L’architecture du futur
Découvrez à quoi ressemblera l’architecture du futur selon notre étude consacrée à ce sujet
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Les nouveaux matériaux révolutionnent notre façon de construire. Matériaux de construction écologiques, respectueux de l’environnement, fiables et durables, de plus en plus légers, les progrès de la science des matériaux ont atteint un niveau sans précédent. Ces avancées stimulent une nouvelle architecture, totalement différente de celle à laquelle nous sommes habitués. Nous avons compilé dans cet article plus de 15 matériaux innovants qui dévoilent les contours du bâtiment du futur.
- Le bois transparent
- La fibre de carbone
- SensiTiles
- Le béton auto-cicatrisant
- L’aérogel
- Le Richlite
- Le granit liquide
- Le béton flexible
- La toile de béton
- L’aluminium transparent
- Le bois laminé
- L’hydrocéramique
- CABKOMA
- Flexicomb
- La peinture ultra-blanche
- Le revêtement de bio-charbon
- Les barres d’armature en chanvre
Matériaux du futur : résoudre les problèmes du passé
Lorsque des fissures apparaissent dans du ciment, le problème est beaucoup plus grave que ce que la plupart des gens pensent. Et il ne s’agit pas seulement d’une question esthétique, bien que cela soit certainement important. Le problème est structurel : l’eau va s’infiltrer dans la fissure et commencer à saper le béton et les armatures nécessaires à une résistance optimale. Dans un environnement aux températures instables, ce problème est exacerbé par l’effet du gel et du dégel. L’eau dans la fissure se dilate pendant les hivers glacials, repoussant chaque côté de la fissure un peu plus loin. Puis, lorsque la glace dégèle au printemps, l’eau s’infiltre plus profondément dans le ciment, creusant la fissure et minant l’intégrité structurelle du bâtiment.
Et si le béton pouvait se guérir lui-même ? Ou l’asphalte, ou même le métal ? Il serait possible d’économiser des milliards rien qu’en réparations et en travaux de restauration, sans parler de la réduction des dommages causés à l’environnement par le remplacement des matériaux endommagés.
Certains nouveaux matériaux de construction ne seront adaptés que pour des cas très spécifiques, mais d’autres ont le potentiel d’être utilisés à une échelle beaucoup plus large. Les bâtiments aux structures traditionnelles en briques et en béton appartiendront progressivement au passé, car désormais, nous avons besoin de bâtiments écologiques, efficaces sur le plan énergétique, durables et légers, qui soient à la fois beaux et très fonctionnels.
Nous avons rassemblé dans cet article les matériaux de construction les plus innovants et intéressants. Certains des plus prometteurs d’entre eux sont déjà testés dans le cadre de projets pilotes. D’autres ne sont pas totalement nouveaux et ont été développés et testés depuis longtemps. Cependant, leur utilisation était jusqu’à présent très sélective et peu répandue. Les nouveaux matériaux de construction servent parfois de finitions décoratives, tandis que d’autres sont utilisés dans la structure des bâtiments.
Les voici !
1. LE BOIS TRANSPARENT
Dans la famille des matériaux de construction écologique, on retrouve le bois transparent. Inventé dès 2016 par un scientifique en collaboration avec une équipe de l’Université du Maryland à College Park, ce n’est qu’en 2020 que les tests ont été terminés et les résultats stabilisés. Le bois transparent est au moins 5 fois plus résistant et plus léger que le verre, et il est aussi plus efficace thermiquement. Ces caractéristiques en font un substitut potentiel intéressant aux fenêtres en plastique ou en verre. Autre avantage : le bois est un matériau biosourcé : renouvelable et à faible impact écologique. Le bois transparent est produit à partir de morceaux de Balsa (ou Fromager pyramidal), une espèce d’arbre connue pour pousser rapidement, un arbre atteignant l’âge adulte en seulement 5 ans. Les coûts de production sont également bien inférieurs à ceux de la production de verre, dont l’empreinte carbone est notable en raison des températures élevées requises et de l’électricité utilisée dans le processus de fabrication.
Le bois transparent est assez flexible, car il contient de la cellulose naturelle. Pour obtenir la transparence, le bois de balsa est trempé dans une solution spéciale, puis de la résine époxy est ajoutée à la structure. Le bois transparent ou le verre en bois peut être utilisé à la place des vitrages traditionnels ou d’autres éléments dans les structures de bâtiments qui doivent être à la fois transparents, durables, écologiques et économes en énergie.
