Troisième volet d’un dossier publié initialement en septembre/octobre 2023. Les fonctions et expériences des personnes interrogées sont celles de cet entretien.
Je me souviens des tout premiers entretiens que j’ai menés dans le secteur de la FA. Étant nouvelle venue, je n’avais pas assez de recul pour analyser les choses. Je me suis donc retrouvée à écrire de manière répétitive les mêmes phrases, prononcées par des personnes différentes, comme s’il s’agissait du refrain d’une même chanson :
« La FA est une technologie durable par nature.
La FA est moins coûteuse que la technologie de fabrication conventionnelle.
La FA peut produire des pièces qu’il était impossible de fabriquer auparavant.
La FA peut permettre une production décentralisée, donc plus proche du point de consommation. Une chaîne d’approvisionnement raccourcie et simplifiée signifie un impact environnemental plus faible. »
Et c’est ainsi que de manière inconsciente, nous avons commencé à construire les références “vertes” de la FA. Aujourd’hui, je remets en question chacune de ces phrases, car nous suivons en permanence les données qui démontrent leur exactitude ou leur infirmation. Et puis, nous nous sommes rendu compte que :
- À grande série, les procédés conventionnels peuvent bénéficier d’économies d’échelle. Comparer cette situation à une pièce unique en FA ne suffit toutefois pas : volume, fonction et qualité des pièces doivent être comparables.
- La FA n’est pas nécessairement supérieure aux procédés CM en termes de consommation d’énergie.
- Certaines imprimantes de bureau par extrusion de polymères émettent des composés organiques volatils (COV) et des particules ultrafines. Les émissions varient selon le matériau, la machine et les conditions d’utilisation, comme le montrent les travaux du NIOSH.
- Sans parler du fait que, parfois, les chaînes d’approvisionnement peuvent être complexes en raison de la nécessité de processus secondaires et d’exigences supplémentaires de la part des fournisseurs.
Cette liste peut s’allonger en fonction de l’expérience de chaque professionnel avec la technologie. Faut-il donc dire que la compréhension de la durabilité dans le domaine de la FA est assez subjective ?
La revue de littérature d’Agnusdei et Del Prete (2022) comprend une carte de cooccurrence des mots-clés. Elle montre une évolution des thèmes dans le corpus étudié, notamment vers la durabilité environnementale. Cette visualisation bibliométrique ne mesure pas directement la performance environnementale des procédés.
Pour Sarah Jordan, CEO de Skuld, « ce n’est pas que c’est subjectif. C’est qu’elle dépend fortement des hypothèses de chacun, qui peuvent ou non être énoncées. Le diable est dans les détails, car il n’y a pas qu’un seul procédé de FA et un seul procédé conventionnel. La FA métal compte à elle seule plus de 25 processus, et au moins autant pour les polymères, voire plus pour les composites ou les céramiques. La fabrication conventionnelle comprend plusieurs centaines de procédés et une combinaison de procédés. Cela dépend donc fortement de ce que vous comparez. Quel matériau, quel processus, quel transport, quelle source d’énergie utilisée pour le processus et le transport, quelle part de recyclage/réutilisation dans le processus, tout cela doit être décidé à la fois pour la base de référence et pour la FA. Il existe également un risque d’écoblanchiment, car on peut intentionnellement faire des hypothèses qui profitent à la FA mais nuisent à la fabrication conventionnelle. »
En tant qu’ingénieur métallurgiste, elle apporte une contribution très centrée sur les métaux. Avec plus de 25 ans d’expérience dans la fabrication de métaux conventionnels, environ 8 ans dans la FA, et après avoir obtenu son MBA, Jordan a accumulé une décennie d’expérience dans la prévision, la chaîne d’approvisionnement et l’excellence opérationnelle. Elle participe à cette époque à l’accélérateur Spark Cleantech de l’université du Tennessee et travaille en tant que fondatrice et CEO de Skuld, qui fusionne le processus de moulage avec la FA en remplaçant la mousse à base de pétrole par un biopolymère.
J’aime beaucoup les idées de Jordan, car elle a un esprit très critique et, en tant qu’ingénieur métallurgiste ayant de l’expérience en FA, elle apporte cette expertise technique des deux mondes qui est très nécessaire pour ce sujet. Mais cela ne suffit pas.
