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  • Hanaé BRADSHAW

#Cross-Tech: Du professeur Tournesol à la pizza spatiale, le voyage Tech de l’impression 3D

Il n’y a pas que les Simpsons qui ont prédit l’avenir, de nombreux films et œuvres écrites de science-fiction ont exposé des rêves devenus réalité, comme le concept d’impression 3D.



La plupart d’entre nous visualisons la machine 3D qui occupe les fablabs, celle qui imprime des couches successives de dessins en plastique, jusqu’à l’obtention d’une petite figurine de bébé yoda, que l’on pose ensuite sur son bureau. Mais l’impression 3D ne se limite pas à cela et n’est encore moins une idée neuve. C’est en fait depuis l’imaginaire de science-fiction d’il y a plus de 70 ans, que l’idée d’une machine pouvant répliquer des objets a vu le jour. Cette dernière a ensuite parcouru un long chemin et offre aujourd’hui de nouvelles opportunités dans de nombreux domaines.


Il n’y a pas que les Simpsons qui ont prédit l’avenir, de nombreux films et œuvres écrites de science-fiction ont exposé des rêves devenus réalité, comme le concept d’impression 3D. Contrairement à ce que beaucoup d’entre nous pourraient croire, l’idée ne date pas des années 2000, elle est d'abord sortie de la plume de Murray Leinster en 1945, dans sa courte histoire Things Pass By, publié par Thrilling Wonder Stories, un magazine de science-fiction américain. Mais certains se rappelleront probablement mieux de la photocopieuse tridimensionnelle du professeur Tournesol dans la bande dessinée Tintin et le Lac aux requins, des années 1970. Cet “étrange appareil” permettait au professeur de réaliser des duplicatas d’œuvres d'art volées dans de grands musées.


L’invention du professeur Tournesol n’a finalement pas attendu longtemps avant de se concrétiser hors des livres et des bandes-dessinées. C’est en 1971 que le premier concept de machine pouvant imprimer à la demande des petits objets solides voit le jour et est publié dans le brevet numéro US3596285A. La technologie est présentée comme une évolution de l’impression 2D par jet en continue ou continuous inkjet (CIJ) en anglais, où une encre métallique permettait d’imprimer des symboles ensuite détachables de la surface de dépôt. Ces derniers ne mesuraient que de quelques millimètres de hauteur, encore loin de la taille des copies des fameux chapeaux melon des frères Dupondt.


Mais c’est surtout dans les années 1980 et 1990 que le véritable rêve d’impression d’objets de plus grande hauteur se concrétise. Différentes méthodes pour y parvenir sont alors étudiées. D’abord, il y a l’impression couche par couche par stéréolithographie (ou SLA), consistant en la polymérisation UV de plastiques photosensibles pour former des objets, publiée en premier par le chercheur japonais Hideo Kodama (brevet numéro JPS56144478A), puis par des chercheurs français (brevet numéro FR2567668A1) et enfin également par l’américain Charles W. Hull (brevet numéro US4575330A) - c’est d’ailleurs ce dernier brevet qui a donné naissance à l’entreprise leader 3D Systems, géant américain de la fabrication d’imprimantes 3D.

Ensuite, c’est au tour de la méthode par fusion de poudre couche par couche qui est déposée en 1989 par Carl Deckard, de l'université du Texas (brevet numéro US4863538A). Cette dernière appelée technologie de frittage sélectif par laser ou selective laser sintering en anglais (SLS), dirige un laser sur une couche de poudre de métal, céramique ou polymère pour la faire fondre et ainsi former un objet de multiples couches fondues les unes sur les autres.



Enfin, la technologie d’impression 3D qui vous parlera probablement le plus, est l’impression par dépôt de fil fondu ou Fused Deposition modeling (FDM), dont le brevet majeur a été publié en 1992 par Scott Crump, co-fondateur de Stratasys Inc., une autre grande entreprise de machines 3D (brevet numéro US5121329A). Les objets tridimensionnels sont ici produits en déposant des couches de dessins répétées de matériau se solidifiant jusqu'à ce que la forme soit complète. C’est ce type d’imprimante qui trônent dans les fablabs et qui permettent aux “makers” d’imprimer toute sortes de figurines de “geek” en plastique, qu’ils déposent ensuite fièrement à côté de leur clavier d’ordinateur.


