Magazine Mardi 19 mai 2020 - 22:14

La fabrication additive comme outil d’une production française résiliente

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L’épisode pandémique actuel a révélé, avec une immense brutalité, la fragilité de nos chaînes logistiques. Dès janvier 2020, nombre d’acteurs industriels ont commencé à faire part de leurs craintes vis-à-vis de leur approvisionnement en provenance de Chine, voire de l’est asiatique. La fabrication additive a rapidement contribué à la lutte, par ses nombreux avantages et sa présence sur le territoire français. 

Par Jean-Daniel Penot, responsable fabrication additive chez CESI, et Alain Rossi, chef de projet digital learning chez CESI.

Basé sur de longues et complexes chaînes d’approvisionnement, notre système productif actuel fait preuve d’une performance remarquable par temps calme. Mais, la vulnérabilité de ce lean management mondialisé ne pouvait demeurer indéfiniment sans conséquences. La complexité de la sous-traitance interpelle, d’aucuns devant s’avouer incapables d’identifier les fournisseurs de pièces pouvant leur manquer tant les circuits sont complexes. La concentration des acteurs, par exemple, sur la côte est des États-Unis pour une grande partie des outils digitaux, ou de pans entiers de matières premières ou de manufacturing en Chine, limite drastiquement l’efficacité de la redondance des fournisseurs. Mieux valait-il que la province du Hubei fût touchée la première par cet épisode sanitaire plutôt que celle du Jiangsu, sans quoi, le monde aurait été privé pour bonne part de médicaments.

Incapacité à produire des équipements de première nécessité

Politiques, médecins, experts et économistes n’ont, pour la plupart, pas su prévoir que ce virus ne pourrait être contenu comme le SRAS, et qu’il nous frapperait si durement. L'absence de précédent récent pour l’Occident a fortement impacté notre degré de préparation. Parmi nos lacunes, l’une, criante, résidait dans notre incapacité à produire des équipements de première nécessité dont le stock se révélait insuffisant et l’approvisionnement tari : équipement de protection, matériel médical, dispositif de dépistage et petit matériel divers recensé sur des sites dédiés. Les carences de notre industrie, en grande partie sous-traitée ou délocalisée, interpellent ; l'activité industrielle, qui représentait 25 % de notre PIB à la fin des années 1970, ne pèse plus que 10 % en 2020. Des voix d'hommes et femmes politiques et d'économistes s’élèvent aujourd'hui pour militer en faveur de la relocalisation d'une partie de notre industrie, à commencer par l’alimentation (pourtant performante en ces temps contraints) et le médical. Le Made in France n’a guère été suivi de faits ; les relocalisations restent timides, voire rarissimes. Mais peut-être cette crise déclenchera-t-elle une prise de conscience salutaire de la vulnérabilité de l'organisation de notre chaîne industrielle.

Flexibilité et évolutivité des outils de production

Sans pouvoir compenser les lacunes de l’impréparation et de l’outil de production partiellement amputé, il convient néanmoins de souligner une réaction française tardive, mais honorable. Outre un confinement globalement respecté, de louables contributions industrielles ont fait jour, comme Air Liquide à la tête d’un consortium décuplant les capacités de production de respirateurs artificiels, ou encore les contributions de nombreux acteurs du luxe pour la confection de masques de protection et la production de solutions hydroalcooliques. Les acteurs de la fabrication additive, qu’ils soient industriels, publics ou particuliers, se sont particulièrement illustrés par l’impression polymère (masques, visières, ouvertures de portes…) ou métallique (par exemple, valves de respirateurs aptes à la stérilisation), au point de faire les grands titres de la presse nationale. 