Il était essentiel pour nous d’apporter le point de vue d’une entreprise qui croit en une approche multidisciplinaire de la durabilité et de la gestion de l’énergie, fondée sur des données. J’ai trouvé cette expertise chez Foresight Management. Mike Troupos, vice-président de Foresight Management, et son équipe d’experts en la matière confirment certaines de nos hypothèses et mettent le doigt sur les problèmes :
« La durabilité dans le domaine de la FA est absolument subjective. En fait, la durabilité dans tous les domaines est confrontée à la subjectivité. Le contenu recyclé et la transparence chimique en sont un excellent exemple dans l’industrie de la FA, deux éléments de grande valeur sur le marché. Cependant, ces éléments s’opposent. Plus un produit contient de matières recyclées, moins il est transparent sur le plan chimique. Cela est particulièrement vrai si vous vous approvisionnez en contenu recyclé post-consommation. L’avantage le plus important de la FA en termes de durabilité est la réduction significative des “déchets” par rapport à la fabrication traditionnelle de métaux par CNC – l’addition sera intrinsèquement moins consommatrice de ressources et de déchets que la soustraction. Les économies d’échelle pour la FA constituent généralement le principal inconvénient. Dans la plupart des cas, la fabrication additive est tout simplement plus longue et plus coûteuse, en particulier à grande échelle. »
L’équipe de Foresight Management défend la gestion de l’énergie, accélère le développement durable et augmente la rentabilité en travaillant avec des fabricants et des marques de consommation qui poursuivent des initiatives de développement durable et de gestion de l’énergie. Si vous êtes un lecteur régulier de 3D ADEPT Media, vous avez peut-être lu l’une des études qu’ils ont menées l’année dernière pour la division de FA du producteur de matériaux 6K.
Où en sommes-nous aujourd’hui ?
Je ressens la volonté des entreprises de FA qui veulent explorer les initiatives de gestion de l’énergie, de faire mieux pour fournir un produit qui peut légitimement être qualifié de durable. Je vois les efforts d’organisations telles qu’AMGTA qui ne doivent pas être négligés et, au milieu de ces efforts, je vois une forte dépendance à l’égard de l’analyse du cycle de vie/des évaluations du cycle de vie.
Si vous êtes nouveau dans ce domaine, sachez que l’analyse du cycle de vie (ACV) est un outil qui permet d’évaluer les incidences potentielles sur l’environnement tout au long du cycle de vie d’un produit, c’est-à-dire depuis l’acquisition des ressources naturelles jusqu’à la gestion des déchets (y compris l’élimination et le recyclage), en passant par la phase de production et d’utilisation.
L’ACV est fréquemment mobilisée dans les études évoquées ici, mais elle n’est pas le seul outil d’évaluation. La question porte sur la pertinence du périmètre, des données et des hypothèses pour la comparaison recherchée. Voir aussi l’analyse discutée avec Sarah Jordan.
« Les ACV ne sont pas toutes égales », apprend-on de Foresight Management. « Chaque ACV est conçue pour répondre à une question spécifique. Une ACV réalisée pour une poudre imprimable peut aider à quantifier l’impact environnemental de l’exploitation minière et de l’extraction des matériaux nécessaires à la fabrication de la poudre, mais ne pas aborder l’impact de ce produit sur le remplacement d’autres matériaux en aval. Une autre ACV pour la même poudre imprimable pourrait répondre à la question de savoir comment cette poudre remplace d’autres produits dans une phase d’utilisation spécifique, mais laisser de côté d’autres utilisations.
Une ACV peut prendre en compte l’ensemble du cycle de vie du produit, y compris l’extraction des matières premières, le transport (en amont et en aval), la fabrication, l’utilisation du produit et la fin de vie. L’ACV, le praticien, le concepteur du produit et les normes industrielles éventuelles déterminent les aspects du cycle de vie du produit qui sont inclus dans l’ACV. En outre, les ACV ne quantifient pas seulement l’intensité des gaz à effet de serre (généralement, une empreinte carbone du produit, ou PCF, est acceptable si l’on ne veut quantifier que le carbone), mais tiennent également compte de l’eau, des déchets et d’autres impacts environnementaux ».
C’est exactement ce que Jordan dénonce ici : le fait que, même si l’ACV a du sens, la plupart des gens ne procèdent pas à une évaluation complète du berceau à la tombe et n’envisagent pas toutes les options. Il devient alors facile de tomber dans le piège des déclarations générales telles que « l’impression 3D en métal est plus écologique que le moulage ».
« Est-ce qu’ils supposent un moulage au sable ? Quelle quantité d’usinage suppose-t-on ? Depuis que je travaille dans le domaine de la mousse perdue, je suis très sceptique quant à l’affirmation selon laquelle l’impression 3D métal est plus écologique que le moulage lorsque la poudre ou le fil doivent être fondus deux fois. Une fois pour fabriquer la matière première et une fois plus tard pour fabriquer la pièce imprimée 3D. Alors que le moulage consiste généralement à prendre de la ferraille et à fondre le matériau une seule fois. Je suis également sceptique parce que la grande majorité des pièces métalliques imprimées 3D que je vois peuvent être coulées. Peut-être que 10 % d’entre elles sont conçues de telle sorte qu’elles doivent être produites par FA », explique Sarah Jordan.
