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Mais où sont donc les imprimantes 3D ?

L’impression 3D est-elle vraiment propre ?

Annalisa Plaitano, communicatrice scientifique
Le 31 mars 2021 |
4 mins de lecture
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L’impression 3D est-elle vraiment propre ?
Paolo Minetola
Paolo Minetola
professeur associé au département de gestion et d'ingénierie de production de l'École polytechnique de Turin
Fabien Szmytka
Fabien Szmytka
enseignant chercheur à l’ENSTA Paris
Bernardo Innocenti
Bernardo Innocenti
professeur en biomécanique à l’École polytechnique de Bruxelles et à l’Université Libre de Bruxelles
En bref
  • L’impression 3D permet une production sur mesure, à la demande et sans chutes, évitant ainsi le gâchis. Si les objets sont correctement conçus, ils sont également plus résistants et plus durables.
  • Mais les débats sur la dimension écologique de l’impression 3D sont plus complexes qu’il n’y paraît. Les gaz et les particules émises par les matériaux d’impression soumis à de hautes températures pourraient en effet être toxiques pour la peau et les yeux, et affecter le système respiratoire.
  • La fin de vie des objets produits grâce à une imprimante 3D pose également des questions. En médecine, par exemple, il reste impossible de recycler des implants et des prothèses.

Selon Pao­lo Mine­to­la, pro­fesseur asso­cié de tech­nolo­gies man­u­fac­turières de l’É­cole poly­tech­nique de Turin, « la fab­ri­ca­tion addi­tive est une tech­nolo­gie verte, car la pro­duc­tion à la demande de chaque pièce utilise le min­i­mum de matière pos­si­ble et ne néces­site pas de moules ou d’outils spé­ci­fiques ». 

« Elle per­met une meilleure dura­bil­ité des objets à con­di­tion que l’on les conçoive cor­recte­ment. On peut obtenir des formes com­plex­es, qui sont impos­si­bles à pro­duire avec les tech­nolo­gies tra­di­tion­nelles, et dont les pro­priétés sont améliorées (allége­ment, meilleur échange ther­mique et opti­mi­sa­tion des flux, par exemple). »

Des gains économiques

En effet l’impression 3D polymère ne pro­duit presque pas de chutes ou déchets et, par con­séquent, per­met l’é­conomie de l’én­ergie néces­saire à leur stock­age et leur traite­ment. Par ailleurs, l’utilisation de pièces avec un design plus léger (creuses mais égale­ment résis­tantes) réduit l’empreinte car­bone de leur util­i­sa­tion. Par exem­ple, dans tous les secteurs qu’elle touche, la pro­duc­tion de ces nou­velles struc­tures réduit les temps et les coûts de fab­ri­ca­tion, mais aus­si la con­som­ma­tion d’én­ergie et les émis­sions de gaz à effet de serre.

De plus, la fab­ri­ca­tion des pièces peut se faire à la demande, en évi­tant ain­si la sur­pro­duc­tion et le gaspillage de ressources. Et si l’on con­sid­ère la grande oppor­tu­nité que représente le partage des fichiers de mod­éli­sa­tion numérique des pièces à pro­duire avec des usines délo­cal­isées, on com­prend bien que toute la phase d’emballage et de déplace­ment du matériel, avec la pol­lu­tion que cela engen­dre, peut facile­ment être évitée. On peut imag­in­er, par exem­ple, que dans un futur proche chaque pro­duc­teur d’avion aura des imp­ri­mantes 3D pour pro­duire rapi­de­ment les pièces de rechange des aéronefs. 

Cepen­dant, l’impact d’une nou­velle tech­nolo­gie – qui se décline en plusieurs tech­niques et utilise des matéri­aux très dif­férents – n’est pas facile à éval­uer, et dans la réal­ité du ter­rain, les choses sont un peu plus com­pliquées. La com­para­i­son avec la fab­ri­ca­tion tra­di­tion­nelle, notam­ment en ce qui con­cerne la con­som­ma­tion d’én­ergie du cycle entier de pro­duc­tion, n’est pas tou­jours pos­si­ble et les études sur le sujet sont encore rares. 

