Tendances des matériaux à regarder en 2017

Par Blaine Brownell

Les prévisions concernant les matériaux prennent en compte des facteurs, tels que la croissance dans le secteur, l’impact économique et l’intérêt médiatique (c’est-à-dire, les nouvelles découvertes surprenantes) pour prédire les meilleures innovations au cours de la nouvelle année. Pour ma prévision pour 2017 concernant les principales tendances des matériaux, j’ai essayé de sélectionner des technologies qui abordent une combinaison de ces critères en offrant des capacités pourtant

hautement avantageuses non prévues dans les industries établies, telles que le ciment, l’exploitation forestière et les énergies renouvelables. En supposant qu’il s’agit d’une orientation positive vers l’adoption et la commercialisation, ces offres promettent d’influencer les domaines de la conception et de la construction cette année et au-delà.

Ciment programmable

En tant que substance la plus consommée par l’humanité après l’eau, le béton continue d’occuper une place prépondérante dans la recherche et le développement des matériaux. Malgré son omniprésence, le béton conserve de nombreux mystères qui restent à découvrir, par exemple, la découverte récente selon laquelle le ciment carbonise, au fil du temps, le dioxyde de carbone dans du béton, ce qui redéfinit de manière efficace l’empreinte environnementale supposée des matériaux. Ce type d’études met l’accent sur la nécessité de mieux comprendre et de mieux façonner le matériau au niveau moléculaire.

Un récent exemple probant a été illustré au laboratoire de matériaux multi-échelle de l’université Rice. Des scientifiques y ont découvert des principes jusqu’alors inconnus dans le comportement des particules de ciment contenant de l’hydrate de silicate de calcium (C-S-H); par ailleurs, ils s’appuient sur ces connaissances pour programmer des particules par des méthodes fortement contrôlées. « C’est ce que nous appelons du ciment programmable » a affirmé Rouzbeh Shahsavari, principal auteur et professeur associé de la science des matériaux dans un communiqué de presse diffusé par l’université Rice. « La formidable progression de ce travail réside dans le fait que c’est la première étape dans le contrôle de la cinétique du ciment en vue d’obtenir les formes souhaitées. Nous montrons comment l’on peut contrôler la morphologie et la taille des blocs de construction de base de C-S-H de sorte qu’ils puissent s’auto-assembler en microstructures avec une densité de compactage bien plus importante par rapport aux microstructures C-S-H classiques amorphes. » Shahsavari prévoit qu’une amélioration de cette densité débouchera sur le renforcement de la résistance des matériaux et sur une meilleure protection et résistance chimique de l’acier renforcé à l’intérieur du béton.

Bois dur lamellé-croisé

Le bois est un autre matériau de construction courant qui bénéficie d’un intérêt important. L’industrie de la construction est actuellement éprise du bois massif, basé sur le développement de nouvelles méthodes de construction des bâtiments élevés à l’aide de matériaux de séquestration de carbone qui donnent de meilleurs résultats que du béton et de l’acier sur le plan environnemental. Un rival peu probable est apparu dans le domaine florissant des produits de bois d’œuvre : Le bois dur lamellé-croisé (CLT).

Les architectes de la DRMM de Londres ont mis au point un panneau de bois dur lamellé-croisé de tulipier nord-américain à croissance rapide en collaboration avec le bureau d’études international ARUP et avec l’American Hardwood Export Council. Utilisé dans « Escalier sans fin » du bureau d’études techniques de conception en vue du Festival du Design de Londres de 2013, ainsi que dans l’installation du Smile par Alison Brooks Architects pour l’événement de 2016, le matériau est désormais breveté sous le nom Leno CLT au profit de Züblin, fabricant basé à Stuttgart. Contrairement au CLT classique, qui est constitué d’épinette, la version en tulipier est beaucoup plus résistante, et même plus résistante que du béton par le poids, et est considéré comme ayant une meilleure apparence. De plus, le Leno CLT est fabriqué à partir d’une matière première renouvelable et peut être fabriqué dans des dimensions très grandes, par exemple, des panneaux de 14 sur 4,5 m utilisés dans le Smile.

Routes exploitant de l’énergie solaire

Les technologies renouvelables continuent de progresser avec des applications plus diversifiées et inattendues, telles que l’intégration des possibilités d’exploitation de l’énergie solaire dans les infrastructures de transport. Par exemple, TK City, Solar Roadways entreprise basée à Idaho, développe des pavés hexagonaux imbriqués composés de substrat photovoltaïque protégés par du verre texturé à forte résistance. Les pavés intègrent un éclairage DEL et des éléments chauffants pour un éclairage routier auto-alimenté et des propriétés de fonte de neige.

