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Quand la construction additive s’inspire des abeilles

Depuis 65 millions d’années, les apis forment des colonies et des sociétés très organisées avec leurs ouvrières, les nettoyeuses, les architectes, ou encore les manutentionnaires et leur fameuse reine. La Journée mondiale des abeilles, ce 20 mai, permet de rendre hommage à ces pollinisateurs en danger d’extinction. À l’Université Gustave Eiffel, une équipe de scientifiques étudie le vivant pour innover dans les méthodes de construction additive. Depuis deux ans, le projet de biomimétisme BioAdd s’intéresse en particulier au comportement mécanique de la cire et à une forme spécifique maîtrisée par les abeilles pour construire leurs ruches : l’hexagone.

Comment optimiser l’utilisation de matériaux dans la construction comme le font les abeilles pour bâtir leur ruche ? La question anime les chercheurs engagés dans BioAdd, l’un des 12 projets « Exploratoire » soutenus dans le cadre de l’appel à projets 2017-2018 de l’I-Site Future. « Les abeilles ont optimisé le process de construction de leurs ruches, détaille Jean-Michel Torrenti, directeur du département MAST (Matériaux et structures) de l’ex-Ifsttar. Pour réaliser un plan au pavage régulier, elles utilisent la structure qui nécessite le moins de matière : l’hexagone. » D’abord réalisées sous forme de cellules cylindriques, les alvéoles de cire se transforment en empilement compact d’hexagones sous l’effet de phénomènes physiques, notamment l’évolution de la température de la ruche lors de sa construction (environ 37°C). Afin de reproduire cette transformation en structure ordonnée, les chercheurs s’attachent d’abord à caractériser le comportement mécanique de la cire. Quelles forces s’exercent à sa surface ? Dans quelles conditions et sous quelles sollicitations s’écoule-t-elle ? Ils étudient notamment les propriétés rhéologiques et de tension de surface de cette substance sécrétée par les abeilles. « Nous fabriquons par exemple des billes de cire de 1 à 100 microns puis les soumettons à un cycle de température similaire à celui subi par la cire lors de la fabrication des ruches » détaille Xavier Château, directeur de recherche CNRS au laboratoire Navier (UMR 8205).

« L’architecte du futur construira en imitant la nature parce que c’est la plus rationnelle, durable et économique des méthodes »
Antoni Gaudí (1852 – 1926)

Les résultats de cette 1re phase expérimentale contribueront à modéliser le comportement mécanique de la cire et à évaluer s’il peut être imité dans la construction additive, l’impression 3D à partir de matériaux cimentaires. « On peut imaginer déposer des gouttes de matériau et mettre en jeu des forces physiques pour construire des structures ayant des formes et une utilisation de matière optimisées » s’enthousiasme Jean-Michel Torrenti, allant jusqu’à évoquer « un essaim de robots collaboratifs qui inspecterait, contrôlerait et réparerait les structures dans le secteur aéronautique par exemple. »

Présentation du projet BioAdd : https://youtu.be/h1SJb_BPFP4

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