Mais, ce serait un tort de ne voir dans la contribution de l’impression 3D qu’une horde de makers débrouillards, pouvant faire office de sparadrap en cas de coup dur. Trop souvent, la fabrication additive est cantonnée à quelques images d’Épinal : prototypage rapide de qualité limitée pour le plastique, pièces métalliques de très haute complexité pour des secteurs à très haute valeur ajoutée (aéronautique, spatial, médical…). C'est par sa très grande flexibilité et par l'évolutivité des outils de production associés que la fabrication additive a permis la réussite de ces initiatives, mettant ainsi en évidence des atouts logistiques souvent sous-estimés, et sans doute sous-exploités du fait des changements organisationnels qu’ils imposent. Par opposition aux procédés de formage plus conventionnels, telle la fonderie qui requiert un outillage spécifique par modèle de pièce produite, une imprimante permet de modifier en quelques heures, voire en quelques minutes, l’objet en production. Un fichier CAO et un savoir-faire éprouvé suffisent. C'est là le fondement de la très réactive contribution de la 3D à la lutte contre ce virus. 

La flexibilité géographique de la fabrication additive doit également être soulignée comme facteur de résilience. Par un simple envoi d’un fichier d’impression, on peut substituer une unité de production défaillante ou empêchée par une autre. Bien sûr, la compétence et l’équipement doivent y être présents, et ce, d’autant plus que la pièce sera complexe ; mais nous sommes bien loin d’une duplication d’usine. Dans un contexte d’instabilité grandissante, où on a constaté à nos dépens qu'un unique maillon faible peut induire la rupture des chaînes d’approvisionnement, cette souplesse géographique doit être entendue comme une opportunité de se rapprocher du lieu d’utilisation et non l’inverse. À ce titre, l’implantation du fabricant français de pièces métalliques Poly-Shape à Modène, en Italie, n’est sans doute pas étrangère à la présence des usines Ferrari. 

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Spécialistes français de la fabrication additive métallique, VOLUM-e a testé et validé la production d’une valve en fabrication additive métal pour appareil respiratoire réalisée en matière 316L et/ou en titane.

Le territoire français

Sans néanmoins disposer de statistiques, l’immense majorité des pièces de fabrication additive commandées par les donneurs d’ordres français est produite sur le sol français, ou très près de leurs clients, comme le centre de compétence de Thalès à Casablanca, au Maroc. Les récents investissements tendent à confirmer cette tendance : Dassault Aviation a choisi Argonay, en Haute-Savoie, pour y implanter son usine de fabrication additive estimée à 25 M€, et Safran implantera son usine Campus Fabrication Additive à l’ouest de Bordeaux pour un montant d’environ 80 M€. Mais, au-delà des grands groupes, un réseau de PME fournissant des pièces de fabrication additive commence à mailler le territoire : du nord (Volum-e, 3D-MetalPrint) au sud (Poly-Shape), d’est (Inital) en ouest (Lisi), en passant par le centre (Erpro, Spartacus…). Aussi, l’adoption de l’impression 3D par un acteur industriel est loin d’imposer une internalisation, potentiellement lourde en investissements et en compétences spécifiques. Elle peut s’appuyer sur un maillage de prestataires chevronnés. Pour compléter le panorama, on rappellera que les imprimantes elles-mêmes peuvent être produites sur le sol national, par exemple, au sein des usines lotoises de Fives. 

Les coûts de l’impression 3D

Si les causes de la délocalisation sont plurielles – contraintes réglementaires et fiscales, infrastructures, environnement de travail, compétences… –, le principal attrait pour une activité industrielle réside invariablement ou presque dans son coût de revient. En Allemagne, l’automatisation des lignes de production automobile n’a-t-elle pas permis de compenser les bas salaires étrangers pour rapatrier de nombreuses unités de production à la fin du siècle passé ? À ce titre, la structure de coût de l’impression 3D, a fortiori métallique, apparaît particulièrement favorable à une production locale. Le principal poste de coût (qui peut atteindre 50 % du produit fini) se situe dans l’amortissement de l’imprimante. Qu’importe qu’elle soit à Toulouse, San Francisco ou Shenzhen, la rentabilité dépend avant tout de son taux d'utilisation et de conformité, autrement dit, des commandes et du savoir-faire. Bien qu’elle soit encore notablement présente pour les parties digitales et la mise en œuvre de l’impression, la main-d’œuvre requise tend à se réduire avec l’avènement des systèmes de production intégrés. Dans un avenir proche, elle concernera principalement la maintenance des machines et des profils hautement qualifiés en mise au point et design manufacturing. Le contrôle et le post-traitement, d’ampleur très variable selon la criticité de la production, n’ont guère de sens à être sous-traités à longue distance ; ils sont bien souvent réalisés au pied de la machine ou au plus près pour les plus lourds d’entre eux (compaction isostatique à chaud, tomographie…). En outre, les économies d’échelle en impression 3D se révèlent intrinsèquement limitées dès l’atteinte d’un parc machines de quelques unités. 

