Si vous avez vu le film « Seul sur Mars », alors vous savez déjà que l’on peut se montrer créatif avec les déjections humaines. Si vous ne connaissez pas le film, allez-vite le regarder, vous ne serez pas déçu.

Mais même l’auteur de Seul sur Mars (le roman qui a inspiré le film) n’avait pas imaginé que l’on pourrait un jour réellement imprimer en 3D avec de l’urine.

Parfois, la réalité est encore plus étrange que la fiction. Des chercheurs de l’Université de Clemson (Caroline du Sud) ont récemment annoncé qu’ils travaillaient à une technique permettant de transformer les déjections humaines en filaments 3D !

« Si les astronautes doivent effectuer des voyages durant plusieurs années, alors nous devrons trouver un moyen de réutiliser et de recycler tout ce qu’ils emmènent avec eux », explique le doctorant Mark A Blenner. « L’économie d’atomes deviendra vraiment conséquente. »

Blenner et son équipe ont développé un système biologique à partir d’une souche de levure précise, Yarrowia lipolytica. Pour grandir, la levure a besoin de dioxyde de carbone et de nitrogène. Cet élément est naturellement présent dans l’urine, qui peut donc servir pour nourrir l’organisme.

Au fil du temps, il est possible d’extraire de ce système biologique des polymères possédant des propriétés mécaniques diverses. Ainsi, les astronautes peuvent récupérer les matériaux nécessaires à l’impression 3D de pièces de rechange, de nouveaux outils ou de tout autre objet dont ils auraient besoin pendant leurs longues missions.

Pour le moment, Blenner et les autres chercheurs peuvent seulement produire de petites quantité de nutriments ou de polymères imprimables en 3D grâce aux déjections et à la levure, mais ils sont convaincus qu’avec un peu plus de recherche dans le domaine, ils parviendront à créer un système plus perfectionné. À bien y réfléchir, si leur projet se révèle particulièrement efficace, il pourrait être utilisé dans l’espace mais aussi sur Terre.

Pour rester dans l’espace, voici un matériau qui a été inventé il y a peu et qui est actuellement utilisé et testé à la Station spatiale internationale (SSI). C’est un plastique composé de polyétherimide et de Polycarbonate (PEI/PC), un mélange bien plus robuste que le plastique précédemment imprimé par les imprimantes 3D à bord de la SSI.

Oui, vous lisez bien : il y a une imprimante 3D à bord de la SSI, et ce depuis plusieurs années.  Garder la station fonctionnelle requiert de nombreux outils spécifiques et il est souvent compliqué d’anticiper l’outillage dont l’équipage aura besoin en cas de mises à jour ou de dysfonctionnements imprévus. Il était incommode d’envoyer une fusée à chaque fois qu’un outil était nécessaire. Par conséquent, la NASA a décidé d’installer une imprimante 3D dans la station, afin de pouvoir imprimer des outils sur demande.

Cependant, l’imprimante 3D a ses limites. À cause du vide dans l’espace, les outils étaient utilisés pour les réparations à l’intérieur de la station uniquement. Il était par exemple impossible de réparer les murs extérieurs.

Ce nouveau filament 3D  change la donne.  « Dans le vide de l’espace, le PEI/PC n’émet pas de particules. Le plastique est résistant aux UV et à l’oxygène atomique. Il peut donc être réellement utile dans l’espace. », explique le vice-président de Made In Space, l’entreprise fabricant ce nouveau plastique.

Made in Space teste actuellement une imprimante 3D, Archinaut, capable de fonctionner en dehors de la station. Ce système sera envoyé sur la SSI en 2018 et pourrait être utilisée pour réaliser le premier satellite imprimé en 3D jamais créé en orbite.

Aux États-Unis, il est possible de se procurer de la marijuana à des fins médicales. Afin de rendre l’utilisation plus adaptée, les créatrices de Potent Rope ont eu une idée : elles ont créé un matériau imprimable en 3D comestible et contenant du cannabis.

