Les innovations dans le domaine de la construction – Les nouveaux matériaux et la réalité augmentée

Francisco Da Cruz puise dans la R&D et dans les travaux de recherche de la communauté scientifique pour nous présenter les dernières innovations concernant les matériaux de construction.

Béton

La production de ciment représente 7% des émissions de CO2, Francisco nous a présenté plusieurs innovations visant à réduire l’impact écologique du béton :

• Un projet des chercheurs du Structural Xploration Lab (SXL) de l’EPFL qui ont mis au point une solution permettant de réemployer du béton existant issu de démolition et de limiter ainsi l’impact écologique des nouvelles constructions avec 3 fois moins d’émissions de gaz à effet de serre. Le même laboratoire a développé également des algorithmes d’aide à la décision selon la situation de départ et le résultat attendu pour le réemploi du béton.
• La start-up Neustark qui extrait du CO2 de l’atmosphère pour le piéger dans du béton (environ 10 kg par m³ de béton).
• Le pont le plus léger au monde réalisé à Winterthour grâce au CPC (Carbone Prestressed Concrete), des composants en béton particulièrement filigranes, stables et durables qui sont renforcés avec des fibres de carbone précontraintes ce qui permet une réduction importante de la quantité de matière utilisée.
• Le projet “Knit Candela” réalisé par 2 chercheurs de l’ETHZ qui a permis de couler 5 tonnes de béton dans un coffrage en textile tricoté en utilisant notamment la tenségrité.
• L’impression 3D de bâtiments et infrastructures représente également une solution de réduction des matériaux utilisés. Francisco nous cite 2 exemples de réalisation : la 1ère maison imprimée en 3D en Allemagne en 2020 par Peri d’une surface de 160 m² sur deux étages et le pont Stratius réalisé par Block Research Group (BRG) de l’ETHZ, Holcim et le cabinet d’architecte Zaha Hadid.

Matériaux intelligents

Les matériaux évoluent, Francisco nous présente ces nouveaux matériaux « intelligents » :

• La société Basilisk qui a conçu un béton autoréparant qui cicatrise ces fissures
• La société Comppair qui a conçu un nouveau type de résine donnant aux matériaux composites la capacité de guérir les fissures et les délaminations en quelques minutes
• La société Aerobrick, un nouveau type de briques remplies d'aérogel qui permet de concevoir des parois minces et très isolantes et d’éviter d’utiliser une couche d'isolation supplémentaire.
• Et enfin un projet dans lequel des chercheurs chinois ont réussi à produire nouveau bioplastique à base d'ADN qui est entièrement biodégradable, peu coûteux à produire et recyclable à l'infini.

Mycomatériaux

Les mycomatériaux utilisent le champignon comme matière alternative naturelle à différents matériaux polluants :

• La société Ecovative qui fournit des alternatives durables aux plastiques, aux mousses de polystyrène, aux matériaux de construction en utilisant le Mycélium
• Le projet MycoTree (ETHZ) est une structure de ramification spatiale constituée de composants porteurs de mycélium, la réalisation de la stabilité par la géométrie plutôt que par la résistance des matériaux propose une alternative aux matériaux structurels établis pour une industrie du bâtiment plus durable.
• La société Mushrooms bricks qui produit des briques fabriquées à l’aide de champignons en alternative aux blocs de béton
• Le projet de myco-architecture du centre de recherche Ames de la NASA prototype des technologies qui pourraient "faire pousser" des habitats sur la Lune ou sur Mars
• Les chercheurs de l'Empa et de l'EPFZ ont créé un parquet biocapteur et permettant de générer de l’énergie, le processus fonctionne sans produits chimiques agressifs, ils utilisent le champignon Ganoderma applanatum

Les micros-matériaux

Agir sur l’infiniment petit permet de modifier et de créer de nouveaux matériaux :

• Le Prix Nobel de Physique 2010 a été décerné à Andre Geim et Konstantin Novoselov (Université de Manchester, Royaume-Uni) pour leurs expériences sur le graphène, un cristal de carbone bidimensionnel. Ils ont réussi à extraire le graphène d'un morceau de graphite et à obtenir une unique couche d'atomes. Sous cette forme, le carbone constitue un nouveau matériau aux propriétés exceptionnelles, extrêmement résistant, transparent, très dense et bon conducteur de l'électricité et de la chaleur.
• La microfluidique est l'étude et la mise en œuvre des écoulements à petite échelle dans des réseaux de micro-canaux. Elle est utilisée pour la purification de l’eau, la conversion du CO2 et la décontamination.
• La Biophotonique est une nouvelle science qui couple la biologie et la photonique. La lumière est utilisée par Aleph-insight pour détruire des odeurs et par les robots UVD pour la désinfection de locaux

