Fabrication additive : Vers des équipements intensifiés compétitifs grâce à l'impression 3D ?

« Il s'agit d'un modèle de programme d'innovation collaborative associant grands groupes, PME et acteurs académiques ». C'est en ces termes que Bruno Leprince-Ringuet, directeur R&D Europe d'Air Liquide décrit le projet FAIR (pour Fabrication additive pour intensification de réacteurs). Initié en 2016, ce programme a pour ambition de développer des réacteurs-échangeurs intensifiés compétitifs pour l'industrie. Co-labellisé par les pôles de compétitivité Axelera et Astech, FAIR est porté par un consortium public-privé composé de 4 acteurs industriels (Air Liquide, Adisseo, Auer et Poly-Shape) et des laboratoires académiques du CNRS (SPCTS de Limoges, Cirimat de Toulouse, IJL et LRGP de Nancy) et de l'École nationale supérieure des Arts et Métiers (PIMM, Dynfluid). 35 millions d'euros doivent être investis dans le cadre du projet sur quatre ans, dont 10,5 M€ financés par Bpifrance.

L'histoire de ce projet commence en 2013 au sein de la R&D d'Air Liquide, lorsque les équipes travaillaient sur l'intensification de réacteurs de réformage du méthane pour la production d'hydrogène. « Nous cherchions un moyen de fabriquer les pièces internes d'un coeur de réacteur, qui sont complexes à produire par les méthodes traditionnelles », se souvient Bruno Leprince-Ringuet. Avant de poursuivre : « Un de nos chercheurs a eu l'idée d'utiliser la fabrication additive pour fabriquer ces pièces, étant en relation avec Poly-Shape, spécialiste de l'impression 3D à partir de poudres métalliques. Nous nous sommes alors rapprochés de cette PME pour développer les réacteurs de demain ». Une initiative qui n'a pas tardé à intéresser des industriels d'autres secteurs qui ont rapidement rejoint le projet : Auer et Adisseo.

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Base 100 en 2015

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Un travail sur trois axes d'applications

Le projet FAIR va s'attacher à étudier les aspects de conception, de fabrication, de fonctionnalisation et d'intégration de ces nouveaux équipements intensifiés pour trois usages : la mobilité hydrogène (portée par Air Liquide) ; la micro-cogénération (Auer) ; et la production de méthionine pour l'alimentation animale (Adisseo). « En ce qui concerne l'axe de la mobilité, nous avons l'objectif de concevoir des réacteurs, en vue d'une production d'hydrogène de façon délocalisée, par exemple dans des stations-services à partir de biogaz disponible via le réseau de gaz naturel », explique Bruno Leprince-Ringuet. Avant de compléter : « Pour ce qui est des autres applications, le but est de développer des équipements intensifiés pour le transfert thermique ». Les livrables issus du projet FAIR devront répondre aux exigences des industriels en matière de compétitivité (investissement réduit, moindre consommation d'énergie), de sécurité et de compacité. « Pour y parvenir, le projet s'appuie sur des compétences entre les différents partenaires très complémentaires. En ce qui concerne l'usage pour la mobilité hydrogène par exemple, Air Liquide a de l'expérience sur la conception de réacteurs chimiques, tandis que Poly-Shape est experte dans l'impression 3D de matériaux à partir de poudres métalliques », souligne Bruno Leprince-Ringuet. Avant de compléter : « Ce travail collaboratif va permettre de réduire le "time to market" des livrables. Nous espérons être en mesure de livrer les premiers équipements sur un horizon de 3 à 5 ans, ce qui nous aidera à proposer une mobilité hydrogène à un coût au plus près de la mobilité actuelle ».

Structurer une filière au niveau national

Outre la livraison des équipements intensifiés en elle-même, le projet FAIR va contribuer au renouveau industriel de la France, en faisant émerger la filière industrielle de la fabrication additive. « L'idée est de développer les marchés en aval de cette industrie de l'impression 3D en plein essor », précise Bruno Leprince-Ringuet. Avant d'ajouter : « Selon les développements du projet, FAIR pourrait être soutenu pour cinq années supplémentaires, soit jusqu'en 2023 ». En effet, la fabrication additive pourrait servir à produire à moindre coût des équipements complexes plus performants pour d'autres secteurs industriels, comme la pétrochimie, l'aéronautique, (ou encore l'automobile). Le programme FAIR illustre l'engagement du groupe Air Liquide vis-à-vis de l'open-innovation, comme le détaille Bruno Leprince-Ringuet : « Nous avons une stratégie d'ouverture en ce qui concerne l'écosystème d'innovation. Environ 60 % de nos projets de R&D sont collaboratifs. Ils portent principalement sur trois axes : la transition énergétique et l'environnement ; la transformation digitale et l'industrie du futur ; enfin la santé (à l'hôpital, à domicile, etc.) ». En ce qui concerne les collaborations, Air Liquide a d'ores et déjà initié d'autres projets avec Poly-Shape. « En parallèle du projet FAIR, nous avons renforcé notre collaboration avec notre partenaire. Nous travaillons notamment sur les phénomènes d'interactions entre les poudres métalliques et des gaz comme l'argon », indique le directeur R&D Europe d'Air Liquide. Le spécialiste des gaz industriels explore depuis 2013 l'innovation de rupture en s'intéressant de plus près aux nouveaux usages via sa structure i-Lab, et en cherchant des applications inédites de ses Petites Molécules Essentielles (O2, N2 H2, CO2, etc.) grâce à sa communauté scientifiques m-lab. Il accompagne également financièrement les développements de sociétés innovantes par l'intermédiaire de son fonds de capital-investissement ALIAD créé en 2013.

La R&D d'Air LIQUIDE EN CHIFFRES

PLUS DE 1000 CHERCHEURS EMPLOYÉS 9 sites de R&D en France (Les Loges-en-Josas, Antony et Castres), en Allemagne (Francfort et Norderstedt), États-Unis (Newark), Chine (Shanghai), Japon (Tsukuba) et Corée du sud (SéouL) 100 PARTENAIRES INDUSTRIELS 125 partenaires académiques 300 BREVETS PAR AN

LE PROJET FAIR EN BREF

Début du projet : 1er janvier 2016 Budget : assiette de 35 millions d'euros sur 4 ans financés à hauteur de 10,5 M€ par Bpifrance Membres du consortium : chef de file : Air Liquide industriels : Air Liquide, Auer, Adisseo, Poly-Shape académiques : CNRS : Laboratoire de sciences des procédés céramiques et traitement de surface (SPCTS) de Limoges, Cirimat de Toulouse, Institut Jean Lamour et Laboratoire Réactions et Génie des Procédés (LRGP) de Nancy École nationale supérieure des Arts et Métiers : laboratoire Procédés et ingénierie en mécanique des matériaux (PIMM), laboratoire de dynamique des fluides (Dynfluid) Pôles d'appartenance : Axelera et Astech