Impression 3D de matériaux dédiés à la construction De la définition des encres, maîtrise de l'impression à la performance des produits imprimés

par Abdeslam Benamara

Projet de thèse en Génie civil - Cergy


Sous la direction de Yannick Melinge.

Thèses en préparation à CY Cergy Paris Université , dans le cadre de École doctorale Sciences et ingénierie , en partenariat avec L2MGC - Laboratoire de mécanique et matériaux du génie civil (laboratoire) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    L'actualité dans le domaine de l'impression des matériaux dédiés à la construction est actuellement très riche et fournie. Une telle technologie, encore en devenir, permet de repenser l'acte de construire vis-à-vis de la formulation des matériaux, de leurs renforcements, du comportement rhéologique des matériaux à l'état frais, des propriétés acoustiques, thermiques et mécaniques. La mise en oeuvre d'éléments de structures et des ouvrages par fabrication additive s'inscrit dans un cadre audacieux du renouveau de la construction. Néanmoins, un tel procédé pose encore de nombreuses questions pour que les prototypes constructifs puissent concrètement se généraliser, sortir du cadre de quelques niches de démonstration et disposer d'un cadre réglementaire vis-à-vis des performances et de la durabilité des bâtiments et infrastructures imprimées. Fort de nos expériences dans le domaine de la rhéologie/tribologie des matrices cimentaires et minérales et des actions scientifiques déjà réalisées dans le domaine de l'impression des matériaux, nous projetons une étude doctorale avec les objectifs suivants : - Établir un état des lieux des voies jusqu'ici prospectées dans le domaine de l'impression, - En second lieu, le projet vise le renforcement des moyens d'impression et leur appropriation au sens de la diversification des techniques au sein du laboratoire, - Progresser sur l'élaboration des encres minérales en retenant les destinations les plus pertinentes et prometteuses pour le marché de la construction (pour le gros oeuvre, pour le second oeuvre (isolation thermique, isolation phonique, étanchéité, application d'enduits de façades, …) - Élaborer des objets à différents niveaux de complexité et à haute valeur ajoutée, des éléments de structures et des ouvrages en songeant à la fiabilité mécanique des produits à l'état durci et à leur durabilité. Laboratoire de Mécanique et Matériaux du Génie Civil (L2MGC – EA 4114) Les travaux de doctorat projetés s'inscrivent dans une logique formulation-rhéologie-process de mise en forme et de performances dans laquelle des travaux antérieurs ont permis d'aboutir à des résultats majeurs avec des matériaux argileux et des matériaux à base cimentaire, notamment dans le domaine de l'extrusion en fiabilisant des critères d'extrudabilité. Dans un tel contexte, on distingue deux voies possibles : - Par l'optimisation de la formulation des matériaux (fluides pâteux essentiellement plastique, mais frottant), - Et au-delà de l'aspect formulation, en optimisant directement les process de mise en forme. Néanmoins, il ne faut pas perdre de vue que le triptyque formulation-rhéologie-extrusion n'est qu'un petit aspect du problème d'impression, ne serait-ce que par l'étendue des textures des produits formés et leur caractère linéaire (certes potentiellement complexe). Selon une logique similaire, le triptyque formulation-rhéologie-process de transport représente un apport considérable à la problématique d'impression via les applications dans le domaine des bétons pompables (fluides liquides visco-plastique auto plaçant et structurant). Le présent projet, complémentaire des actions déjà entreprise, doit permettre l'élaboration d'éléments constructifs de bonne qualité (en considérant l'aspect, la structuration, mais également mécanique et éventuellement thermique et acoustique) et durables.

  • Titre traduit

    3D printing of materials dedicated to construction From the definition of inks, control of printing to the performance of printed products


  • Résumé

    News in the field of printing materials dedicated to construction is currently very rich and provided. Such a technology, still in the making, makes it possible to rethink the act of construction with respect to the formulation of materials, their reinforcements, the rheological behavior of fresh materials, acoustic, thermal and mechanical properties. The implementation of structural elements and works by additive manufacturing is part of a bold framework for the renewal of construction. Nevertheless, such a process still raises many questions so that constructive prototypes can concretely be generalized, leave the framework of some demonstration niches and have a regulatory framework vis-à-vis the performance and sustainability of buildings and infrastructures. printed. With our experience in the field of rheology / tribology of cement and mineral matrices and scientific actions already carried out in the field of printing materials, we are planning a doctoral study with the following objectives: - To establish an inventory of the routes hitherto explored in the field of printing, - Secondly, the project aims to strengthen the means of printing and their appropriation in the sense of the diversification of techniques within the laboratory, - Progressing on the development of mineral inks by retaining the most relevant and promising destinations for the construction market (for structural work, for the second work (thermal insulation, sound insulation, waterproofing, application of facade coatings) , ...) - Developing objects of varying complexity and high added value, structural elements and structures with a focus on the mechanical reliability of hardened products and their durability. Laboratory of Mechanics and Materials of Civil Engineering (L2MGC - EA 4114) The planned doctoral work is part of a formulation-rheology-process and performance logic in which previous work has led to major results with clay materials and cement-based materials, particularly in the field of extrusion by making reliable extrudability criteria. In such a context, two possible paths can be distinguished: - By the optimization of the formulation of the materials (pasty fluids essentially plastic, but rubbing), - And beyond the formulation aspect, by directly optimizing the formatting process. Nevertheless, it must be borne in mind that the formulation-rheology-extrusion triptych is only a small aspect of the printing problem, if only because of the extent of the textures of the products formed and their linear character potentially complex. According to a similar logic, the triptych formulation-rheology-transport process represents a considerable contribution to the problem of printing via applications in the field of pumpable concrete, self-positioning and structuring visco-plastic liquid fluids. This project, complementary to the actions already undertaken, should allow the development of constructive elements of good quality, considering the appearance, structuring, but also mechanical and possibly thermal and acoustic, and sustainable.