Le projet est une invention de deux expertes de l’industrie légale du cannabis, Ashley Herr et Paige Colen. Les cofondatrices sont convaincues que cette idée sera utile.

« Au lieu d’ingérer des pilules et des comprimés contenant 10 mg d’huile de cannabis, pourquoi ne pas imprimer en 3D un caniche, une tour Eiffel ou un petit vaisseau spatial de 7,5 mg ? », propose Colen. « Ce filament 3D nous permet de créer des profils de cannabinoïdes spécifiques et de répondre précisément aux besoins de chaque patient. »

Il ne s’agit donc pas uniquement de créer des formes originales mais aussi d’obtenir un dosage très précis. Cela peut par conséquent faire une grande différence pour les consommateurs qui préfèrent prendre leur prescription sous forme orale, les dosages des produits comestibles pouvant être adaptés à chaque patient.

Ashley et Paige ont développé cette technique pendant près de 3 ans. Elles ont réussi à développer une formule viable, composée d’un polymère soluble dans l’eau, mélangé à différents cannabinoïdes et terpènes. Potent Rope a reçu un avis d’acceptation par l’Office des brevets et des marques des États-Unis. La formule a par ailleurs été déclarée propre à la consommation et le polymère thermoplastique a été approuvé par l’Agence américaine des produits alimentaires et médicamenteux (FDA).

Les créatrices (qui sont par ailleurs sœurs), cherchent maintenant un moyen de produire leur filament 3D « écologique » à grande échelle. Le timing est parfait : de plus en plus de pays légalisent la consommation de cannabis . Les deux sœurs ont déjà passé plusieurs des accords avec différents producteurs de cannabis dans certains États (Nevada, Maryland, Californie et Colorado).

Mais il semble que les avantages de Potent Rope ne s’arrêtent pas là : selon Herr et Colen, pouvoir imprimer en 3D des produits comestibles permet aux utilisateurs d’essayer plusieurs combinaisons d’ingrédients. Il ne s’agit pas seulement d’ajuster les dosages mais aussi de créer leur propre variété, en choisissant parmi les huiles de Sativa, Indica, CBD ou THC.

L’avenir nous dira si ce filament 3D est une idée en or. Ses créatrices sont quoi qu’il en soit convaincues de son potentiel. « Allier le cannabis à l’impression 3D est un pas en avant logique pour les deux industries », déclarent-elles. « Les partisans du cannabis sont à la recherche de nouvelles utilisations de la plante et les inventeurs tournés vers l’impression 3D travaillent pour modifier, créer et explorer de nouveaux designs et matériaux. ».

Vous voulez en savoir plus ? Lisez notre article détaillé sur le nouveau filament 3D à base de marijuana (en anglais).

La combustion de charbon à des fins énergétiques n’est pas la méthode la plus écologique mais de nombreux pays, dont la Chine et l’Inde, sont des très gros consommateurs de cette source d’énergie. Sous la présidence de Trump, les États-Unis semblent même vouloir exploiter cette ressource énergétique de manière extensive. Puisque le charbon continue de brûler, pourquoi ne pas utiliser les résidus qui en découlent ?

Des chercheurs de l’Université NTU (Singapour) ont eu l’idée de créer un mortier géopolymère imprimable en 3D composé principalement de cendres volantes issues de la combustion de charbon. Le mélange contient également des scories d’acier et d’autres substances chimiques secrètes. Ce matériau peut être imprimé en 3D afin de construire des bâtiments. Êtes-vous tenté ?

Les cendres volantes, résidus de charbon, ont pendant longtemps été jetés dans les décharges, faute d’utilité. Les chercheurs de Singapour considéraient cela comme une perte de matériau futile. Après deux ans de recherches, une équipe dirigée par Ming Jen Tan (de l’école d’ingénierie mécanique et aérospatiale) a publié un article détaillant les résultats des recherches sur le possible nouvel usage des cendres volantes dans le journal Cleaner Production and Materials Letters.

