Entretien publié initialement dans le numéro de septembre/octobre 2021 de 3D ADEPT Mag, puis mis en ligne en mars 2022. Les fonctions, projets et objectifs évoqués correspondent à cette période.
Comment la fabrication additive peut-elle contribuer à réduire les impacts de l’approvisionnement et de la maintenance dans le secteur de l’énergie ? Brede Lærum et Pantea Khanshaghaghi présentent la démarche d’Equinor à 3D ADEPT Media. Les exemples discutés éclairent des applications précises, sans suffire à évaluer la trajectoire climatique de l’ensemble du groupe.
À l’époque de l’entretien, le groupe énergétique norvégien comptait plus de 21 000 employés et affichait une ambition de neutralité carbone à l’horizon 2050. Ses orientations comprenaient le pétrole et le gaz, les énergies renouvelables, le captage et le stockage du CO₂ ainsi que l’hydrogène. Une ambition annoncée ne constitue pas un résultat acquis.
Dans ce contexte, les démarches de durabilité doivent être accompagnées de mesures permettant de suivre les impacts et les progrès, avec des périmètres clairement définis.
« Les entreprises du secteur de l’énergie s’intéressent à deux domaines principaux, lorsqu’il s’agit de changement climatique et de durabilité. Le premier est celui des émissions de CO2 dues à la production de pétrole et de gaz – et nous nous efforçons de les réduire autant que possible – et le second est celui de la réduction de l’empreinte des produits utilisés dans le monde. Ce deuxième défi rend crucial le «projet d’élimination du carbone». Nous sommes en train de développer une solution pour capturer le carbone et le renvoyer dans un endroit où il n’y aura aucun risque de le revoir », a déclaré Lærum à 3D ADEPT Media.
Le captage et le stockage du CO₂ évoqués ici doivent être distingués d’un retrait de CO₂ déjà présent dans l’atmosphère. L’affirmation sur l’absence de risque exprime le propos de l’intervenant ; la permanence et la surveillance du stockage restent des éléments à évaluer.
L’entretien se concentre sur l’approvisionnement, la production des équipements et leur maintenance, domaines dans lesquels la FA peut modifier les besoins en matières et la durée de vie des pièces.
Lors de l’entretien, Lærum dirigeait le centre d’excellence en fabrication additive d’Equinor, présidait le projet Fieldmade Digital Inventory et le réseau international AM Energy. Khanshaghaghi était responsable de projets de développement commercial liés à la durabilité par la FA chez Equinor.
Du point de vue de la fabrication additive, « nous étudions les émissions de CO2 liées à notre processus d’approvisionnement, lorsque nous achetons des équipements, des biens et d’autres produits. Ce troisième domaine présente un énorme potentiel lorsqu’il s’agit de réduire la consommation de matières premières et la consommation d’énergie et les émissions de CO2 correspondantes. La fabrication additive s’inscrit parfaitement dans un modèle d’économie circulaire », ajoute-t-il.
« L’industrie pétrolière et gazière a plusieurs défis à relever mais le monde entier a un défi plus important : les matériaux que nous consommons. Des centaines de milliards de tonnes de matériaux sont consommés dans le monde et nous ne sommes pas en mesure de les recycler (nous en recyclons moins de 9 %). Cette préoccupation majeure soulève plusieurs problèmes, notamment la pollution – car au moins 1 % de la pollution provient de l’industrie manufacturière (l’industrie manufacturière est responsable de 31 % des émissions mondiales, ce qui est le taux le plus élevé parmi les différents secteurs) – et la sécurité des approvisionnements que la pandémie a mis en évidence, notamment en Europe.
La fabrication additive est particulièrement bien placée pour jouer un rôle dans ces trois grands défis. Par exemple, lorsque nous affirmons que nous allons produire moins de déchets et ce, à toutes les étapes du processus de fabrication, nous pouvons le faire parce que la technologie elle-même permet d’utiliser moins de matériaux. Le passage des procédés de fabrication conventionnels aux procédés de FA n’est qu’une première étape des actions qui peuvent être mises en œuvre.
