Votre future maison pourrait être construite avec du plastique recyclé et imprimé

La bouteille en plastique que vous venez de jeter dans le bac de recyclage pourrait servir de structure à votre future maison. Des ingénieurs du MIT utilisent du plastique recyclé pour imprimer en 3D des poutres, des fermes et d'autres éléments de structure de qualité construction qui pourraient un jour offrir des alternatives plus légères, modulaires et plus durables aux charpentes traditionnelles en bois.

Dans un article publié dans les actes du symposium Solid FreeForm Fabrication , l'équipe du MIT présente la conception d'un système de fermes de plancher imprimé en 3D à partir de plastique recyclé.

Une charpente traditionnelle est constituée de poutres en bois reliées par des plaques métalliques, selon un motif rappelant une échelle à barreaux diagonaux. Posée sur la tranche et combinée à d'autres pourtres parallèles, la structure ainsi formée supporte le revêtement de sol, généralement du contreplaqué, qui repose sur les charpentes.

L'équipe du MIT a imprimé quatre longues pourtres à partir de plastique recyclé et les a assemblées pour former une structure de plancher classique recouverte de contreplaqué. Elle a ensuite testé la capacité de charge de cette structure. Le plancher imprimé a supporté plus de 1 800 kg, dépassant ainsi les principales normes de construction établies par le département américain du Logement et du Développement urbain.

Chaque poutre imprimée en plastique pèse environ 6 kg, soit moins qu'une poutre comparable en bois, et peut être imprimée en moins de 13 minutes sur une imprimante industrielle grand format. Outre les poutres, l'équipe travaille à l'impression d'autres éléments et à leur assemblage pour former une charpente complète destinée à une maison de taille modeste.

Le système de plancher terminé, illustré ici, comprend quatre pieux, deux embouts et quatre poutres. Crédit : AJ Perez et al.

Les chercheurs envisagent que, face à une demande mondiale de logements qui dépassera l'offre de bois dans les années à venir, les plastiques à usage unique tels que les bouteilles d'eau et les contenants alimentaires pourraient connaître une seconde vie en tant que matériaux de charpente recyclés, afin d'atténuer à la fois la crise mondiale du logement et la demande considérable de bois.

« On estime que le monde aura besoin d'environ un milliard de nouveaux logements d'ici 2050. Si l'on tente de construire autant de logements en bois, il faudrait raser une superficie équivalente à trois fois celle de la forêt amazonienne », explique AJ Perez, maître de conférences à l'École d'ingénierie du MIT et chercheur au Bureau de l'innovation du MIT. « La solution ? Recycler les plastiques usagés pour en faire des matériaux de construction plus légers, plus résistants et plus durables. »

Les coauteurs de Perez pour cette étude sont les étudiants diplômés Tyler Godfrey, Kenan Sehnawi, Arjun Chandar et le professeur de génie mécanique David Hardt, tous membres du Laboratoire de fabrication et de productivité du MIT.

Impression sale

En 2019, Perez et Hardt ont créé MIT HAUS, un groupe au sein du Laboratoire de fabrication et de productivité qui vise à produire des maisons à partir de produits polymères recyclés, en utilisant la fabrication additive à grande échelle, qui englobe des technologies capables de produire de grandes structures, couche par couche, dans des délais relativement courts.

Aujourd'hui, certaines entreprises explorent la fabrication additive à grande échelle pour imprimer en 3D des maisons de taille modeste. Ces efforts se concentrent principalement sur l'impression en béton ou en argile, des matériaux dont la production a un impact environnemental négatif important. Les structures de maisons imprimées jusqu'à présent sont essentiellement des murs. Le groupe MIT HAUS est parmi les premiers à envisager l'impression d'éléments de charpente tels que les pieux de fondation, les charpentes, les limons d'escalier, les fermes de toit, les montants de murs et les solives.

De plus, ils cherchent à le faire non pas avec du ciment, mais avec du plastique recyclé « sale » — un plastique qui n'a pas besoin d'être nettoyé ni prétraité avant d'être réutilisé. Les chercheurs envisagent qu'un jour, les bouteilles et les emballages alimentaires usagés puissent être broyés directement, granulés, puis intégrés à une machine de fabrication additive à grande échelle pour devenir des composants de construction composites.

Ces pièces en composite plastique seraient suffisamment légères pour être transportées par camionnette plutôt que par un semi-remorque traditionnel transportant du bois. Sur le chantier, ces éléments pourraient être rapidement assemblés pour former une structure de maison légère et robuste.

