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RÉSUMÉ
Cet article traite de la mise en œuvre de la technologie d’impression 3D à grande échelle pour mieux construire des structures maritimes innovantes pour la biodiversité et la lutte contre l’érosion côtière. La synergie des modes constructifs au sein de structures mixtes réalisées en impression 3D et béton armé permet d’atteindre des performances écologiques et techniques supérieures aux modes constructifs classiques en béton. L’adaptation de la conception et de la construction à la technologie d’impression 3D est illustrée à travers le projet Programme d’Investissement d’Avenir RECIF’LAB de conception/réalisation d’un récif artificiel marin de grandes dimensions entre 2018 et 2021.
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Alexandre MUSNIER : Responsable travaux et développement technique - SEABOOST – Groupe EGIS, Montpellier, France
INTRODUCTION
L’article traite de l’utilisation de la technologie d’impression 3D de matériau à base de liant hydraulique cimentaire dans le domaine de la construction maritime écologique. Plus particulièrement l’apport de performance architecturale, environnementale, technique et économique par cette technologie particulièrement adaptée pour la réalisation d’ouvrage de type récif artificiel et dispositif de lutte contre l’érosion côtière mais aussi l’écoconception d’ouvrages portuaires.
L’utilisation de structure mixte en impression 3D et béton armé permet la réalisation de structures ayant des performances écologiques et techniques supérieures et même inatteignables avec des modes constructifs classiques de préfabrication de béton armé, en améliorant l’empreinte environnementale de la construction tout en restant dans un cadre de faisabilité économique.
L’adaptation de la conception et de la construction à l’impression 3D sera illustrée à travers la présentation d’un projet de conception/réalisation d’un récif artificiel marin de grandes dimensions dans le cadre du Programme d’investissement avenir RECIF'LAB réalisé entre 2018 et 2021 en collaboration avec la ville d’Agde.
L’innovation présentée porte particulièrement sur la mise au point d’une méthodologie de conception itérative et efficiente permettant le dimensionnement de la stabilité hydrodynamique et la tenue structurelle des ouvrages mixtes matériau 3D/béton armé dans le milieu marin avec des efforts de poussée hydrodynamiques importants et une composition chimique particulièrement exigeante pour le béton armé, entraînant un risque de corrosion des armatures et des attaques chimiques et biologiques du béton.
Enfin, la réalisation de la structure et son déploiement ont aussi été innovants, avec des enjeux importants sur le suivi de la qualité de fabrication, la mise en place d'un phasage et d'une méthodologie pour garantir la faisabilité technique et enfin les opérations de manutention à terre et en mer pour permettre le déploiement en mer ouverte à plus de 3 miles nautiques et à plus de 20 m de profondeur.
Points clés
Domaine : construction et écologie marine
Degré de diffusion de la technologie : croissance
Technologies impliquées : impression 3D de matériaux cimentaires
Domaines d’application : construction maritime/écologie marine
Principaux acteurs français :
-
Industriels : Lythosys (Vicat), XtreeE, Construction 3D, Sika
Autres acteurs dans le monde : Cybe, Cobod, Wasp, etc.
Contact : [email protected] – http://www.seaboost.fr
L'expertise technique et scientifique de référence
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3. Études structurelles
3.1 Dimensionnement des parois en matériau 3D
La méthodologie de cette partie se divise en trois étapes :
-
la caractérisation des efforts résultants dans les parois en fonction des efforts hydrodynamiques ;
-
la caractérisation du matériau 3D imprimé et de ses propriétés mécaniques ;
-
la modélisation et le calcul pour vérifier la tenue structurelle, l'identification des zones de contraintes importantes et l'optimisation des épaisseurs ou du design.
Les efforts s’appliquant sur les parois en matériau 3D ont été calculés à partir de l’effort maximal de pression obtenu par l’étude hydrodynamique pour une houle de retour trentennale :
-
1,6 t/m2 sur un modèle de formule de l’ELS ;
-
2,3 t/m2 sur un modèle de formule de l’ELU.
