DOSSIER : La première passerelle en acier imprimée en 3D
L’Espagne a dévoilé pour la première au monde son pont imprimé en 3D en béton.
Mais c'est à la Hollande que revient le premier pont imprimé en 3D en acier. Une merveille de technologie d'autant qu'il a fallut des milliers de calcul DATA afin de réaliser un pont 3.0. Mais il est vrai, que c'est l'Espagne qui remporte au niveau réalisation technologique la palme loin devant les chinois également.
La première passerelle en acier imprimée en 3D au monde dévoilée par la reine Máxima à Amsterdam
La reine Máxima a dévoilé à Amsterdam la première structure d'acier imprimée en 3D au monde, un pont "laboratoire vivant" conçu conjointement par l'Impériale.
Le pont, dont la fabrication a duré plus de quatre ans et qui est dirigé par la société néerlandaise MX3D, sera un "laboratoire vivant" dans le centre-ville d'Amsterdam. Il a été dévoilé en juillet 2021 par Sa Majesté la reine Máxima des Pays-Bas.
Grâce au vaste réseau de capteurs installés, les chercheurs de l'Imperial College de Londres mesureront, contrôleront et analyseront les performances de la nouvelle structure de 12 mètres de long lors du passage des piétons. Une structure métallique imprimée en 3D, suffisamment grande et solide pour supporter le trafic piétonnier, n'a jamais été construite auparavant.
Professeur Leroy Gardner. Département d'ingénierie civile et environnementale
Les données recueillies permettront aux chercheurs et aux ingénieurs de mesurer la "santé" du pont en temps réel, de suivre son évolution au cours de sa durée de vie et de comprendre comment le public interagit avec l'infrastructure imprimée en 3D.
Les données des capteurs seront intégrées dans un "jumeau numérique" du pont, une version informatisée qui imitera le pont physique avec une précision croissante en temps réel, au fur et à mesure de l'arrivée des données des capteurs. Les performances et le comportement du pont physique seront testés par rapport au jumeau, ce qui permettra de répondre à des questions sur le comportement à long terme de l'acier imprimé en 3D, ainsi que sur son utilisation dans le monde réel et dans de futurs projets de construction novateurs.
Pour passer du stade conceptuel à la passerelle installée, le groupe de recherche sur les structures en acier de l'Impériale a mené les travaux de recherche et de validation sous-jacents, notamment des essais de forces destructives sur des éléments imprimés, des simulations numériques avancées par ordinateur, des essais non destructifs en conditions réelles sur la passerelle et le développement d'un réseau de capteurs avancés pour surveiller le comportement de la passerelle tout au long de sa vie.
Le professeur Leroy Gardner, du département de génie civil et environnemental, coauteur de l'étude à l'Impériale, a déclaré : "Une structure métallique imprimée en 3D, suffisamment grande et solide pour supporter le trafic piétonnier, n'a jamais été construite auparavant. Nous avons testé et simulé la structure et ses composants tout au long du processus d'impression et à son achèvement, et c'est fantastique de la voir enfin ouverte au public."
C'était fascinant et nous sommes ravis que la structure soit maintenant prête à être utilisée.
Dr Craig Buchanan. Département d'ingénierie civile et environnementale
Le Dr Craig Buchanan, co-contributeur de l'Imperial, également du département de génie civil et environnemental, a déclaré : "Nous sommes impatients de poursuivre ce travail alors que le projet passe de la recherche de base à l'étude du comportement à long terme des structures imprimées en métal. La recherche sur cette nouvelle technologie pour l'industrie de la construction a un énorme potentiel pour l'avenir, en termes d'esthétique et de conception hautement optimisée et efficace, avec une utilisation réduite de matériaux. Ces recherches ont été fascinantes et nous sommes ravis que la structure soit maintenant prête à être utilisée".
Les essais ont été menés par le professeur Gardner et le docteur Buchanan, avec le soutien d'une équipe d'étudiants de premier cycle et de troisième cycle, de doctorants, de chercheurs post-doctoraux et de techniciens de laboratoire.
De formidables opportunités
L'impression 3D offre d'immenses possibilités au secteur de la construction, en permettant une liberté bien plus grande en termes de propriétés et de formes des matériaux.
Professeur Leroy Gardner. Département d'ingénierie civile et environnementale
En l'absence de dispositions de conception structurelle pour l'acier imprimé en 3D, les essais physiques et la simulation informatique sont importants pour garantir la sécurité des nouvelles structures imprimées en 3D. Le groupe de recherche sur les structures en acier de l'Impériale a donc entrepris un ambitieux programme de recherche faisant appel à des essais destructifs à petite échelle sur les matériaux et les sections transversales, à la modélisation informatique et à des essais non destructifs à grande échelle sur la passerelle.