Face aux concurrences étrangères, le coût du travail français rend l’équation de la compétitivité d’autant plus insoluble que les produits manufacturés sont à faible valeur ajoutée. Cependant, opportunément utilisée, l’impression 3D permet une montée en gamme salutaire. L’accroissement des performances par la réduction des assemblages, l’allègement des structures, la personnalisation ou encore l’optimisation du refroidissement n’est pas l’apanage des domaines de haute portée. Ce procédé de fabrication est déjà diffusé dans bien des secteurs tels que l’aéronautique, le médical ou encore l’automobile. Bien sûr, la fabrication additive ne va pas se substituer à la fonderie ou la forge, mais elle peut les compléter, en leur apportant des outillages complexes ou en réduisant fortement certains délais. L’impression 3D métallique ne se limite pas à des composants pour moteurs aéronautiques et à des implants médicaux. L’usage fait par Michelin pour la production de lamelles métalliques est révélateur à deux titres : il démontre la faisabilité de la production de masse (1 million de pièces par an), d’une part, et sa capacité à remplacer la très productive frappe à froid pour des petites pièces de valeur limitée, d’autre part. Côté polymère, les matériaux à haute performance permettent de dépasser le simple prototypage FDM. Néanmoins, dans la plupart des cas, le principal frein reste le coût de ces procédés. Il est vrai que résoudre l’équation de la rentabilité peut se révéler compliqué. Mais, il existe maintenant de nombreux insiders ayant accumulé suffisamment d'expérience pour faire bénéficier les néo-entrants de leur savoir-faire, limiter les risques et maximiser les bénéfices. De plus, quand bien même la fabrication additive présenterait un surcoût, son acceptabilité doit également être évaluée à l’aune des avantages qu’elle procure : flexibilité, sécurité d’approvisionnement, réduction des délais… 

Et demain ?

Si Jean-Claude André et ses collègues ont fait de la France le berceau de cette famille de procédés, c’est bel et bien aux États-Unis que la fabrication additive en matériau plastique a décollé, soutenue par ses leaders Stratasys et 3D Systems et l'essaimage des « fablabs » nés au MIT (Massachussetts Institute of Technology). Mais, l'essor de son pendant métallique est porté par l'Europe, principalement par l'Allemagne. En dépit de rachats américains – Layerwise et Phenix par 3D Systems, Arcam et Concept Laser par GE – et d’une montée en puissance chinoise, l'Europe reste leader sur l’activité de conception et réalisation de machines de fabrication additive métallique. Tous matériaux confondus, on dénombre en France au moins deux constructeurs à dimension internationale – Addup et Prodways – et de nombreux autres – 3D Ceram, VLM Robotics, Stratoconception…

Sans doute serait-il utopique d’imaginer une activité d'impression 3D en passe de réindustrialiser la France, tant ses parts de marché restent limitées, représentant un volume mondial d’environ 12 Md$, de trois ordres de grandeur inférieur au marché global du manufacturing, estimé par Deloitte à 12 000 Md$. Néanmoins, la fabrication additive présente, d’une part, des attributs de résilience notamment via une réduction des chaînes logistiques et, d’autre part, une structure économique en faisant un contributeur sérieux à une économie plus distribuée, où les biens et services seraient produits plus près de leur destination finale. En prime, s’y ajoute un renforcement de l’industrie française, plus que bienvenu face à un contexte d’incertitude croissante.

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