ARC Design, Sustainable Materials and Additive Manufacturing

Code : ARC1048-1

Enseignant-chercheur principal

Abbas Sibai, PhD
abbas.sibai@alba.edu.lb

Date de début : septembre 2026

Projet de recherche

Technologie d’impression 3D : fabrication additive à base de PLA utilisant des granulats de mortier et des adjuvants issus du marc de café pour produire des moules destinés à la création de produits de design massifs et à des applications industrielles

Résumé

Le café, l’une des boissons les plus consommées au monde, engendre d’importants défis environnementaux sous la forme de marc de café (SCG, spent coffee grounds). Selon les données de la Banque mondiale, plus de 2 milliards de tonnes de marc de café sont produites chaque année, un chiffre qui devrait atteindre 3,4 milliards de tonnes d’ici 2050. Près de 40 % de ces déchets sont mis en décharge, ce qui entraîne le rejet de polluants et de gaz à effet de serre comme le méthane, contribuant au changement climatique. Le marc de café contient des composés tels que la caféine, les tanins et les polyphénols, qui peuvent être nocifs pour l’environnement. Ce projet aborde ce défi depuis la pratique du design. Plutôt que de mettre au point un système de matériaux validé par l’ingénierie, il se demande ce qui se passe lorsque des designers travaillent directement avec le déchet : en le collectant, en le traitant, en le coulant et en le façonnant en objets porteurs à la fois de fonction et de sens. La recherche utilise le marc de café comme granulat en poudre au sein de systèmes de moules imprimés en 3D à base de PLA, pour produire des objets de design massifs évalués selon des critères visuels, tactiles et de design critique. L’accent est mis tout au long sur une découverte des matériaux guidée par le design : itérative, documentée et ancrée dans l’atelier.

Mots-clés : marc de café, impression 3D, PLA, produits de design, moules, innovation matérielle, recyclage des déchets, durabilité.

Introduction

Le secteur du design industriel joue un rôle essentiel dans la promotion de la durabilité environnementale, en privilégiant des solutions écologiques qui allient fonctionnalité et qualité esthétique. Ce principe rejoint la maxime de Louis Sullivan, « la forme suit la fonction ». Les designers explorent de plus en plus des méthodes innovantes pour intégrer le marc de café à leurs produits. Par exemple, l’entreprise britannique « Re-Worked » fabrique du mobilier, comme des fauteuils et des tables basses, à partir de panneaux composés de café recyclé à 100 % et de bois de frêne. De même, la designer Rosalie McMillan a créé les bracelets Java Rock à partir d’un matériau de surface sur mesure contenant 70 % de café recyclé.

L’intégration du marc de café dans la conception de produits ne répond pas seulement à la question de la gestion des déchets : elle ouvre aussi la voie à la création de matériaux uniques et durables. Des approches innovantes ont été développées, comme Kaffeeform, qui crée des matériaux à partir de marc de café associé à des fibres végétales et à des biopolymères. Le projet « The Hoop » de Francesco Pacelli utilise les déchets de café pour produire des matières premières pour l’impression 3D, tandis qu’« AgriDust » de Marina Ceccolini emploie des résidus alimentaires comme le marc de café mélangé à de la fécule de pomme de terre comme liant.

Compte tenu de la surproduction mondiale de marc de café et de sa composition chimique favorable – caractérisée par la stabilité, la modularité et la résistance –, ce matériau offre de réelles possibilités pour diverses applications de design. Des chercheurs ont étudié les caractéristiques du marc de café en vue de son utilisation en design industriel. Le marc de café est riche en composés organiques, notamment l’hémicellulose, les acides gras, la cellulose, la lignine, les protéines et les lipides. L’analyse élémentaire montre qu’il contient environ 54,78 % de carbone, 6,93 % d’hydrogène, 3,32 % d’azote, 35,97 % d’oxygène et 0,04 % de soufre, avec une densité relative comprise entre 0,6 et 1,4. La masse volumique des particules de marc de café se situe entre 917 et 1361 kg/m³, ce qui le rend adapté à des applications de design légères.

Une étude d’Eliche-Quesada a démontré la faisabilité de l’utilisation du marc de café dans divers produits de design, ce qui peut en renforcer l’attrait esthétique tout en réduisant l’impact environnemental. Des recherches ont également suggéré que le marc de café peut servir à l’isolation thermique et à l’absorption acoustique, ce qui souligne sa polyvalence et son potentiel pour des solutions de design innovantes.

