Source: АrсhDаilу
Des agro-déchets aux structures durables : le béton fabriqué à partir de canne à sucre
Trouver des solutions efficaces et utiles pour la gestion des déchets agricoles a été un défi inspirant pour les chercheurs. Les sous-produits des monocultures, tels que les résidus de la production de soja, les épis de maïs, la paille, les graines de tournesol et la cellulose, sont souvent destinés au compostage du sol, utilisés comme aliments pour animaux, voire convertis en énergie afin de réduire les déchets et d’atténuer les effets sur l’environnement. impacts associés aux activités agricoles. La production de canne à sucre, par exemple, génère une quantité importante de déchets, totalisant environ 600 millions de tonnes de déchets de fibres de bagasse pour une production annuelle de deux milliards de tonnes de canne à sucre. Ces déchets ont un potentiel prometteur pour remplacer les systèmes de construction énergivores, tels que le béton et la brique, en fournissant des matériaux de construction qui allient durabilité et efficacité structurelle.
Dans cette perspective, l’Université d’East London (UEL), en partenariat avec Grimshaw Architects et le fabricant Tate & Lyle Sugar, a développé un matériau de construction innovant appelé Sugarcrete™. L’objectif du projet est d’explorer des solutions de construction durables en recyclant les déchets biologiques de la canne à sucre, ce qui réduit les émissions de carbone dans l’industrie de la construction – tout en donnant la priorité à la durabilité sociale et environnementale lors de la production et de la mise en œuvre de ces matériaux de construction.
« La principale innovation de Sugarcrete™ est de remettre en question l’idée fausse établie selon laquelle les biomatériaux ont de faibles performances structurelles et de créer un matériau avec une résistance structurelle suffisante pour être autoportant », déclare Armor Gutierrez Rivas, professeur principal d’architecture. Comme il l’explique, « Le projet a commencé dans le cadre d’une recherche éclairée par l’enseignement entrepris dans le cadre du Master of Architecture de l’Université d’East London (UEL), qui s’intéresse à l’utilisation de solutions de construction innovantes qui répondent aux problèmes locaux. Tout en travaillant sur les propositions de réaménagement de Silver Town aux Royal Docks, nous nous sommes engagés avec le tissu industriel existant de la région et avons commencé à examiner les sous-produits comme alternatives de construction, y compris les sous-produits de la production de sucre de Tate & Lyle. Les explorations initiales ont été testées et optimisées en utilisant nos installations de pointe au Sustainability Research Institute (SRI) et plus tard mis en œuvre sous le nom de Sugarcrete ™ Slab en partenariat créatif avec des architectes de Grimshaw et des ingénieurs d’AKT II.
Sugarcrete™ est essentiellement créé en combinant la bagasse avec des liants minéraux. Le produit final est plus léger que la brique traditionnelle et n’a que 15 à 20 % de son empreinte carbone. Utilisant une fraction de 30 % de la production mondiale de bagasse, Sugarcrete™ aurait le potentiel de remplacer complètement l’industrie traditionnelle de la brique, entraînant des économies de 1,08 milliard de tonnes de CO2 (équivalent à 3 % de la production mondiale de dioxyde de carbone). La canne à sucre a un taux de croissance rapide et est jusqu’à 50 fois plus efficace que la foresterie lorsqu’il s’agit de convertir le CO2 en biomasse, ce qui en fait un matériau hautement prioritaire pour atteindre zéro émission nette. De plus, le matériau a de bonnes caractéristiques structurelles et est isolant, résistant au feu, facile à utiliser avec une main-d’œuvre non qualifiée et a une chaîne d’approvisionnement simplifiée en raison de sa composition simple.
Selon Bamdad Ayati, chercheur à l’Institut de recherche sur le développement durable de l’UEL, « Le processus de production de Sugarcrete™ est assez simple et ressemble à la fabrication de blocs de béton conventionnels. Il implique le dosage, le mélange, le coulage et le séchage/durcissement des matériaux. Les composants du liant sont minéraux basé et largement disponible dans les endroits où l’industrie sucrière est établie. Comme d’autres matériaux de construction, les défis de la production à grande échelle sont associés à la variabilité de la matière première brute en termes de teneur en humidité, de taille des particules, d’impuretés indésirables, etc.
L’équipe de développement, en collaboration avec le cabinet d’architecture mondial Grimshaw, a intégré le concept de géométries imbriquées pour explorer de nouvelles possibilités d’application du produit. Inventée et brevetée en 1699 par l’ingénieur français Joseph Abeille, la méthode d’emboîtement a été revisitée par Amédée François Frézier en 1739 et par le Traité de Stéréotomie de Truchet en 1737. Elle a ensuite été développée au XXIe siècle par diverses équipes de recherche, dont Yuri Estrin, Arcady Dyskin et Giuseppe Falacara ; Michel Weizmann; et les architectes AAU Anastas avec l’ingénieur Maurizio Brocato. Le concept a été appliqué à Sugarcrete pour créer des dalles de sol composites démontables, réutilisables et résistantes au feu, appelées « Sugarcrete™ Slabs ». Ceux-ci font partie d’une série de prototypes visant à développer des solutions de construction innovantes qui peuvent être mises en œuvre, démantelées ou étendues dans des structures nouvelles et existantes.