« Nous commençons à percer le secret du traitement et de l'impression de plastiques très sales », explique Perez. « Nous nous demandons : à quoi peut bien servir ce plastique sale et indésirable, et comment l'utiliser tel quel ? »

Catégorie de poids

La nouvelle étude de l'équipe constitue un pas de plus vers l'objectif global d'une construction durable et recyclée. Dans le cadre de ces travaux, ils ont mis au point une structure de plancher imprimée en plastique recyclé. Cette structure a été conçue avec un rapport rigidité/poids élevé, ce qui signifie qu'elle peut supporter un poids donné avec une déformation minimale. (Imaginez pouvoir marcher sur un plancher sans qu'il ne s'affaisse entre les solives.)

Les chercheurs ont d'abord exploré par simulation plusieurs conceptions de poutres possibles, puis ont soumis chacune d'elles à un test de charge simulé. Leur modélisation a révélé qu'une conception en particulier présentait le rapport rigidité/poids le plus élevé et constituait donc le modèle le plus prometteur pour l'impression et les essais physiques. Cette conception est proche de la structure traditionnelle des charpentes en bois, ressemblant à une échelle dont les barreaux sont triangulaires et diagonaux. L'équipe a apporté une légère modification à cette conception, en ajoutant de petits éléments de renforcement à chaque nœud où un barreau rejoint la structure principale.

Pour imprimer le modèle, Perez et ses collègues se sont rendus au Centre de recherche et d'ingénierie Bates du MIT, qui abrite leur imprimante 3D industrielle : une machine occupant une pièce entière, capable d'imprimer des structures de grande taille à une cadence rapide allant jusqu'à 36 kg de matériau par heure. Pour leur étude préliminaire, les chercheurs ont utilisé des granulés composés d'un mélange de polymères PET recyclés et de fibres de verre, un mélange qui améliore l'imprimabilité et la durabilité du matériau. Ils se sont procuré ce matériau auprès d'une entreprise spécialisée dans les matériaux aérospatiaux, puis ont introduit les granulés dans l'imprimante comme une « encre » composite.

L'équipe a imprimé quatre poutres, chacune mesurant 2,44 mètres de long, 30 centimètres de haut et environ 2,5 centimètres de large. L'impression de chaque ferme a pris environ 13 minutes. Perez et Godfrey ont espacé les poutres parallèlement, à l'instar des poutres traditionnelles en bois, et les ont vissées sur une plaque de contreplaqué pour simuler un cadre de plancher de 1,22 mètre sur 2,44 mètres. Ils ont placé des sacs de sable et de béton de poids croissant au centre de ce système de plancher et ont mesuré la déformation des poutres.

Ces poutres ont facilement résisté à des charges de 136 kg, bien au-delà des normes de déformation fixées par le Département du Logement et du Développement Urbain des États-Unis. Elles n'ont pas cessé d'être soumises à des tests de charge, et ce n'est que lorsque les charges ont dépassé 1 814 kg que les poutres ont finalement cédé et se sont fissurées.

En termes de rigidité, les poutres imprimées sont conformes aux normes de construction américaines en vigueur. Pour une adoption à grande échelle, Perez explique que le coût de production de ces structures devra être réduit afin de concurrencer le prix du bois. Les poutres de la nouvelle étude ont été imprimées à partir de plastique recyclé, provenant d'une source qu'il qualifie de « crème de la crème des matières premières recyclées ». Ce plastique est un déchet industriel, mais il est loin d'être le plastique « sale » qu'il souhaite à terme broyer, imprimer et utiliser pour construire des structures.

L'étude actuelle démontre qu'il est possible d'imprimer des éléments de construction structurels à partir de plastique recyclé. Perez travaille actuellement avec des plastiques plus souillés, comme des bouteilles de soda usagées — qui contiennent encore des résidus de liquide — afin d'observer l'influence de ces contaminants sur la qualité du produit imprimé.

Si l'on parvient à transformer des plastiques souillés en structures d'habitation durables, explique Perez, « l'idée serait d'installer des conteneurs maritimes à proximité des zones où l'on sait qu'il y a beaucoup de plastique, par exemple près d'un stade de football. On pourrait ensuite utiliser une technologie de broyage standard et intégrer ces plastiques broyés dans un système de fabrication additive à grande échelle, qui pourrait être implanté dans des micro-usines, comme les centres d'embouteillage, partout dans le monde. On pourrait imprimer les éléments nécessaires à la construction de bâtiments entiers, suffisamment légers pour être transportés en cyclomoteur ou en camionnette jusqu'aux endroits où les besoins en logements sont les plus criants. »

https://news.mit.edu/2026/your-future-home-might-be-framed-with-printed-plastic-0203