News Jeudi 4 juin 2020 - 19:28

Alstom réduit et valorise ses déchets grâce à l’impression 3D

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Dans les domaines d’applications du développement durable, l’impression 3D fait figure de bonne élève. La technologie est réputée pour utiliser uniquement la matière première nécessaire à la fabrication de la pièce et donc réduire la production de déchets. Elle permet également – comme nous le montrons dans l’initiative Relocaliser par l’impression 3D – de produire près du lieu de consommation et sur commande, limitant ainsi la surproduction et la pollution engendrée par les transports. Enfin, comme nous le verrons dans cette étude d’un cas d’application Alstom, elle offre la possibilité de revaloriser certains déchets qui peuvent être recyclés et, par exemple, transformés en filament. Peu d’études, cependant, analysent les impacts environnementaux des procédés de fabrication additive. La technologie d’impression 3D est-elle vraiment « green » ?

18 000 pièces imprimées chez Alstom

Depuis 2015, Alstom investit dans la fabrication additive. Son activité d’impression 3D fait partie de la « Smart Operations », elle-même intégrée au Programme Industrie 4.0 du groupe. La réalisation de prototypes, de maquettes et d’outillage a rapidement été une évidence, avant de prendre le virage de la fabrication en série. Début 2020, la société avait imprimé plus de 18 000 pièces dont 70 % de prototypes et de maquettes, 25 % d’outillages et 5 % de pièces de série. « La fabrication additive est déployée dans l’ensemble des différents business d’Asltom. Elle est un fer de lance de la transformation digitale du groupe », nous explique Aurélien Fussel, Program Manager for Additive Manufacturing chez Alstom. L’entreprise arrive ainsi à résorber ses difficultés d’approvisionnement, à réduire le cycle de fabrication ainsi que le lead time de livraison. 

Le spécialiste des transports utilise également la technologie pour produire des pièces finales, que ce soit pour concevoir certaines pièces complexes telles que des conduits aérauliques ou pour supprimer des phases d’assemblages de composants en les remplaçant par une pièce unique imprimée. Pour ce faire, il travaille avec le chimiste français Armor sur le développement de filaments 3D dédié au secteur ferroviaire qui répond à la norme feu / fumée EN45-545. Formulé et caractérisé dans le laboratoire Kimya Lab, ces matériaux sont produits sur mesure pour Alstom, dans le but de lutter contre l’obsolescence des composants, de réduire les coûts de production et d’allonger la durée de vie des pièces. Les deux industriels se sont également penchés sur la question environnementale de leurs procédés de fabrication.

Étude environnementale d’une grille d’aération Alstom

En passant à l’impression en série de pièces de trains et de bus, Alstom s’est mis en quête de matériaux spécifiques, développés en fonction de leurs besoins tant en termes de caractéristiques techniques que de coûts. Avec le groupe Armor, elle a notamment conçu une grille d’aération située dans les plafonds des métros. Cette pièce asymétrique et complexe nécessite un matériau tel que l’ULTEM respectant la norme NF EN 45545. Après avoir identifié et validé le bon matériau, ici le Kimya PEI-9085, les premiers tests ont été réalisés sur le parc machines de la Kimya Factory. L’objectif d’Alstom est d’imprimer 1 920 pièces par an. 

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Parallèlement à la validation du triptyque process/machine/matériau, les deux sociétés ont souhaité étudier l’impact écologique du procédé d’impression 3D FDM polymère pour la production de 48 grilles en matériau ULTEM avec une livraison en France, chez Alstom. Ce process a été comparé au procédé d’injection plastique.

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Est-ce que l’impression 3D polymère est plus écologique que l’injection plastique ? 

Afin de réaliser son étude environnementale des technologies d’impression 3D dépôt de matière fondue et d’injection plastique, Alstom a utilisé la base de données payante EIME, un outil unique, réalisé par Bureau Veritas, pour quantifier l’impact environnemental des produits et services tout au long de leur cycle de vie, identifier les pistes d’éco-conception et développer des politiques environnementales. 

La réalisation de la grille d’aération d’Alstom peut être fabriqué de deux manières. L’injection plastique nécessite la conception de deux moules pour réaliser la série de pièces, ainsi que des étapes d’assemblage et de post-traitement. Une fois fabriqués, les produits sont acheminés en France depuis l’Asie. Lors de la conception par impression 3D, les granulés de matériaux sont importés des États-Unis à destination de la France, où les pièces sont imprimées, proche de son lieu de consommation. Huit facteurs sont pris en compte dans cette étude (voir le schéma). 

  • Acidification (A) - Pluies d’acides créant des dommages à la végétation et à la faune.
  • Potentiel d'appauvrissement abiotique : éléments (ADPe) – Consommation de ressources non fossiles issues de la terre (végétation, sol, minéraux...).
  • Potentiel d'appauvrissement abiotique – Consommation de ressources fossiles (ADPf).
  • Pollution atmosphérique (AP) – Rejet d’éléments toxiques dans l'air.
  • Potentiel d'eutrophisation (PE) – Création d’algues vertes dans les cours d'eau.
  • Potentiel de réchauffement de la planète (PRP).
  • Potentiel de création d'oxydants photochimiques (POCP) et de fumée.
  • Pollution de l'eau (WP) – Rejet d’éléments toxiques dans l'eau.

En suivant cette liste d’indicateurs, l’impression 3D ressort plus écologique que l’injection plastique (environ 15 %). Les facteurs différenciant des deux procédés sont l’« acidification », c’est-à-dire l’évaporation potentiel de substance pouvant faire des pluies acides endommageant la Nature, l’« eutrophication » qui est le processus selon lequel des déchets s’accumulent dans un lieu ou habitat naturel et la pollution de l’eau. La fabrication additive confirme ainsi son statut de procédé technologique du développement durable.

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Allez plus loin en recyclant

La fabrication additive est donc un outil utile pour produire proche du lieu de consommation, améliorer sa chaîne d’approvisionnement, mais aussi pour réduire son impact écologique. La technologie pousse également à repenser nos systèmes de consommation et de fabrication, en produisant à la demande, et si possible à partir de matériaux recyclés et / ou biosourcés. 

Dès le début de son aventure en fabrication additive, il y a cinq ans, le groupe Armor a décidé de recycler ses propres déchets. La marque OWA est née de cette volonté. Très rapidement, elle est devenue Kimya et a proposé des matériaux techniques pour les industriels. La gamme de filaments Kimya éco-conçus continuent de s’agrandir et l’entreprise de s’investir écologiquement. Depuis peu, elle teste la mise en place d’un programme de collecte des déchets, le « Programme Kimya Collecte ». Le groupe français récupère ainsi les bobines vides, les chutes de filaments et les produits imprimés inutilisés auprès des industriels dans un but de les recycler. La société Alstom s’est également engagée dans la voie du recyclage et de la revalorisation des déchets en donnant une seconde vie à cinq tonnes de fils Rilsan en nylon, jadis enterrées. 

« La technologie va évoluer (matériaux, machines et logiciels) et surtout, nous allons commencer à produire sur demande pour répondre aux besoins spécifiques. Fini la production à pas cher à l’autre bout de la planète pour stocker en espérant tout vendre à des consommateurs qui n’ont pas le besoin. Les consom’acteurs vont dire ce dont ils ont besoin et seront prêts à payer pour la vraie valeur attendue du produit. Nous pourrons alors miser sur une production locale », conclut Pierre-Antoine Pluvinage, Business Development Director Kimya – Additive Manufacturing ARMOR.

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