[Naval] Des imprimantes 3D embarquées à bord des cargos de marchandise

Il est de plus en plus courant de voir des machines d’impression 3D embarquées à bord d’engin pour de la réparation de pièces « en temps réel ». L’US Navy utilise déjà cette technologie afin de produire rapidement des petites pièces d’usure à bord des navires, et la NASA a envoyé des imprimantes 3D à bord de vaisseaux afin que les équipages puissent imprimer les équipements dont ils avaient besoin. Comme nous allons le voir, cette méthode de maintenance se démocratise et permet de diminuer les coûts divers liés à la maintenance des navires de marchandises.

Le MV MAERSK Mc Kinney Møller, le plus grand porte container du monde (2013)

Réagir face aux dysfonctionnements des équipements est un travail de tous les jours pour l’équipage à bord des cargos de marchandise. 

Lorsqu’une machine tombe en panne, s’il n’y a pas de pièces de rechange à bord du cargo, la réparation s’avère très coûteuse. En effet les cargos et tankers n’ont accès qu’aux très grands ports de commerce compte tenue de leur taille et de la dangerosité des produits qu'ils peuvent transporter. 

Ainsi lorsqu’une panne survient il est souvent nécessaire d’affréter un petit navire afin que des membres de l’équipe puissent récupérer les pièces à terre, pièces qui avaient été préalablement livrées par avion au port le plus proche. Cela entraîne donc des opérations très compliquées d’un point de vue logistique, mais aussi coûteuses en heures de main d’œuvre et en empreinte carbone.

C’est dans une optique d’amélioration et d'innovation que des sociétés de tankers telle que MAERSK se sont dotées aujourd’hui de machines d’impression 3D qu’elles installent à bord des cargos. Ainsi, l’équipe technique à bord n’a qu’à faire la demande des plans 3D aux équipes de maintenance à terre et imprimer les pièces directement sur le bateau, comme on peut le voir sur la vidéo suivante :

Les machines actuellement embarquées à bord sont principalement des imprimantes 3D pour des pièces plastiques, compte tenu des coûts d’achat encore importants des machines d’impression métal. 

Pour cette raison, les pièces de réparation imprimées à bord sont généralement provisoires, en attendant de pouvoir être remplacées par des pièces définitives lors d’une escale du bateau. Si c’est pièces imprimées sont temporaires elles permettent tout de même de réduire drastiquement les coûts financiers et écologiques liés aux manœuvres de maintenance. 

De plus avec la démocratisation et la baisse des prix des machines d’impression métal, les cargos pourront progressivement s’équiper afin de pouvoir imprimer des pièces de maintenance définitives. 

[Naval] La fabrication additive à la rescousse des fonds marins.

La désertification, disparition des espèces animales et végétales, est un phénomène dramatique qui touche toutes les mers du globe. Les océans, et notamment les récifs coralliens, sont très durement touchés par ce phénomène aux causes multiples : pollution des eaux, réchauffement des océans, acidification de l’eau, surpêche, etc.

Pour endiguer cette raréfaction de la faune et de la flore aquatique, un ingénieur italien, Enrico Dini a eu l'idée, en association avec une équipe de chercheurs, d'imprimer en 3D des récifs coralliens afin d'offrir un habitat "naturel" aux espèces aquatiques. 

Un bloc de récif corallien d'environ 1m³ imprimé en 3D 

Alors oui, l’idée n’est pas nouvelle et il est courant de voir au fond des océans de grands blocs de bétons posés ici ou là afin de servir d’abri pour la faune et la flore locales. Cependant, ces blocs sont de géométries très voire trop simples, ce qui limite l'implantation des êtres vivants. En effet, les animaux marins sont très friands de cavités, de creux dans lesquels s’installer, ce que ne permettent pas les techniques habituelles de fabrication de pièce en béton. 

Ces nouveaux blocs de récifs, designés par un biologiste marin, s’intègrent beaucoup mieux dans le milieu marin en raison de leurs formes beaucoup plus complexes et de leurs structures « poreuses », permises par l’utilisation de l’impression 3D. En effet, l’impression 3D excelle dans la fabrication de pièces complexes aux structures torturées et organiques.

