Les étudiants du Master d’architecture et les chercheurs du Sustainability Research Institute (SRI) de l’Université d'East London (UEL) ont mis au point, avec le soutien du producteur de sucre Tate & Lyle Sugars, un nouveau matériau de construction innovant baptisé Sugarcrete™, qui exploite des déchets de produits agricoles pour proposer une alternative ultra-bas carbone et durable aux matériaux de construction existants, fortement émetteurs de carbone. Dans le cadre d’un partenariat créatif avec Grimshaw, l’équipe a développé Sugarcrete™ Slab, un premier prototype qui doit permettre la mise en œuvre de cette technologie.
Composé de bagasse, résidu fibreux issu de l’extraction du jus de la canne à sucre, associée à des liants sable et minéraux spécialement formulés pour cette application, Sugarcrete™ est un nouveau matériau qui pourra être utilisé et réutilisé dans des structures aussi bien nouvelles qu’existantes, en remplacement de la brique ou du béton.
Après deux années de recherche et développement, les tests conduits par l’UEL ont montré que, comparé à un ouvrage béton, Sugarcrete™ bénéficie d’un temps de séchage d’une semaine seulement (contre un maximum de 28 jours pour le béton), est quatre à cinq fois plus léger qu’un bloc de béton, possède une empreinte carbone équivalente à 15-20 % de celle du béton et permet de réaliser des économies de coûts considérables.
Comme l’explique Armor Gutierrez Rivas →, maître de conférences en architecture à l’UEL, « la canne à sucre est le premier produit agricole en termes de volume, avec près de deux milliards de tonnes de cannes récoltées chaque année dans le monde, soit 600 millions de tonnes de bagasse. Grâce à un produit élaboré à partir de déchets organiques comme Sugarcrete™, nous serions en mesure de remplacer le secteur traditionnel de la brique, pour permettre une économie potentielle de 1,08 milliards de tonnes de CO2, soit 3 % des émissions mondiales. L’environnement bâti représente à ce jour 40 % des émissions annuelles de CO2. Si l’objectif mondial est de limiter le réchauffement climatique à 1,5°C, il est estimé que la surface bâtie mondiale pourrait doubler d’ici à 2060. Nous devons donc imaginer des alternatives aux méthodes de construction actuelles ».
Dans le cadre de ce programme de recherche, l’UEL a mis au point un prototype de blocs de dalle en canne à sucre adapté de Sugarcrete™ et a ensuite testé la viabilité de ce matériau ultra-bas carbone pour le bâtiment grâce à des modélisations numériques poussées et une fabrication robotisée. Les recherches antérieures menées par Grimshaw sur les géométries emboîtables, qui exploitent la forme des éléments de construction pour créer des assemblages autoporteurs, permet aujourd’hui de déployer Sugarcrete™ sous la forme de blocs composites démontables, réutilisables et résistants au feu qui peuvent être mis en œuvre pour la construction ou l’extension de dalles déposables, aussi bien pour des nouveaux chantiers que pour des constructions existantes.
« Une fois les blocs assemblés en dalle, le principe de Sugarcrete™ se rapproche du design imaginé par Abeille en 1699 pour la création d’une voûte plate : un système qui forme une dalle composée d’éléments, maintenus par un dispositif de fixation périmétrique, qui s’emboîtent les uns dans les autres et reportent les charges de bloc en bloc, réduisant ainsi jusqu’à 90 % le volume de béton utilisé, explique Elena Shilova, architecte chez Grimshaw. Les économies d’acier, associées à l’usage d’un système modulaire composé de fibres de canne à sucre de densité variable, permet de prévenir les risques de fissuration de l’assemblage, observé lorsque le béton traditionnel se trouve soumis à des sollicitations extrêmes, et d’absorber les chocs sismiques : une qualité essentielle dans les régions à forte activité sismique où la canne à sucre est cultivée ».
Dans le cadre du projet et en collaboration avec Tate & Lyle Sugars, l’équipe a commencé à identifier dans les régions du Sud mondial des régions productrices de canne à sucre qui pourraient bénéficier de Sugarcrete™. Sa volonté est désormais de travailler avec les ONG locales afin de tester le prototype.
« Les partenariats locaux permettent d’évaluer le potentiel de production pour chaque situation, afin d’établir si une réduction de la dépendance au ciment est possible grâce à une production locale de Sugarcrete™, ou s’il existe une opportunité de développer des marchés d’export de matières premières ou de produits finis pour contribuer à la croissance du PIB, explique Alan Chandler →, co-Directeur du SRI de l’UEL. Cela est particulièrement intéressant pour les communautés productrices de canne qui utilisent le plus fréquemment des matériaux de construction importés, mal adaptés aux environnements locaux, chers et fortement émetteurs de carbone. À titre d’exemple, à Cuba, l’un des plus grands pays producteurs de canne à sucre, un bloc de béton coûte 3 dollars, contre un salaire moyen annuel de 148 dollars ».
Sugarcrete™ a été nominé par les lauréats de l’année dernière pour recevoir le prix Earthshot → 2023 dans la catégorie « Build a Waste-Free World ». Les chercheurs de l’UEL publieront par ailleurs avec leurs partenaires les premiers articles sur Sugarcrete™ au cours de l’année et continueront leurs recherches sur les propriétés structurelles, durables et acoustiques de ses matières premières.
Pour plus d’informations, rendez-vous sur la page Sugarcrete →™ du site de l'Université d'East London.
Équipe
Concept, design et fabrication du matériau :
Armor Gutierrez Rivas, Maître de conférences en architecture, UEL
Alan Chandler, co-Directeur du Sustainability Research Institute, UEL
Bamdad Ayati, Chercheur associé au Sustainability Research Institute, UEL
Elena Shilova, Architecte, Grimshaw
Andy Watts, Directeur des technologies de conception, Grimshaw
Collaborateurs :
John Kerr, Vice-président, Recherche & technologie, Tate & Lyle Sugars
Paris Nikitidis, Développeur XR, Grimshaw
Philip Singer, Spécialiste de conception computationnelle, Grimshaw
Georgios Tsakiridis, Consultant, Grimshaw
Paolo Vimercati, Consultant, Grimshaw
Robert Sims, Responsable de l’atelier maquettes, Grimshaw
Paul Nichols, Responsable du FabLab, UEL
Dr David Tann, Doyen de l’École d’architecture, d’informatique et d’ingénierie, UEL
Carl Callaghan, Chef du département d’architecture et des arts visuels, UEL
Alex Scott-Whilby, Responsable du tronc architecture & design physique, UEL
Nicolo Bencini, Ingénieur structurel senior, AKTII
Sky Henley, Spécialiste de design computationnel
Équipe des étudiants du Master d’architecture de l’UEL :
Faith Omowunmi Ogundare, Busra Ciftci, Amy Gillespie, Hinal Arvindkumar Patel, Rova Taha, Dodangodagamage Kawan Roger Ranasinghe, Manoj Sai Ganji, Mohan Ukabhai Dungrani, Anca-Madalina Borda, Alina Klimenteva, Rashmi Madagamage Gunathilaka, Orseer Isreal Gbashah, Mahmoud Sayed Abdellattif, Mert Manas Erten, Hidayati Yazmin Binti Abdul Halim, Oluchukwu Judith Obiejesi, Svetoslav Georgie Slav, Mihriban Ustun
05.05.2023
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