Le premier objectif de ma thèse est d’utiliser des matériaux locaux, recyclés ou biosourcés afin de limiter le coût et l’empreinte environnementale des appareillages orthopédiques fabriqués en impression 3D. Je me suis donc dans un premier temps concentrée sur les matériaux plastiques recyclés.

Le recyclage des plastiques

Les déchets plastiques sont de plus en plus nombreux sur terre, il est donc primordial de les recycler. Ainsi, les usines de recyclage se développent, notamment en Afrique où elles sont désormais plus d’une cinquantaine (ENF recycling). Ces dernières recyclent principalement nos déchets ménagers, composés des plastiques suivants :

• Polyéthylène Téréphtalate (PET), que l’on retrouve dans les bouteilles plastiques
• Polypropylène (PP), présent dans les emballages alimentaires tels que les pots de yaourt
• Polyéthylène Haute Densité (PEHD), qui compose des emballages alimentaires et d’hygiène tels que les bouteilles de lait et de shampoing
• Polyéthylène Basse densité (PELD) présent dans les films plastiques

Après avoir été collectés et envoyés dans des centres de tri, les déchets sont séparés et classés selon leur nature (métal, plastique ou papier) et leur type (PET, PP, PEHD ou PELD par exemple). Les plastiques sont ensuite envoyés dans des usines de recyclage. Ils y sont lavés, broyés puis extrudés (fondus) afin d’en faire des granulés qui sont réutilisés pour faire de nouveaux produits.

Je m’intéresse plus particulièrement au recyclage mécanique (broyage puis extrusion). Le recyclage chimique est certes plus performant, mais les prix sont plus élevés et il nécessite l’utilisation de solvants chimiques ce qui limite son application dans le cadre de notre projet.

Le recyclage en impression 3D

Le recyclage connaît également un réel essor ces dernières années dans le domaine de l’impression 3D. En effet, il est possible de fabriquer du filament d’impression 3D à partir de plastiques recyclés. Le principe est le même que dans les usines de recyclage, les déchets sont lavés, séchés, broyés puis extrudés en filament qu’il est ensuite possible d’imprimer.

Actuellement, il est possible d’acheter des filaments recyclés en PLA, ABS ou PETG qui ont été fabriqués à partir de chutes de pièces imprimées en 3D. De nombreuses recherches se concentrent également sur le recyclage des déchets ménagers pour l’impression 3D. Ainsi, il est possible d’imprimer en 3D des pièces à partir de bouteilles plastiques en PET (entreprise RE PET). De plus, l’entreprise RECIFLEX propose un filament recyclé en Thermoplastique Polyuréthane (TPU) issu des chutes de production du domaine de la chaussure. Les emballages en PP et PEHD sont, quant à eux, plus difficiles à imprimer en 3D.

Matériaux étudiés

Pour réaliser mon étude, j’ai sélectionné trois matériaux recyclés :

• Le Polyéthylène Téréphtalate (PET), présent dans les bouteilles plastiques. Ce matériau a l’avantage d’avoir la filière de recyclage la plus développée et des gisements de déchets très élevés. En revanche, le PET est plus rigide que le polypropylène.
• Le Polypropylène (PP), qui est traditionnellement utilisé pour réaliser des appareillages orthopédiques. Ce polymère est recyclable et présent dans nos emballages alimentaires. Cependant, c’est un matériau difficile à imprimer en 3D et il existe de nombreux grades de PP.
• Le Thermoplastique Polyuréthane (TPU), présent dans de nombreux équipements sportifs et de plus en plus utilisé dans le domaine de l’orthopédie pour sa flexibilité et sa résistance aux chocs. Toutefois, le coût de ce matériau est élevé et il n’existe pas de filière de recyclage pour ce polymère.

Collaborations

Pour réaliser mes expérimentations, j’ai pu bénéficier du soutien de différentes entreprises françaises. Tout d’abord, l’entreprise de recyclage PAPREC m’a offert du PET (bouteilles plastiques broyées) et du PP (granulés post-consommation) issus du tri sélectif. Ensuite, l’entreprise d’équipements sportifs SALOMON m’a donné du TPU issu des chutes de production des chaussures de ski. Enfin, nous bénéficions du soutien de l’entreprise ENKY 3DP, spécialisée dans la fabrication de filaments pour l’impression 3D. Nous pouvons ainsi transformer nos matières recyclées en filament d’impression 3D au sein de ENKY 3DP.

Un grand merci à PAPREC, SALOMON et ENKY 3DP, qui vont nous permettre de faire avancer nos recherches. Nous allons ainsi pouvoir étudier comment le PET, PP et TPU recyclés pourraient être utilisés pour faire des appareillages orthopédiques en impression 3D. 

Je remercie également les entreprises mécènes de l’Alliance Innovation for Humanity EIFFAGE, BIOMÉRIEUX et VOLVO TRUCKS. Leur soutien permet de financer nos travaux dans le cadre d’une chaire de recherche commune.