Un nouveau matériau composite thermoplastique pour renforcer les bétons

Le béton est capable de supporter des contraintes de compression importantes, mais sa résistance aux efforts de traction est très faible. Face à cette insuffisance, des barres en acier sont placées à l’intérieur pour le renforcer. Ce couplage béton/acier présente malgré tout un défaut : sa forte sensibilité à la corrosion. Pour pallier cette difficulté, l’IRT M2P (Institut de Recherche Technologique Matériaux Métallurgie et Procédés) et le groupe chimique français Arkema viennent de mettre au point un nouveau matériau composite permettant de renforcer les bétons en lieu et place des traditionnels « rebars ».

« Des renforts de béton en matériaux composites existent déjà sur le marché, analyse Maxime Kowalski, directeur du pôle d’activité Matériaux Composites & Assemblage à l’IRT M2P. Ils sont peut-être un peu plus utilisés aux États-Unis qu’en Europe. Par contre, ils sont fabriqués en matériaux thermodurcissables et il n’est donc pas possible de les cintrer, les former ou de les souder entre eux contrairement à l’acier. Tout l’enjeu de notre projet a consisté à fabriquer un matériau composite thermoplastique. »

La fabrication de matériaux composites thermoplastiques est généralement réalisée à partir d’un polymère, qui est fondu puis imprégné à une fibre. Sauf que l’emploi d’un polymère provoque une viscosité importante et il devient alors plus difficile d’imprégner la fibre. Les deux partenaires de ce projet ont alors innové pour contourner cette difficulté, chacun dans son domaine de compétence. Arkema a développé une résine thermoplastique réactive appelée Elium et constituée de monomères. L’IRT M2P s’est ensuite chargée de développer un procédé pour la polymériser durant la phase de fabrication. Concrètement, la résine subit d’abord un procédé de pultrusion, ce qui permet la création d’un profilé en matériau composite qui ressemble à un jonc. Il est ensuite texturé pour garantir un encrage maximal dans le béton.

Ce nouveau composite est beaucoup plus léger que l’acier

« L’avantage est d’utiliser une résine qui a une viscosité bien plus faible que celle d’un polymère fondu. Notre matériau composite thermoplastique présente des taux de renforcement plus importants et la vitesse de production pour le fabriquer est également plus importante. Son procédé de fabrication est en effet exactement le même qu’un thermodurcissable classique et il répond donc aux préoccupations économiques des industriels. »

En plus de ne pas être sensible à la corrosion, ce matériau composite se révèle également beaucoup plus léger avec une densité proche de 2 contre 7 tonnes pour l’acier. Il est ainsi plus facile à manipuler sur les chantiers de construction. Il présente aussi un mode d’usage quasi similaire à l’acier puisqu’il est possible de le cintrer ou le souder pour l’adapter aux géométries de renforcement des bétons. Il suffit pour cela de le former à chaud (aux alentours de 200 degrés).

Cette nouvelle résine fait déjà l’objet d’une commercialisation et des partenaires industriels ont commencé à fabriquer les premiers rebars thermoplastiques. Cette innovation s’inscrit dans un projet plus large, appelé COACH, et qui vise à fabriquer des pièces composites selon les mêmes procédés de fabrication que ceux utilisés pour les pièces en résines thermodurcissables. En plus de la construction, les secteurs ciblés sont ceux de l’automobile, de l’aéronautique et de l’énergie (éolien & hydrogène).