Bien sûr, obtenir un résultat parfait (du débit du matériau à son temps de prise.) a été un défi de taille. L’équipe de l’université pense cependant avoir réussi à créer un produit plus ou moins viable, ce qui est déjà spectaculaire quand on considère le fait que le matériau est créé à partir de déchets.

D’après les tests des chercheurs, le mélange imprimable en 3D est robuste mais uniquement lorsque les structures sont orientées d’une certaine manière. Cela est dû aux au fait que les « propriétés mécaniques du géopolymère imprimé en 3D dépendent surtout des directions de charge à cause de la nature anisotrope du processus d’impression 3D. »

Les chercheurs sont optimistes : ils pensent pouvoir améliorer le matériau pour le rendre encore plus robuste, voire aussi solide que le béton armé. Les chercheurs ne savent pas exactement comment atteindre ce résultat mais travaillent activement à de nouvelles méthodes pour perfectionner leur produit tout en réduisant les coûts de production.

L’avantage majeur de ce béton imprimable en 3D ? Il permettrait de réduire l’empreinte carbone puisque aucun matériau ne doit être créé de toute pièce. La production de béton représente à l’heure actuelle près de 5 % des émissions mondiales de dioxyde de carbone.

Si vous pensiez que qu’imprimer en 3D avec des cendres volantes était écologique et génial, le matériau suivant va vous ébahir. Des étudiants de l’Université polytechnique de Madrid (UPM) ont décroché un prix pour leur projet d’impression 3D UrbanBees. Ils ont eu l’idée d’utiliser un essaim de drones ressemblant aux abeilles qui, comme elles, vont butiner. Mais ces drones ne vont pas récolter le pollen ; leur mission est de collecter les particules polluant l’atmosphère et de les transformer en filament 3D.

Ces drones-abeilles utiliseraient des informations glanées à partir d’ondes radio pour déterminer les zones fortement polluées. Trouver les polluants et les extraire de l’air n’est pas difficile en soi (La Chine a d’ores et déjà déployé des drones à cet effet). Les étudiants veulent cependant aller plus loin : ils souhaitent transformer les polluants en filament 3D.

UrbanBees est encore à l’état d’idée et nous devrons nous armer de patience pour savoir si ce projet audacieux pourra devenir réalité. Les créateurs d’UrbanBees ciblent différents métaux (aluminium, calcium, potassium, etc.) présents dans les particules PM10, connues pour causer le cancer du poumon. Les drones tels que décrits par les constructeurs seraient pour la plupart autonomes, capables de se mettre eux-mêmes en formation et de revenir à la base pour être rechargés.

Que peut-on faire avec ces polluants, une fois qu’ils sont extraits et transformés en filament 3D ? Les chercheurs suggèrent de les transformer en montures de lunettes, en vélo, en ciseaux ou en couverts. Les possibilités sont en fait infinies.

Voici une vidéo présentant le projet ayant permis à l’équipe madrilène de remporter le prix de l’innovation à l’exposition CivilDRON, un salon dédié à la dronautique.

Le projet BARBARA, financé par le programme d’innovation européen Horizon 2020, a pour but de créer des pièces fonctionnelles destinées aux secteurs du bâtiment et automobile à partir de déchets alimentaires.