Le projet utilise un système d’emboîtement sous forme de kit de pièces qui permet de construire de grandes structures à l’aide de petits composants discrets sans avoir besoin de mortier. En raison de sa réciprocité et de son réseau de forces réparties, ce système surpasse les assemblages monolithiques traditionnels. Le processus de moulage est utilisé pour minimiser les déchets de matériaux et permet la réutilisation des coffrages et une production de masse simplifiée, ainsi que des opportunités de conception pour la fabrication et l’assemblage (DfMA).
Selon Elena Shilova, architecte, Grimshaw & Andy Watts, directrice de la technologie de conception, le projet a utilisé une chaîne d’outils numériques complète pour la fabrication, intégrant le calcul des matériaux, la conception paramétrique et la fabrication robotique. Le processus a commencé par la saisie des propriétés des matériaux dans un outil d’analyse numérique du carbone pour évaluer l’empreinte respective. Un modèle génératif a ensuite été utilisé pour transformer des modèles 2D en géométries 3D de composants interconnectés. À l’aide d’un bras robotique à 6 axes, le modèle numérique a généré des trajectoires d’outils pour fabriquer les moules (après durcissement et numérisation 3D, tout écart dans les composants était réincorporé dans le modèle numérique). Un ensemble d’assistance en réalité augmentée a été utilisé pour tester la séquence de construction, conduisant à un assemblage à grande échelle. Après assemblage, l’élément architectural a de nouveau été scanné en trois dimensions pour étalonnage. Cette chaîne d’outils numériques permet la création d’un système de kit de pièces flexible et personnalisable utilisant ce matériau durable, intégrant les mondes numérique et physique et adoptant les caractéristiques uniques des matériaux naturels. Comme le souligne Elena, « Nous pensons que la technologie peut faire exactement cela : déployer un matériau naturel, avec ses irrégularités, ses imperfections et sa nature artisanale grâce à la puissance de la conception informatique et de la fabrication avancée. En retour, en permettant le matériau local, nous permettons les personnes et la communauté locale, aussi : parce que l’avancement technologique ne devrait pas être exclusif à l’architecture chère en verre et en béton.
La recherche Sugarcrete™ a été intentionnellement publiée sans brevet pour encourager les producteurs locaux à adopter le matériau et à réduire l’utilisation de ciment. Comme l’a déclaré Alan Chandler, codirecteur de l’Institut de recherche sur la durabilité à l’UEL, « En partenariat avec Tate & Lyle Sugars, nous avons entrepris des recherches de brevets et établi où la bagasse dans le développement de matériaux de construction avait été brevetée et quel était notre champ d’activité. Nous avons conclu que notre travail était original, et nous pouvions déposer un brevet, mais nous avons décidé collectivement de ne pas le faire. Il s’agissait principalement de vouloir partager nos connaissances avec, plutôt que de contrôler les produits des communautés de producteurs dans les pays du Sud. Notre décision de ne pas breveter était éthique plutôt que financier. »
En effet, les considérations éthiques autour de l’innovation et de la chaîne d’approvisionnement étaient fondamentales dans la conception du projet, qui vise à établir des chaînes d’approvisionnement viables, équitables et robustes qui garantissent des résultats équitables pour les producteurs et les utilisateurs. Ce faisant, il vise à aborder non seulement la réduction des émissions de carbone, mais également la durabilité sociale et environnementale. L’équipe a également identifié des sites dans les régions productrices de sucre des pays du Sud pour élargir davantage les opportunités de mise en œuvre et prévoit de tester prochainement le prototype dans des scénarios réels.
Grâce à un développement prudent et conscient, Sugarcrete nous apporte de l’optimisme quant au scénario futur de l’industrie de la construction, dont l’impact environnemental négatif est important et nécessite une action efficace (et rapide). Comme l’explique Alan Chandler, « L’éthique de l’innovation des matériaux pour faire face à la crise climatique doit concevoir la chaîne d’approvisionnement ainsi que la spécification de performance. Le carbone est en tête de liste ; il faut également mentionner la toxicité par rapport à la santé et la sécurité dans la construction L’utilisation de la bagasse et d’autres produits biologiques à croissance rapide en combinaison avec des liants minéraux inertes, non seulement pour les couches d’isolation mais aussi pour la structure, commence à éliminer les gammes de produits chimiquement calomniés et à base de combustibles fossiles des chantiers de construction. les priorités de sécurité de la loi sur la sécurité des bâtiments lors des séquences de fabrication, de construction, de démolition, de réutilisation et d’élimination. Elena Shilova conclut en disant : « En regardant à travers les industries, nous pouvons trouver de nombreuses opportunités pour les matériaux locaux et durables et les sous-produits agricoles/industriels inutilisés. Ces matériaux, qui peuvent ne pas sembler glamour et élégants, sont la nouvelle haute technologie dans le visage. de l’urgence climatique. L’urgence climatique appelle à un nouveau langage architectural pour des matériaux comme Sugarcrete™, pour vraiment exploiter leur potentiel et les célébrer, sans les enduire ni les cacher pour un look « moderne ». Ce nouveau langage architectural et ce changement d’état d’esprit rendent finalement les matériaux naturels attrayants pour les clients, augmentant la demande et abaissant les prix grâce aux économies d’échelle. »
La reconnaissance de l’approche innovante de Sugarcrete™ en matière de construction durable a conduit à sa nomination pour le prix Earthshot de cette année, connu comme le plus grand prix mondial pour l’environnement, qui célèbre les solutions innovantes qui ont un impact positif sur la planète. Pour suivre l’avancée du projet et pour plus d’informations, rendez-vous sur le site officiel.
Source: АrсhDаilу
