La révolution de l'impression 3D est-elle enfin arrivée ?

Les briques Nori, qui ont été cuites pour la première fois dans la ville d'Accrington dans le Lancashire en 1887, sont rapidement devenues légendaires en tant que briques les plus dures jamais produites. Leur force, dérivée des propriétés chimiques de l'argile locale, a permis à des mégastructures de s'élever dans le monde entier, dont la tour de Blackpool en 1894 et l'Empire State Building à New York en 1930. On dit que leur nom est un clin d'œil à l'époque où ils voulaient écrire "fer" sur la cheminée de l'usine.

Cette année, un matériau de construction différent, bien que tout aussi pionnier, devrait attirer l'attention sur la ville, située à 20 miles au nord de Manchester et dont la plus récente revendication de gloire est décriée dans une publicité pour le lait de 1989. Sur Charter Street, sur une parcelle de terrain désaffectée appartenant au conseil, il est prévu de construire 46 maisons à zéro carbone net, allant d'appartements à une chambre à des maisons à quatre lits, toutes occupées par des familles à faible revenu ou des anciens combattants. Les maisons ne seront pas fabriquées à partir de briques Nori, mais à partir de béton extrudé en 3D. Lorsque le développement sera terminé, potentiellement fin 2023, ce sera le plus grand complexe de bâtiments imprimés d'Europe.

"Mon grand-père travaillait en fait à la briqueterie", explique Scott Moon, né et élevé à Accrington, dont l'entreprise, Building for Humanity, est à l'origine du projet Charter Street. "Quand j'étais jeune, il m'emmenait là-bas la nuit et je montais à l'arrière du chariot élévateur. Alors, bénissez-le, s'il pouvait nous voir maintenant, sur le point de commencer à imprimer des maisons en béton à Accrington…"

Vous vous souvenez de l'impression 3D - également connue sous le nom de fabrication additive - n'est-ce pas ? Vous avez probablement lu un article vers 2012 qui prédisait que chaque maison aurait bientôt une imprimante 3D que nous utiliserions pour toutes sortes de tâches ingénieuses. OK, eh bien, cela ne s'est pas produit. "Personne ne fabriquera de pièces pour sa machine à laver lorsqu'elle tombera en panne", déclare Richard Hague, professeur de fabrication additive à l'Université de Nottingham. "Les gens fabriquent des poignées pour leurs casseroles quand ils les déposent ? Personne ne le fera et vous seriez en colère si vous le faisiez. Vous pouvez simplement commander des produits sur Amazon plus rapidement et les faire livrer le lendemain."

Mais alors que l'utilisation domestique des imprimantes 3D n'a pas décollé, la technologie s'est discrètement introduite dans nos vies par d'autres moyens. Presque toutes – plus de 99 % – les aides auditives personnalisées sont maintenant imprimées en 3D en résine acrylique, et ce depuis des années. La fabrication additive est largement utilisée en dentisterie : les aligneurs de dents, qui remplacent de plus en plus les broches traditionnelles, seraient presque impossibles sans l'impression 3D. Adidas et Nike utilisent la technologie dans leurs chaussures. Il y a des pièces imprimées en 3D sur tous les nouveaux avions et dans un nombre croissant de voitures.

"Ce qui s'est passé il y a 10 ans, quand il y a eu ce battage médiatique massif, c'est qu'il y avait tellement d'absurdités écrites : 'Vous imprimez n'importe quoi avec ces machines ! Cela va conquérir le monde !'", déclare Hague. "Mais cela devient maintenant une technologie vraiment mature, ce n'est plus vraiment une technologie émergente. Elle est largement mise en œuvre par Rolls-Royce et General Electric, et nous travaillons avec AstraZeneca, GSK., Tout un tas de personnes différentes. Imprimer des choses à la maison n'allait jamais arriver, mais c'est devenu une industrie de plusieurs milliards de dollars. "

Ce n'est pas exagéré : le marché de l'impression 3D devrait, selon Hubs, un marché de services de fabrication, presque tripler d'ici 2026, avec une valeur de 44,5 milliards de dollars. La construction est l'un des secteurs de croissance. En 2018, une famille française et ses trois enfants sont devenus la première famille à vivre dans une maison imprimée en 3D. Le bungalow de quatre chambres à Nantes a pris 54 heures à imprimer et a coûté 176 000 £. Des structures plus ambitieuses ont suivi aux Pays-Bas, aux États-Unis et à Dubaï. Le projet d'Accrington a été rendu possible grâce aux développements récents du béton imprimable porteur qui fonctionne bien, mais qui est également rentable.