Hypothèse de recherche

Le marc de café, l’un des déchets les plus produits au monde, peut par exemple être réemployé comme granulat durable de mortier pour des applications industrielles, en substituant partiellement le sable par du marc de café. Cette recherche pose l’hypothèse qu’en utilisant des moules de coulage à base de PLA, remplis d’un mélange de granulats à base de marc de café spécialement formulé, il est possible de créer des produits de design massifs et des moules. Cette approche vise à tirer parti des propriétés bénéfiques du marc de café, associé à d’autres granulats, pour produire des éléments de design écologiques, durables et fonctionnels. Cette méthode innovante répond non seulement au problème de l’élimination des déchets de café, mais contribue aussi à des pratiques durables dans le développement de produits grâce à la fabrication additive et aux techniques de coulage.

Descriptif

Cet ARC fait de la pratique du design sa principale méthode d’investigation. Les étudiant·e·s collectent et traitent le marc de café du campus de l’ALBA, mettent au point des recettes de composites à base de marc de café par l’expérimentation itérative en atelier, les coulent dans des moules imprimés en PLA et réalisent des prototypes physiques évalués selon des critères de design : forme, qualité de surface, cohérence et sens. Les essais sont menés par la main et l’œil du designer, par la documentation des matériaux, l’évaluation sensorielle et la critique structurée, plutôt que par l’instrumentation de l’ingénieur. Les étudiant·e·s de différentes disciplines (cinéma, communication visuelle, arts graphiques, design produit) sont chacun·e guidé·e·s pour découvrir l’objet qui fait sens dans leur propre perspective créative, en reliant le matériau à une question plus profonde : ce qu’il contient et pourquoi il importe. L’ARC produit deux résultats d’égale valeur : une archive documentant les matériaux et un prototype physique accompagné de sa justification créative.

Acquis d’apprentissage

À la fin de cet ARC, l’étudiant·e sera en mesure de :

• Identifier des matériaux durables adaptés à la fabrication additive à base de PLA.
• Analyser les propriétés et les applications potentielles du marc de café en design.
• Concevoir des prototypes fonctionnels à partir de composites à base de marc de café.
• Évaluer les bénéfices environnementaux de l’intégration de matériaux de récupération dans l’impression 3D.
• Produire des solutions innovantes pour la conception de produits durables.

Méthodologie

Cette recherche s’inscrit dans un cadre guidé par le design, en utilisant l’atelier et les équipements de fabrication de l’ALBA comme environnement principal. Plutôt que de viser une validation mécanique de niveau ingénierie, le projet considère l’expérimentation des matériaux et le développement de prototypes comme des actes de design à part entière. Les étudiant·e·s collecteront, traiteront et travailleront directement le marc de café, en mettant au point des recettes de composites par des mélanges itératifs en petites quantités et par le coulage dans des moules à base de PLA. Chaque itération sera documentée, évaluée selon ses qualités visuelles, tactiles et formelles, et affinée par la critique en atelier. Le projet réunit des étudiant·e·s de disciplines diverses – cinéma, communication visuelle, arts graphiques et design produit –, chacun·e étant encouragé·e à porter sur le matériau le regard propre à sa discipline. Des partenariats avec des organisations engagées dans l’écologie et l’environnement seront explorés afin d’ancrer le travail dans des pratiques réelles de durabilité.

Accès aux matériaux, machines et besoins en laboratoire disponibles à l’ALBA

1. Accès aux matériaux : pour lancer la phase de collecte, nous nous appuierons dans un premier temps sur les ressources du campus de l’ALBA. Cette approche simplifie la logistique et traduit notre engagement en faveur de la durabilité, en réemployant des déchets produits au sein de notre communauté universitaire. Le processus comprend :

• Points de collecte internes :
o Cafétérias, salles des enseignants et espaces communs : nous commencerons par collecter le marc de café dans les cafétérias, les salles des enseignants et les autres espaces du campus de l’ALBA.
o Bacs de collecte dédiés : pour faciliter la collecte, nous installerons des bacs réservés au marc de café en différents endroits du campus. Ces bacs seront clairement étiquetés et placés de manière stratégique pour être facilement accessibles, afin d’encourager la participation active des étudiant·e·s, des enseignant·e·s et du personnel.

2. Machines et besoins en laboratoire

o Compatibilité avec l’impression 3D : l’ALBA dispose d’imprimantes 3D capables d’imprimer des moules en PLA, avec la possibilité d’essayer d’autres matériaux s’ils sont accessibles. L’approche initiale consistera à travailler avec un filament PLA compatible avec les imprimantes 3D existantes de l’ALBA, en imprimant des moules standards en PLA. Du béton mélangé au marc de café sera ensuite coulé dans ces moules. Cette approche garantit une certaine souplesse et augmente les chances de réussite, tout en permettant d’adapter la méthode si nécessaire.