Objets indus­triels métalliques imprimés en 3D

Une tech­nolo­gie toxique ?

Par con­tre, d’autres études com­men­cent à alert­er sur les risques san­i­taires liés à l’impression 3D. Les gaz et les par­tic­ules émis­es par les matéri­aux d’impression soumis à de hautes tem­péra­tures peu­vent être tox­iques pour la peau et les yeux, et affecter le sys­tème res­pi­ra­toire. Si ces risques sont con­nus dans le milieu indus­triel et sci­en­tifique – où l’on pro­tège les opéra­teurs avec des masques, des com­bi­naisons, des res­pi­ra­teurs et des con­trôles médi­caux réguliers – ils sont moins pris en compte dans les milieux non pro­fes­sion­nels, et notam­ment domes­tique. En out­re, il n’ex­iste pas encore de normes ISO spé­ci­fiques et uni­verselle­ment reconnues. 

Fabi­en Szmyt­ka, enseignant-chercheur à l’ENSTA Paris (IP Paris) qui tra­vaille avec des matéri­aux plas­tiques et métalliques, regrette que l’on ne puisse pas utilis­er ces procédés dans des envi­ron­nements sim­ples. « Les poudres métalliques que nous util­isons sont très fines et des pro­to­coles stricts sont mis en place pour éviter tout risque de con­t­a­m­i­na­tion de l’environnement et des util­isa­teurs. Le ren­de­ment des machines est par ailleurs faible et nous per­dons beau­coup de matière. »

« Côté polymère, nous cher­chons avec des chimistes du CNRS à dévelop­per des polymères recy­clés ou bio-sour­cés, en les alliant, par exem­ple, à des fibres de lin, explique Fabi­en Szmyt­ka, car la com­po­si­tion des polymères et des résines liq­uides du com­merce n’est pas con­nue pour des raisons de secret industriel. »

Une fin de vie en demi-teinte

Un autre prob­lème se pose à la fin de vie des objets imprimés en 3D. Des sys­tèmes sont-ils prévus pour récolter, stock­er et recy­cler ces matéri­aux par­fois nou­veaux et dont la com­po­si­tion est inconnue ?

« Dans le monde médi­cal, le recy­clage de pro­thès­es et d’implants est com­pliqué, prin­ci­pale­ment pour des raisons d’hy­giène et de fonc­tion­nement. Leur réu­til­i­sa­tion n’est pas tou­jours pos­si­ble parce qu’il s’agit sou­vent d’objets per­son­nal­isés qui ne seraient pas adap­tés à d’autres patients et qui, de toute façon, s’abîmeraient avec les tech­niques clas­siques de stéril­i­sa­tion à hautes tem­péra­tures » explique Bernar­do Inno­cen­ti, pro­fesseur en bio­mé­canique à l’École poly­tech­nique de l’Université Libre de Bruxelles.

« Pour toutes ces raisons, l’utilisation de matériel recy­clé pour la fab­ri­ca­tion d’implants n’est pas non plus pos­si­ble pour l’instant. Le patient a le droit de recevoir le meilleur matériel possible. »

En con­clu­sion, le chemin vers une fab­ri­ca­tion addi­tive com­plète­ment verte est encore long, mais ses énormes avan­tages par rap­port à la fab­ri­ca­tion sous­trac­tive sont déjà sous nos yeux. De nom­breux con­cep­teurs tra­vail­lent active­ment pour prévoir en amont tout le cycle de vie des nou­veaux pro­duits, dans une dynamique d’é­conomie cir­cu­laire. La fab­ri­ca­tion addi­tive accom­pa­g­n­era les tech­nolo­gies tra­di­tion­nelles en appor­tant ses qual­ités, à con­di­tion que les pro­duc­teurs met­tent en place de nou­veaux mod­èles économiques, notam­ment grâce au sou­tien des poli­tiques nationales.