"En termes très, très basiques, vous avez une plate-forme qui se trouve sur place, là où la maison va être", explique le Dr Marchant van den Heever, un ingénieur en structure qui travaille pour Harcourt Technologies (HTL), basé à Dublin, le partenaire de construction de Building for Humanity sur le projet Charter Street. "Et vous avez un système de distribution de matériaux. Vous mélangez donc du béton, que vous alimentez dans la tête d'impression. Et essentiellement, cette tête d'impression est comme une gigantesque machine à glacer les gâteaux qui extrude du béton, l'un des matériaux les plus robustes au monde.

Si vous imaginez un livre, chaque page du livre est une couche de béton", ajoute van den Heever, "et ces couches consécutives s'empilent les unes sur les autres et cela forme votre superstructure."

L'analogie du gâteau est utile. Les premiers projets de construction en 3D ont généralement un extérieur nervuré, Michelin-Man, comme la finition passepoilée d'un défi époustouflant précipité sur Bake Off. Mais la sophistication de la finition s'améliore rapidement et les bâtiments imprimés en 3D lisses apparaissent souvent dans des histoires pour des sites Web de conception tels que Dezeen et Architectural Digest. Mais ce qui passionne vraiment des entreprises telles que Building for Humanity et HTL, ce sont les économies et l'efficacité potentielles qu'offrent les nouvelles technologies. Charter Street a un budget prévu de 6 millions de livres sterling, soit une réduction des coûts estimée à 25 % par rapport à une construction comparable. Il sera fabriqué avec des matériaux durables, souvent recyclés, dans ce qu'ils espèrent être la moitié du temps de chantier - 101 jours ouvrables, au lieu de plus de 12 mois.

"Être compétitif dès le départ est tout à fait inédit pour une technologie émergente", déclare Justin Kinsella, un architecte qui a fondé Harcourt Architects il y a 20 ans et qui fait sa première incursion dans les bâtiments imprimés en 3D. "Nous sommes juste ravis que des gens viennent sur place, claquent la porte, le mur ne vacille pas. Frappez le mur, ça ne bouge pas. Le toit est là. Allumez les lumières, c'est la preuve et les gens vont alors, je pense, être stupéfaits par ça."

D'abord décrit dans écriture de science-fiction dans les années 1950, l'impression 3D est devenue une réalité très basique dans les années 1980. Les principes de base restent les mêmes aujourd'hui : un objet est créé couche par couche - donc additif - à partir de zéro. (Imaginez la formation de roches sédimentaires, vraiment, très vite.) Cela pourrait être fait en extrudant physiquement un matériau, comme dans le projet de construction à Accrington, ou il pourrait s'agir de faisceaux laser guidés par ordinateur qui forment des couches, qui peuvent être aussi fines qu'un cheveu humain, en faisant fondre des poudres de métal, de plastique ou d'autres matériaux. L'un des grands avantages immédiats de la fabrication additive est que vous n'imprimez que ce dont vous avez besoin. Cela contraste avec l'usinage d'un morceau de métal, par exemple, où vous pourriez en découper la majeure partie, qui est ensuite gaspillée ou doit être recyclée.

Dans les premières années, cependant, l'impression 3D était coûteuse, lente et sujette aux gaffes. Ce n'est que récemment que la technologie a été développée pour surmonter certains de ces défauts. De plus, il y a eu une prise de conscience brutale que l'impression 3D ne sera pas une solution miracle. "Je pourrais avoir l'air d'un enfant enthousiaste et je suis vraiment enthousiaste", déclare Hague. "Mais je suis super réaliste sur ce qui peut et ne peut pas être fait. Et donc vous n'allez pas tout faire avec additif."

Il y a dix ans, l'idée d'imprimer des aliments en 3D était l'un des domaines les plus enthousiasmants. Dans cette vision du futur, on se réduirait au petit-déjeuner à un croissant fraîchement imprimé ou on mettrait de la pâte dans la machine, on appuierait sur quelques boutons et on reviendrait aux raviolis "maison". Les nouveaux produits répondraient également à l'un des grands défis de notre époque - qu'un tiers de la nourriture produite dans le monde, soit environ 1,3 milliard de tonnes, soit gaspillée.