3. Faisabilité technique

o Observation des matériaux guidée par le design : plutôt que de s’appuyer sur des instruments de laboratoire, l’évaluation des matériaux dans cet ARC repose sur l’observation propre au design. Les étudiant·e·s évaluent chaque lot de composite à base de marc de café en documentant la texture de surface, la couleur, le retrait, l’ouvrabilité, le comportement au démoulage, la cohésion structurelle et la porosité visible. Ces qualités sont consignées par la photographie et par écrit, constituant un journal des matériaux guidé par le design, qui sert à la fois de documentation de recherche et de base pour l’amélioration itérative.

o Évaluation et critique en atelier : les prototypes et les échantillons de matériaux sont évalués en atelier selon deux méthodes complémentaires. La première est une évaluation sensorielle et visuelle : chaque lot et chaque prototype est examiné pour sa qualité de surface, sa stabilité dimensionnelle, sa cohérence esthétique et le comportement du matériau lors de la mise en forme et du démoulage. La seconde est la critique structurée en atelier : les étudiant·e·s présentent leur travail à leurs pairs et à l’enseignant, en défendant à la fois leurs choix de matériaux et leur justification créative. Ce double mode d’évaluation – la main, l’œil et l’argumentation – constitue la norme appropriée pour un ARC relevant d’une discipline du design. Si une collaboration avec un laboratoire extérieur devient possible à l’avenir, ses données pourront s’ajouter aux résultats de design, en complément lors de la phase de publication.

4. Propriétés d’adhérence du marc de café dans les matériaux à base de PLA

Dans les applications actuelles, le PLA adhère souvent fortement au béton durci, ce qui rend le post-traitement et le démoulage difficiles. Cette adhérence excessive nuit à l’efficacité et à la réutilisation des moules et complique les étapes de post-production. On trouvera ci-dessous quelques observations et suggestions

concernant le problème du PLA (acide polylactique) qui adhère fortement au béton durci, ce qui peut rendre le démoulage difficile une fois le matériau sec.

• Traitement de la surface du béton : envisager de lisser la surface du béton avant l’impression ou d’utiliser un agent de démoulage, tel qu’un spray de démoulage. Cela peut aider à réduire l’adhérence entre le PLA et le béton.
• Ajuster les paramètres d’impression : modifier les réglages d’impression, par exemple en augmentant la hauteur de couche et en ajustant le pourcentage de remplissage, peut aider à réduire la surface en contact avec le béton. Relever la hauteur de la buse lors de la première couche pourrait en outre éviter une liaison excessive.
• Contrôler le refroidissement et la température : veiller à ce que l’environnement d’impression soit suffisamment refroidi. L’utilisation d’un ventilateur pendant l’impression peut aider à maintenir le PLA à une température plus basse et ainsi réduire l’adhérence.
• Utiliser des agents de démoulage : appliquer un agent de démoulage sur le moule en béton avant l’impression peut créer une barrière empêchant une forte adhérence. Parmi les options : un spray de silicone ou une fine couche d’huile.
• Essayer d’autres filaments : si le PLA continue d’adhérer trop fortement, explorer d’autres matériaux d’impression 3D, comme le PETG ou l’ABS, pourrait donner de meilleurs résultats.
• Techniques de post-traitement : pour le PLA déjà collé au béton, envisager d’appliquer une chaleur douce pour ramollir le matériau et faciliter son retrait, en veillant à ne pas endommager le béton.
• Revêtements de surface : pour les projets futurs, traiter la surface du PLA avec un revêtement limitant l’adhérence, comme de la cire ou un spray de silicone, peut être utile.

4b. Cadre créatif : l’objet comme sens

Le processus d’agrégation décrit dans cette recherche – substituer le sable par du marc de café au sein d’un système de moules à base de PLA – est techniquement solide. Toutefois, la question qui anime la dimension créative de cet ARC n’est pas simplement : que pouvons-nous fabriquer ? Elle est : pourquoi cet objet, et que contient-il ?

L’origine du matériau, le café, n’est pas anodine. Le café est une substance profondément sociale et rituelle. On le partage, on l’attend, on s’en souvient. Il rythme les matins, les conversations, les moments de création et les pauses au travail. Lorsqu’un·e étudiant·e transforme du marc de café en objet physique, il ou elle ne se contente pas de recycler un déchet : il ou elle donne une forme matérielle à quelque chose de déjà inscrit dans les habitudes et la culture humaines. L’objet choisi doit donc porter le poids de ce sens. Une tasse faite de marc de café boucle une boucle. Une brique interroge la permanence. Une chaise invite à réfléchir au repos et au travail. Chaque choix est un argument.

Une découverte guidée par la discipline

Comme les étudiant·e·s inscrit·e·s à cet ARC viendront d’horizons disciplinaires divers – cinéma, design industriel, communication visuelle et arts graphiques, entre autres –, l’objet qu’ils et elles développeront ne sera pas imposé à l’avance. Les étudiant·e·s seront au contraire guidé·e·s pour laisser leur propre champ de pratique conduire la découverte de l’objet juste. Il ne s’agit pas d’un exercice ouvert et sans direction, mais d’une méthodologie de recherche structurée dans laquelle la pensée disciplinaire devient l’instrument de l’enquête.

