Petite révolution dans le monde des technologies numériques, l’impression 3D a pris ses marques dans l’industrie depuis déjà trois décennies. Utilisée pour le prototypage, la production de pièces techniques en petites séries ou le design, la fabrication additive recourt à différents procédés et matériaux (plastiques, résines, composites ou encore poudres métalliques). De toutes les techniques existantes, l’impression 3D par filaments fondus représente la plus accessible et surtout une formidable opportunité de recyclage pour les déchets plastiques industriels ou post-consommation.

Ils sont entre quatre ou cinq en France à développer, fabriquer et commercialiser du filament pour l’impression 3D. A première vue, rien de bien révolutionnaire. Pour fabriquer un objet design ou un prototype de pièce technique, il suffit d’une bobine de fil en matériau polymère. Ces matières sont variées selon l’usage que l’on souhaite en faire. Les plus couramment utilisées sont le PLA si l’on veut produire des objets biosourcés ou biodégradables, de l’ABS, du hiPS (PS choc) pour obtenir plus de résistance, ou encore du PET pour gagner en transparence. Si les matières premières classiques inondent le marché, les industriels se tournent aujourd’hui vers des matières plus techniques comme les composites mais aussi vers davantage de polymères régénérés.

A l’instar de Capifil, Innofil 3D, ou bien Arianeplast, Kimya a choisi de miser sur la fabrication et la vente de filaments : parmi les trois procédés existants, la SLS (procédé de frittage de poudre plastique ou métallique) et la SLA (stéréolithographie) qui utilise de la résine liquide, le filament (FDM) reste le plus simple à comprendre et à utiliser pour le grand public comme pour l’industriel. En outre, il est le plus économique et permet à lui seul de proposer des matières premières recyclées. « Dans ce domaine, l’impression 3D semble réconcilier technologie et numérique avec environnement ; la production de petites séries grâce à la fabrication additive favorise la relocalisation et une plus grande réactivité face à la demande ; c’est ce qu’apprécient de plus en plus de nos clients » souligne Pierre Antoine Pluvinage, responsable Développement de la marque de fabrication additive Kimya du groupe ARMOR.

L’histoire a commencé en 2015, alors que Armor, fabricant et collecteur de cartouches pour imprimantes, décide de recycler les flux de cartouches non réutilisables : « en général, sur les flux collectés, nous avions quatre cartouches sur dix réutilisables. Il nous fallait une alternative pour le reste du gisement, explique Pierre-Antoine Pluvinage. Nous avons décidé de recycler nous-mêmes le HIPS de ces cartouches en fabriquant des filaments pour impression 3D. Dans la foulée, nous avons lancé une seconde gamme de filaments à base de PS blanc issu de déchets de fabrication de pots de yaourt ». Vendus sous la marque OWA d’économie circulaire du groupe ARMOR, les filaments à base de plastique recyclé représentent aujourd’hui pour le groupe nantais, 30 % de son offre, du PLA au PS en passant par le PETG. « Nous souhaitons à terme, sur la base d’une tendance lourde, basculer tous les filaments fabriqués en plastique basique vierge, vers de la matière recyclée » indique Pierre-Antoine Pluvinage. Ce n’est pas un hasard si Armor 3D a été soutenu par l’Ademe dans le cadre du dispositif Orplast2 pour encourager l’intégration de plastique recyclé dans l’industrie.

Passer du prototypage aux applications industrielles en utilisant des matières recyclées peut comporter des risques. C’est pourquoi, chez Kimya, on reste vigilant sur les sources d’approvisionnement. Elles doivent être pérennes sur la quantité et la qualité. D’où la tendance à utiliser essentiellement des flux de déchets industriels. « Nous souhaiterions utiliser plus de déchets post-consommation mais la qualité du tri ne nous permet pas d’assurer aujourd’hui, un produit stable. Nous ne faisons pas du filament recyclé pour le recyclage mais bien pour répondre à une demande industrielle », ajoute Pierre-Antoine Pluvinage.

Recycler des bouteilles, des frigos et des planches de bord

D’autres fabricants du secteur ont néanmoins choisi d’en faire leur spécialité. Cela se passe en Hollande, le pays de l’impression 3D. En pointe sur ces technologies, les Pays-Bas misent aussi sur l’aspect écologique de cette innovation. A l’instar de Refil, qui fabrique et vend des filaments essentiellement à base de matière biosourcée ou recyclée. Leur argumentaire commercial est très clair : « ce filament contient des morceaux de frigos, de bouteilles ou de voitures. Il participe au recyclage des déchets qui finiraient sinon pour beaucoup en décharge ou dans la nature ». Refil, fondée par le studio de design Better Future Factory à Rotterdam, a choisi de se consacrer à la production de filaments à base de déchets plastiques. Après plusieurs années de recherche et de test, l’entreprise a lancé tout d’abord sa gamme de filaments en ABS provenant des planches de bord de voitures en fin de vie, puis en PET issu de bouteilles, en PLA provenant de pots de yaourt et enfin en PS choc de réfrigérateurs. Ce dernier est le fruit d’un partenariat hors du commun, celui noué en 2017 avec Coolrec, filiale du groupe flamand Renewi. L’idée : récupérer des plastiques issus du recyclage de réfrigérateurs pour produire des filaments.

