L'impression 3D et l'impact environnemental de la fabrication

Le changement climatique est une réalité et continue d'être un sujet brûlant dans la recherche, les politiques publiques et le dialogue culturel. Ce qui était autrefois inconcevable - que l'activité humaine puisse avoir un impact sur un élément aussi infiniment vaste que la planète Terre elle-même - est aujourd'hui considéré comme un fait scientifique.

L'impact environnemental de la fabrication joue un rôle important dans le changement climatique. Non seulement par l'énergie consommée au moment de la production, mais aussi par l'énergie de transport utilisée pour acheminer les fournitures et les pièces à différents points de la chaîne d'approvisionnement. En conséquence, un nombre croissant d'organisations et de consommateurs accordent la priorité à des pratiques commerciales durables et respectueuses de l'environnement.

Lisez cet article pour avoir un aperçu contextuel du changement climatique, pourquoi les entreprises bénéficient de pratiques respectueuses de l'environnement, comment l'impression 3D de plus de pièces réduit considérablement les émissions de carbone, et comment deux organisations utilisent les imprimantes 3D Markforged pour construire un avenir plus durable.

Les conséquences du changement climatique causé par les émissions massives de carbone sont bien documentées. Les températures moyennes augmentent lentement mais régulièrement ; les conditions météorologiques deviennent plus extrêmes, avec des sécheresses plus prononcées et des tempêtes plus violentes. Le réchauffement climatique fait également fondre plus de glaciers que jamais, ce qui contribue à l'élévation du niveau des mers. Les ramifications écologiques du changement climatique comprennent la destruction d'écosystèmes et d'habitats fragiles : elles menacent la survie d'innombrables espèces d'organismes vivants et la biodiversité globale de la planète sur le long terme.

Cela se traduit par des conséquences anthropologiques. Les conditions météorologiques extrêmes et les sécheresses peuvent nuire au rendement des cultures et menacer l'approvisionnement alimentaire dans le monde entier. Les fortes tempêtes peuvent entraîner des pertes matérielles et humaines. L'élévation du niveau de la mer réduit également la superficie des terres habitables : les experts prévoient que les inondations côtières deviendront un problème grave dans les années 2030, qui pourrait entraîner le déplacement des communautés côtières et la surpopulation qui en découle.

L'impact environnemental de la fabrication. Les usines consomment beaucoup d'énergie. L'ingénierie, la production de biens et le transport de pièces à travers les chaînes d'approvisionnement représentent une part substantielle des émissions contribuant au changement climatique.

Mais quel est l'intérêt pour l'entreprise ? Les entreprises reconnaissent de plus en plus que l'adoption de pratiques respectueuses de l'environnement leur apporte des avantages tangibles.

En réduisant les déchets et la consommation d'énergie, les processus de fabrication durables améliorent l'efficacité opérationnelle tout en facilitant le respect des réglementations. Les pratiques commerciales durables deviennent également la norme. Comme le soulignait déjà la Harvard Business Review en 2016, des études ont montré que les consommateurs sont davantage disposés à payer des prix plus élevés pour des produits fabriqués de manière durable et qu'ils sont plus susceptibles d'être fidèles à une marque. Les recherches de Deloitte ont révélé que les investisseurs, les partenaires de la chaîne d'approvisionnement et les employés favorisent également les organisations soucieuses de l'environnement - avec plus de la moitié des 750 cadres déclarant en 2021 que "leurs initiatives en matière de durabilité environnementale ont stimulé de manière mesurable la performance financière de leur entreprise"

La réponse est simplement oui - l'un des principaux moyens pour les fabricants d'avoir un impact moins nocif sur l'environnement est la fabrication additive de tous les composants qu'ils peuvent. Les chaînes d'approvisionnement conventionnelles ont une énorme empreinte carbone en raison des ponts logistiques gourmands en combustibles fossiles.

L'impression 3D permet de réduire l'empreinte carbone de différentes manières :

• Moins de gaspillage d'énergie et de matériaux. Le processus de fabrication additive en lui-même a une empreinte carbone bien plus faible que les processus soustractifs. La fabrication additive permet de réduire considérablement les déchets : les formes des pièces fabriquées ne sont pas obtenues par la réduction des matériaux, les structures de remplissage creuses permettent de réduire encore plus les matériaux tout en préservant les performances, et les fabricants ne peuvent produire que ce dont ils ont besoin.