Un·e étudiant·e en cinéma pourrait se demander : quel objet contient le temps, le récit ou la mémoire ? Il ou elle pourrait aboutir à un cadre, à un boîtier de bobine ou à un support d’objectif de projection, des objets qui portent la trace des histoires. Un·e étudiant·e en communication visuelle pourrait se demander : quel objet transmet ou expose ? Il ou elle pourrait concevoir un présentoir, une carte tactile ou un élément de signalétique modulaire. Un·e étudiant·e en design industriel pourrait se demander : quel objet sert un corps dans l’espace ? Il ou elle pourrait développer des ustensiles de cuisine ergonomiques, un élément de chaise ou une jardinière. Chaque point de départ est disciplinaire ; chaque point d’arrivée est matériel et porteur de sens.

L’enseignant accompagnera ce processus par des séances de critique individuelles et collectives. La justification créative – l’argument expliquant pourquoi cet objet, pourquoi cette forme, pourquoi ce matériau – sera développée parallèlement au prototype technique et évaluée comme une composante à part égale du rendu final.

Les trois questions auxquelles chaque étudiant·e doit répondre

Quel que soit son parcours, chaque étudiant·e devra développer et défendre sa justification créative autour de trois questions centrales :

1. Pourquoi cet objet ? Que révèle ce choix de la perspective disciplinaire et de l’intention créative de l’étudiant·e ?

2. Que contient-il ? Au-delà de sa fonction physique, quel sens, quel récit ou quelle valeur culturelle l’objet contient-il ou transmet-il ?

3. Pourquoi le café ? Comment l’origine particulière du matériau, le marc de café, se rattache-t-elle au sens de l’objet ou l’enrichit-elle, au-delà d’une simple substitution technique ?

Ces questions seront présentées lors de la séance 1 et reprises tout au long du semestre. Elles constituent l’ossature du dossier créatif de l’étudiant·e, qui accompagnera le prototype physique lors du rendu final.

Le rôle de l’enseignant : une autonomie guidée

L’approche pédagogique est celle de l’autonomie guidée. La réponse n’est pas donnée d’avance aux étudiant·e·s. Ils et elles disposent d’un matériau commun (le marc de café), d’un procédé technique commun (la fabrication de moules en PLA et le coulage) et d’un ensemble commun de questions. À partir de ce socle partagé, chaque étudiant·e, guidé·e par sa discipline et par sa propre recherche, découvrira l’objet qui fait sens pour lui ou pour elle. L’enseignant facilitera cette découverte par des tutorats individuels, des critiques collectives et des retours itératifs portant à la fois sur l’argument créatif et sur le prototype physique. L’objectif est que chaque étudiant·e puisse dire, à la fin de l’ARC : voici mon objet, voici pourquoi il existe, et voici ce qu’il signifie lorsqu’il est fait de ce qui fut autrefois un déchet.

5. Projets étudiants possibles

Les étudiant·e·s peuvent travailler sur différents projets utilisant le marc de café, notamment :

1. Accessoires pour la maison : concevoir et prototyper des objets tels que des dessous-de-verre, des vases ou des abat-jour utilisant le marc de café comme matériau principal, en mettant en valeur sa texture et son esthétique singulières.
2. Design de mobilier : développer des meubles durables, comme des chaises ou des tables, intégrant des matériaux à base de marc de café, alliant fonctionnalité et design écologique.
3. Produits de consommation : créer des objets innovants, tels que des ustensiles de cuisine ou des objets décoratifs, qui mettent en avant le caractère recyclable et durable du marc de café.

4. Installations artistiques : concevoir des œuvres interactives qui engagent la communauté dans une réflexion sur la réduction des déchets et la durabilité, en utilisant le marc de café comme médium.
5. Éléments de design urbain : utiliser des moules imprimés en 3D résistants pour créer du mobilier et des équipements urbains, tels que des supports pour fleurs et plantes, des bancs ou des espaces d’assise publics, intégrant du marc de café. Ce projet pourrait explorer la durabilité et le potentiel esthétique du marc de café en extérieur.
6. Solutions paysagères durables : développer des prototypes de jardinières ou d’éléments de jardin réalisés avec des matériaux à base de marc de café, conçus pour les espaces urbains afin de favoriser la végétalisation et la biodiversité.
7. Projets de sensibilisation du public : créer des installations ou une signalétique pour l’espace public qui informent la communauté sur les bénéfices du recyclage du marc de café et des pratiques durables, à l’aide de designs visuellement attrayants réalisés avec du marc de café.
8. Objets urbains fonctionnels : concevoir des objets pratiques comme du mobilier urbain, des poubelles ou de la signalétique utilisant le marc de café, montrant comment des déchets peuvent être transformés en équipements publics utiles.