Le pont a été installé au-dessus du canal Oudezijds Achterburgwal, dans le quartier rouge d'Amsterdam, et a été inauguré le 15 juillet 2021....
Le professeur Gardner a déclaré : "L'impression 3D offre d'énormes possibilités à l'industrie de la construction, permettant une plus grande liberté en termes de propriétés et de formes des matériaux. Cette liberté entraîne également toute une série de défis et obligera les ingénieurs structurels à penser différemment." pont. Ce travail stimulant a été réalisé dans nos laboratoires d'essai à l'Imperial, et pendant le processus de construction sur le site d'Amsterdam et d'Enschede, aux Pays-Bas, sur le pont imprimé réel".
Le Dr Buchanan a déclaré : "Pendant plus de quatre ans, nous avons travaillé à partir de l'échelle du micromètre, en étudiant la microstructure imprimée jusqu'à l'échelle du mètre, avec des essais de charge sur le produit fini.
Les chercheurs de l'Imperial font partie d'une équipe plus large d'ingénieurs en structure, de mathématiciens, d'informaticiens et de statisticiens qui travaillent sur le programme de l'Alan Turing Institute-Lloyd's Register Foundation en ingénierie centrée sur les données. Ce programme est dirigé par le professeur Mark Girolami, de l'Alan Turing Institute et anciennement du département de mathématiques de l'Imperial College.
Le professeur Girolami a déclaré : "L'impression 3D est en passe de devenir une technologie majeure dans le domaine de l'ingénierie, et nous devons développer des approches appropriées pour les tests et la surveillance afin de réaliser tout son potentiel. Lorsque nous associons l'impression 3D à la technologie des jumeaux numériques, nous pouvons alors accélérer le processus de conception des infrastructures, en veillant à concevoir des structures optimales et efficaces en ce qui concerne l'impact environnemental, la liberté architecturale et les coûts de fabrication."
Les données capturées à partir du pont seront mises à la disposition d'autres chercheurs du monde entier qui souhaitent collaborer avec les chercheurs de Turing pour analyser les données.
Maintenant que le pont est dévoilé, les chercheurs vont commencer à recueillir des données en temps réel pour surveiller son comportement.
Les travaux de l'équipe ont été principalement financés par l'Alan Turing Institute, avec un financement supplémentaire du Engineering and Physical Sciences Research Council, qui fait partie de UK Research and Innovation.
TECHNIQUES Les propriétés matérielles de l'acier inoxydable imprimé en 3D ont été étudiées par des essais de traction destructifs. Des essais ont été réalisés sur des matériaux "usinés", ou lissés, afin de mesurer les propriétés des matériaux sous-jacents et sur des matériaux "tels que construits", afin d'inclure l'effet de la finition de surface ondulée inhérente au processus de construction. La nature non uniforme de la géométrie construite et de la réponse des matériaux a nécessité l'utilisation de techniques avancées de balayage laser et de corrélation d'images numériques. Une analyse microstructurale a été réalisée en collaboration avec le département des matériaux de l'Imperial College, afin de comprendre les variations observées dans les propriétés des matériaux en fonction de l'orientation de la construction au cours des essais de traction.
De petites sections structurelles ont également été construites, mesurées et compressées de manière destructive pour mesurer la capacité de charge des éléments imprimés. Cela a nécessité la mise au point de nouvelles techniques de mesure impliquant la coulée de silicium et le balayage laser pour mesurer la géométrie telle qu'elle est construite, ainsi que l'adoption de techniques plus courantes dans d'autres disciplines de l'ingénierie, telles que les mesures de l'eau d'Archimède.
Des simulations informatiques avancées de type "jumeau numérique" ont été développées à partir de la géométrie d'impression utilisée par les robots, ainsi que des propriétés matérielles et géométriques mesurées lors des études expérimentales. Une réplique informatique du pont a été construite, permettant aux chercheurs et aux ingénieurs de modéliser divers scénarios de chargement sur le pont et de prédire sa réponse structurelle, à la fois pendant sa construction et après son installation à Amsterdam. Le "jumeau numérique" a été utilisé pour informer la conception d'un réseau complet de capteurs qui a été conçu, installé et mis en service en collaboration avec les partenaires internationaux pour surveiller la réponse structurelle.
L'équipe a également entrepris des essais de charge non destructifs pour valider la modélisation informatique et démontrer la capacité de charge de la passerelle. Trois séries d'essais ont été effectuées pendant la construction, à différents stades de celle-ci. Des charges verticales et horizontales ont été appliquées lentement, les déformations de la passerelle ont été mesurées et comparées aux simulations, montrant que la passerelle se comportait comme prévu et permettant la poursuite du processus de construction. Le pont a également été testé dans son état terminé, et sa capacité de charge a été démontrée après avoir été chargé au-delà de sa capacité de conception.
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