Identification des contributeurs aux impacts environnementaux liés à la mise en usage des technologies de Fabrication Additive

Identification of the environmental impacts contributors related to the use of Additive Manufacturing technologies

• Auteur / Autrice : Kléber Da Silva Barros
• Direction : Peggy Zwolinski
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel : conception et production
• Date : Soutenance le 18/09/2017
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Benoît Eynard
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Peggy Zwolinski, Yann Leroy
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Pascal Mognol, Bertrand Rose

Mots clés

Mots clés contrôlés

Technologie appropriée

Procédés de fabrication

Prototypage rapide

Analyse du cycle de vie

Mots clés libres

Fabrication Additive

Impacts Environnementaux

Analyse du Cycle de Vie

Additive Manufacturing

Environmental Impacts

Life Cycle Assessment

Résumé

La prise en compte des impacts environnementaux liés à la Fabrication Additive (FA) est un sujet encore en développement et loin d'être consolidé. Cette thèse tente de répondre à la question suivante: Comment identifier et maîtriser les impacts environnementaux liés à la mise en usage des technologies de Fabrication Additive ?Une approche centrée sur l’analyse de scénarios d’usages a été appliquée. Trois scénarios ont été identifiés et étudiés: 1) La Fabrication Personnelle; 2) l’Utilisation commerciale de la FA et 3) l’Utilisation Industrielle de la FA. L'analyse de la littérature et l’application de la méthode d’Analyse du Cycle de Vie – ACV ont fourni les données nécessaires afin d’identifier les différents hotspots environnementaux dans chaque scénario.Pour le cas de la « Fabrication Personnelle », l'étude souligne l'importance de mettre en évidence les aspects humains. La façon dont les gens utilisent la technologie génère bien souvent plus d’impact que la technologie elle-même. Pour le cas du scénario «Utilisation Commerciale», c’est la phase de production qui génère le plus d'impacts environnementaux, en raison de la consommation d’énergie du processus d'impression. Les résultats du scénario « Utilisation Industriel», avec l’utilisation de la technologie EBM, indiquent que la consommation d’énergie du processus d'impression, la fabrication de poudre, ainsi que les processus de Finition sont les principales sources d’impacts.Les résultats des trois études ont été analysés et rassemblés de manière à concevoir un cadre systémique montrant les contributeurs aux impacts dans le cas de la mise en usage de technologies de FA. Quatre groupes de contributeurs ont ainsi été identifiés en lien avec: le produit, le processus d'impression (aspects techniques), et le niveau d'expérience de l'utilisateur en matière de CAO et d'impression (aspects humains). Pour chaque groupe, plusieurs contributeurs ont été associés (consommation d’énergie, masse du produit, temps d’usage de la CAO,…). A partir de ce cadre, nous avons pu construire un modèle simplifié pour l’ACV adapté au cas de la mise en usage de la FA. Il a donné lieu à l’élaboration d’un démonstrateur pour estimer les impacts environnementaux liés à la mise en usage de la fabrication additive.

The subject of the environmental impacts related to Additive Manufacturing is evolving and far from being consolidated. This thesis tries to answer the following question: How to identify and control the environmental impacts associated to the use of Additive Manufacturing technologies? An approach centred on scenarios was applied. Three specific scenarios were identified and studied: 1) Personal Fabrication; 2) Business use of AM and 3) Industrial use of AM. Literature analysis and the use of the Life Cycle Assessment-LCA approach provided accurate data to identify the different hotspots of environmental impacts in each scenario.In the Personal Fabrication case, the study highlights the importance of placing a greater focus on the Human aspects. The way people use the technology often generates more impacts than the technology itself. In the ‘Business’ scenario the findings show that the energy consumed in Production phase is the most representative phase in terms of environmental impacts. Results from the ‘Industrial’ scenario using EBM technology suggests that the energy consumption of the Printing Process, the powder manufacturing, as well as the Post-treatment process are the main sources of the environmental impacts.The results of the three studies were analysed and gathered in such a way to design a systemic framework of impacts in the case of AM use. Four group of impacts drivers are recognised: The product and the Printing Process (Technical aspects) and the User’s level of experience in CAD and Printing (Human Aspects). For each group, several impact contributors are identified (product height, CAD use time, etc.). From this framework, an adapted LCA model was designed and a software concept was created to estimate the environmental impacts related to use of AM technologies.