En effet, l ’extraction de ces matériaux est un autre problème. Cela signifie que, pour chaque production, nous devons généralement fabriquer un grand nombre de produits afin d’être visibles commercialement. Nous devons envoyer ces produits à des filiales ou des partenaires à travers le monde mais aussi conserver certains de ces produits au cas où nous en aurions besoin plus tard. Tout cela nécessite beaucoup de matériaux, de transports et de ressources qui pourraient être économisés à d’autres fins.
« C’est la raison pour laquelle, notamment chez Equinor, nous cherchons à passer à un monde numérique où nous n’aurons pas besoin de produire beaucoup et de transporter beaucoup. Nous éviterions cette «surutilisation» des matériaux et enverrions les produits juste quand et où nous en aurons besoin. En procédant ainsi, nous sommes déjà en mesure de réduire les émissions de CO2 à de multiples niveaux. En plus de cela, nous économisons beaucoup de temps et d’argent en tant que producteur et pour l’utilisateur final », souligne Khanshaghaghi, en parlant de ces trois domaines principaux et en expliquant pourquoi la FA est un outil de fabrication essentiel pour chacun d’eux.
Les pourcentages de pollution cités dans cet entretien n’ont pas de périmètre suffisamment précisé pour être rapprochés. Le Circularity Gap Report 2021 estimait la circularité mondiale à 8,6 % : il s’agit de la place des matières réintroduites dans l’économie, et non du taux de recyclage propre aux métaux ou aux poudres de FA.
En expliquant l’importance de ces trois domaines pour une entreprise du secteur de l’énergie (production d’émissions, produits utilisés dans le monde entier ainsi qu’achat et consommation de biens), Khanshaghaghi a mis l’accent sur l’importance de ce dernier pour les professionnels de la FA. En effet, on peut prolonger la durée de vie des équipements soit en utilisant la FA pour réparer, soit en récupérant les pièces obsolètes par impression 3D, soit en évitant de remplacer certains composants.
« Dans ce dernier cas, nous n’aurons pas besoin de prendre nos matières premières, nous n’aurons pas à consommer plus d’énergie pour produire ces pièces, et donc aucune émission de CO2 ne sera produite. Donc, en réduisant la consommation de biens, nous pouvons tout à fait contribuer à la réduction des émissions de CO2. Mais cela reste un domaine relativement nouveau », a-t-elle déclaré.
Éviter un remplacement peut éviter les impacts de fabrication correspondants, mais une réparation ou une réimpression n’est pas automatiquement sans émissions. Matière, énergie, transport et durée de vie doivent être pris en compte.
La fabrication additive au service de la maintenance
Selon Lærum, les activités de FA d’Equinor ont commencé en 2016 par des travaux de recherche sur la fiabilité et l’intérêt de ces procédés. Au moment de l’entretien de 2021, l’équipe évoquait environ 34 imprimantes polymères FDM et SLS utilisées notamment pour la formation.
« Nous n’avons pas l’ambition d’être un producteur de pièces. Nous voulons que les fournisseurs continuent à produire des pièces, en utilisant désormais la FA. C’est la raison pour laquelle, même si nous gardons un fort accent sur les technologies de FA métal dans nos différentes activités, nous n’investissons pas dans ces technologies pour nos activités internes. Cela dit, il existe sept technologies de FA différentes et reconnues dans ce secteur. Nos activités et les exemples concrets d’application explorés jusqu’à présent révèlent un grand potentiel pour la fusion sur lit de poudre, la DED, alias LMD, et la FA à arc filaire – WAAM – », souligne le responsable de la FA.
Précision de vocabulaire : les sept catégories désignent des familles de procédés. Le LMD au laser et le WAAM à arc électrique sont deux formes de dépôt de matière sous énergie concentrée (DED).
La FA n’est pas durable par nature : son bilan dépend notamment de la matière, de l’énergie consommée, des opérations de finition et de l’usage de la pièce. Lærum présente une analyse de cycle de vie (ACV) d’un ventilateur de refroidissement afin de comparer des scénarios précis. Le potentiel de réchauffement global à 100 ans (PRG100) est exprimé en kilogrammes d’équivalent CO₂.
