En collaboration avec le ministère des transports du Massachusetts, des chercheurs montrent que la corrosion des ponts peut être réparée sur place grâce à la fabrication additive.
Plus de la moitié des 623 218 ponts du pays subissent une détérioration importante. Grâce à une étude de cas menée sur le terrain dans l’ouest du Massachusetts, une équipe dirigée par l’université du Massachusetts à Amherst en collaboration avec des chercheurs du département de génie mécanique (MechE) du MIT vient de démontrer avec succès que l’impression 3D peut fournir une solution rentable et peu perturbatrice.
« Chaque fois que vous conduisez, vous passez sous ou sur un pont corrodé », précise Simos Gerasimidis, professeur associé d’ingénierie civile et environnementale à l’UMass Amherst et ancien professeur invité au département d’ingénierie civile et environnementale du MIT, dans un communiqué de presse. « Ils sont partout. Il est impossible de les éviter, et leur état montre souvent une détérioration significative. Nous connaissons les chiffres.
Selon le rapport 2025 de l’American Society of Civil Engineers sur les infrastructures américaines, les chiffres sont stupéfiants : Aux États-Unis, 49,1 % des 623 218 ponts sont dans un état « passable » et 6,8 % dans un état « médiocre ». Le coût prévu pour restaurer tous ces ponts défaillants dépasse les 191 milliards de dollars.
Un prototype de réparation a été réalisé le mois dernier sur une petite section corrodée d’un pont à Great Barrington, dans le Massachusetts. Cette technique, appelée « cold spray », permet de prolonger la durée de vie des poutres en les renforçant avec de l’acier nouvellement déposé. Le procédé consiste à accélérer les particules d’acier en poudre dans un gaz comprimé chauffé, puis un technicien utilise un applicateur pour pulvériser l’acier sur la poutre. Des pulvérisations répétées créent des couches multiples, rétablissant l’épaisseur et d’autres propriétés structurelles.
Cette méthode s’est avérée être une solution efficace pour d’autres grandes structures telles que les sous-marins, les avions et les navires, mais les ponts posent un problème à plus grande échelle. Contrairement aux navires mobiles, les ponts fixes ne peuvent pas être apportés à l’imprimante 3D – l’imprimante doit être apportée sur place – et, pour réduire l’impact systémique, les réparations doivent également être effectuées en perturbant le moins possible la circulation, ce que permet la nouvelle approche.
« Maintenant que nous avons réalisé cette réparation de validation du concept, nous voyons clairement la voie vers une solution beaucoup plus rapide, moins coûteuse, plus facile et moins invasive », déclare M. Gerasimidis. « À notre connaissance, il s’agit d’une première. Bien sûr, il reste encore de la R&D à développer, mais il s’agit d’une étape importante à cet égard. »
« Il s’agit d’une collaboration exceptionnelle où une technologie de pointe est utilisée pour répondre à un besoin critique d’infrastructure dans le Commonwealth et dans tous les États-Unis », déclare John Hart, professeur de la promotion 1922 et directeur du département de mécanique du MIT. Hart et Haden Quinlan, directeur de programme au Centre des technologies de production avancées du MIT, dirigent les efforts du MIT dans ce projet. M. Hart est également co-responsable de l’initiative du MIT pour la nouvelle fabrication, récemment annoncée.
« L’intégration de systèmes numériques avec un traitement physique avancé est l’avenir de l’infrastructure », déclare Quinlan. « Nous sommes ravis d’avoir fait passer cette technologie du laboratoire au terrain, et nous sommes reconnaissants à nos collaborateurs d’avoir rendu ce travail possible. »
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L’UMass indique que le département des transports du Massachusetts (MassDOT) a été un partenaire de recherche précieux, en aidant à identifier le problème et en fournissant un soutien essentiel au développement et à la démonstration de la technologie. La MassDOT Highway Division et le Research and Technology Transfer Program ont fourni des conseils techniques et un soutien financier.
L’équipement nécessaire à ce projet a été financé par la Massachusetts Manufacturing Innovation Initiative, un programme national dirigé par le Center for Advanced Manufacturing du Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), qui aide à combler le fossé entre l’innovation et la commercialisation dans le domaine de la fabrication de produits de haute technologie.
« Il s’agit d’une réussite propre au Massachusetts », explique M. Gerasimidis. « Cela implique que MassDOT soit ouvert aux nouvelles idées. Cela implique que l’UMass et le MIT réunissent les cerveaux nécessaires. Cela implique que MassTech ramène l’industrie manufacturière dans le Massachusetts. Je pense donc que tout le monde y gagnera ».
La démolition du pont de Great Barrington est prévue dans quelques années. Après la démolition, les poutres récemment pulvérisées seront ramenées à l’UMass pour y être testées et mesurées afin d’étudier dans quelle mesure la poudre d’acier déposée adhère à la structure sur le terrain par rapport à un environnement de laboratoire contrôlé, si elle se corrode davantage après avoir été pulvérisée, et de déterminer ses propriétés mécaniques.
Cette démonstration s’appuie sur plusieurs années de recherche menées par les équipes de l’UMass et du MIT, y compris le développement d’une approche de « fil numérique » pour scanner les surfaces corrodées des poutres et déterminer les profils de dépôt de matériaux, ainsi que des études en laboratoire sur la pulvérisation à froid et d’autres approches de fabrication additive adaptées à un déploiement sur le terrain.
Dans l’ensemble, ce travail est le fruit d’une collaboration entre UMass Amherst, MIT MechE, MassDOT, Massachusetts Technology Collaborative (MassTech), le ministère américain des transports et l’administration fédérale des autoroutes. Les rapports de recherche sont disponibles sur le site web du MassDOT.
Article : « Laser additive manufacturing for infrastructure repair: A case study of a deteriorated steel bridge beam » – DOI : 10.1016/j.jmst.2023.01.018
Source : MIT Meche