11 organisations européennes ont rejoint les rangs de BARBARA. Le projet devrait durer 3 ans. Selon le site Internet du projet, « les déchets alimentaires et les produits agricoles dérivés seront utilisés pour purifier les pigments et les parfums, mais aussi pour renforcer les composants et agents biocides, qui seront par la suite incorporés aux bioplastiques dérivés de l’industrie de transformation du maïs. Ces nouveaux matériaux seront transformés en prototypes aux propriétés spécifiques (résistance mécanique et thermique, aspect ou couleur des surfaces, libération de parfum, surfaces auto-nettoyantes) qui seront validées pour être ensuite utilisées dans deux secteurs très exigeants, l’industrie automobile et le bâtiment. »

Les nouveaux matériaux seront créés à partir de déchets alimentaires (légumes, fruits et noix tels que les carottes, les amandes et les grenades) ou bien de produits agricoles dérivés (à base de maïs). Les matériaux doivent également posséder des propriétés mécaniques, thermiques, esthétiques, optiques et antimicrobiennes pour pouvoir être utilisés au niveau industriel.

Dans le cadre du projet BARBARA, Acciona Construcion, un des 11 participants, prévoit de tester dans ses laboratoires des moules réalisés avec un bio-polymère qui serviront ensuite à réaliser des poutres. De tels moules sont souvent utilisés pour construire des structures portantes capables d’absorber les vibrations, comme des ponts, des tours, des toits et des plafonds.

De la même manière, pour le secteur automobile, Centro Ricerche FIAT validera les prototypes de démonstration tels que les poignées de portes et les façades des tableaux de bord.

Ne serait-ce pas extraordinaire si ce projet permettait de trouver une méthode efficace pour transformer les déchets organiques en matériaux imprimables en 3D ? Nous souhaitons tous nos vœux de réussite à l’équipe.

En mai 2015, l’artiste américain KATSU a décidé de pousser la création de nouveaux matériaux encore plus loin. L’artiste renommé (et prolifique), également activiste et hacker, est connu pour ses graffitis et pour parfois encourager le public à vandaliser ses œuvres. Il est aussi réputé pour attiser la controverse.

Pour une exposition à la Gray Area Foundation for the Arts de San Francisco, KATSU a acheté pour 250 dollars de crack dans le quartier Tenderloin District de la ville californienne. Il a ensuite imprimé en 3D le matériau.

L’artiste a expliqué au magazine Business Insider UK que le projet avait pour but d’illustrer la gentrification des zones urbaines.

Unitika, une entreprise japonaise, produisant des matériaux de pointe, travaille d’arrache-pied pour que les objets imprimés en 3D puissent être ensuite sculptés et modifiés. Le fabricant élabore actuellement un filament 3D sensible aux différences de températures, ramollissant à la température du corps et pouvant ainsi être déformé à la main.

La propriété thermique surprenante de ce matériau permet au maker de sculpter la pièce imprimée en 3D une fois que l’impression est terminée. Par conséquent, il serait possible de réaliser des ajustements supplémentaires précis directement sur les objets imprimés en 3D.

Bien sûr, dans la plupart des cas de figure, ce serait un désastre si les pièces imprimées changeaient de forme rien qu’en les touchant. Pour certaines applications cependant, telles que la médecine ou l’art, ce matériau pourrait être une véritable aubaine.

Si Unitika ne mentionne pas les applications médicales de ce nouveau matériau, l’entreprise insiste toutefois sur la versatilité du filament 3D en polymère. Elle précise également que les makers peuvent ajuster les petits détails et apporter une finition à la main précise et délicate sur les pièces après leur impression.

Le filament 3D est prometteur. S’il est certain qu’il ne serait pas nécessairement le premier choix pour l’impression 3D de pièces mécaniques, un tel matériau, capable d’être retravaillé, offre de nouvelles perspectives pour les modèles et les créations artistiques. Par exemple, si votre imprimante 3D n’imprime pas avec une haute résolution (ou si vous êtes un expert dans le maniement du ciseau), le fait de pouvoir faire de petites incisions, déformer certaines parties ou encore graver des symboles sur un objet imprimé en 3D change vraiment la manière d’approcher l’impression 3D.

Le petit plus ? Le matériau peut être figé définitivement dans une forme précise en l’exposant à de hautes températures. Vous pouvez par exemple le plonger dans l’eau bouillante. En théorie, vous pouvez donc même essayer de réaliser des pièces mécaniques.

