Le verre recyclé : de multiples applications en fabrication additive

Bien qu’elle soit encore peu répandue, la fabrication additive de verre semble sortir progressivement du laboratoire, avec des procédés innovants et des machines à usage commercial.

Maple Glass Printing, fondée en 2017, en est le parfait exemple. Cette start-up australienne a ainsi mis au point un procédé d’extrusion du verre permettant aussi bien de réaliser des œuvres d’art ou d’architecture que des instruments de laboratoire.

Il faut savoir que la fabrication d’objets en verre « complexes » par des moyens traditionnels est peu accessible. D’un côté, les méthodes artisanales nécessitent de solides compétences, de l’autre, les méthodes industrielles impliquent l’utilisation de moules et une production en grande série. Le process mis au point par Maple Glass Printing permet ainsi de produire des motifs complexes à la demande, tout en gardant la possibilité de les assembler à des pièces en verre traditionnelles.

Un procédé économiquement abordable

Le procédé est, d’une part, économe en énergie, puisque les deux imprimantes 3D qui viennent d’être mises sur le marché, Maple 2 et Maple 3, « consomment moins d’électricité qu’un sèche-cheveux classique ».

D’autre part, Maple Glass Printing a énormément travaillé sur la fabrication de la matière première, pour des raisons aussi bien environnementales qu’économiques.

En effet, contrairement à l’impression FDM, qui utilise des bobines de filament, le verre utilisé par la machine est sous forme de « cannes », le verre étant rigide et cassant. Or, ces tiges de verre traditionnellement fabriquées à la main ont deux inconvénients : elles sont coûteuses et leur diamètre est peu reproductible. Pour résoudre ce problème, les Australiens ont ainsi mis au point une machine, Vitri-Glass, capable de tirer des cannes droites et régulières, de 3,5 à 6 mm de diamètre, tout cela à partir de verre recyclé.

L’utilisation de verre recyclé : une évidence !

Car au-delà des énormes avantages techniques apportés par l’impression 3D (pièces complexes, petites séries, personnalisation, etc.), l’intérêt du verre est aussi sa recyclabilité qui est, en théorie, infinie.

Or, la principale matière première qui entre dans la fabrication du verre est le sable, la 3e ressource la plus consommée au monde après l’air et l’eau ! L’utilisation de verre recyclé, notamment en construction, est ainsi une solution bien plus durable, qui limite le besoin en sable et permet de réduire les émissions de CO₂.

L’idée n’est d’ailleurs pas nouvelle : en 2016, la Fondation Ellen MacArthur proposait déjà cette solution dans une étude de cas, en faisant référence à des projets pilotes réalisés outre-Atlantique. Le principal inconvénient évoqué à l’époque était alors le coût, l’utilisation de poudre de verre pouvant faire grimper de 2 à 5 % le prix du béton.

Néanmoins, cette solution alternative ne doit pas être pour autant définitivement écartée ! La raréfaction du sable et le risque de pénurie vont faire grimper les coûts, mais ces hausses ne sont rien, comparées aux gigantesques coûts associés aux conséquences de la surexploitation du sable : érosion des côtes, disparition des plages, perte de biodiversité, etc.

L’impression 3D de béton s’industrialise

Construire de manière plus durable est devenu une nécessité. L’an dernier, nous avions interviewé le fondateur de XtreeE, spécialiste français de l’impression 3D béton pour le bâtiment, dont les machines permettent de « travailler avec des matériaux à faible impact environnemental, mais aussi de créer des structures allégées » et d’utiliser des matériaux formulés à partir de matières premières sourcées localement.

L’impression 3D de béton possède donc des avantages évidents, s’industrialise de plus en plus et les projets d’envergure se multiplient. Les premières certifications ATEx du CSTB ont d’ailleurs été accordées il y a plusieurs années et des logements imprimés en 3D béton sont déjà sortis de terre. C’est le cas du projet Viliaprint, porté par le bailleur social Plurial Novilia et qui a pris fin en 2022 avec l’inauguration de cinq maisons imprimées en 3D béton à Reims. Par ailleurs, le projet ViliaSprint2, concernant la construction d’un immeuble de deux étages par impression 3D béton directement sur site, est actuellement en cours.

Un béton imprimé en 3D contenant du verre recyclé à la place du sable

L’exploration de multiples formulations de bétons imprimables fait bien entendu partie des enjeux de tels projets. Des chercheurs du Nanyang Technological University de Singapour (NTU Singapore) proposent par exemple de remplacer le sable par du verre recyclé.

Du point de vue technique, l’ajout de verre recyclé a démontré un bon potentiel : une fluidité suffisante pour permettre une extrusion régulière, pas de déformation ni d’effondrement avant la prise du béton et une consommation d’eau réduite, directement liée au caractère hydrophobe du verre.

Le démonstrateur réalisé, un banc en L de 40 cm, a ainsi été imprimé en remplaçant 100 % du sable par du verre. L’équipe a donc prouvé qu’utiliser du verre à la place du sable était réalisable, du moins pour des applications non structurelles.

La fabrication additive à base de verre à de l’avenir !

Qu’il s’agisse d’incorporer du verre recyclé dans la formulation de matériaux pour l’impression 3D (composites, bétons, plastiques, céramiques…) ou d’impression de verre massif, l’utilisation de verre recyclé en fabrication additive a incontestablement de l’avenir.

L’impression de verre ne se limite d’ailleurs pas à l’extrusion (procédé MAPLE) et les procédés évoluent : l’Institut Carnot ICÉEL propose ainsi la fabrication directe d’objets en verre, sans additifs ni liants, par laser. Le Glass Laser Additive Manufacturing (GLAM) rend accessible l’impression 3D au secteur du verre et permet la mise en forme de petits volumes complexes, avec une reproductibilité accrue et une flexibilité que seule l’impression 3D peut apporter.