état limite ultime (ELU) et état limite en service (ELS).
Il est bien précisé que le calcul est effectué sur le modèle des formules de l’Eurocode 1 mais il ne s’agit pas d’un calcul normé, seulement de l’utilisation des méthodes de calcul des normes avec les données suivantes :
-
G = charge permanente = poids propre déjaugé ;
-
Q ou W = efforts hydrodynamiques.
L’importance de cette valeur comparativement à la pression dynamique induite par le vent sur une façade de bâtiment (d’un ordre de grandeur de 60 à 120 kg/m2) a permis d’intuiter que les efforts à reprendre seront très importants pour une structure de génie civil poteaux/poutres avec des sections de poteaux de 35 à 40 cm et des sections de poutres d’environ 30 x 40 cm, soit des ordres de grandeur de section proches de ce qui existe dans la construction pour un bâtiment.
L’orientation du récif dans une direction favorable par rapport à la houle (figure 14 : ± 20°) a permis de limiter les cas de modélisation et d’éviter les cas de positionnement les plus défavorables qui n’auraient, a priori, pas permis la tenue structurelle d’un portique en béton armé pour la reprise des efforts. De même, la stabilité du récif...
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Études structurelles
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - MOLINARI (L.) - L’impression 3D dans une perspective de développement durable. - [AG 6 753] base Écoconception : mise en œuvre et applications (2015).
-
(2) - DÉMOLY (F.), ANDRÉ (J.C.) - Impression 4D : promesses ou futur opérationnel ? - [RE 285] base Enjeux, procédés et marchés (2021).
-
(3) - CHARLES (T.) - Propriété intellectuelle et enjeux réglementaires de l’impression 3D. - [BM 7 980] base Industries du futur : outils technologiques (2017).
-
(4) - KUNTZ (C.) - Écoconception et génie écologique. - [GE 1 022] base Génie écologique : outils et concepts (2021).
-
(5) - THAUVIN (B.), MARCOTTE (C.) - Gestion de patrimoines d’infrastructures portuaires. - [TRP 5 020] base Infrastructure, environnement et transport par voie d'eau (2015).
NORMES
-
Base de calcul des structures. - Eurocode 0-EN 1990 -
-
Action sur les structures. - Eurocode 1-EN 1991 -
-
Calcul des structures en béton. - Eurocode 2-EN 1992 -
-
Calcul des structures en métal. - Eurocode 3-EN 1993 -
-
Calcul des structures mixte : acier béton. - Eurocode 4-EN 1994 -
-
Calcul des ouvrages en maçonnerie. - Eurocode 6-EN 1996 -
-
Calcul géotechnique. - Eurocode 7-EN 1997 -
-
Eurocodes structuraux – Bases de calcul des structures. - NF EN 1990 - 2003
-
Eurocode 2 :...
ANNEXES
1.1 Constructeurs – Fournisseurs – Distributeurs (liste non exhaustive)
SEABOOST, conception et construction marine : écologie et lutte contre l’érosion côtière, Montpellier, France : https://www.seaboost.fr/
CYBE, impression 3D béton, Oss, Pays-Bas : https://cybe.eu/
VICAT, impression 3D béton, L'Isle d'Abeau, France : https://www.vicat.fr
XTREEE, impression 3D béton, Rungis, France : https://xtreee.com/
RUFINO CONSTRUCTION, construction et assemblage, Lunel, France : https://www.societe.com/societe/rufino-constructions-522905082.html
BAC France, étude et fourniture protection cathodique, Voisins-le-Bretonneux, France : http://www.bacfrance.com/
DEEP’N’DIVE, installation sous-marine des systèmes stabilisateurs, Chaponost, France : http://deepndive.fr/
SUPERBLOC, coformulation et fourniture béton sur-mesure, Assas, France : https://negoce.france-materiaux.fr/221-france-materiaux-superbloc-pascal-materiaux
CALCIA, coformulation et fournitures des ciments et adjuvants, Courbevoie, France : https://www.ciments-calcia.fr/fr
NEGRI...
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