l’Ultrabéton® à l’identité des matériaux en conception

Notre recherche a été initiée par un projet industriel de design. Cette première partie a ainsi pour objectif de construire notre objet de recherche et de mener à notre problématique de mémoire. Elle présentera tout d’abord dans un premier chapitre, le contexte à partir duquel notre recherche s’est construite : le cas particulier de l’Ultrabéton® dans le projet ‘Béton et objets’. Un premier éclairage historique et théorique nous permettra ensuite d’initier à partir du projet ‘Béton et objets’ la problématique de l’identité de l’Ultrabéton® et d’ainsi formuler la question générale au cœur de notre recherche : celle de l’identité des matériaux. Le second chapitre interrogera cette notion clé. A partir de l’approfondissement des concepts distincts d’identité et de matériau il en proposera une définition et mettra ainsi en lumière les problématiques liées à son élaboration et à sa construction. Un troisième chapitre permettra alors de mieux comprendre comment se construit l’identité d’un matériau tout au long de son processus industriel d’élaboration et de mise en forme en objet. Enfin, le quatrième chapitre approfondira l’influence de la conception sur l’identité des matériaux et nous permettra déjà d’esquisser la problématique et les hypothèses de notre recherche présentées dans la seconde partie de notre document.

Ce premier chapitre se propose de partir du projet industriel de design à l’origine de notre recherche pour mener à la question générale de l’identité des matériaux. Il présente ainsi tout d’abord l’Ultrabéton® et le projet ‘Béton et objets’ de développement de nouvelles applications domestiques à partir de ce nouveau béton. Ensuite, un éclairage historique et théorique permet d’identifier les problématiques spécifiques soulevées par ce cas particulier. Enfin, les éléments précédents permettent de formuler la question générale de l’identité des matériaux au cœur de notre recherche. L’Ultrabéton® est le nom commercial d’une nouvelle formulation de béton, déposé par notre partenaire industriel dans le cadre de cette thèse, les Etablissements Comelli (Ets Comelli). Le dépôt du nom commercial a précédé le début de notre recherche. Il n’a ainsi pas été envisagé de le modifier, bien qu’à l’instar d’une marque commerciale [Sicard, 2008], le nom puisse impacter l’identité globale de l’Ultrabéton® dont il est question dans cette recherche. BFUP : des bétons fibrés à ultra-haute performance. Les BFUP sont des nouveaux bétons développés depuis les années 90, avec à l’origine l’objectif de créer, pour des applications de structure – pont, ouvrage d’art, voir figure # 1 – un béton plus durable, c’est-à-dire plus résistant dans le temps aux agressions chimiques extérieures, avec un vieillissement limité.

C’est la recherche d’une structure Les BFUP ont pour spécificité d’être composés de différentes poudres fines et ultrafines et de fibres – figure # 2 [Vernet, 2002] [Acker et Belhoul, 2004] [Cimbéton, 2006]. C’est à la fois ce qui leur apporte une résistance mécanique en compression significativement plus élevée et un coût jusqu’à 10 fois supérieur à celui d’un béton ordinaire – figure # 3. Le principe des BFUP est de constituer par cette formulation spécifique un empilement granulaire cohérent, régulier et dense qui limite les interactions avec l’environnement extérieur et en particulier la réaction d’oxydation à l’air qui provoque un vieillissement et un désagrégement de la matière. Par ailleurs, l’adjonction de fibres dans la masse du matériau limite la propagation des fissures, et plus particulièrement de microfissures à l’origine du vieillissement général du matériau. Les fibres peuvent être de différentes natures : métallique, organique, minérale, elles apportent des performances différentes et sont choisies en fonction du type d’applications. Les fibres de l’Ultrabéton® sont de nature organique. Elles apportent une résistance inférieure à celle des fibres métalliques par exemple mais sont adaptées aux applications moins structurelles – parements de façade par exemple.

Concernant les poudres fines et ultrafines, la composition de l’Ultrabéton® s’appuie sur une formulation brevetée par le cimentier Holcim, l’un des quelques cimentiers dans le monde. Ce brevet a pour spécificité d’utiliser pour la formulation d’un BFUP, des laitiers de hauts fourneaux et de la fumée de silice, tout deux des éléments ultrafins, à la granulométrie particulièrement faible, qui distinguent l’Ultrabéton® des bétons ordinaires mais également des autres BFUP. La revendication principale du brevet utilisé pour la formulation de l’Ultrabéton® est de montrer qu’il est possible d’obtenir avec ce type de matières premières – laitiers de hauts fourneaux, fumée de silice – les caractéristiques type des BFUP, à savoir principalement une résistance mécanique comprise entre 130 et 250 MPa nettement supérieure aux autres bétons. La formulation déposée dans le brevet Holcim permet d’atteindre environ 200 MPa. Au-delà d’une performance de durabilité liée à sa résistance chimique élevée, le principe d’empilement granulaire des BFUP, couplé à l’adjonction de fibres, apporte de nombreux autres avantages au matériau sur le plan physique, mécanique et chimique – figure # 4 -, autant de résultantes inattendues du cahier des charges technique initial.