L’impression 3D pour aller vers une maçonnerie du verre

Dans le monde en 2018, 39 % des émissions de gaz à effet de serre en équivalent carbone provenaient de l’industrie de la construction. C’est pourquoi la recherche dans ce domaine se tourne désormais vers des éléments de construction circulaires. Le verre a été identifié comme un bon matériau candidat de par sa bonne récupération et recyclabilité, ainsi que par sa résistance élevée à la contrainte. Pour en tirer des éléments de maçonnerie, la fabrication additive semble plus prometteuse que la traditionnelle coulée du verre. Cette technique de fabrication avancée promet une meilleure flexibilité de conception et une réduction des coûts en outillage pour la production de formes géométriques très variables. Cet ensemble de points a donné l’idée à des ingénieurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) à Cambridge (États-Unis) d’évaluer l’utilisation de la fabrication additive du verre en vue d’obtenir des éléments emboîtables à la manière de LEGO…

Des briques de verre entièrement imprimées en 3D

L’équipe du MIT était menée dans ce travail par l’ingénieur Daniel Massimino, premier auteur de l’étude parue le 16 septembre 2024 dans le journal Glass Structures & Engineering. Avec ses collègues, Daniel Massimino a pu compter sur une machinerie high-tech pour tester leur idée. Les ingénieurs ont ainsi eu accès à un modèle de G3DP3 (Glass 3D Printer 3), la troisième version d’imprimeur de verre fondu d’Evenline Inc. Le G3DP3 fonctionne en association avec un four qui lui fournit sa matière première à partir de bris de bouteilles de verre, et qu’il imprime ensuite avec des volumes maximaux de 32,5*32,5*38 cm. Pour pouvoir assembler et désassembler leurs blocs de verre aussi aisément que des LEGO, les ingénieurs ont cherché à réaliser des briques emboîtables (évitant par là même l’usage d’adhésif) qui ont finalement pris la forme de 8. Ne leur restait plus alors qu’à vérifier la simplicité et la performance structurelle de leur fabrication. Pour cela, ils ont testé trois méthodes d’impression de briques différentes : Fully Hollow (entièrement creuse), Print-Cast (imprimée par moulage) et Fully Printed (entièrement imprimée).

Les comparaisons de précision, de répétabilité et de capacité structurelle entre chaque élément de maçonnerie ont été conduites à l’aide d’analyses géométriques, de résistance de surface et de tests mécaniques (dans une presse hydraulique). Les résultats finaux variaient selon les méthodes de fabrication, mais la résistance moyenne allait de 3,64-42,3 MPa pour la fracture initiale à 64,0-118 MPa pour la fracture terminale. Des valeurs comparables à celles des actuelles briques en béton. Au cas par cas, le Print-Cast a montré une résistance médiocre, un temps de production excessivement long et une précision géométrique insuffisante. Tout l’inverse du Fully Hollow, avec la meilleure résistance à la charge, le temps de production le plus court et le processus de fabrication le plus précis et répétable. Selon les ingénieurs du MIT, le Fully Hollow serait même applicable à l’industrie de la construction dès aujourd’hui ! Mais le plus prometteur de tous reste le Fully Printed. En dépit de sa faible résistance à la première fracture, il a excellé en temps de production ainsi qu’en précision. À l’avenir, il aurait le potentiel pour servir à la construction de bâtiments uniquement en verre transparent pouvant être désassemblé et réutilisé à l’infini.