6. Méthodologie

1. Préparation des matériaux :
   o Collecter et prétraiter le marc de café en vue de son utilisation pour l’impression 3D.
   o Étudier les adjuvants et les liants appropriés pour améliorer les propriétés du matériau.
2. Déterminer la teneur optimale en marc de café du mélange de béton : pour déterminer la quantité optimale de marc de café à ajouter à un mélange de béton, plusieurs facteurs doivent être pris en compte, notamment les propriétés recherchées pour le béton, les caractéristiques du marc de café et l’application précise du produit final. Les étapes suivantes décrivent la démarche systématique permettant d’établir le bon dosage :

o Revue de la littérature : examiner les recherches existantes sur l’utilisation du marc de café dans le béton ou d’autres matériaux composites. Rechercher les études ayant testé différentes proportions et rendu compte de leurs effets sur la résistance, la durabilité et l’ouvrabilité.

o Formulation initiale : partir de formulations courantes de béton et remplacer un faible pourcentage des granulats fins ou du ciment par du marc de café. Les taux de substitution initiaux se situent généralement entre 5 % et 20 % en poids.

o Essais par lots : préparer de petits lots de béton avec différentes proportions de marc de café (par exemple 0 %, 5 %, 10 %, 15 % et 20 %). Garder constant le poids total du mélange afin de garantir la comparabilité.

o Observation de design et documentation des lots : pour chaque lot, consigner la texture de surface, la couleur, le retrait, la fissuration, l’ouvrabilité au malaxage, la facilité de démoulage et le toucher après durcissement. Photographier chaque étape. Ne modifier qu’une seule variable par lot (proportion de liant, proportion de marc de café, température de séchage) afin d’obtenir une image claire des causes et des effets.
o Évaluer la performance esthétique et formelle : évaluer le comportement du composite en tant que matériau de design : restitue-t-il les détails du moule ? La finition de surface est-elle acceptable ? Se comporte-t-il de manière constante d’un lot à l’autre ? Ces questions guident l’itération de la même manière que les données d’ingénierie guident l’optimisation dans un contexte de laboratoire.
o Ajuster les proportions en fonction des résultats : sur la base des résultats des essais mécaniques et de durabilité, ajuster la teneur en marc de café. Si les premiers mélanges sont prometteurs, explorer des pourcentages plus élevés tout en veillant à ce que le béton réponde toujours aux critères de performance.

o Consulter des experts : échanger avec des spécialistes des matériaux ou des technologues du béton qui peuvent apporter leur expérience du marc de café ou de matériaux similaires.

o Essais sur le terrain : une fois un mélange approprié identifié lors des essais en laboratoire, envisager des essais sur le terrain pour évaluer le comportement du béton en conditions réelles.
o Exemple de point de départ : un point de départ courant consiste à remplacer 10 % du poids de ciment par du marc de café tout en maintenant le rapport eau-ciment global selon les pratiques usuelles. Ajuster ensuite en fonction des résultats des essais.

3. Impression 3D des moules et des produits :

o Concevoir et prototyper des moules et des produits de design à l’aide de la technologie d’impression 3D, en optimisant leur fonctionnalité et leur qualité esthétique.

o Tester différentes conceptions pour évaluer leur efficacité dans les applications produit.

4. Évaluation et analyse :

o Évaluer l’impact environnemental de l’utilisation du marc de café dans la conception de produits par rapport aux matériaux traditionnels.

o Recueillir des données sur les propriétés mécaniques et esthétiques des produits à base de marc de café.

5. Diffusion des résultats :
   o Partager les résultats de la recherche par des publications académiques, des présentations et des ateliers afin d’impliquer la communauté du design industriel.

Modalités d’évaluation

1. Présence (10 %)
2. Suivi des conférences du CRC (20 %)
3. Rendu de mi-parcours : développement d’un prototype à partir de composites à base de marc de café (30 %)
4. Rendu final : rapport de projet complet et présentation (40 %)