• Pas de chaînes d'approvisionnement à forte intensité de carbone. Si l'on considère uniquement la fabrication, l'empreinte carbone de la fabrication soustractive est nettement plus élevée que celle de la fabrication additive. Cependant, l'empreinte carbone négative substantielle de la fabrication traditionnelle est aggravée par les activités de la chaîne d'approvisionnement que ces processus nécessitent pour livrer le produit au plus proche du besoin. Après la production de biens, le transport et la logistique nécessaires en aval produisent une empreinte carbone bien plus élevée que ce que la fabrication elle-même produit. En permettant une fabrication polyvalente à partir du besoin, l'impression 3D élimine la nécessité de ces multiples étapes à forte intensité de carbone, tout en améliorant l'efficacité opérationnelle.

Greentown Labs , situé à Somerville (MA), est le plus grand incubateur de technologies climatiques d'Amérique du Nord. Il s'agit d'une communauté d'innovateurs qui s'efforcent de changer la façon dont le monde s'alimente en énergie. Sweetgreen, Form Energy, Via Seaparations et Zwitterco figurent parmi les exemples de réussite de Greentown Labs. La prochaine startup positionnée pour changer notre façon de faire est Transaera. Start-up issue du MIT, Transaera se consacre à la construction de systèmes de climatisation respectueux de l'environnement, économes en énergie et abordables.

La climatisation, en particulier, est un facteur important du changement climatique. Dans la plupart des foyer, la climatisation est la principale source de consommation en électricité et produit donc le plus d'émissions de carbone. Selon Ross Bonner, directeur technique de Transaera, l'utilisation du courant alternatif représente 4 % des émissions mondiales de carbone, soit deux fois plus que l'industrie aéronautique, qui en représente 2 %. Compte tenu de l'ampleur de l'utilisation des climatiseurs dans le monde, même une amélioration modérée de l'efficacité des climatiseurs et la réduction des déchets peut entraîner une amélioration substantielle de l'empreinte carbone mondiale. Jusqu'à récemment, le fonctionnement des climatiseurs n'avait pas beaucoup changé depuis leur invention au début des années 1900. Toutefois, l'utilisation d'un nouveau matériau capable de capter l'humidité - un type de structure organique métallique (MOF) - permet aux systèmes de climatisation de Transaera de refroidir l'air de manière plus efficace.

Pour M. Bonner, l'accès aux imprimantes 3D Markforged est l'un des principaux avantages de travailler dans les locaux de Greentown Labs : "Lorsque l'on essaie de changer la donne pour une technologie, il y a beaucoup d'obstacles techniques à surmonter. Le moyen de les surmonter est de procéder à des itérations constantes, de tester des choses, d'apprendre des choses, d'essayer autre chose et d’améliorer."

Par rapport à la fabrication traditionnelle, la fabrication additive consomme beaucoup moins de matière pendant la fabrication, car la forme de la pièce n'est pas obtenue par réduction. Même par rapport à d'autres imprimantes 3D, M. Bonner affirme que celle de Markforged aide Transaera à fabriquer ses prototypes de manière plus durable, avec moins de déchets :

Vestas est un leader mondial de l'énergie éolienne basé au Danemark. Elle conçoit, fabrique, installe et entretient les éoliennes. Vestas est le plus grand fabricant de turbines éoliennes au monde, avec des turbines installées dans plus de 86 pays.

Parmi les 100 entreprises les plus durables, Vestas a été classée première dans certains critères tels que la productivité du carbone, les revenus propres et les investissements propres.

L'entreprise utilise la fabrication additive à des fins de durabilité dans le cadre de son objectif de décarbonisation nette zéro d'ici à 2030, et prévoit de produire des éoliennes sans aucun déchet d'ici à 2040.

En mettant en œuvre son programme de fabrication numérique directe (DDM) et en stockant plus de 2 000 fichiers de pièces numériques dans le cloud, les spécialistes de Vestas seront en mesure d'imprimer des outils de maintenance critiques, des prototypes de pièces de turbines et des composants de turbines à l'endroit précis où ils en ont besoin, où qu'ils se trouvent dans le monde.

L'utilisation de la Digital Forge améliore encore l'empreinte carbone de Vestas en réduisant considérablement le recours au transport maritime et au fret dans ses chaînes d'approvisionnement : la logistique étant, dans toutes les activités de fabrication, responsable de la majorité des émissions de carbone.