Un modèle informatique pour concevoir des structures plus économes en matériaux
Des chercheurs du MIT ont développé une méthode permettant d’optimiser la conception de structures, telles que des ponts et des bâtiments, en réduisant significativement la quantité de matériaux nécessaires. Cette technique, connue sous le nom d’optimisation topologique, pourrait diminuer l’utilisation de matériaux jusqu’à 90 %, contribuant ainsi à une réduction massive des émissions de carbone dans le secteur de la construction.
En 2022, la production mondiale de matériaux de construction a représenté plus de 7 % des émissions totales de carbone. Cependant, une grande partie de ces matériaux n’est pas toujours indispensable pour la construction d’infrastructures. Traditionnellement, l’optimisation topologique est principalement utilisée par les chercheurs dans des applications comme l’impression 3D, mais elle n’est pas couramment adoptée par les ingénieurs en raison de la complexité des structures générées, qui sont souvent difficiles à réaliser dans les délais et les budgets impartis.
Les chercheurs du MIT ont introduit un cadre qui rend ces conceptions plus réalisables. Dans leur article publié dans la revue Automation in Construction, ils expliquent comment permettre aux utilisateurs d’appliquer des contraintes aux structures générées algorithmiquement pour limiter leur complexité. Cela inclut la possibilité de restreindre le nombre de composants se rejoignant à un point donné et de définir la taille minimale des parties.
Josephine Carstensen, professeur d’ingénierie civile au MIT, souligne l’importance d’intégrer simultanément les matériaux, la constructibilité des conceptions et l’optimisation des structures. Grâce à cette approche, les chercheurs ont conçu des structures en acier, en bois et en matériaux multiples, montrant que les émissions de carbone associées aux matériaux variaient considérablement selon les contraintes appliquées.
L’objectif est de rapprocher l’optimisation topologique de son utilisation dans la construction réelle. En effet, une déconnexion a souvent été observée entre les économies de carbone théoriques sur ordinateur et celles réalisables dans des structures construites. Les chercheurs espèrent que leur cadre permettra de surmonter les obstacles liés à la constructibilité.
Zane Schemmer, doctorant en ingénierie civile et co-auteur de l’étude, note que la durabilité future dépendra non seulement de l’utilisation de moins de matériaux, mais aussi de leur mise en œuvre efficace, en tenant compte des coûts en carbone associés à chaque matériau.
Cette méthode, bien que plus intensive en calcul que certaines autres, est jugée réalisable pour la plupart des entreprises d’ingénierie civile. Les chercheurs prévoient de construire des structures à échelle réduite pour valider les prédictions de leur modèle et d’ajouter des contraintes pour faciliter son utilisation par les ingénieurs civils.
Source : MIT News.
