Génie civil et mécanique  
Mechanical Systems Engineering
Mechanical Integrity of Energy Systems
Ingénierie des structures
Bois
Technologies du bâtiment
Béton/Chimie de la construction
Construction routière/Etanchéités
Synergetic Structures
Smart Materials and Structures

Département Génie civil et mécanique
La consommation globale d’énergie et de matières premières est très fortement influencée par l’édification et l’exploitation de l’environnement construit. Le Département Génie civil et mécanique concentre ses activités sur le développement et l’évaluation des matériaux et des systèmes et processus qui permettent de réduire la consommation des ressources.
Nos activités principales
La banque de donnée ecoinvent a été développée en collaboration avec d’autres instituts de recherche fédéraux.

Consommation d’énergie et des ressources
La réduction de la consommation d’énergie dans les bâtiments demande des solutions nouvelles. L’utilisation des énergies renouvelables et l’amélioration de l’efficience énergétique dans la construction des immeubles neufs et dans les rénovations sont là les priorités premières. On peut citer ici le développement de panneaux isolants sous vide d’une épaisseur de 1 à 2 cm seulement ou de panneaux de plafond thermo-actif destinés aux rénovations. L’évaluation de la durabilité des nouveaux matériaux, processus ou systèmes demande des concepts et des méthodes adéquats. La banque de données ecoinvent est un outil conçu à cet effet accessible sur une plateforme Internet. Par ailleurs plusieurs de nos projets de recherche sont consacrés à l’utilisation de matériaux recyclés comme produit de remplacement des matières premières primaires, cela principalement dans le domaine des matériaux liés au ciment et au bitume.

Les fibrilles de cellulose ont un diamètre de quelques nanomètres seulement et une longueur de plusieurs micromètres.

Matériaux
Une compréhension approfondie du comportement macroscopique des matériaux de construction en vue de leur adaptation à des applications spécifiques n’est possible que si l’on comprend aussi réellement bien leurs propriétés microscopiques ou voire même nanoscopiques. De nouveaux outils analytiques tels que le microscope à force atomique, les faisceaux d’ions focalisés, etc., ont été utilisés avec la modélisation thermodynamique pour affiner la connaissance de l’hydratation des matériaux liés au ciment. Ces travaux ont débouché sur une nouvelle approche des problèmes de la durabilité du béton ou de l’action des adjuvants. Nous oeuvrons aussi à la promotion de l’utilisation du bois, matière première renouvelable la plus importante au niveau national et mondial, par l’amélioration de la qualité technique et économique du bois et de ses produits dérivés. On peut citer ici p. ex. la production de fibrilles de cellulose très bien adaptées au renforcement des polymères et plus particulièrement des polymères biodégradables.

Des polymères renforcés de fibres de carbone (PRC) renforcent le pont Duttweiler à Zürich.

Durabilité et sécurité
Afin de prévenir une défaillance prématurée et inattendue des matériaux et des systèmes, nous procédons à la caractérisation et à la surveillance de leur comportement au vieillissement à l’aide de méthodes adéquates. C’est ainsi par exemple que nous avons développé des systèmes pour la surveillance de l’intégrité des structurales des ouvrages de construction. Ces systèmes reposent sur la saisie et le traitement en temps réel des données fournies par différents modules de capteurs. Nous utilisons aussi les composites tels que les polymères renforcés de fibres de carbone (PRC) pour le renforcement de structures existantes afin de les rendre capables de supporter des charges statiques et dynamiques accrues. Nous développons des modèles de prédiction de la durée de service reposant sur la détermination des paramètres environnementaux qui influencent le vieillissement ainsi que sur une compréhension approfondie des processus physiques et chimiques impliqués. Nous procédons à la détermination de la durée de vie attendue de nouveaux matériaux à l’aide d’essai de laboratoire accélérés qui reproduisent les phénomènes de vieillissement dans des conditions proches de celles de la réalité. Les analyses de dommages et les expertises pour les autorités viennent encore s’ajouter à nos activités de service importantes.

Ce modèle de pont sert par exemple à l’étude des éléments amortisseurs utilisés pour réprimer les vibrations des câbles.

Systèmes adaptatifs
L’association du savoir sur les matériaux intelligents, sur les capteurs et la microélectronique et l’acoustique conduit nos chercheuses et chercheurs à de nouvelles solutions dans divers domaines. Ainsi, par exemple, l’application de la technique des constructions légères dans l’ingénierie des structures permet la construction de ponts de plus grande portée mais qui sont toutefois davantage sensible aux vibrations provoquées par des facteurs environnementaux tels que le vent et la pluie ou par le trafic. C’est ce qui nous a conduit à construire un modèle de pont à haubans qui sert de plateforme d’essai pour divers projets dont entre autres un projet sur la comparaison d’éléments amortisseurs des vibrations des câbles. Du fait de leur très grande déformabilité de 10 à 100%, les polymères électroactifs sont un matériau fort intéressant pour des utilisations comme actionneurs. Des premiers prototypes ont déjà été construits avec comme objectif à moyen terme la réalisation de muscles artificiels, de prothèses actives ou encore d’actionneurs pour la mise en mouvement d’objets de grande surface. Les travaux expérimentaux sont toujours complétés par une modélisation intensive sur ordinateur.

Nos laboratoires

Contact:

Dr Peter Richner, Chef du département
+058 765 4140, peter.richner@empa.ch

Links
  • RILEM
    International Union of Laboratories and Experts in Construction Materials, Systems and Structures
  • ENBRI
    European Network of Building Research Institutes
  • D-BAUG ETH Zürich
    Departement Bau, Umwelt und Geomatik
  • ENAC EPF Lausanne
    Faculté Environnement Naturel, Architectural et Construit
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