Il faut distinguer deux comparaisons : fabriquer un ventilateur par FA plutôt que par un procédé conventionnel, et remplacer seulement ce ventilateur plutôt que le moteur complet auquel il appartient.
Dans le cas décrit par Equinor, un ventilateur obsolète était cassé et le remplacement du moteur complet, d’environ 1,5 tonne, avait été proposé. Le scénario « du berceau à la tombe » du document attribue 3,773 kg CO₂e au ventilateur fabriqué par FA, 15,436 kg CO₂e au ventilateur conventionnel et 4 509,456 kg CO₂e au moteur complet. Les valeurs arrondies de 3,8 et 4 500 citées dans l’entretien se rapportent donc à des objets différents. Les graphiques identifient un moteur électrique ; le terme « pompe » employé dans la citation ne doit pas être confondu avec cette désignation.
| Équipement | Du berceau à la tombe | Scénario circulaire | Transport |
|---|---|---|---|
| Moteur électrique | 4 509,456 | 2 071,218 | 182,55 |
| Ventilateur — FA | 3,773 | 1,702 | 1,02 |
| Ventilateur — conventionnel | 15,436 | 8,353 | 5,17 |
Le transport est un poste présenté séparément dans le graphique ; il ne doit pas être ajouté automatiquement aux totaux. Le volume transporté n’était pas pris en compte. Source : Equinor. Voir le graphique original.
Dans le scénario circulaire présenté, les réductions du PRG sont de 54,07 % pour le moteur, 54,89 % pour le ventilateur fabriqué par FA et 45,89 % pour le ventilateur conventionnel. Ces résultats dépendent des hypothèses de cette étude ; ils ne constituent pas des taux généraux applicables à toute pièce recyclée.
| Équipement ou comparaison | Du berceau à la tombe | Scénario circulaire | Réduction liée au scénario circulaire |
|---|---|---|---|
| Moteur électrique | 4 509,456 | 2 071,218 | 54,07 % |
| Ventilateur — FA | 3,773 | 1,702 | 54,89 % |
| Ventilateur — conventionnel | 15,436 | 8,353 | 45,89 % |
| Réduction FA / conventionnel | 75,56 % | 79,62 % | — |
| Réduction FA / moteur neuf | 99,92 % | 99,92 % | — |
Les trois premières lignes sont en kg CO₂e dans les colonnes de scénarios ; les deux dernières présentent des pourcentages. Les pourcentages sont ceux du document original et peuvent différer légèrement d’un calcul sur les valeurs arrondies. Le détail complet des hypothèses n’est pas reproduit dans cet entretien. Voir le tableau original d’Equinor.
« C’est une échelle complètement nouvelle. En prolongeant la durée de vie de ce moteur, nous avons évité 4 500 kg d’émissions de CO2 liées à la production d’une nouvelle pompe. Si vous ajoutez cela à tous les différents équipements que nous envisageons de remplacer, cela représente une somme assez importante de CO2 chaque année. C’est vraiment une nouvelle ère à envisager en ce qui concerne les émissions de CO2. L’ensemble du secteur devrait se pencher sur ce «champ d’application n° 3» des émissions », ajoute Lærum. Comme l’explique l’expert, en prenant l’exemple du ventilateur cassé, l’examen de ce «champ d’application n°3» nécessite de considérer le pays où les composants sont produits et celui où les composants bruts sont prélevés.
Le Scope 3 concerne les émissions indirectes de la chaîne de valeur, en amont et en aval. La géographie de production et de transport compte, mais ne définit pas à elle seule ce périmètre. Les résultats du ventilateur restent propres aux scénarios retenus par Equinor.
Par ailleurs, cette production par FA recentre le débat sur l’importance de l’économie circulaire et sa finalité qui va au-delà du recyclage. « L’objectif principal de l’économie circulaire est de ‘repenser’ l’élimination des déchets et c’est exactement ce que fait la FA. Tout d’abord, nous utilisons moins de matériaux, et ensuite, lorsque nous concevons la nouvelle pièce, nous le faisons de manière à ce qu’elle soit recyclée – ou du moins qu’elle ait une durée de vie plus longue », note Khanshaghaghi. « En changeant notre comportement et notre façon de traiter l’ensemble des équipements, nous pouvons bien sûr contribuer à réduire les émissions de CO2 », complète le responsable de la FA.