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2. LA FIBRE DE CARBONE
La fibre de carbone est véritablement un matériau d’avenir, même si elle est utilisée depuis longtemps dans différents sports ! Ce matériau innovant est de plus en plus souvent utilisé dans la construction, un secteur qui exige souvent une combinaison de résistance et de légèreté. La fibre de carbone est 75% plus légère que le fer et 30% plus légère que l’aluminium. Elle est utilisée pour renforcer les matériaux de construction traditionnels afin d’améliorer leur résistance – briques, blocs de béton armé, structures en bois – ainsi que pour réduire l’épaisseur des panneaux et, par conséquent, leur poids. L’armature de béton en fibre de carbone offre également une excellente isolation thermique. Le seul inconvénient qui limite son application à grande échelle est le coût élevé du matériau.
3. SENSITILES – CARREAUX ACRYLIQUES DÉCORATIFS
Les avantages des nouveaux matériaux de construction ne sont pas toujours à chercher du côté de la résistance ou de la sécurité. Certains de ces matériaux technologiques peuvent offrir une décoration spectaculaire et rendre possible les idées de conception les plus extravagantes. Le SensiTile est un nouveau matériau de finition, un carreau sensible composé d’une fibre acrylique qui réagit aux mouvements, au toucher ou à des sources de lumière. La fibre optique transmet la lumière et réagit : le carreau peut scintiller, s’illuminer, capturer et diffuser les couleurs voisines sur sa surface. Ce type de matériau ouvre de nouvelles possibilités en architecture et en décoration d’intérieur.
4. LE BÉTON AUTOCICATRISANT
Le béton traditionnel est un matériau de construction très fiable et bien établi, mais il perd ses propriétés lorsqu’il est fissuré. De nombreux spécialistes en science des matériaux du monde entier s’efforcent de révolutionner ce matériau.
L’expression « béton auto-cicatrisant » semble de prime abord assez fantaisiste. En 2015, l’inventeur Henk Jonkers, de l’Université de technologie de Delft, a créé une méthode innovante pour réparer les fissures du béton à l’aide de bactéries. Le principe de la technologie est simple : des capsules contenant des bactéries et des nutriments sont ajoutées au béton. Les bactéries sont activées dès qu’elles sont touchées par de l’eau. Le béton fissuré est alors reconstruit grâce à l’humidité, remplie de calcaire produit par les bactéries.
Outre cette biotechnologie, il existe une autre solution proposée par des chercheurs coréens, qui consiste à ajouter au béton des capsules d’un certain polymère. Sous l’influence de l’humidité et de la lumière du soleil, ce polymère commence également à réagir, gonflant et remplissant la fissure.
Récemment, des scientifiques américains du Worcester Polytechnic Institute (WPI) ont également présenté leurs recherches sur un béton bio auto-régénérant. Dans ce cas, une enzyme est ajoutée pour réagir avec des cristaux de carbonate de calcium libérant du CO2. Leurs propriétés sont similaires à celles du béton. En conséquence, toutes les fissures sont comblées et la résistance du béton est restaurée. Cette méthode permet de restaurer une fissure de 1 mm en une journée.
Une autre trouvaille des scientifiques de l’université du Colorado repose sur la photosynthèse des bactéries. T Bioconcrete est composé d’un mélange de cyanobactéries – des bactéries photosynthétisantes – de gélatine et de sable. Ces éléments réagissent à l’eau et augmentent de taille pour remplir les éventuelles cavités.
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5. L’AÉROGEL
Le matériau le plus dur et le plus léger du monde est composé à 99,8% d’air !
Ce matériau synthétique poreux et ultraléger est dérivé d’un gel dont le composant liquide est remplacé par un gaz. Il en résulte un corps très solide avec une densité extrêmement faible et une faible conductivité thermique. Au toucher, il ressemble à une mousse de polystyrène fragile. Les aérogels peuvent être constitués d’une variété de composés chimiques. Produit pour la première fois en 1931, à l’initiative de Samuel Stephens Kistler, celui-ci affirmait qu’il pouvait remplacer le liquide par du gaz sans rétrécir la structure. Les premiers aérogels étaient constitués de gels de silice. Les travaux ultérieurs de Kistler concernaient des aérogels à base d’oxyde d’aluminium, d’oxyde de chrome et de dioxyde d’étain. Les aérogels de carbone ont été développés pour la première fois à la fin des années 1980.
Une caractéristique particulière des aérogels est qu’ils peuvent avoir une conductivité thermique inférieure à celle du gaz qu’ils contiennent. Ce matériau est un excellent isolant thermique, il est donc largement utilisé pour une isolation thermique efficace et respectueuse de l’environnement à l’échelle industrielle. En raison de la porosité élevée et fine de la structure, les aérogels peuvent être utilisés comme matrice de collecte pour les plus petites particules de poussière.
