Fibres & grains

La matière en fibres tout comme la matière en grains est une matière divisée où s’exercent des forces de frottement, bloquant les grains ou les fibres à l’intérieur du tas. Cette propriété de frottement à l’intérieur des mélanges de grains et de fibres est très intéressante pour construire.

 

 

Les grains sont résistants à la compression et l’ajout de fibres leur permet de supporter davantage de poids et donc d’accroitre cette résistance. Leur forme très allongée en fait de véritables armatures pour les grains, reprenant en traction, grâce aux forces de frottement, les efforts de poussée verticale. Les techniques constructives du sable armé et de la terre armée s’inspirent directement de ces phénomènes physiques.

 

 

Un verre rempli de sable est versé dans un autre verre rempli de fibres métalliques. Les fibres métalliques sont très enchevêtrées : elles sont si peu compactes que tout le sable peut s’insérer dans les espace entre les fibres – crédit : amàco
Un verre rempli de sable est versé dans un autre verre rempli de fibres métalliques. Les fibres métalliques sont très enchevêtrées : elles sont si peu compactes que tout le sable peut s’insérer dans les espace entre les fibres – crédit : amàco

Mélanges de fibres et de grains

Les fibres sont des grains allongés qui s’enchevêtrent facilement formant des tas peu denses. Associées à des grains de sable, les fibres permettent d’introduire davantage de forces de frottement à l’intérieur du tas. Ce gain de cohésion permet au tas d’être plus résistant : il peut porter un poids plus important.

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Les fibres enchevêtrées retiennent les grains de sable par frottement. Avec l’ajout de fibre, il devient possible de faire un pâté de sable sec ! – crédit : amàco
Les fibres enchevêtrées retiennent les grains de sable par frottement. Avec l’ajout de fibre, il devient possible de faire un pâté de sable sec ! – crédit : amàco

Quand les fibres retiennent les avalanches de grains

En s’inspirant des plantes et de leurs fibres tendues qui permettent de se maintenir verticale tout en s’élançant vers la lumière, il est possible de rigidifier des matériaux mous ou de consolider des structures. Pour cela, des fibres tissées ou enchevêtrées sont introduites dans les zones les plus sollicitées en traction.

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De simples armatures intercalées tous les deux centimètres entre deux lits de sable compacté, permettent d’ériger cette tour de sable de près de 4 mètres de hauteur. – crédit : amàco
De simples armatures intercalées tous les deux centimètres entre deux lits de sable compacté, permettent d’ériger cette tour de sable de près de 4 mètres de hauteur. – crédit : amàco

La tour de sable : des fibres comme armatures

Les fibres utilisées comme armatures décuplent la résistance d’un simple pâté de sable. Elles agissent directement sur la répartition des efforts à l’intérieur de l’édifice. Résistantes en traction, elles s’opposent à la poussée horizontale des grains et redirigent les chaînes de forces vers le bas. Les frottements introduits au contact des grains et des armatures sont la clé de cette extraordinaire résistance.

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La muraille de Chine est construite avec les ressources disponibles directement sur place. Dans le désert de Gobi où la pierre et le bois sont très rare, la muraille est construite en sable intercalé de lits de roseau – crédit : Hiroki Ogawa CC-BY-3.0
La muraille de Chine est construite avec les ressources disponibles directement sur place. Dans le désert de Gobi où la pierre et le bois sont très rare, la muraille est construite en sable intercalé de lits de roseau – crédit : Hiroki Ogawa CC-BY-3.0

Des fibres pour armer la terre et les bétons

Pour atteindre la verticalité avec des matières sans cohésion comme le sable ou pour rendre les bétons contemporains plus performants, les fibres jouent le rôle d’armatures. Par simples frottements entre les grains de sable, de la terre ou des bétons, et les fibres, il devient possible de bâtir des édifices d’envergure avec une économie de matière, la matière juste nécessaire.

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