Références

• • Marc de café et impact environnemental
  Moreno, J. R., & Espinosa, J. (2020). Environmental impact of coffee production and
• consumption. Environmental Science & Technology, 54(4), 2135-2145. DOI: 10.1021/acs.est.9b05833
• • Utilisation du marc de café dans la conception de produits
  Eliche-Quesada, D., & Maroto-Valer, M. M. (2017). Utilization of spent coffee grounds as a sustainable material in product design. Materials & Design, 122, 111-118. DOI: 10.1016/j.matdes.2017.03.021
• • Applications de l’impression 3D
  Pérez, M., & Teixeira, R. (2020). 3D printing and its applications in sustainable design. Journal of Cleaner Production, 258, 120929. DOI: 10.1016/j.jclepro.2020.120929
• • Innovation matérielle
  Xiang, J., et al. (2021). Sustainable design and material innovation: The role of waste materials in 3D printing technology. Sustainable Materials and Technologies, 30, e00321. DOI: 10.1016/j.susmat.2021.e00321
• • Économie circulaire et design
  Geissdoerfer, M., et al. (2018). The circular economy – A new sustainability paradigm? Journal of Cleaner Production, 143, 757-768. DOI: 10.1016/j.jclepro.2016.12.048
• • Utilisation durable du marc de café
  Hadiyanto, H., & Kartiwi, M. (2020). Potential of spent coffee grounds as sustainable material for construction applications. Journal of Environmental Management, 262, 110354. DOI: 10.1016/j.jenvman.2020.110354
• • Impression 3D avec des matériaux biosourcés
  Durgun, I., & Tas, A. (2020). Bio-based polymer composites for 3D printing: An overview of their applications and properties. Composites Part A: Applied Science and Manufacturing, 138, 106076. DOI: 10.1016/j.compositesa.2020.106076
• • Surcyclage des déchets
  Jin, H., et al. (2019). A review of the properties and applications of upcycled waste materials in sustainable design. Journal of Cleaner Production, 218, 481-496. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.01.014
• • Économie circulaire et impression 3D
  Reiter, S., & Geyer, R. (2019). The role of additive manufacturing in the circular economy: A review of the literature. Journal of Cleaner Production, 215, 371-381. DOI: 10.1016/j.jclepro.2019.01.211
• • Impact des déchets sur la durabilité
  Pérez, C. F., et al. (2020). Assessing the environmental impact of spent coffee grounds: A review of sustainability practices and life cycle assessment. Waste Management, 105, 164-172. DOI: 10.1016/j.wasman.2020.01.016
• • Propriétés du marc de café en tant que matériau
  González-García, S., et al. (2021). Mechanical and thermal properties of composites made with spent coffee grounds and their potential applications. Journal of Materials Science, 56(1), 25-41. DOI: 10.1007/s10853-020-04946-x
• • Matériaux durables et innovation en design
  Ashby, M. F. (2017). Materials and sustainable development. Materials Today, 20(3), 143-148. DOI: 10.1016/j.mattod.2017.02.012
• • Composites biosourcés pour l’impression 3D
  Mariano, M. S., et al. (2021). 3D printing of bio-based composites: A review of current practices and future trends. Composites Part B: Engineering, 224, 109225. DOI: 10.1016/j.compositesb.2021.109225

Résultats attendus

Le projet devrait aboutir à des prototypes de produits durables utilisant le marc de café comme granulat et la fabrication additive à base de PLA pour la production des moules, démontrant leur viabilité en design industriel. Cette recherche vise à contribuer à des pratiques de design écologiques, en favorisant l’innovation par le réemploi des déchets, afin que la communauté du design puisse franchir des étapes décisives vers la responsabilité environnementale et la promotion d’une économie circulaire.

Discussion et conclusion

1. Apports de cette recherche :

• Durabilité : cette recherche favorise la réduction des déchets et l’économie circulaire en transformant le marc de café en matériaux utiles au développement de produits.
• Innovation : elle encourage les étudiant·e·s à faire preuve de créativité et à expérimenter des matériaux non conventionnels dans leur processus de conception.
• Collaboration interdisciplinaire : elle favorise la collaboration entre le design industriel et la science des matériaux, enrichissant l’apprentissage et les compétences des étudiant·e·s.
• Pertinence pour le marché : elle répond à la demande croissante des consommateurs pour des produits durables, préparant les étudiant·e·s à de futures carrières dans des secteurs soucieux de l’environnement.
  1. Pertinence pour le centre de recherche en design industriel :

Cette recherche rejoint les objectifs du centre de recherche en design industriel en :

• Renforçant les capacités de recherche : en contribuant aux études en cours sur les matériaux durables et les solutions de design innovantes.
• Impliquant l’industrie : en nouant des partenariats avec des entreprises intéressées par les pratiques et les matériaux durables, offrant aux étudiant·e·s des applications concrètes pour leurs projets.
• Faisant progresser la formation : en offrant aux étudiant·e·s une expérience pratique des technologies d’impression 3D de pointe, les préparant aux défis futurs du secteur du design.
  1. Possibilités de collaboration :

• Potentiel de collaboration : le cadre collaboratif principal de cet ARC est interdisciplinaire plutôt qu’orienté vers l’ingénierie. Des étudiant·e·s en cinéma, communication visuelle, arts graphiques et design industriel travailleront côte à côte, chacun·e apportant les méthodes de sa discipline à un problème matériel commun. L’enseignant facilitera ces échanges par des séances de critique communes et des tutorats individuels. Au-delà de l’atelier, des partenariats avec des organisations engagées dans la durabilité et avec des praticien·ne·s du design seront recherchés afin d’inscrire le travail dans des contextes réels. Si l’accès à un laboratoire d’essais extérieur devient possible, cette collaboration pourra être poursuivie comme prolongement de recherche après l’ARC, en appui à une éventuelle publication académique, sans être une condition préalable aux résultats de l’atelier.

