«La création de la maison futuriste en carbonbeton CUBE à Dresde (Allemagne), entièrement construite avec des armatures non métalliques, permet de démontrer une interaction fascinante entre la forme dynamique et les influences cubistes, et d’illustrer de manière exemplaire la rentabilité du matériau conformément à toutes les exigences du droit de la construction. Un regard vers l’avenir permet aux entrepreneurs et aux scientifiques d’affirmer que l’utilisation de cette technologie innovante est déjà irréversible et conquiert de plus en plus le marché », assure le professeur Manfred Curbach, directeur de l’institut et professeur de construction massive à l’université technique de Dresde.
Combiner le carbone et le béton permet d’économiser des ressources
Le béton a la particularité de pouvoir absorber de grandes forces de compression, mais pratiquement aucune force de traction. L’armature en carbone, sous forme de nattes ou de barres en fibres de carbone, constitue donc un composant interne capable d’absorber ces forces de traction. Une interaction parfaite qui présente de nombreux avantages, comme une économie de matériau pouvant atteindre 80% selon le domaine d’application. Le premier élément de construction en carbonbeton à avoir obtenu un agrément technique général de l’Institut allemand pour la technique du bâtiment (Deutsches Institut für Bautechnik) était un panneau de façade d’une épaisseur de seulement deux centimètres. Pour un panneau de façade comparable en béton armé, il faut compter huit à dix centimètres. En raison du faible volume de béton et de l’armature en carbone beaucoup plus légère, les émissions de CO2 peuvent être réduites de plus d’un quart. L’économie de matériaux permet non seulement de réduire les émissions de dioxyde de carbone liées à la fabrication et la consommation d’énergie, mais aussi de préserver des ressources précieuses comme le sable et l’eau. Le carbonbeton dispose d’une armature en fibres de carbone qui, contrairement à l’acier, est beaucoup plus légère, plus flexible, très résistante et ne rouille pas. Il faut moins de béton pour protéger l’acier des intempéries et on peut économiser jusqu'à 70% d’émissions de CO2 – un argument de poids pour la protection du climat.Carbonbeton: un cycle de matériau fermé
Selon l’état actuel de la recherche, les constructions en carbonbeton peuvent être facilement recyclées. Après la démolition d’un bâtiment, les composants carbone et béton peuvent être séparés avec un degré de pureté de 98%. Pour ce faire, on utilise des procédés établis, déjà connus dans l’industrie aéronautique, automobile et des articles de sport. En outre, les appareils et machines courants conviennent aussi bien pour la démolition que pour le broyage du carbonbeton. Le tri des composants s’effectue à l’aide d’installations pilotées par des capteurs et des caméras. Les fibres de carbone traitées peuvent ensuite être utilisées pour la fabrication de nouvelles armatures en forme de nattes ou de barres ou comme matériau pour la fabrication de carrosseries de voiture ou de cadres de vélo. Actuellement, des recherches sont menées pour produire du carbone à partir d’algues.
Les domaines d’application du carbonbeton : la rénovation et la construction neuve
Le carbonbeton permettant une épaisseur de paroi plus mince, il est possible de gagner en surface utile dans le domaine de la construction neuve. La conductivité électrique de la fibre de carbone permet en outre d’intégrer des fonctions supplémentaires, comme le chauffage par les murs et la charge par induction. La durée de vie nettement plus longue, prévue pour 200 ans, joue un rôle important dans la construction de ponts. Grâce à l’armature en carbone chimiquement inerte, il n’y a pas de travaux d’entretien. Le carbonbeton s’avère être une alternative appropriée au béton armé non seulement dans les nouvelles constructions, mais aussi dans le domaine de la rénovation de maisons ou de bâtiments anciens. En supprimant la couverture de béton supplémentaire nécessaire pour protéger l’acier de la rouille, les constructions peuvent être remises en état avec une fine couche d’un demi à un centimètre de carbonbeton. La légèreté du carbone permet de poser les armatures beaucoup plus rapidement lors de la rénovation de silos ou de dalles de bâtiment. Il n’est pas nécessaire de fixer les armatures avec des ancrages muraux. La fine couche de carbonbeton ne vient que légèrement alourdir les dalles de bâtiment existantes, de sorte qu’il est possible de renoncer dans une large mesure à renforcer les éléments de construction adjacents supportant les charges, tels que les piliers, les murs et les fondations, et de conserver pratiquement la hauteur utile des locaux.
Faits et chiffres
En mai 2021, une entreprise de construction locale a achevé la construction du complexe préfabriqué CUBE « BOX » de deux étages. Les murs semi-préfabriqués, les dalles et les escaliers ont été fabriqués par la centrale à béton d’Oschatz. Les murs sont constitués à l’intérieur et à l’extérieur de coques en carbonbeton d’une épaisseur de seulement 4 cm chacune, entre lesquelles a été insérée une isolation haute performance de 7 cm et un béton de remplissage de 12 cm d’épaisseur, ce qui donne un mur extérieur mince d’une épaisseur totale de 27 cm. Les dalles ont une épaisseur de 25 cm, une longueur d’environ 4,7 m et sont tendues sur un seul axe. Elles présentent une section de corps creux afin de réduire au maximum la consommation de béton. Les corps creux ont été mis en place de manière à ce qu’un élément de dalle soit constitué de membrures à armature en carbone de seulement 3 cm d’épaisseur et d’entretoises de 19 cm de haut et 6 cm de large. Pour relier les éléments préfabriqués, on a utilisé du béton coulé sur place et des barres et étriers d’armature non métalliques.
Sources
Université technique de Dresde, Association C³ – Carbon Concrete Composite, beton.org
Photos
Université technique (TU) de Dresde, IMB, Stefan Gröschel
Auteurs
BETONSUISSE, Prof. Manfred Curbach, Sandra Kranich
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