6. LE RICHLITE
Richlite est un matériau composite en papier durable. Il est fabriqué à partir de vieux papiers, qui sont pressés en panneaux durs et lisses afin d’être transformés. Le papier correctement sourcé est beaucoup plus respectueux de l’environnement que bon nombre des matériaux les plus courants utilisés dans la construction, et c’est l’un des principaux avantages de Richlite. Grâce à la technologie, c’est une matière première étonnante et parfaitement adaptée pour une construction durable et respectueuse de l’environnement.
Contrairement à la pierre ou à d’autres surfaces dures, Richlite fonctionne de la même manière qu’un bois dur dense, et peut être facilement fraisé, poncé et assemblé. Richlite est également un matériau résistant à l’eau et hygiénique, qui absorbe peu d’humidité et résiste bien à la chaleur et au feu. De plus, il a un bel aspect, avec une finition naturelle. C’est pourquoi il est utilisé dans de nombreux secteurs, aussi bien dans la construction que pour la conception de meubles. Il est même utilisé pour produire des instruments de musique, en remplacement de l’ébène coûteux, car il offre une qualité sonore élevée. Le Richlite est devenu un matériau très connu, apprécié par de nombreux architectes pour la finition de meubles, d’éléments d’intérieur et de structures créatives.
7. LE GRANITE LIQUIDE
La pierre artificielle « liquide » est un mélange spécial pour la construction, composé à 70% de copeaux de marbre et de 30% d’additifs spéciaux et d’enduits décoratifs. Ce mélange est pulvérisé sur des surfaces telles que le béton, la maçonnerie, la pierre et l’asphalte. En raison de sa composition, le liquide se fige pour former un joint étanche, offrant à la surface une durabilité et un aspect attrayant. Le granit liquide est un matériau écologique puisqu’il comporte des résines durables, des copeaux de marbre naturel et des enduits minéraux. Ce matériau composite est souvent utilisé dans les travaux de finition, pour la fabrication ou le revêtement de structures individuelles ou d’éléments intérieurs.
8. LE BÉTON FLEXIBLE
La recherche visant à améliorer la qualité du béton est l’une des activités les plus populaires dans le domaine de la science des matériaux, et cela n’a rien d’étonnant. De nos jours, presque toutes les constructions sont réalisées en béton. Or, nous avons déjà mentionné le problème de la fragilité du béton, qui peut s’écailler et se fissurer. De plus, bien que le béton soit extrêmement solide, il est limité dans la charge qu’il peut supporter.
En 2014, des Singapouriens ont réussi non seulement à améliorer la résistance et à réduire le poids du béton en éliminant les armatures dans les structures en béton, mais ils l’ont également rendu flexible, ce qui n’est pas une propriété caractéristique du béton traditionnel.
Grâce à un additif unique, le nouveau béton ConFlexPave a gagné une flexibilité et une résistance jusqu’à 3 fois supérieures à celles du béton traditionnel. Des microfibres polymères très fines sont mélangées à la solution, répartissant les charges sur l’ensemble d’une dalle de béton. Celle-ci devient alors aussi solide que le métal et deux fois plus solide que le béton ordinaire lorsqu’elle est soumise à une flexion.
Cependant, la perfection n’a pas de limite et d’autres scientifiques continuent de travailler sur le béton flexible. Par exemple, des spécialistes de l’université de Swinburne ont créé un béton sans ciment, mais avec les mêmes caractéristiques exceptionnelles en termes de flexibilité et de charge. Ce nouveau type de béton est également respectueux de l’environnement car il intègre des cendres volantes et des composites géopolymères – des déchets typiques des centrales électriques au charbon. Il se solidifie également à température ambiante, ce qui signifie qu’il n’est pas nécessaire de recourir à des coûts de production élevés et non durables. Mais surtout, ce nouveau béton est 400 fois plus flexible que le béton traditionnel, tout en conservant le même niveau de résistance. Les géopolymères augmentent non seulement le coefficient de flexion, mais améliorent également la résistance aux éventuelles micro-fractures. Les fibres polymères maintiennent la structure sous charge, même en présence de fissures. Le nouveau matériau peut donc être utilisé dans les zones sujettes aux tremblements de terre, car le risque d’effondrement des bâtiments construits avec ce type de béton est minimisé.
9. LA TOILE DE BÉTON
Ce matériau révolutionnaire est un tissu de béton en rouleau. Sa flexibilité offre des possibilités de conception illimitées aux architectes et laisse présager de nouvelles prouesses pour la construction.