• Collaborations interdisciplinaires : l’ARC est conçu pour faire de la diversité disciplinaire un atout méthodologique plutôt qu’une contrainte logistique. Les étudiant·e·s de différents champs de création posent des questions différentes au même matériau, et ces différences sont mises au jour par la critique, la discussion de groupe et la présentation comparée des prototypes. Des liens avec des initiatives locales de durabilité, des ONG et des entreprises orientées vers le design seront développés pour étendre l’impact du travail au-delà du campus.

2. Impact pédagogique :

• Développement des programmes : les résultats de cette recherche pourront contribuer à la création de nouveaux cours ou ateliers consacrés à la durabilité et à l’innovation matérielle au sein du programme de design industriel. L’invitation d’experts du secteur pour des conférences et des ateliers enrichira encore l’apprentissage des étudiant·e·s.

3. Indicateurs de durabilité :

• Mesurer la réussite : des indicateurs précis seront définis pour évaluer l’impact environnemental des produits à base de marc de café, notamment la réduction de l’empreinte carbone, l’efficacité dans l’usage des ressources et la recyclabilité. Les étudiant·e·s présenteront leurs résultats lors de présentations de design ou d’expositions, favorisant l’engagement de la communauté autour des questions de durabilité.

4. Analyse du marché :

• Tendances de consommation : à mesure que les préférences des consommateurs évoluent vers des produits durables, la demande en matériaux écologiques augmente dans de nombreux secteurs. L’analyse du marché indique une croissance du marché des produits fabriqués à partir de matériaux recyclés, portée par la sensibilisation environnementale croissante des consommateurs. Des études de cas, comme celles d’entreprises qui utilisent avec succès des déchets pour développer leurs produits, démontrent la faisabilité et le potentiel commercial des produits de design à base de marc de café.

5. Perspectives :

• Vision de recherche à long terme : les recherches futures pourraient étendre l’application du marc de café à d’autres domaines du design ou explorer l’utilisation d’autres déchets. Les résultats de cette recherche pourraient influencer les pratiques et les politiques du secteur concernant l’utilisation des déchets en design.

6. Appel à l’action :

• Ce projet plaide pour l’adoption de pratiques durables dans le domaine du design industriel. En adoptant des approches innovantes de l’usage des matériaux, comme l’intégration du marc de café dans l’impression 3D, la communauté du design peut franchir des étapes décisives vers la responsabilité environnementale et la promotion d’une économie circulaire.

Intervenants

Green Impact Dubai, Abbas Sbeity (enseignant)

Conférenciers

2026-2027. Semestre 1

• Dr Ricardo Mbarkho
• Prof Carlo Santulli
• Dr Matteo Sambucci
• Prof Marco Valente

Matériel requis par l’étudiant·e

• Accès aux matériaux, machines et besoins en laboratoire
• Accès aux matériaux et aperçu des coûts (pour les étudiant·e·s), sauf disponibilité à l’ALBA.

(Ce tableau présente les matériaux à fournir ou à se procurer par les étudiant·e·s pour leurs activités pratiques et de prototypage.)

Ressources de recherche :

• Articles académiques, revues et travaux de recherche liés au sujet choisi (par ex. matériaux durables, recyclage du marc de café, fabrication additive)
• Accès à des bibliothèques et bases de données numériques (par ex. JSTOR, Google Scholar, MDPI, Elsevier, etc.)
• Livres ou livres numériques sur le design interdisciplinaire, la science des matériaux et la théorie de l’art

Logiciels et outils :

• Logiciels de conception (par ex. Rhinoceros, AutoCAD) pour la conception et le prototypage
• Outils de modélisation et de rendu 3D (par ex. KeyShot, Blender) pour visualiser les projets
• Logiciels d’analyse de données (par ex. MATLAB, Excel ou d’autres outils pour les essais de matériaux ou l’analyse de design)
• Plateformes de collaboration et de communication (par ex. Google Meet, Zoom) pour les discussions de groupe et les points d’avancement

Matériel artistique :

• Fournitures artistiques (par ex. carnets de croquis, outils d’écriture) pour le travail conceptuel et les premières expérimentations
• Matériaux de prototypage pour l’expérimentation physique (par ex. poudre de marc de café, composites PLA, sable, mortier, eau, autres matériaux durables)
• Accès à des outils de fabrication (par ex. imprimante 3D, découpe laser) pour réaliser prototypes et maquettes

Équipement pour la présentation et l’évaluation :

• Appareil photo ou smartphone pour documenter les prototypes, les œuvres et l’avancement du projet
• Accès à un outil de présentation (PowerPoint) pour partager les résultats en classe ou dans des forums académiques

Plan d’action et calendrier

Durée totale :
1 semestre (10 séances de 3 heures)

• Environ 80 heures de travail personnel

Orientation générale :
Les étudiant·e·s exploreront l’intégration du marc de café dans des procédés durables d’impression 3D et de fabrication de moules à partir de composites à base de PLA.
Le semestre couvrira la collecte des matériaux, l’expérimentation et le développement de prototypes, jusqu’à une phase de présentation finale et de documentation.

