Les capacités structurelles inattendues du chanvre, du carton et du plastique

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Dans un monde qui se veut plus responsable, le secteur de la construction a un rôle important à jouer : concevoir et construire des bâtiments plus durables.

La première phase de ce long processus passe par les matériaux, d’où l’importance d’innover avec ces solutions originales à base de chanvre, de bois ou de plastique, par exemple. 

Chanvre

Remplacer les armatures métalliques du béton par des barres de chanvre ? Une idée folle ? Pas du tout pour ces scientifiques du Rensselaer Polytechnic Institute (RPI - USA) qui n’y voient que des avantages.

  • L’absence de corrosion participe à une bonne longévité de l’ouvrage alors que la rouille des armatures, surtout en milieu agressif, reste un gros point faible et augmente d’autant son impact environnemental.
  • Les matériaux d’armature alternatifs utilisés en milieu particulièrement corrosif tel un polymère renforcé de fibre de verre (GFRP) sont chers et ont une lourde empreinte écologique.
  • L’émission de carbone est limitée. La durée de vie des armatures de chanvre est supérieure à celle des barres d’acier et ce, d’autant plus que le contenu de matière recyclée augmente chez ces dernières.
  • Le produit devrait s’avérer moins cher que des barres d’acier classiques et à tout le moins que les armatures non corrodables actuellement disponibles sur le marché.
  • Les barres peuvent être fabriquées directement sur site selon les besoins.
  • La fibre de chanvre est (re)connue pour être très solide. Une soigneuse sélection des plantes et l’amélioration des procédés d’extraction pourraient encore accroître leurs qualités.

La présentation du chanvre en construction se diversifie (matelas, panneaux, blocs, vrac, …) mais reste principalement orienté isolation. Ces barres constituent un bel exemple d’usage et de format innovants. 

Le processus de fabrication se fait en 2 étapes :

  • D’abord former une corde -> Les fibres sont mélangées avec des thermoplastiques et passent dans une matrice chauffée afin de faire fondre le mélange et former un câble bobiné à la sortie. 
  • Réaliser l’armature -> une machine numérique, déplaçable, a été développée spécifiquement pour l’assemblage. Elle est alimentée simultanément de plusieurs cordes, les assemble et les découpe selon les données définies pour le produit fini souhaité. 

Si aujourd’hui les chercheurs travaillent encore à l’amélioration de cette fabrication, ils espèrent, à terme et via leur produit, proposer une option très concurrentielle.

  

Carton

Dans le même esprit de solution originale, une entreprise a investigué du côté du carton, au-delà d’un simple usage d’emballage. Il n’est plus besoin de douter que le carton soit solide. Les meubles en carton sont passés par là.  

En Suède, la société Wood Tube a été très audacieuse en proposant des tubes de carton en alternative à l’acier comme éléments structurels verticaux. Le poteau, du même nom (Wood Tube), est déjà commercialisé et principalement utilisé comme ossature murale intérieure. Dans les cloisons par exemple, il y remplace l’ossature métallique traditionnelle. 

Un autre débouché : le mobilier, pour le plus grand plaisir des designers et autres concepteurs, source de création alternative aux habituels éléments porteurs. 

Ses inventeurs mettent en avant les atouts suivants :

  • matière première locale (papier certifié FSC, fabriqué avec du bois provenant des forêts environnantes)
  • économie en matière première (moins de consommation de bois à volume égal)
  • le bois proprement dit peut être réservé à des aménagements apparents et/ou plus nobles
  • moins d’émission en CO2 que l’acier (14 fois moins selon une analyse du cycle de vie)
  • recyclable à 100% comme tout carton
  • simple et facile à mettre en oeuvre.

  

Plastique

Et pour terminer, de nouveau, une alternative à l’acier avec un matériau développé par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT – USA), dénommé 2DPA-1. Ce polymère, léger, peut être moulé. Il est cependant deux fois plus résistant que l’acier (en référence à la limite d'élasticité) et pourrait être comparé à du verre pare-balle. 

Ses propriétés surprenantes résultent de sa structure moléculaire bidimensionnelle, inhabituelle. Il se présente, en effet, comme une feuille plutôt qu’un spaghetti. Il est également imperméable tant à l’eau qu’aux gaz.     

Il pourrait dans un premier temps être utilisé comme revêtement de protection ultra-mince contre l’oxydation, la rouille sur des éléments métalliques (voiture, ossature, …), améliorer la résistance et la durabilité d’équipement (smartphone, …).

Rien n’empêche de l’imaginer dans un second temps comme matériau de construction pour du renforcement structurel voire des structures en intégration dans un matériau composite ou seul par empilement des feuilles. 

S’il n’a pas encore quitté son labo natal, les chercheurs précisent qu’il peut facilement être synthétisé en grande quantité. Son processus de fabrication ne nécessite pas beaucoup d’énergie puisqu’il se constitue à température ambiante via polymérisation dans une solution chimique adéquate.

Il devrait être recyclable, plus facilement s’il est pur, avec un traitement mécanique ou chimique s’il intervient comme fibre.  

 

Quel avenir sera réservé à ces nouveaux matériaux ?

 

 

Sources :
- « Hemp rebar could offer low-cost non-corroding alternative to steel », Rima Sabina Aouf,15/03/2022, www.dezeen.com
- « Climate-Smart Studs Made of Paper: Wood Tube », Valeria Montjoy, 15/03/2022, www.archdaily.com
- www.woodtube.se
- « MIT engineers invent plastic that is stronger than steel »,Rima Sabina Aouf, 21/02/2022, www.dezeen.com
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