C’est ainsi qu’en une dizaine d’années, les trois principales méthodes d’impression 3D furent lancées. Mais il a fallu attendre l’expiration récente de ces brevets fondamentaux cité ci-avant pour enclencher le boom de nouvelles imprimantes et l’intérêt pour ces technologies que nous connaissons actuellement ! Et le plus intéressant dans cette histoire est l’incroyable traversée des secteurs qu’à parcourue cette technologie, depuis ce boom dans les années 2000, notamment grâce à l’évolution vers une machinerie toujours plus précise, des logiciels CAO plus puissants et l’apparition de nouveaux matériaux imprimables.


Le secteur médical à été l’un des premier à s’emparer de cette technologie. Couplé à l’imagerie médicale, l’impression 3D a notamment permis aux médecins de concevoir et produire des prothèses uniques et adaptées à chaque patient, à un coût bien moins élevé que les techniques traditionnelles de fabrication. Mais la fusion la plus impressionnante de la technologie avec le domaine médical est probablement la bio-impression : remplacer les matières inertes traditionnellement employées en impression 3D par des matières vivantes, à permis à la startup française Poïetis d’imprimer des morceaux de peau humaine avec 5 types de cellules. Ces échantillons sont destinés à la recherche pré-clinique en pharmacie et cosmétique. La bio-impression est en plein essor et à aussi permis l’exploit très récent de l’impression du premier cœur artificiel à partir de cellules humaines en 2019 (Nadav Noor et al. (2019) : 3D Printing of Personalized Thick and Perfusable Cardiac Patches and Hearts; Advanced Science, Vol. 6, Issue 11).


Conçu d’abord pour l’impression de petits objets, l’impression 3D est maintenant ouverte aussi à des échelles bien plus grandes, comme l’avait imaginé Murray Leinster en 1945 dans son récit Things Pass By. En 2004, le professeur Behrokh Khoshnevis de l’Université de la Caroline du Sud imprime en 3D le premier mur en matériau ressemblant à du béton, par la même technologie que l’impression 3D FDM. Actuellement, l’impression 3D de béton est encore au stade expérimental, mais représente un terrain prometteur pour la construction rapide de logements après d’éventuelles catastrophes naturelles. Un exemple fini de projet expérimental d’impression de logement est celui réalisé à Moscou par le fabricant d’imprimante 3D de béton Apis Cor. Ce dernier a imprimé en 3D une maison entière en 24h seulement !


Et pour aller encore plus loin, BeeHex, une entreprise dérivée de la NASA, conçoit une imprimante 3D alimentaire pour les astronautes en longues missions dans l’espace, notamment les missions à venir vers Mars (brevet numéro US10349663B2). L’entreprise travaille depuis 2016 sur un système permettant de déshydrater des plantes et des viandes de culture pour en faire des aliments en poudre, lesquels sont ensuite stockés dans des cartouches hermétiques pour prolonger leur durée de conservation (cinq ans et plus), et peuvent ensuite être utilisés par l’imprimante pour fabriquer des plats imprimés en cas de besoin. De quoi imaginer toutes sortes de pizzas spatiales possibles, bien plus étranges que la pizza hawaïenne, et ainsi agacer davantage les Italiens...


L’impression 3D progresse sans cesse, tout comme ses usages, et de nouveaux matériaux d’impression 3D sont testés chaque jour. Mais qu’y aura-t-il après l’impression 3D ? L’impression 4D ?? Et oui, on en parle déjà ! L’impression 4D peut se définir comme de l’impression 3D capable de se transformer au fil du temps, ce dernier étant la quatrième dimension de l’équation. L’objet imprimé peut ainsi modifier lui-même sa structure et changer de forme avec l’impulsion d’une énergie extérieure comme la température, la lumière ou d’autres stimuli environnementaux. Des chercheurs de l'Institut Wyss de l'université de Harvard ont par exemple imprimé une forme en fibre de cellulose qui se transforme en nénuphar en présence d'eau (4D-printed structure changes shape when placed in water, The Harvard Gazette 2016).


Bio-impression, construction d’habitations en 24h, pizza sans chef et impression de structures intelligentes, cette technologie de fabrication additive est aujourd’hui en plein essor et peut être déclinée pour de nombreuses applications destinées à des secteurs très divers. Il suffit d’un petit changement dans la machinerie ou qu’un nouveau matériau à imprimer soit synthétisé pour élargir encore davantage les champs de possibilité de cette technologie ! Jusqu’où ira-t-elle ?



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