Blocs de récif artificiel usinés de manière traditionnelle

Bloc de récif artificiel imprimé en 3D

Pour fabriquer ces blocs, Enrico Dini a utilisé une D-Shape, une imprimante capable d’imprimer des objets de très grandes tailles (jusqu’à 6 mètres cube) à partir de minéraux et de liant. Ainsi, pour ne pas perturber l’écosystème dans lequel vont être implanter ces blocs imprimés, ceux-ci sont produits à base de sable provenant du lieu d’implantation et lié avec un produit à base d’algues.

Des structures de ce genre ont déjà été implantées avec succès dans certaines zones côtières de Grande-Bretagne et du Moyen-Orient lors de programmes pilotes. Pour les experts de la faune marine, il s’agit d’une innovation porteuse d’espoir dans la lutte face à la désertification des fonds marins, comme le montre ce petit reportage d'Arte :  

[Naval] Rétroconception dans le domaine Maritime

Le principe de rétroconception (ou reverse engineering) est utilisé dans de nombreux domaines afin de récupérer des fichiers CAO en scannant une pièce ou un assemblage. Ce concept repose sur l’analyse d’un nuage de points issu de la surface d’un objet scanné numériquement ou palpé mécaniquement. Ce nuage de points est ensuite traité par un logiciel de rétroconception, tel que Geomagic DesignX, afin de recréer les surfaces de l’objet et obtenir un modèle 3D de l’objet en CAO.

Aujourd’hui le domaine du Naval utilise ce concept pour diverses applications comme la reproduction de plans de constructions perdus ou détruits, la réparation rapide de pièces ou encore la création de nouvelles pièces. La conception navale a donc aujourd’hui beaucoup évolué comme nous allons le voir avec cette étude de cas :

L’entrée dans l’âge numérique du Schooner Zodiac pour son 90^ème anniversaire

Le SchoonerZodiac est un ancien bateau de pêche américain long de 127 pieds. Construit en 1924 il est aujourd’hui utilisé pour des croisières au large de Vancouver. C’est au cours d’une de ces croisières en 2012 qu’un ingénieur américain, Christian Stark, en discutant avec l’équipage remarque que le bateau ne vire pas de la même manière à bâbord et à tribord. 

Il entreprend alors de découvrir la cause de ce problème mais apprend que les plans de construction du bateau ont brûlé il y a longtemps et que les seuls plans disponibles sont ceux fournis par les gardes côtes. 

Ces plans ne montrent alors aucune différence de conception entre les deux côtés de la coque du bateau. Comme le hasard fait bien les choses, un autre ingénieur présent sur le bateau travaille comme expert en scan 3D et ils entreprennent alors ensemble un projet de reproduction des plans 2D du bateau. 

En 2013 le bateau est alors intégralement scanné (coque extérieure et intérieure) sur l’eau mais aussi en cale sèche. À partir de ce fichier de plus de 2 milliards de points, Christian Stark entreprend de réaliser un fichier CAO du navire : Avec l’aide du logiciel Geomagic Design X, il parvient à nettoyer et assembler le fichier pour obtenir un fichier de seulement 26 millions de points 3D mais aussi à supprimer les anomalies, mailler les différences parties et ainsi obtenir un modèle 3D des surfaces composant le Schooner Zodiac. 

Bien entendu avec près de 90 ans passés sur l’eau, la coque du bateau n’a plus exactement sa forme initiale, et de nombreux réajustement doivent être fait afin d’obtenir des plans 2D qui soient le plus proches possibles de ce à quoi ils devaient ressembler à l’époque. L’ingénieur a d’ailleurs remarqué un retrait de plus de 7cm de la coque à babord expliquant ainsi l’anomalie qui avait attiré son attention en premier lieu.

L’objectif de ce projet était la réimpression de plans 2D du bateau, mais Christian Stark a reconnu avoir obtenu quelque chose de bien mieux : un modèle 3D du navire entier. Ces données peuvent alors être utilisées pour déterminer précisément les déplacements de la coque sous diverses contraintes mais aussi pour élaborer des plans de remodélisation de l’intérieur et l’extérieur du navire, ou encore utiliser ce fichier 3D à des fins éducatives ou promotionnelles.