Un autre exemple est Wattway, une surface de route pouvant récupérer de l’énergie et fabriquée par Colas, société de génie civil française. Selon le fabricant, les véhicules n’occupent les routes que pendant 10 pour cent du temps; alors que 20 mètres carrés de la surface de route exposée peuvent être utilisés pour alimenter une maison classique. Un matériau composite flexible dont l’épaisseur est seulement de quelques millimètres, Wattway présente une surface photovoltaïque fortement texturée. S’il lui manque les multiples technologies et capacités de Solar Roadways, Wattway peut être appliqué directement sur la surface de la chaussée existante et est conçu pour tenir compte de la dilatation thermique intrinsèque du dallage pour véhicules. L’entreprise a récemment installé une bande de 1 kilomètre en Normandie avec le produit, il est prévu que 280 mégawatts soient produits par an.

Textiles produisant de l’énergie

Un autre domaine croissant d’intégration des énergies renouvelables est le tissu. Les textiles pouvant récupérer de l’énergie ont longtemps constitué un objectif pour les concepteurs et fabricants d’appareils améliorés par la technologie. Cependant, les caractéristiques de matériau limitées des composants électroniques existants, composants rigides et connexions fragiles, les ont rendus difficiles à intégrer aux textiles pliables. En septembre dernier, des scientifiques de la Georgia Institute of Technology ont annoncé la mise au point d’un tissu qui capte de l’énergie des sources solaires et cinétique en l’acceptant, plutôt qu’en évitant la friction potentielle qui peut être le fruit d’un mélange de matériaux générant de l’énergie avec d’autres fibres. Ils ont utilisé une machine de textile commerciale pour concevoir un tissu entièrement nouveau composé de cellules solaires à base de fibres polymères, des fils qui deviennent électriquement chargés lorsqu’ils entrent en contact par frottement contre un autre matériau. « Le tissu est hautement flexible, respirable, léger et adaptable à une gamme d’utilisations », a affirmé Zhong Lin Wang, professeur d’ingénierie et de la science des matériaux dans un communiqué de presse de l’université. En outre, le textile se compose de matériaux bon marché, largement disponibles et respectueux de l’environnement, qui peuvent résister à des niveaux élevés d’exploitation; une rare combinaison de qualités avantageuses qui pourraient bientôt permettre la fabrication d’autres appareils produisant de l’énergie.

Bioréacteurs intégrés dans les bâtiments

Bien que les bâtiments ne servent pas généralement à produire de la biomasse, la collecte des algues intégrées dans le bâtiment est une tendance qui prend de l’ampleur, même si elle en est encore au stade expérimental. En tant qu’organismes de photosynthèse omniprésents qui forment la base de la chaîne alimentaire aquatique, les microalgues sont considérées comme une ressource aux potentiels illimités pouvant permettre de répondre à la rareté de la nourriture et de l’énergie. Splitterwerk, une agence d’architecture autrichienne et Arup ont fait la une des journaux avec leur façade équipée d'un bioréacteur en algues lors de l’exposition internationale sur le bâtiment en 2013, par exemple. ecoLogicStudio, basé à Londres, a créé une trajectoire de recherches appliquées basée sur le développement de ce qu’il appelle écosystèmes « agri-urbains ». Les ecoMachines de la société, telles que Urban Algae Folly de Braga au Portugal et l’installation HORTUS à l’exposition de Karlsruhe, en Allemagne, sont des « micro-écologies bio-numériques ».

Ces conceptions biomorphes se composent de cultures d’algues enveloppées et d’équipements électroniques, tels que les capteurs de lumière et l’éclairage. Bien que hautement spéculatifs par nature, ces efforts visant à intégrer la culture de la biomasse aux structures habitables représentent un objectif admirable d’une architecture qui, non seulement protège les occupants, mais les nourrit également. « Les forces humaines, technologiques et environnementales sont de plus en plus emmêlées et coévolutives » a déclaré Carlo Ratti, directeur du laboratoire SENSEable City Lab à Metropolis en 2013. « L’architecture ne fait pas exception. »

Cet article a été publié pour la première fois par le magazine Architect le 12 janvier 2017 mars .

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