Unikita prévoit de mettre en vente ce nouveau matériau l’an prochain. Il sera commercialisé sous forme de filaments de 1,75  m de diamètre, imprimables à 190-220 °C, sur un plateau chauffant (facultatif) ne dépassant pas les 45 °C. Si vous êtes un artiste, ce filament 3D devrait sans aucun doute vous plaire.

Les matériaux pouvant être modifiés après leur impression 3D ont le vent en poupe. Cette tendance est parfois appelée impression 4D, en référence à la dimension changeante du matériau.

Par exemple, comme nous l’avons vu précédemment, il existe des matériaux malléables une fois imprimés en 3D. Mais on peut trouver des matériaux encore plus fascinants qui surfent également sur cette nouvelle tendance.

Les chercheurs de Brown, la prestigieuse université américaine, développent actuellement un biomatériau qui se dégrade sur commande !

Comment cela fonctionne-t-il ? Une réaction chimique spécifique déclenche la dégradation de celui-ci. Ian Wong, co-auteur de la recherche, explique le procédé : « C’est un peu comme des Legos. Nous attachons ensemble des polymères pour construire des structures 3D et nous les détachons ensuite délicatement sous certaines conditions biocompatibles. »

Les fixations entre les polymères se détachent aussitôt que les ions sont ôtés grâce à un agent de chélation capturant tous les ions. Il est donc possible de réaliser ou de tracer des structures éphémères qui se dissoudront selon votre envie.

Les chercheurs impriment les modèles avec la technologie de stéréolithographie. Ils ont déclaré qu’une telle méthode n’avait encore jamais été testée sur des imprimantes SLA. Ils ont donc dû concevoir l’expérience de A à Z. Pour leurs expérimentations, les scientifiques ont créé une solution contenant de l’alginate de sodium, un dérivé d’algues capable de réticulation ionique.

En utilisant différentes combinaisons de sels (dont le magnésium, le baryum et le calcium) les inventeurs ont pu imprimer en 3D des objets n’ayant pas le même degré de rigidité, un facteur qui influence la rapidité avec laquelle la structure se dissout.

À quoi un tel matériau se dégradant sur demande peut-il être utile ? Les chercheurs ont une petite idée. Selon eux, le matériau pourrait être utilisé pour fabriquer un laboratoire sur puce avec un réseau microfluidique.

« Nous pouvons imprimer les canaux en utilisant l’alginate puis imprimer une structure permanente tout autour avec un autre biomatériau », explique Thomas M. Valentin, auteur principal de l’étude et doctorant dans le laboratoire dirigé par Wong. « Il suffit ensuite de dissoudre l’alginate et nous obtenons des canaux vides. Il n’est pas nécessaire de couper quoi que ce soit et aucun assemblage complexe n’est nécessaire. »

Les chercheurs ont également découvert que si l’on entoure les cellules mammaires humaines avec une barrière constituée d’alginate, les cellules migrent de manière spécifique une fois que la barrière est dissoute. Cela pourrait se révéler particulièrement utile dans la recherche contre le cancer ou pour créer des tissus et organes artificiels. Plus généralement, on peut trouver de nombreuses applications pour ces environnements dynamiques dans les recherches nécessitant l’utilisation de cellules vivantes.

« Nous pouvons envisager de l’utiliser avec les tissus artificiels auxquels vous pourriez avoir besoin d’ajouter des canaux reproduisant les vaisseaux sanguins », détaille Wong. Nous pourrions potentiellement créer un modèle du système vasculaire avec l’alginate puis le dissoudre, comme nous l’avons fait pour les canaux microfluidiques.

Actuellement, les scientifiques continuent leurs recherches pour avoir un meilleur contrôle de la rigidité, de la robustesse et de la vitesse à laquelle les structures imprimées se dégradent.