L'Impression 3D :
vers une démocratisation des technologies biomimétiques
L'impression 3D et la fabrication additive pourraient bien réserver un avenir radieux au biomimétisme. Elles rendent possible la reproduction à échelle industrielle, de structures et formes de la nature jusque là difficiles à fabriquer.
DIAGNOSTIC
Du fait des nombreux besoins des industriels, ainsi que du travail de nombreux laboratoires de biologie qui accroissent chaque jour notre compréhension du vivant, le biomimétisme s'est fortement développé dans les domaines des revêtements de surfaces, de la conception de structures et des architectures systèmes.
À cet égard, grâce à l'impression 3D et la manufacture additive, il devient progressivement possible de copier des structures à petites échelles (micro ou nanométriques) afin de développer de nouveaux composites aux propriétés multifonctionnelles : résistance, flexibilité, légèreté, aérodynamisme, adhérence, thermorégulation, ...
La démocratisation de l’impression 3D comme levier de production devient incontournable pour penser l’organisation des chaînes de production et des produits manufacturés.
En ce moment même, de nombreuses innovations bio-inspirées en cours de développement ont pour but d'améliorer les matériaux existants ainsi que d'instrualiser de nouvelles matières et procédés grâce à l’impression 3D. Au point où l’on pourrait légitimement penser que le prisme du biomimétisme accroît le champ d’action de l’impression 3D et maximise sa pertinence.
Les trois cas d’application présentés ci-après, respectivement dans les domaines médical, aéronautique/défense et de la construction sont particulièrement illustratifs du potentiel et des enjeux à relever pour l’innovation bio-inspirée.
Impression 3D et biomimétisme :
révolution de la bio-ingénierie
©Luke Sharrett | Bloomberg
La bio-ingénierie, et plus spécifiquement la fabrication de prothèses à usage médical, tire pleinement profit du couplage de l’impression 3D et du biomimétisme.
A l’origine, celles-ci ne pouvaient être fabriquées qu’à partir de pièces pleines et par conséquent lourdes et mécaniquement plus fragiles que des os biologiques, creux et possédant un rapport masse/résistance mécanique optimal. Cependant, grâce à l’impression 3D, il est désormais possible de reproduire ces structures et même de confectionner des cartilages et ligaments artificiels, assurant une reproduction au plus proche du vivant.
Le sur-mesure pour chaque patient est également de mise, car l’avènement de l’impression 3D rend la personnalisation de la production à la fois peu chère et simple à mettre en oeuvre.
Impression 3D bio-inspirée : l’aéronautique et la défense ont un coup d’avance !
L’industrie aéronautique et de la défense, historiquement pourvoyeuses d’innovations qui ont ensuite rejailli dans le domaine civil (GPS, réacteur nucléaire, …) est également aux avant-gardes de l'impression 3D.
Celle-ci a déjà percé chez plusieurs constructeurs aéronautiques. Ainsi, Airbus fabrique depuis 2015 le plus grand composant de cabine imprimé en 3D à partir d’un alliage d’aluminium, de magnésium et de scandium.
Le leader mondial s'est notamment inspiré de l’architecture cellulaire du myxomycète (ou “blob”) et du développement osseux chez l’homme.
Cette pièce d’un nouveau genre, issue de la fabrication additive, a vu sa masse réduite de 30 kg, soit près de 45%. L’économie de masse ainsi obtenue permet des gains significatifs en carburant, et participe ainsi à la réduction de l’empreinte carbone du secteur aérien.
Réduire le recours à l'aluminium
Les normes de sécurité drastiques qui pèsent sur les constructeurs aéronautiques ne sont pas une contrainte technique majeure pour l’impression 3D.
Bien que les processus de certification des pièces restent long et coûteux, certains procédés tels que la fabrication additive par déposition d’énergie permettent d’imprimer le titane pour produire des pièces qui sont plus légères que leur équivalente en aluminium.
Cette caractéristique remarquable des pièces en titane imprimées en 3D pourrait les conduire à se substituer progressivement à leurs aînées en aluminium : le métal roi dans l’industrie aéronautique.
Sur cette technologie certains acteurs accompagnent aujourd’hui les entreprises pour intégrer l’impression 3D dans leurs chaînes de valeur dont le groupe franco-français AddUp issu d’une joint-venture entre le fabricant de machine outils, Fives, et Michelin, ce dernier étant leader mondial en volume des pièces imprimées par fabrication additive dans le monde.
©Luke Sharrett | Bloomberg
L’impression 3D bio-inspirée pour révolutionner la construction.
Dans la construction, les matériaux ont également évolué afin de permettre l’impression d’infrastructures en béton ou en métal, alors même que se prépare la révolution de la maison individuelle imprimée en une journée à peine.
XtreeE et Egis ont, par exemple, récemment recréé un récif inspiré du coralligène, au moyen d’un ciment conçu pour l’occasion par LafargeHolcim, afin de régénérer les habitats marins de la région marseillaise.
Cette approche valide d’ailleurs, à cet égard, la richesse des innovations inspirées des écosystèmes coralliens après que Fortera aux Etats-Unis a développé un ciment générant moins de CO2 à la production en s’inspirant de la bio-minéralisation du carbone présent dans l’eau.
Impression 3D et biomimétisme : un mariage d'avenir
En conclusion, en cette période de forte innovation technologique fruit notamment de la révolution numérique et digitale, l’impression 3D permettra de reproduire des schémas d’organisation de la matière inventés par la nature, et qui ont donné à certains matériaux organiques des propriétés multifonctionnelles remarquables (résistance, flexibilité, légèreté, aérodynamisme, adhérence, thermorégulation...) pouvant apporter des bénéfices conséquents dans le monde industriel.
Elle parachève ainsi l’avènement du biomimétisme comme méthode d’innovation et de conception produit. C’est aussi pour cette raison que Bioxegy accompagne aujourd’hui cette révolution en proposant son expertise en biomimétisme, son réseau et ses méthodes d’innovations, afin d’aider les entreprises à tirer profit de la bibliothèque d’innovations du vivant, pour repenser leur chaîne de valeur au travers d’une approche subtile, mais à l’évidence implacable.
