Lorsqu'il s'agit de matériaux de construction imprimés en 3D, le béton semble être un choix évident. Cependant, les architectes repoussent constamment les limites de ce qui peut être réalisé, comme l'utilisation de l'acier pour créer un pont imprimé en 3D. Par exemple, l'American Institute of Steel Construction (AISC) de Chicago, aux États-Unis, a décerné son prestigieux prix Forge 20212 à un concept unique de pont en acier imprimé en 3D développé par Hunter Ruthrauff du T.Y. Lin International Group3, basé à San Diego. Ce design non conventionnel, bien que conceptuel, démontre les possibilités qu'offre l'impression 3D avec l'acier.
Une conception inspirée de son environnement
Le projet gagnant est une passerelle pour piétons qui traverse le Florida Canyon à l'extérieur de San Diego, en Californie, à la limite est du Prado, le quartier culturel de la ville. La passerelle proposée créerait une connexion est-ouest qui fait actuellement défaut dans le quartier, ce qui contribuerait à encourager le développement de la zone.
L'inspiration pour la conception a été prise du pont Cabrillo voisin, qui est un pont arqué en béton coulé sur place. Pour créer ces grandes arches, des milliers de planches de coffrage ont été utilisées pendant la construction, ce que l'architecte voulait éviter. Cependant, la structure sous le pont Cabrillo se prête à la création d'excellentes vues sur la région, ce qui est imité dans la conception proposée. La fluidité de la flore locale - comme les cactus et les figuiers - et les parois érodées du canyon, ainsi que le réseau presque cellulaire du canyon ont également été une source d'inspiration pour les formes organiques du pont.
La surface unique a été inspirée par l'influence espagnole sur l'architecture locale, qui comporte de nombreux reliefs. La surface articulée du pont est une version moderne de ce modèle, qui a été initialement modélisé à l'aide d'une analyse de l'écoulement de l'eau. Les lignes de l'eau qui s'écoule ont été utilisées pour déterminer où les articulations devaient être placées. De petits luminaires sphériques sont également incorporés à la surface du pont afin de refléter le ciel nocturne lorsque l'on regarde le pont depuis le canyon.
Une passerelle fluide
Le pont commence par une grande place, avant que le tablier du pont ne s'étende et ne se contracte sur toute sa longueur. Il y a quatre ouvertures le long du pont, ce qui permet aux piétons de maintenir un lien visuel avec le canyon en contrebas. Chaque ouverture comporte également un hamac qui permet aux piétons de vivre une expérience unique s'ils sont assez courageux pour s'y aventurer. Le système de garde-corps utilise des colonnes en acier inoxydable imprimées en 3D auxquelles sont fixés des panneaux de verre afin de ne pas bloquer les vues sur la zone locale.
Le pont se compose de trois travées de 250 pieds, la structure sous le pont ressemblant à un réseau cellulaire. Pour modéliser cette forme, la relaxation du maillage a été utilisée. Des éléments structurels simples ont d'abord été utilisés pour la conception, puis ont été détendus pour obtenir les formes organiques finales en introduisant une tension dans le système afin de lisser les formes.
© Hunter Ruthrauff
Pourquoi imprimer un pont en 3D ?
La création de cannelures et de formes à double courbure dans l'acier était un défi qui ne pouvait être relevé que par l'impression 3D. Grâce à la fabrication additive par arc électrique - inventée par MX3D4 aux Pays-Bas - il est possible de réaliser des formes complexes en acier. Le pont est conçu pour être imprimé en petits composants, puis assemblé en soulevant le composant en position et en le boulonnant aux composants adjacents. Chaque composant est doté de raidisseurs internes, ainsi que d'un hublot qui permet d'accéder aux boulons à l'intérieur. Les composants sont constitués d'un noyau interne en acier au carbone et d'une couche externe en acier inoxydable, ce qui permet de réaliser des économies par rapport à une structure entièrement en acier inoxydable. L'impression 3D permet d'obtenir la précision nécessaire à la fabrication de ces couches de matériaux.
Pour construire le pont, on utilisera une construction segmentaire en porte-à-faux équilibré, où les fondations et les culées sont d'abord construites, suivies des piliers qui sont soutenus par des haubans. Cela permet d'éliminer tout besoin de faux ouvrage. Ensuite, des segments d'arc sont ajoutés jusqu'à ce que les pièces centrales et extérieures de la clé de voûte soient placées, ce qui stabilise le pont. Les tours de haubanage peuvent alors être retirées pour que les tympans et les segments de tablier puissent être ajoutés.
Les avantages de l'acier imprimé en 3D
Cette méthode présente des avantages : le concepteur fournit un dessin d'atelier directement aux fabricants, ce qui rend le processus de conception et de construction plus efficace. En outre, aucune géométrie n'a dû être définie en 2D, ce qui a permis de gagner du temps. La double courbure est bien adaptée à l'impression 3D en acier, notamment par rapport au béton imprimé en 3D qui nécessiterait toujours l'incorporation de tendons et d'armatures. La vitesse de construction n'est également limitée que par le nombre de robots d'impression 3D disponibles : un plus grand nombre de robots permet de fabriquer un modèle assez rapidement. Un autre avantage de l'impression 3D est qu'elle permettrait également de réduire les perturbations locales pendant la construction, tant pour les résidents voisins que pour l'écosystème du canyon.
L'architecte, M. Ruthrauff, voulait repousser les limites de la construction en acier - et cet objectif a été bel et bien atteint avec cette conception pionnière.
Source:
1 https://www.aisc.org/
2 https://www.aisc.org/pressreleases/press-releases/innovative-3d-printed-steel-bridge-concept-wins-2021-forge-prize/
3 https://www.tylin.com/en/news/article/421
4 https://mx3d.com/