Des projets menés avec des partenaires
Parmi les projets évoqués figurait la coopération entre Kongsberg Ferrotech, Equinor, SINTEF et Gassco pour développer des réparations métalliques sous-marines. Cette coopération, que Kongsberg Ferrotech situe en 2020, faisait partie des travaux en développement au moment de l’entretien.
Les robots d’inspection, de maintenance et de réparation créent un environnement local sec autour de la zone à traiter, tout en restant immergés. Les essais de réparation composite évoqués dans l’entretien ne doivent pas être confondus avec une qualification de la FA métal sous-marine. Selon Khanshaghaghi, l’objectif est de réparer plutôt que de remplacer : « C’est en quelque sorte concevoir à nouveau l’élimination des déchets », rappelle-t-elle.
« Du point de vue de la fabrication, par exemple, ils examineront la manière dont ils peuvent recycler tous les métaux dont ils disposent. Parmi les entreprises qui vont nous aider dans ce processus, il y a F3nice qui recycle les déchets métalliques en poudre atomisée. »
Si la FA est un autre outil qui illustre le processus d’économie circulaire dans la production, Khanshaghaghi souligne l’importance pour les organisations de réfléchir à un meilleur mix énergétique pour cela. « Par exemple, il n’est pas intéressant d’utiliser massivement des combustibles fossiles dans un pays qui prévoit déjà d’utiliser des énergies renouvelables », note-t-elle.
Lærum évoquait aussi Fieldmade et le projet d’inventaire numérique conduit avec Siemens Energy, TotalEnergies et Equinor. L’objectif était d’organiser la disponibilité des pièces et leur production à la demande, selon les procédés adaptés.
« Ensemble, nous démontrons que la FA contribue à la durabilité dans tout le cercle de l’économie circulaire. Dans ce cas précis, la technologie sert de catalyseur au nouvel écosystème numérique que nous construisons avec Fieldmade et Siemens Energy. À long terme, cette plateforme sera un produit commercial – promu par Fieldmade – avec deux fonctions principales : connecter tous les opérateurs et tous les fournisseurs dans un immense réseau numérique de pièces détachées. Ensuite, tous ces fournisseurs pourront promouvoir leurs propres pièces numériques dans le réseau, de sorte que l’inventaire numérique sera piloté par l’écosystème – et non acheté par l’opérateur -. Même si la FA est un outil important pour l’inventaire numérique, l’essentiel est la production de pièces à la demande, par FA, usinage CNC ou toute autre méthode de fabrication rapide, fiable et reproductible. Le plan consiste à réduire progressivement l’inventaire physique tout en développant le contenu de l’inventaire numérique », explique Lærum.
Des possibilités à mesurer dans la durée
Les exemples de maintenance et de réemploi ne remplacent pas une évaluation de l’ensemble des émissions d’un groupe énergétique. Les émissions liées à l’exploitation et à l’utilisation des produits restent à considérer dans leur propre périmètre.
L’intérêt de la FA réside ici dans des cas d’usage précis : prolonger la disponibilité d’équipements, adapter l’approvisionnement et éviter certains remplacements. Le bénéfice doit être mesuré face à une solution de référence pertinente.
L’ambition de plus de 3 milliards USD d’effets sur les flux de trésorerie entre 2020 et 2025 figurait déjà dans une présentation d’Equinor sur la numérisation. Il s’agissait d’un objectif concernant des solutions numériques et des méthodes de travail, pas d’un gain attribuable à la seule impression 3D ni d’un résultat confirmé par cet entretien.
L’atteinte des objectifs climatiques, notamment à l’horizon 2050, demeure à apprécier à partir de résultats mesurés. Les applications présentées illustrent des pistes de travail et leurs conditions, sans garantir à elles seules cette trajectoire.
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