Simulation de matériaux (jumeau numérique)

Francisco donne deux exemples de technologies permettant de réaliser des simulations sur les matériaux :

• PIXE EPFL : La tomographie est une technique d'imagerie permettant de réaliser une analyse 3D non destructive par rayons X des microstructures des matériaux
• Synchrotron Européen (Accélérateur de particules) est le premier synchrotron de quatrième génération de haute énergie dans le monde offrant la possibilité aux scientifiques d’explorer la matière et le vivant avec une résolution et une sensibilité inégalée

Verres et transparents

Notre société est une société de l’image, le verre et la transparence sont des matériaux qui évoluent :

• L’aluminium et le bois ont été rendus transparents
• LG travaille sur des technologies nouvelles génération permettant de transformer n’importe quelle surface vitrée en écran

Construction modulaire

Dans notre société changeante, la construction modulaire a un avenir prometteur, Francisco cite plusieurs technologies et réalisations :

• La ville-palimpseste, à l'époque médiévale, un palimpseste désignait un parchemin manuscrit sur lequel on réécrivait un nouveau texte après avoir effacé l'ancien. Par analogie, la ville-palimpseste désigne la capacité d'une ville à se construire à travers le temps, par couches successives et sédimentation mémorielle.
• La société Gablock propose de construire rapidement et sans connaissance métier des constructions composées de briques à assembler soi-même comme un jeu de Lego
• Le module « Sprint », un module de bureaux construite en grande partie à partir de matériaux recyclés qui s'attache à trouver des solutions aussi universelles que possible et à simplifier ainsi la réutilisation des matériaux de construction. Le projet est une collaboration entre différents acteurs de la recherche, de l'industrie et du secteur public. 
• L’EPFL a développé des matériaux avec des doubles fonctions, une dalle en composite qui contient également du chauffage au sol

Automation 

La robotique permet de construire plus rapidement et de réduire la pénibilité de certains métiers, quelques exemples :

• Construction robotics et Hadrian X, des robots capables d’automatiser la construction de murs et le levage de matériaux
• Roadprinter, des robots capables de réaliser du pavage de route

Simulateur

Les simulateurs basés sur des moteurs de jeux vidéo puissants sont capables d’atteindre un niveau de réalisme impressionnant :

• Xplane, un projet de recherche qui devient un jeu grand public, utilisé en école de pilotage
• Solar impulse (EPFL) utilise des technologies numériques de pointe pour prévoir le comportement du futur avion, et calculer les itinéraires les mieux adaptés à ses caractéristiques, il était indispensable de simuler le vol réel à l’aide d’algorithmes extrêmement complexes intégrant de très nombreux paramètres.
• Digital Combat Simulator World (DCS World) est un environnement de simulation numérique, constituant un champ de bataille avec la simulation la plus authentique et la plus réaliste possible d'aéronefs militaires, de chars, de véhicules terrestres et de navires.
• MS Flight Simulator qui permet de parcourir le globe (avec cartes satellites et météo en temps réel

Monuments

Diverses technologies permettent la digitalisation de monuments historiques, Francisco cite quelques exemples,

• Notre Dame de Paris avait été intégré au jeu vidéo Assassin’s Creed (Ubisoft), après l’incendie les visites virtuelles à l’intérieur du jeu ont servi à la restauration du monument
• L’exposition MAH Genève 1850 ou les visiteurs pouvaient se promener virtuellement dans le temps
• Archeotech a réalisé une photogrammétrie de la cathédrale de Lausanne
• Museivaticani.va qui met à disposition des visites virtuelles des musées du Vatican
• Les diverses expositions virtuelles organisée pendant la pandémie par exemple le Centre Pompidou qui se sert d’IA pour écouter Kandinski

Francisco conclut sa présentation avec quelques exemples d’applications concernant les IoT, le big data, les Datascience et les nouveaux usages dont l’économie du partage avec notamment BoxUp une solution innovante de partage de matériel de sport et de loisirs par application mobile.

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