Principaux livrables (ARC d’un semestre)

• Phase 1 : revue des matériaux et cadre expérimental
• Phase 2 : conception et essais des prototypes
• Phase 3 : documentation et présentation finale
  (Une phase de publication pourra suivre ultérieurement sous la supervision du CRC, en dehors du cadre pédagogique de l’ARC.)

Calendrier détaillé – un semestre (10 séances, 30 heures)

Séances 1 à 3 : introduction et revue des matériaux

• Présentation des matériaux durables et du rôle du marc de café dans la fabrication additive (DfAM).
• Revue de la littérature et discussions de groupe sur les recherches existantes.
• Définition de la question de recherche, des objectifs et du périmètre.
  Lectures : articles choisis sur les composites à base de marc de café et le design durable.
  Livrables : synthèse des références clés et énoncé de recherche.

Séances 4 à 6 : expérimentation des matériaux et mise à l’épreuve de l’hypothèse

• Collecter et prétraiter le marc de café des cafés de l’ALBA.
• Préparer les premiers mélanges d’essai associant le marc de café à des moules à base de PLA.
• Mener des essais de matériaux à petite échelle (texture, adhérence, finition de surface).
• Documenter les procédés, les difficultés et les premiers résultats.
  Lectures : études de cas sur des applications de matériaux écologiques.
  Livrables : échantillons de matériaux, photos et fiches de documentation.

Séances 7 à 9 : développement des prototypes

• Concevoir et imprimer les moules avec Rhino/AutoCAD et Cura.
• Couler et évaluer les composites à base de marc de café dans les moules imprimés.
• Analyser le comportement mécanique et les qualités esthétiques.
• Revue de mi-parcours et retours des pairs et des encadrant·e·s du CRC.
  Livrables : prototype (fonctionnel ou conceptuel) et rapport d’avancement.

Séance 10 : évaluation finale et présentation

• Présenter les prototypes, la documentation de recherche et les planches visuelles.
• Réfléchir à la durabilité et au potentiel de design des composites à base de marc de café.
• Discuter de la suite à donner aux résultats en vue d’une publication académique.
  Livrables :
• Présentation finale (orale et visuelle).
• Synthèse de recherche consolidée et document de réflexion.

Prolongement après l’ARC (phase CRC facultative)

Après la fin de l’ARC, les résultats pourront être développés dans une phase de publication coordonnée avec le Prof. Michael Davie. Ce prolongement comprendrait la préparation éditoriale et la soumission d’un article, et n’impliquerait pas d’étudiant·e·s inscrit·e·s, sauf obtention d’un financement extérieur.

Effectif

• 7 à 10 participant·e·s

Langue d’enseignement

• Anglais

Autres précisions

Vérification des données et prévention du plagiat : l’ensemble des données, des résultats de recherche et des contenus rédigés en vue de publications fera l’objet d’une vérification rigoureuse afin de garantir l’intégrité et l’authenticité des informations. Pour respecter les normes académiques, les étapes suivantes seront appliquées :

1. Contrôle du plagiat : tous les contenus rédigés seront vérifiés à l’aide d’outils de détection du plagiat (par ex. Grammarly Pro, Turnitin) afin de garantir leur originalité et la citation correcte des sources. Il s’agit d’éviter toute utilisation involontaire de contenus non originaux et de garantir l’intégrité académique.
2. Relecture grammaticale et linguistique : tous les documents et publications de recherche seront également relus à l’aide d’outils de correction grammaticale (par ex. Grammarly) afin d’améliorer la qualité de la rédaction, de corriger les erreurs et d’assurer la clarté. Cela permettra de maintenir un haut niveau de présentation des productions de recherche.
3. Citations et références : la citation correcte des sources sera assurée selon des normes de référencement reconnues (par ex. APA, MLA, Chicago), afin de reconnaître le travail des auteurs originaux et d’éviter le plagiat.
4. Validation des données : toutes les données collectées seront recoupées et validées afin d’en garantir l’exactitude. Toute incohérence ou erreur relevée au cours de la recherche sera corrigée avant publication.

Semestres

• 2026-2027. Semestre 1Fiche pédagogique – 2026-2027. Semestre 1 (PDF, 98 Ko)