Coolrec Plastic traite chaque année un total de 55 000 t/an de plastiques issus de DEEE. Le procédé de recyclage est installé aux Pays-Bas, pour accueillir tous types d’équipements usagés. Fabriquer ce filament recyclé est une chose, permettre un approvisionnement régulier et de qualité est un réel défi. C’est pourquoi, la mise au point de ce produit a pris plusieurs années de développement pour garantir la qualité de ce PS choc (hiPS) 100 % recyclé. Ce granulé hiPS recyclé a été baptisé Coolstar. Il est vendu par ailleurs auprès de compounders, d’extrudeurs, de plasturgistes, et de producteurs d’équipements électrique et électronique. « Nous sommes en contact avec Refil qui nous demande très ponctuellement des granulés pour satisfaire leurs demandes provenant de leur e-boutique. Mais pour l’instant, cela ne représente pas d’importantes quantités. Nous fournissons principalement des granulés. Refil extrude et produit les bobines de fils » explique Ron Cramer, responsable commercial chez Coolrec. Avant d’en arriver là, Coolrec a réalisé plusieurs projets pilotes avec Refil, l’un avec du hiPS recyclé issu de réfrigérateurs, et l’autre avec du rPS noir issu d’écrans de TV. Après plusieurs tests de qualité, les résultats n’ont pas été concluants pour les bobines de fil rPS noir, contrairement au filament en rHIPS.

Malgré des concentrations assez basses de retardateurs de flamme bromés dans le PS de réfrigérateurs, Coolrec réalise des tests sur les fractions entrantes, sortantes après tri, et refus de tri. Depuis septembre dernier, une machine à rayon X vient compléter les dispositifs de contrôle des échantillons en laboratoire : « nous pouvons confirmer que les fractions sortantes, celles qui sont utilisées pour la fabrication des granulés, ont une concentration largement inférieure au seuil de détection, et donc au seuil établi par les règlementations européennes » souligne Ron Cramer. Le filament en PS choc recyclé vendu par Refil est utilisé par les architectes pour leurs maquettes, par les bureaux de design d’objet pour leur prototypes. Mais les deux partenaires souhaitent impliquer davantage les producteurs d’équipements électrique et électronique pour l’impression 3D de leurs pièces détachées.

De l’impression 3D en recyclé pour les pièces détachées

Les déchets techniques ne sont pas non négligés. Nanovia fabrique des filaments biosourcés, à base de PLA et de fibres de lins mais aussi des filaments en composites à base de fibres de carbone et Kevlar. Cette entreprise bretonne, fondée en 2012 par Jacques Pelleter, veut désormais s’attaquer à certains déchets de l’aéronautique. Son dernier projet baptisé FilSlit, a pour objet de valoriser les chutes de découpe industrielle à base de fibres de carbone, en filaments de haute performance. Coût du projet : 80 000 euros financés à 50 % par la région Bretagne. Les chutes de production seront fournies par Omega Systèmes, une société spécialisée dans la découpe de composites. D’ici à deux ans, ces filaments pourraient être utilisés dans la fabrication additive pour l’aéronautique et l’automobile.

Récupérer les déchets diffus

Gobelets, touillettes, pochettes plastiques, …. que faire de ces objets utilisés en entreprise ? Au mieux, ils finissent dans une poubelle de tri ; au pire, ils sont mélangés dans la corbeille de bureau avec d’autres déchets pour terminer en incinération. Pour éviter ce gâchis, la start-up Plast’if redonne vie à ces déchet en passant par l’impression 3D. Née il y a un an, cette toute jeune société a été créée par Cassandra Delage, 25 ans, originaire de Montréal. Constatant qu’en France, le tri des déchets plastiques n’était pas très élevé, surtout en entreprise, elle décide de développer le concept de la fabrication additive au bureau pour recycler in situ ces déchets plastiques. Associant une équipe d’ingénieurs, Plast’if a mis au point un appareil trois-en-un ressemblant presqu’à un distributeur de café. Il détecte la nature de la résine, broie les objets en copeaux et les transforme par impression 3D. Cette machine accueille plusieurs produits (gobelet, barquette de repas, pochette film, objet souple et rigide) et quatre types de résines (PET, PP, PS, PEhd). « Notre objectif est de fabriquer non pas des goodies, mais de nouveaux objets, utiles au bureau, souligne Abdelmalek Habchi, l’un des trois salariés de Plast’if. Le catalogue de l’entreprise propose actuellement une vingtaine d’objets, de la coque de smartphone et du porte-carte au support de souris, en passant par le cale-pied ou des pièces de mobilier à assembler ». A titre d’exemple, une coque de téléphone requiert une dizaine de gobelets à café.

