L’impression 3D, technologie qui se démocratise, consiste à produire des objets par dépôt de couches de matière successives. Il existe aujourd’hui de nombreuses techniques et plus de 80 modèles de machines industrielles d’impression 3D. Elles trouvent actuellement leurs applications dans de nombreux secteurs de notre économie, de l’éducation à la production industrielle en passant par la Recherche & Développement. Longtemps cantonnée au prototypage, la fabrication additive est en effet devenue une technologie capable de produire des pièces mécaniques fonctionnelles et performantes, adaptées à des besoins industriels complexes et exigeants. L’industriel allemand vient d’en faire la preuve en annonçant l’intégration d’une pièce imprimée en 3D dans une centrale nucléaire de Slovénie. Explications.

Produire en 3D une pièce obsolète

Dans un rapport publié en mars 2016, le CESE (Conseil économique, social et environnemental) se dit convaincu que « l’impression 3D est l’une des technologies liées au numérique susceptibles de transformer profondément les modes de production et les modèles économiques actuels ». Si elles n’ont pas encore complètement révolutionné l’industrie, les techniques de fabrication additive offrent pourtant de nouvelles opportunités aux acteurs industriels majeurs. C’est du moins ce que vient de prouver Siemens en produisant et en intégrant une pièce métallique imprimée en 3D au cœur de la centrale nucléaire de Krško en Slovénie.

La pièce en question est une turbine métallique de 108 millimètres de diamètre, destinée à assurer le bon fonctionnement des pompes à eau qui composent le système de protection contre les incendies. La pièce d’origine était en place depuis l’assemblage de la centrale nucléaire en 1981. Le fabricant initial de cette petite turbine ayant cessé toute activité, Siemens s’est trouvé dans l’impossibilité de faire fabriquer une turbine métallique neuve.

C’est alors que Siemens a eu l’idée de se tourner vers les techniques d’impression 3D pour produire une pièce neuve. Les experts du géant de l’électronique ont dans un premier temps construit un jumeau numérique de la pièce à dupliquer. Ce modèle numérique a ensuite été transmis aux équipes de Siemens de Finspång, en Suède, qui se sont attelés à la fabrication de la pièce grâce à leur processus avancé de fabrication additive.

Un défi face aux exigences du secteur nucléaire

La centrale de Krško, qui répond à plus de 25% des besoins énergétiques de la Slovénie, a été classée parmi les meilleures centrales nucléaires européennes en termes de sûreté par le Groupement européen des autorités de sûreté nucléaire (ENSREG). Cet organisme a établi son classement en utilisant des critères stricts, définis après l’accident de Fukushima. La nouvelle turbine métallique devait à ce titre se montrer irréprochable dans sa constitution.

Avant d’être intégrée dans les circuits de la centrale, la pièce a donc subi une batterie complète de tests afin de démontrer qu’elle répondait aux exigences élevées de qualité et de sûreté que requièrent les installations nucléaires. En plus des essais menés en laboratoire pendant plusieurs mois par Siemens, la turbine métallique de 108 millimètres de diamètre a été confiée à un institut indépendant. Les scanners réalisés ont démontré que les propriétés de la pièce imprimée étaient supérieures à celle de la pièce d’origine.

« Suite à l’intégration de l’impression 3D dans le cadre de son portefeuille de services numériques, Siemens a réalisé une percée industrielle avec la première installation commerciale réussie et la poursuite du fonctionnement sécurisé d’une pièce imprimée en 3D dans une centrale nucléaire. En raison des exigences strictes en matière de sécurité et de fiabilité dans le secteur nucléaire, l’obtention de cette qualification est une réalisation importante », s’est félicité Siemens dans un communiqué de presse.

Cette nouvelle étape que vient de franchir Siemens est le fruit de nombreuses années de travail. Le groupe industriel allemand gère depuis 2009 une installation de fabrication additive ultramoderne à Finspång, dans le sud-est de la Suède. Cette installation est notamment utilisée pour la réparation des becs de brûleur pour les turbines à gaz de taille moyenne ainsi que pour la fabrication de petits mélangeurs de combustible.

Avant de produire la première pièce imprimée en 3D utilisée dans une centrale nucléaire, Siemens a mis en service le premier composant de brûleur imprimé en 3D pour une turbine à gaz de grande puissance. L’installation a eu lieu dans la centrale de Brno, en République Tchèque, en juin 2016.