C'est cette statistique qui a amené Elzelinde van Doleweerd, 26 ans, diplômée en design industriel de l'Université de technologie d'Eindhoven aux Pays-Bas, sur le terrain. Elle a commencé à expérimenter avec du pain, des fruits et des légumes, les aliments les plus gâtés en Europe du Nord, pour voir si les déshydrater et les transformer en de belles formes pouvait leur donner une seconde vie. Cela a conduit à un stage de six mois en 2021 dans la cuisine d'essai du restaurant Alchemist de Copenhague, qui est actuellement classé 18e sur la liste des 50 meilleurs au monde.

À la fin de son passage chez Alchemist, van Doleweerd avait affiné une "tartelette" de betterave et de carotte qui était servie sur des pétales imprimés en 3D à base de chitosane, un sucre dérivé de la peau extérieure des crustacés, et garnie de fleurs comestibles. Il a l'air magnifique - "C'est une bonne ambiance!" confirme van Doleweerd - mais n'a pas encore été inscrit au menu d'Alchemist en raison des difficultés à le produire sous pression à chaque service.

Pour van Doleweerd, qui travaille maintenant dans le laboratoire alimentaire du restaurant De Nieuwe Winkel aux Pays-Bas, qui a été classé meilleur restaurant à base de plantes au monde, il est difficile d'imaginer que des aliments imprimés en 3D entreront bientôt dans le courant dominant. "Je pense que c'est assez spécialisé", concède-t-elle. "Le dernier développement que nous voyons dans l'alimentation et la cuisine maison est que cela ne devrait pas prendre autant de temps et nous ne voulons pas y consacrer autant d'efforts. Peut-être que si nous avons un grand développement où vous pouvez simplement commencer à parler à votre imprimante, comme lorsque vous sortez du lit, 'S'il vous plaît, préparez-moi le petit déjeuner !' On verra bien, mais je n'y crois pas encore vraiment."

Là où l'impression 3D semble prospérer, note Hague, c'est dans la personnalisation et la conception légère. "Vous pouvez créer des géométries super complexes que vous ne pouvez pas faire autrement", dit-il. Une entreprise qui profite de la liberté géométrique de la technologie est Czinger, le constructeur automobile basé à Los Angeles. À l'heure actuelle, Czinger ne propose qu'un seul modèle, le 21C, mais il fait tourner les têtes : une hypercar avec une vitesse de pointe de 253 mph, un temps de 0 à 60 de moins de 2 secondes et un prix de 2 millions de dollars. Des pièces de voitures – en particulier des pièces prototypes – sont imprimées en 3D depuis un certain temps, mais la 21C va bien plus loin. "Ce n'est pas vraiment une voiture du tout", a écrit Jack Rix, rédacteur en chef du Top Gear Magazine de la BBC dans sa critique de la 21C, "c'est un démonstrateur de ce qui est possible avec la conception numérique et l'impression 3D".

Czinger, c'est le nom et la vision de ses fondateurs, papa Kevin Czinger et son fils Lukas, 28 ans. Leur entreprise compte plus de 150 employés et ils ont été recrutés dans les équipes Ferrari et F1 mais aussi Apple et SpaceX.

"Nous aimons tous les deux conduire, nous voulions tous les deux fabriquer une voiture à couper le souffle", explique Lukas Czinger lors d'un appel vidéo à 7 heures du matin (pour lui). "Et certainement avoir cette voiture sur la piste, ça ne ressemble à rien que j'aie jamais conduit, rien que mon père ait jamais conduit, l'appui, la position assise, la puissance pure. C'est tout ce dont nous rêvions. C'est sauvage de la meilleure des manières. C'est comme être dans le cockpit d'un avion de chasse, mais au lieu d'être dans les airs, vous êtes en quelque sorte toujours planté au sol. Vous ne comprenez plus complètement la physique. "

Vous pourriez légitimement vous demander quelle est la pertinence d'une hypercar de 2 millions de dollars par rapport à quoi que ce soit dans le monde réel. Mais Czinger fabrique des pièces pour au moins huit autres marques automobiles grand public – la seule qu'ils sont autorisés à nommer pour le moment est Aston Martin. Selon Lukas Czinger, les pièces imprimées en 3D peuvent être plus légères, plus aérodynamiques et potentiellement plus solides, et tous ces développements ont un avantage environnemental potentiel, car les voitures deviennent plus économes en carburant. "Dans les cinq prochaines années, vous allez commencer à le voir sur les voitures de tous les jours", prédit-il. "Et dans les 10 prochaines années, vous allez essentiellement le voir remplacer la plupart des moulages, des extrusions et des estampages. Alors, oui, je crois fermement que c'est l'avenir."

