Un nouveau matériau pour le renforcement de structures
Un nouveau matériau de construction développé à l'Empa est sur le point d'être lancé sur le marché: le memory-steel. Un acier à mémoire de forme qui peut être utilisé non seulement pour le renforcement de structures en béton neuves, mais aussi de structures existantes. Lorsque le matériau est chauffé, après avoir été prétendu de façon permanente en usine, la précontrainte se produit automatiquement.
Renforcement d'un faux plafond avec de l'acier à mémoire de forme. (Image 1 sur 4) Empa
Le Memory Steel peut être posé dans du béton, puis chauffé à l'aide d'un courant électrique continu. (Image 2 sur 4) Empa
Une bande d'acier à mémoire de forme est fixée sous le plafond à l'aide d’un clouage direct. (Image 3 sur 4) Empa
Visuellement, rien ne distingue les barres de renfort en acier à mémoire de forme. (Image 4 sur 4) Empa
Jusqu'à présent, les armatures en acier des structures en béton sont toujours précontraintes à l’aide de vérins. Cela nécessite des gaines pour le guidage des câbles, des ancrages pour la transmission des efforts et des presses hydrauliques pour la prétension. De plus, les exigences d'espace pour l’équipement nécessaire et les ancrages définissent en grande partie la géométrie des sections pour chaque structure en béton précontraint.
Chauffé à l’électricité ou aux infrarouges
Désormais, cette précontrainte hydraulique peut être évitée. Après quinze années de recherche, les experts de l'Empa (le Laboratoire fédéral d'essai des matériaux et de recherche) ont mis au point une méthode alternative: les alliages à mémoire de forme à base de fer. Ceux-ci se contractent lorsqu'ils sont chauffés et précontraignent ainsi la structure en béton. Il suffit de chauffer l'acier à l’aide d’un système électrique ou par des émetteurs infrarouges. Ce nouveau matériau de construction sera commercialisé sous le nom de «memory-steel». Plusieurs projets pilotes, tels que le renforcement de dalles en béton armé, ont déjà été couronnés de succès.
Le développement de l’alliage remonte au début des années 2000. Au cours des décennies précédentes, l'Empa avait déjà été pionnière dans le domaine du renforcement de structures en béton avec des polymères renforcés de fibres de carbone (CFRP), d'où l'idée d'utiliser des alliages à mémoire de forme pour la précontrainte du béton. Les premiers essais avec des alliages nickel-titane étaient positifs. Cependant, ce matériau connu de la médecine est beaucoup trop onéreux pour être utilisé dans le secteur de la construction. En 2009, les chercheurs de l'Empa ont réussi à développer un alliage à mémoire de forme à base de fer qu'ils ont également breveté. En 2012, les chercheurs autour de Julien Michels ont finalement fondé la société re-fer SA pour le commercialiser.
Idéal pour les anciennes dalles industrielles
L'acier à mémoire de forme se prête à merveille au renforcement des bâtiments existants. Dès que, par exemple, de nouvelles fenêtres, portes ou cages d'ascenseur sont installées dans la structure en béton d'un bâtiment ancien, un renforcement est souvent inévitable. Dans les bâtiments industriels, la capacité portante d'une ancienne dalle suspendue doit parfois être augmentée. Grâce à l'acier à mémoire, de telles tâches peuvent être facilement résolues dans des espaces confinés: une bande est fixée sous le plafond à l'aide d’un clouage direct, puis chauffée par courant électrique ou radiateur infrarouge. Alternativement, l'armature peut également être posée dans du béton: on fraise d'abord une fente dans le plafond en béton, puis on insère l’ acier à mémoire sous forme d’une barre nervurée dans l'évidement et on remplit finalement la fente avec un mortier spécial. Enfin, le profilé est chauffé à l'aide d'un courant électrique continu. Une autre variante consiste à incorporer la barre de renforcement dans une couche supplémentaire de mortier ou béton projeté.
A l'avenir, l'acier à mémoire de forme pourrait également représenter une méthode pour la fabrication d'éléments préfabriqués en béton. La précontrainte hydraulique utilisée jusqu'à présent créée des frottements dans les structures courbe, ce qui limite l'utilisation de cette méthode. Avec un profilé en acier à mémoire de forme noyé dans le béton, il est désormais également possible de réaliser des constructions très courbes : lorsqu'il est chauffé, le profilé se contracte uniformément sur toute sa longueur sans perte de charge et transmet la contrainte au béton.
