Développement de béton à faible impact environnemental pour l'impression 3D

Development of a 3D printed concrete with a low environmental impact

• Auteur / Autrice : Agathe Dujardin
• Direction : Cécile Diliberto, Georges Aouad
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des Matériaux
• Date : Inscription en doctorat le 02/11/2023
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale C2MP - Chimie mécanique matériaux physique (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : IJL - INSTITUT JEAN LAMOUR

Mots clés

Mots clés libres

Béton imprimable

Faible impact environnemental

Ciment

3D printed concrete

Low environmental impact

Cement

Résumé

L'impression 3D est un processus automatisé consistant à réaliser des objets conçus en 3D avec un logiciel et un robot pluriaxes qui dépose le matériau couche par couche, de bas en haut. Pour le Génie Civil, l'impression 3D présente des caractéristiques technologiques ouvrant de nouvelles opportunités par rapport à la construction traditionnelle. Elle apporte de nouvelles possibilités aux architectes en ce qui concerne les formes complexes qu'ils peuvent imaginer. Elle trouve aussi une place privilégiée dans la préfabrication en atelier d'objets répétitifs ou destinés à être incorporés dans une construction (mobilier urbain, boîtes techniques, etc). Les matériaux imprimés doivent satisfaire à un cahier des charges exigeant. Pour répondre à ce cahier des charges, les bétons (ou mortiers) imprimés contiennent une proportion importante de ciment Portland et par conséquent ont un impact CO2 élevé. Par ailleurs, dans les bétons conventionnels de construction, la substitution partielle du ciment par des additions (argiles calcinées, fillers, laitier de haut fourneau, sousproduits industriels) est connue pour améliorer le bilan environnemental. La thèse vise à développer des bétons (ou mortiers) à faible impact environnemental pour l'impression 3D. Les objectifs de la thèse sont donc de : - développer un béton imprimable de faible impact environnemental (à faible teneur en ciment Portland). Une réduction de 40 % par rapport aux bétons imprimables existants sur le marché est visée ; - étudier l'évolution microstructurale des matériaux imprimés dans le temps, en lien avec les propriétés chimiques, physiques, mécaniques et de durabilité.

3D printing is an automated process involving the production of 3D-designed objects using software and a multiaxis robot that deposits the material layer by layer, from bottom to top. For civil engineering (Genie Civil), 3D printing offers technological features that open up new opportunities compared to traditional construction. It enables architects to use a lot more complex shapes. It is also ideally suited to be used for the prefabrication of repetitive objects or those intended to be incorporated into a building (street furniture, technical boxes, etc.). Printed materials must meet exacting specifications. To meet these specifications, printed concretes (or mortars) contain a high proportion of Portland cement and therefore have a high CO2 impact. Furthermore, for concretes in conventional construction, partial substitution of cement by additions of either calcined clays, fillers, blast furnace slag or industrial by-products, is known to reduce its environmental impact. This PHD aims to develop low environmental impact concretes (or mortars) for 3D printing. The objectives of the thesis are therefore to: - develop a printable concrete with a low environmental impact (low Portland cement content). The aim is a 40% reduction compared with existing printable concretes on the market; - study the microstructural evolution of printed materials over time, in relation to their chemical, physical, mechanical and durability properties.