Je demande à Rix de Top Gear s'il souscrit à l'affirmation de Czinger selon laquelle le 21C est un "véhicule d'importance historique" qui changera fondamentalement l'industrie automobile. "Chaque constructeur automobile cherche continuellement à améliorer l'emballage, à réduire le poids, à augmenter l'efficacité énergétique, mais aussi à trouver des moyens de construire ses voitures avec une qualité supérieure et pour moins cher", répond Rix. "Czinger prétend avoir résolu tous ces problèmes d'un seul coup." Quant à l'influence de cette technologie : "Ce n'est qu'une question de temps avant que toutes les nouvelles voitures aient des pièces imprimées en 3D."

Nous sommes déjà venus ici, bien sûr : l'impression 3D sauvera le monde ! Alors pourquoi y croire maintenant ?Il y a de plus en plus preuve que le battage médiatique, cette fois-ci, pourrait ne pas être surestimé. Tous ces développements ne toucheront pas nos vies immédiatement. La Nasa et toutes les sociétés d'exploration spatiale utilisent déjà des procédés additifs pour fabriquer des pièces pour leurs fusées. Mais ils étudient également les défis qui se présenteront une fois qu'ils atterriront sur la Lune ou sur Mars. Ils ne pourront pas emporter toutes les ressources avec eux, ils doivent donc trouver des méthodes de construction et de nourriture : peut-être en utilisant l'énergie dirigée du soleil et les matériaux qu'ils trouveront sur le sol. La Nasa finance un projet qui cherche à recycler l'urine, les matières fécales et l'haleine des astronautes lors de longs voyages pour fabriquer de la nourriture et des plastiques pour l'impression 3D.

Mais, si ce n'est pas déjà fait, la fabrication additive touchera bientôt - et même, peut-être, prolongera - l'ensemble de nos vies. La société américaine Stryker utilise l'impression 3D pour produire des implants orthopédiques complexes qui ne seraient pas possibles autrement. Aux États-Unis l'année dernière, l'oreille d'une femme a été reconstruite avec un implant de tissu vivant imprimé en 3D. Un échafaudage pulmonaire humain a été présenté lors d'une conférence à San Diego l'été dernier, probablement l'objet le plus compliqué jamais créé à l'aide de la fabrication additive.

Richard Hague, de l'Université de Nottingham, travaille actuellement avec GSK et AstraZeneca sur l'impression 3D de "biopilules" - plusieurs médicaments dans une seule pilule qui sont adaptés à chaque patient, ce qui simplifiera considérablement ce que vous devez prendre et quand, en particulier pour les personnes âgées. "La conformité est un énorme problème : vous avez tous ces médicaments, les gens ne les prennent tout simplement pas", déclare Hague. "Ce sont d'énormes avantages potentiels que les gens peuvent comprendre."

C'est là que la promesse de l'impression 3D devient irrésistible - là où la technologie rend clairement la vie plus simple ou meilleure, sans frais supplémentaires pour le consommateur. À Accrington, Building for Humanity veut placer sur l'échelle du logement des personnes qui, autrement, ne pourraient jamais se le permettre. L'une des maisons a été réservée à Mark Harrison, 44 ans, un vétéran de la ville qui a reçu une décharge médicale de l'armée en 2001 après deux tournées en Bosnie, et a ensuite été diagnostiqué avec le SSPT.

Harrison estime qu'il a vécu dans 20 maisons au cours des 20 dernières années, mais espère que Charter Street assurera la stabilité pour lui et ses trois enfants. Il est également formé par HTL pour utiliser les machines d'impression - il pourrait avoir un nouvel emploi et participer à la construction de sa nouvelle maison.

"Toutes ces années, j'ai suivi une thérapie et je fais de mon mieux pour me lancer et aller mieux", déclare Harrison. "La maison serait la cerise sur le gâteau. Ça me donnerait un endroit où m'enraciner : quelque chose pour l'avenir de mes enfants et pour que je reste au même endroit pendant plus de deux minutes. Ça a été difficile, mais oui, c'est une opportunité incroyable. On dirait que tout s'est enfin mis en place."

La légende de la photo finale a été corrigée le 13 mars 2023