Je me souviens des tout premiers entretiens que j’ai menés dans le secteur de la FA. Etant nouveau venu, 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 :
- Dans le cas d’une production de masse, le coût de la fabrication conventionnelle (CM) reste inférieur à celui d’une production unique par FA.
- La FA n’est pas nécessairement supérieure aux procédés CM en termes de consommation d’énergie.
- Si on considère uniquement les imprimantes 3D de bureau, les utilisateurs sont confrontés à l’émission de substances gazeuses toxiques appelées composés organiques volatils (COV) et de particules ultrafines (PUF) dans l’environnement.
- 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 ?
Cette figure montre la visualisation superposée de la cooccurrence des mots clés, qui est utile pour suivre les tendances temporelles de la recherche dans le domaine analysé. Jusqu’en 2018, la recherche était axée sur l’optimisation technologique et l’analyse des coûts, tandis que l’année suivante, elle a évolué vers le thème de la durabilité environnementale et les techniques et outils de processus innovants potentiellement utilisés dans la fabrication additive.
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 actuellement 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 sa brillante 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.
À ce jour, il s’agit de la seule méthode d’évaluation utilisée par les entreprises de FA, ce qui n’est pas si mal. Le problème, c’est que nous nous interrogeons parfois sur l’exactitude de cette méthode pour certaines technologies. Souvenez-vous de la conversation que Jordan a entamée ici. Les ACV permettent-elles toujours d’identifier les variables les plus importantes à comparer ou peut-être la question à se poser est-elle la suivante : à quelle question essayez-vous de répondre avec une ACV ?
« 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.
*L’un des domaines clés de la fabrication conventionnelle dans lequel j’ai beaucoup d’expérience est le moulage à mousse perdue, un type de moulage à la cire perdue qui élimine 95 % des étapes du processus du moulage à la cire perdue conventionnel. Selon les données du ministère de l’énergie, la mousse perdue utilise 27 % d’énergie en moins, 8 % d’émissions de particules dans l’air en moins, 37 % d’émissions de gaz à effet de serre en moins, 7 % de matières premières en moins et un minimum de déchets solides. Je pense en fait que ces données sont sous-estimées parce qu’elles n’ont pas été mises à jour pour tenir compte des améliorations apportées aux processus au cours des 15 à 20 dernières années, et nous savons que nos rendements sont généralement deux fois plus élevés que ceux de la coulée en sable conventionnelle après avoir tenu compte des pertes dues à l’usinage », ajoute Jordan.
Cela dit, il existe d’autres méthodes d’évaluation. Outre les ACV, il est possible d’explorer la comptabilité des flux de matières (Material Flow Cost Accounting (MFCA)). Cette méthode de comptabilité de gestion environnementale attribue des coûts aux flux de matières et d’énergie à travers un processus, permettant ainsi une réduction simultanée des impacts environnementaux et une amélioration de l’efficacité commerciale et économique.
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
Je serai prudente dans mes propos lorsque j’essaierai de répondre à la question posée dans le titre : « La fabrication additive (FA) peut-elle avoir des implications « défectueuses » pour ses références « vertes » ? »
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 recherche, 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 s’est donné pour mission de fabriquer des pièces métalliques de la manière la plus efficace et la plus respectueuse de l’environnement, ce qui permet d’économiser du temps, de l’argent et de préserver la planète. La solution de l’entreprise comprend des pièces personnalisées en petit volume, telles que des prototypes, des remplacements d’urgence rapides, de l’outillage jusqu’au développement de processus automobiles en grand volume et l’équipement pour exécuter des processus basés sur le moulage à la cire perdue et le moulage par évaporation de la fabrication additive. L’entreprise a obtenu la certification de la Fondation Solar Impulse pour sa solution légère en fonte ductile à parois minces ; l’aspect environnemental est considéré par la plupart comme un bonus, mais pas comme un facteur clé d’adoption.
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.