La solution brevetée Concrete Canvas® est utilisée pour un large éventail d’ouvrages de construction. Elle permet de construire des structures en béton très facilement et sans trop de formation technique. L’installation est généralement dix fois plus rapide : il suffit de déplier un rouleau préparé et d’ajouter de l’eau.
Ce matériau auxiliaire facilite un certain nombre de travaux de préparation à la construction. Il est en particulier utilisé dans la préparation des infrastructures : canaux, réparation et protection des surfaces et des pentes et renforcement des réservoirs et des canalisations.
10. L’ALUMINIUM TRANSPARENT
Ce matériau sorti tout droit du futur est pourtant bien réel. Il s’agit d’une céramique transparente à base d’oxynitrure d’aluminium (AlON). Ce matériau est particulièrement durable et résistant aux rayures. L’aluminium transparent est beaucoup plus durable que le verre aluminosilicate (quartz) et il est également 85 % plus dur que le saphir. En outre, il peut résister à une chaleur allant jusqu’à 2100⁰C. Il est résistant aux radiations, aux acides, aux alcalis et à l’eau. Naturellement, le matériau a été immédiatement adopté par les industries militaires et optiques. Mais il est aussi utilisé en construction pour fabriquer des fenêtres résistantes aux chocs, des dômes et d’autres éléments qui nécessitent transparence et solidité.
11. LE BOIS LAMINÉ
Il s’agit d’un matériau innovant produit à base de bois. Le bois est pressé en panneaux et stratifié, ce qui en fait un bloc solide beaucoup plus résistant que le bois ordinaire.
Le bois laminé se décline en sous-catégories tels que le bois lamellé-croisé et le bois stratifié. Le bois stratifié est constitué de plusieurs pièces de bois collées ensemble, qui sont utilisées pour créer des poutres solides. Le bois lamellé-croisé est constitué de pièces de bois posées dans des directions alternées pour créer de grands panneaux capables de supporter de lourdes charges. Ces deux types de bois sont extrêmement résistants au feu. Les couches extérieures, lorsqu’elles brûlent, créent une carbonisation qui contribue à isoler le reste du bois. Lors des tests de résistance au feu, ils ont démontré leur capacité à conserver leur intégrité structurelle. L’utilisation de bois massif facilite le captage du carbone pendant que les arbres poussent et lorsque le bois est utilisé dans les bâtiments : ils fonctionnent donc comme des puits de carbone. Selon une étude publiée dans le Journal of Sustainable Forestry, si l’on a recours à la sylviculture durable, il est possible d’éviter 14 à 31 % des émissions mondiales en remplaçant par du bois les matériaux utilisés dans les bâtiments et les ponts.
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12. L’HYDROCÉRAMIQUE (REFROIDISSEMENT PASSIF)
C’est un matériau de façade composite constitué d’argile et d’hydrogel, qui est capable de refroidir l’intérieur des bâtiments jusqu’à 6 °C. L’hydrocéramique utilise la capacité de l’hydrogel à absorber 500 fois plus d’eau que son propre poids pour créer un système de construction qui « devient un être vivant faisant partie de la nature, au lieu d’en être exclu ». La technologie a été développée par des étudiants espagnols de l’Institut d’architecture avancée de Catalogne dès 2014. Ce matériau innovant est depuis utilisé dans les systèmes d’auto-refroidissement. Il est donc très recherché par les architectes dans le secteur de la construction. Il est particulièrement populaire pour la construction durable, car il permet d’économiser jusqu’à 28 % de la consommation totale d’énergie des dispositifs de refroidissement traditionnels.
13. CABKOMA – FILS D’HYDROCARBURES, SUPPORT DE CORDES
Les matériaux capables de résister aux séismes sont très importants pour des régions sujettes aux tremblements de terre, comme le Japon. C’est pourquoi le laboratoire de Komatsu Seiten Fabric a mis au point un composite de fibres de carbone thermoplastique appelé CABKOMA Strand Rod.
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Ce composite est recouvert de fibres inorganiques et synthétiques avec une finition en résine thermoplastique, donnant ainsi naissance au système de renforcement sismique le plus léger au monde. Ces torons innovants sont près de cinq fois plus légers que les fils métalliques de même résistance et leur design est même assez esthétique. Ils sont également efficaces et aident les bâtiments à répondre aux exigences du renforcement sismique. Bien sûr, comme tous les matériaux à base de fibres de carbone, l’inconvénient du CABKOMA est qu’il n’est pas bon marché.