Sarah Jordan met également en avant son expérience du moulage à mousse perdue et les gains potentiels de ce procédé. Il faut toutefois distinguer les modes de réalisation : dans le moulage à mousse perdue, le modèle se décompose lors de la coulée ; dans le moulage à cire perdue, il est retiré auparavant. Une comparaison doit préciser le procédé et les étapes retenues.
Le bilan du National Research Council publié en 2001 rapporte des estimations de réduction de 27 % pour l’énergie et de 7 % pour les matières, par rapport au moulage au sable. Ce sont des données historiques propres à cette comparaison, pas des gains garantis pour toutes les pièces ni pour chaque alternative à la fabrication additive.
La comptabilité des coûts des flux de matières (MFCA), décrite dans ISO 14051, suit les quantités de matières et les coûts associés. Elle peut aider à repérer les pertes et les possibilités d’amélioration. Cet outil de gestion complète l’analyse environnementale ; il ne remplace pas à lui seul une ACV.
Un autre article devrait être consacré à la manière dont ce modèle peut être appliqué avec précision aux technologies de FA.
En attendant, les experts en la matière de Foresight Management nous rappellent que si la méthode ACV est la base pour beaucoup, sa qualité dépend des données introduites dans le modèle. Le moyen le plus efficace d’améliorer la précision d’une ACV est de collecter davantage de données primaires. Souvent, un produit est modélisé à l’aide de données provenant de bases de données qui utilisent des moyennes industrielles parce que les données primaires font défaut. Toutes les données primaires spécifiques au site ou au matériau qui sont collectées rendent les résultats de l’ACV plus précis. Ce processus implique de travailler avec les partenaires de votre chaîne d’approvisionnement pour obtenir leurs données spécifiques.
À titre personnel, j’ai vu quelques associations professionnelles utiliser les ACV comme outil pour aider leurs membres à quantifier les avantages environnementaux et à améliorer leurs conceptions. Je comprends donc qu’il n’est pas possible pour toutes les entreprises d’investir dans leurs propres modèles d’ACV, ce qui pourrait constituer un autre obstacle à leur progression sur la voie du développement durable.
Conclusion
Comment évaluer les promesses environnementales de la fabrication additive sans les généraliser ? Les échanges ci-dessus invitent à rendre les hypothèses explicites et à comparer des fonctions équivalentes.
Après ces observations, je peux dire que la technologie de FA n’a pas d’implications erronées en matière de respect de l’environnement, mais que les sociétés de FA peuvent mettre en avant la durabilité de leur technologie de manière erronée. Du point de vue de l’adoption stricte, nous sommes d’accord avec Jordan lorsqu’elle dit que « les coûts, les délais, les capacités de conception technique et les avantages de la chaîne d’approvisionnement sont bien plus importants pour la plupart des décideurs ».
Toutefois, pour ceux qui souhaitent devenir des entreprises plus responsables, il est important de garder à l’esprit que la transformation numérique de la FA s’accompagne d’autres processus numérisés, notamment la conception, la logistique de fabrication et la gestion. Selon la revue de Li et Yeo (2021), pour traiter, gérer et extraire des connaissances à partir de ces données massives pour des considérations de durabilité, le cadre de fabrication actuel doit intégrer une infrastructure de base de données.
Découvrez plus :
Les entreprises de la FA doivent s’engager sur la voie de l’ESG. Voici comment. (Partie 1)
Domaines clés de l’application de l’ESG par les sociétés de FA (Partie 2)
Notes de l’éditeur
Skuld décrit une offre allant des petites séries de pièces et prototypes aux outillages et aux procédés de production en volume, en associant moulage à modèle perdu et fabrication additive. La présentation de l’entreprise mentionnait également une reconnaissance de la Fondation Solar Impulse pour une solution en fonte ductile à parois minces. Cette présentation et les avantages annoncés restent attribués à l’entreprise.
Le travail de Foresight ne consiste pas seulement à réaliser une ACV, mais aussi à aider les entreprises à comprendre de manière holistique comment gérer la durabilité au sein de leur organisation, de leurs bâtiments et de leurs produits. La principale valeur mise en avant par l’entreprise est la transparence, qui permet d’améliorer la précision et la responsabilité. Foresight aide également les associations industrielles à créer des modèles à l’échelle de l’industrie pour leurs membres et à créer des règles de catégorie de produits (PCR) pour l’industrie. L’existence d’une PCR garantit une approche normalisée et clarifie les hypothèses pour tous les produits d’un secteur donné. L’existence de PCR sectorielles accroît la qualité des données et abaisse la barre d’entrée pour ceux qui souhaitent réaliser des ACV. L’entreprise est convaincue que la durabilité peut être synonyme de rentabilité accrue si l’on prend de l’avance.
Note de relecture : comparaisons environnementales et données historiques contextualisées ; références, figures et terminologie harmonisées.
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