A ce jour, Plast’if a conçu deux machines prototypes pour deux types d’offres : « nous proposons aux professionnels deux options : des événements sur quelques jours pour sensibiliser les collaborateurs. L’objectif est de changer les comportements et de montrer que le plastique peut être une ressource. Nous en avons fait six l’an dernier. Ou des contrats sur le long terme, avec une machine installée en permanence et un contrat d’entretien », indique Abdelmalek Habchi. Aujourd’hui, le tri des résines est réalisé selon la forme et la couleur en partenariat avec Microsoft, mais d’autres techniques par infra-rouge sont à l’étude pour réduire le champs d’erreurs. Actuellement, Plast’if travaille avec une cinquantaine d’entreprises. Une trentaine de machines devraient être fabriquées d’ici à septembre 2019 pour une entrée en matière début 2020. Plast’if restera propriétaire des machines et proposera une prestation incluant service et maintenance. Pour monter en puissance, la start-up cherche aujourd’hui à recruter des profils de développeurs et ingénieurs en impression 3D. « Notre machine, au-delà des objets qu’elle peut créer, est un outil de sensibilisation sur le tri et les déchets en entreprise. De ce fait, nous fédérons les salariés autour d’un enjeu qui concerne tout le monde ».

Pédagogue et fédérateur

Le projet Doudou fédère quant à lui trois régions frontalières : les Hauts-de-France, la Wallonie et la Flandre. Doudou comme « Développement transfrontalier de matériaux innovants OU comment reDOnner de la valeur à Un déchet plastique ». Sa particularité ? Permettre à des déchets plastiques diffus, générés sur un territoire à cheval entre la France et la Belgique de trouver des débouchés grâce à la fabrication additive. Ces flux peuvent être d’origine post-industrielle ou venir de déchets urbains, mais ne sont pas intégrables dans des filières de recyclage traditionnelles. Le projet est porté par l’Ecole nationale supérieure des Mines Télécom de Lille Douai. Il associe trois autres centres de recherche (Certech, Centre technique de la Terre et de la Pierre et Armines) qui disposent de compétences diverses (broyage, compoundage et formulation, caractérisation physico-chimique, structurale, thermomécanique et sensorielle, impression 3D). Doudou est également soutenu par quatre opérateurs associés (pôles de compétitivité et clusters), couvrant l’ensemble de la zone concernée : TEAM2 pour le recyclage et Plastium pour la plasturgie, côté français ; Plastiwin (plasturgie) et Flam3D (fabrication additive) côté belge. L’objectif final est l’identification, dans la zone couverte, de gisements pertinents ainsi que le développement de méthodologies de séparation, broyage, compoundage/formulation. Ce projet vise à redonner à ces matériaux des fonctionnalités et de la valeur économique pour certains marchés de niches. L’autre enjeu porte sur la mise en place d’un réseau transfrontalier de partenaires industriels qui intègrent l’ensemble des filières de collecte, de tri, de recyclage et de compoundage, à travers les PME, TPE et plasturgistes régionaux. Le projet Doudou vient d’être lancé pour une durée de trois ans. Il représente un budget total d’environ un million d’euros, financé à 50 % par le fonds Feder.

Si la fabrication additive permet d’intégrer le recyclage par le biais de ses consommables, elle favorise également l’économie circulaire en touchant d’autres domaines. Dans la maintenance par exemple, l’impression 3D est de plus en plus sollicitée pour réparer et fabriquer de nouvelles pièces qu’on ne peut plus trouver sur le marché. Elle sont ainsi construites sur mesure et en petites quantités. Le réemploi n’est pas oublié puisqu’à travers le reconditionnement d’ordinateurs ou de téléphones mobiles, l’impression 3D favorise le remplacement des pièces défectueuses. Enfin, en amont, la modélisation informatique permet de concevoir des pièces allégées tout en gardant leurs propriétés. La fabrication additive aide ainsi à l’éco-conception de produits, impossibles à réaliser en injection plastique.

L’impression 3D en chiffres :

Le marché mondial atteindrait 13,8 milliards de dollars à fin 2019, contre seulement 4,1 milliards de dollars en 2014. Le segment grand public pèse moins de 5% des dépenses d’impression 3D (à 647 millions de dollars). La fabrication industrielle représente à elle seule plus de la moitié des dépenses mondiales en impression 3D. Dans l’ordre, figurent le secteur des prestations de soins de santé, l’éducation et les services professionnels. Les principaux cas d’usage sont donc l’impression 3D de prototypes, de pièces de rechange et d’autres composants intégrés à de nouveaux produits. Toutefois, c’est l’usage d’une impression 3D de tissus et d’organes (+42,9%), d’une part, et de prothèses dentaires (+33,1%), d’autre part, qui progresserait au rythme le plus élevé d’ici 2022. Sur le plan géographique, les États-Unis (5 milliards de dollars), l’Europe de l’Ouest (3,6) et la Chine (2) dépenseraient le plus dans l’impression 3D en 2019. L’Amérique Latine et la Chine, à nouveau, affichent les taux de croissance annuels moyens les plus élevés (25,3 % et 21,6 % respectivement).

Crédit : Kimya, Nanovia, Refil, Coolrec