Caractérisation en flexion de poutres à petite échelle renforcées par des barres et des plaques en polymère imprimées en 3D. Crédit : Construction and Building Materials (2025). DOI : 10.1016/j.conbuildmat.2025.144659
Des chercheurs de l’Université de Sharjah ont démontré qu’il est possible de renforcer le béton à l’aide de plaques de polymère plutôt que de barres d’acier. Ce nouveau matériau présente une résistance, une ductilité et une dissipation d’énergie supérieures. Leurs résultats, publiés dans la revue Construction and Building Materials , pourraient ouvrir la voie à des matériaux de construction plus durables et respectueux de l’environnement.
Selon l’étude, les plaques en polymère ont largement surpassé les barres d’acier, atteignant une capacité de charge maximale presque deux fois supérieure et absorbant cinq fois plus d’énergie que les configurations renforcées par des barres d’acier.
« Les résultats ont montré que les géométries ondulées optimisées amélioraient considérablement l’adhérence, le comportement après fissuration et la dissipation d’énergie par rapport aux armatures droites traditionnelles », écrivent-ils. « Les spécimens les plus performants ont atteint près de 80 % de la résistance à la flexion des échantillons renforcés d’acier. »
Plutôt que de simplement remplacer les barres d’acier par des versions en plastique, la recherche a exploré comment la forme et la géométrie du renforcement influencent les performances structurelles. Les chercheurs ont évalué deux configurations de renforcement principales.
« Nous avons testé des barres par rapport à des plaques, en comparant des formes standard en forme de tige à des structures plates en forme de plaque », a déclaré le Dr Muhammad Talha Junaid, professeur associé de matériaux et de structures à l’Université de Sharjah.
« Nous avons également comparé les lignes droites traditionnelles à des motifs innovants ondulés, dentelés et triangulaires conçus pour mieux adhérer au béton et obtenir un meilleur transfert de contraintes. »
Le secteur de la construction se tourne vers la fabrication additive pour réduire les déchets et automatiser la production. Des scientifiques ont testé avec succès des plaques de plastique écologiques comme alternative potentielle aux barres d’acier traditionnellement utilisées pour l’armature du béton. Crédit : Construction and Building Materials (2025). DOI : 10.1016/j.conbuildmat.2025.144659
Une alternative solide à l’acier
Le béton, matériau de construction le plus utilisé au monde, dépend fortement des armatures en acier pour assurer sa résistance à la traction. À l’échelle mondiale, on estime que la moitié de la production d’acier, soit environ 900 millions de tonnes par an, est utilisée dans la construction, dont une part importante est spécifiquement consacrée au renforcement du béton.
Bien qu’efficace, l’acier présente des inconvénients : il est lourd, coûteux et sensible à la corrosion, ce qui peut compromettre la durabilité des structures, explique le Dr Junaid. « Dans notre étude, nous avons exploré une solution novatrice : le renforcement du béton avec de l’acide polylactique (PLA) imprimé en 3D, un thermoplastique biodégradable. »
L’une des principales conclusions, selon le Dr Junaid, est que les plaques sont plus performantes que les barres. « Les poutres renforcées par des plaques de PLA ont atteint une capacité de charge maximale jusqu’à deux fois supérieure et ont absorbé jusqu’à cinq fois plus d’énergie (résistance) que celles utilisant de simples barres de PLA. La surface accrue des plaques a permis une adhérence beaucoup plus forte au béton. »
Les plaques thermoplastiques présentent des avantages considérables par rapport aux barres d’acier traditionnelles, notamment une résistance supérieure à la corrosion, une légèreté accrue, une personnalisation à la demande et une durabilité globale. Crédit : Construction and Building Materials (2025). DOI : 10.1016/j.conbuildmat.2025.144659
Les chercheurs ont également découvert que les formes non traditionnelles, notamment triangulaires et ondulées, amélioraient considérablement la capacité de la poutre à résister aux contraintes post-fissuration. Le Dr Junaid a déclaré : « Ces formes dentelées agissaient comme des dents, s’ancrant dans le béton pour empêcher tout glissement. »
Cependant, la configuration la plus efficace était la plaque triangulaire ondulée en PLA, qui atteignait « près de 80 % de la résistance à la flexion d’une poutre traditionnelle renforcée d’acier et égalait sa ductilité (flexibilité) », a ajouté le Dr Junaid.
Les plaques thermoplastiques sont plus performantes que les barres d’acier traditionnelles.
L’un des principaux enseignements de cette étude est qu’elle ouvre la voie à la production en série de formes de renforcement innovantes, démontrant ainsi que les performances du béton armé dépendent non seulement du matériau lui-même, mais aussi de la géométrie du renforcement.
« Nous avons constaté que les formes ondulées ou dentelées (ressemblant à des dents) adhèrent bien mieux au béton que les barres droites, empêchant ainsi l’armature de glisser lorsque la poutre est soumise à une charge ou à des contraintes », a déclaré le Dr Junaid. « Cela a permis d’améliorer l’adhérence et de mieux répartir les contraintes, renforçant ainsi la résistance des éléments. »
Les chercheurs ont également découvert que l’utilisation de plaques plates avec des éléments de renforcement longitudinaux, plutôt que de barres traditionnelles en forme de tige seules, améliorait considérablement les performances.
« Les plaques offraient une plus grande surface d’adhérence au béton, ce qui permettait d’obtenir des poutres capables de supporter une charge deux fois supérieure et d’absorber cinq fois plus d’énergie que celles ne comportant que des barres », a ajouté le Dr Junaid.
Les auteurs soulignent que leur méthode de renforcement « constitue une alternative viable et non corrosive au renforcement en acier conventionnel. Bien que sa résistance soit légèrement inférieure, elle a démontré des performances comparables dans certaines configurations. Elle offre une solution durable et légère, particulièrement adaptée aux applications exigeant une résistance à la corrosion ou une compatibilité des matériaux. »
Ils notent en outre que « les configurations de plaques en PLA ont systématiquement surpassé les barres en PLA, leur efficacité étant régie par des paramètres tels que l’augmentation de la résistance d’adhérence, la continuité du chemin de renforcement, la surface de section transversale et l’augmentation de la surface de liaison avec le béton environnant. »
Dans leur étude, les chercheurs soulignent plusieurs implications pratiques, notant que les plaques thermoplastiques offrent des avantages substantiels par rapport aux barres d’acier traditionnelles, notamment leur résistance supérieure à la corrosion, leur légèreté, leur personnalisation à la demande et leur durabilité globale.
https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S0950061825048111