14. FLEXICOMB
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Flexicomb s’inspire de la nature. Comme son nom l’indique, la structure de ce matériau est inspirée des nids d’abeilles. Cette idée très simple s’est révélée étonnamment flexible et fonctionnelle. L’idée est apparue à l’université de Yale où des chercheurs ont étudié des nids d’abeille, dont la structure est facile à imiter en entremêlant des pailles. Autre avantage : la possibilité de recycler ou de revaloriser une nuisance plastique courante : les pailles qui échouent souvent dans les océans.
Dans le cas de Flexicomb, des milliers de tubes en polypropylène sont étroitement reliés en une matrice flexible, à laquelle on peut donner différentes formes. Ces structures étant translucides, elles sont souvent utilisées pour la fabrication d’éléments d’éclairage décoratifs.
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15. LA PEINTURE ULTRA-BLANCHE, POUR LE REFROIDISSEMENT PASSIF
Tout le monde sait que le blanc est extrêmement efficace pour réfléchir la lumière. Mais saviez-vous qu’il est possible de créer la « peinture la plus blanche du monde » qui sert alors de climatiseur pour rafraîchir les pièces ?
Des chercheurs de l’université de Purdue ont créé une peinture blanche qui reflète 98,1 % de la lumière du soleil. Le secret de cette peinture réside dans sa composition qui contient du sulfate de baryum.
Cela permet d’obtenir un blanc parfaitement pur avec un effet réfléchissant. D’après les résultats des tests, cette peinture donne des résultats incroyables : un toit de 90 m2 recouvert de cette peinture permet d’obtenir une capacité de refroidissement de 10 kW. Ce chiffre est supérieur à la puissance usuelle des climatiseurs domestiques.
Outre son utilisation pour le refroidissement des bâtiments, la nouvelle peinture peut également empêcher la surchauffe des systèmes électriques extérieurs.
16. LE REVÊTEMENT DE BIO-CHARBON
La startup berlinoise Made of Air a mis au point un bioplastique spécial non toxique à base de charbon vert issu de déchets forestiers et agricoles. Il capte le carbone et peut être utilisé dans tous les domaines : façades de bâtiments, mobilier, intérieurs, transports et infrastructures urbaines.
Le matériau recyclé, composé à 90 % de carbone, est capable d’absorber le CO2 de l’atmosphère et est lui-même un matériau à bilan carbone négatif.
Ce matériau poreux et riche en carbone retient très efficacement le carbone. Contrairement à la biomasse en décomposition, qui relâche rapidement son carbone dans l’atmosphère, le charbon biologique reste stable pendant des centaines, voire des milliers d’années. Le plastique à base de bio-charbon de Made of Air est moins cher que les bioplastiques classiques, mais toujours plus cher que les matériaux dérivés du pétrole.
Des panneaux hexagonaux appelés HexChar ont été installés pour la première fois comme matériau de revêtement dans un centre de concessionnaires Audi à Munich en 2021 ; c’était la première fois que le produit était utilisé dans un bâtiment. Une analyse du cycle de vie a montré que le bardage de la concession stockera 14 tonnes de carbone.
17. LES BARRES D’ARMATURE EN CHANVRE
Des chercheurs de l’Institut polytechnique de Rensselaer, aux États-Unis, ont inventé une alternative à l’armature en acier à base de chanvre qui, selon eux, évite le problème de la corrosion et réduit les émissions de carbone pendant la construction.
Les armatures en chanvre peuvent être utilisées pour soutenir les structures en béton de la même manière que les armatures en acier, mais avec un impact environnemental moindre en raison de la composition du matériau et de sa durabilité.
Actuellement, la rouille des armatures en acier est la principale raison de la démolition prématurée de structures telles que les ponts, les routes, les barrages et les bâtiments. L’armature innovante en chanvre offrira une durabilité et une protection contre la corrosion trois fois supérieures aux alternatives traditionnelles. De plus, contrairement aux armatures en fibre de verre dans les structures particulièrement sensibles à la corrosion, les armatures en chanvre ne nécessitent pas une aussi grande consommation d’énergie pour leur production et leur installation, ce qui en fait une solution plus respectueuse de l’environnement.
Conclusion
Cette liste ne représente qu’une petite partie des développements qui sont déjà utilisés dans le secteur de la construction. Chacun des matériaux est amélioré année après année, et il arrive qu’une solution soit remplacée par une autre encore meilleure. La construction est un domaine où les matériaux technologiquement avancés et les solutions numériques innovantes peuvent révolutionner la façon dont les projets sont menés et créer des objets véritablement futuristes.
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