Comment l’impression 3D est-elle utilisée aux Jeux paralympiques ?
Le sport s’adresse à tous et devrait donc être accessible à tous, quelles que soient les conditions et les limites individuelles. Néanmoins, le sport est souvent associé à la performance et, pour y parvenir, l’intégrité physique est considérée à tort comme une exigence fondamentale. Ce n’est pas le cas, comme le prouvent tous les athlètes paralympiques qui, malgré leurs limitations personnelles et, dans certains cas, avec l’aide de moyens technologiques – y compris l’impression 3D – réalisent des performances sportives extraordinaires et les démontrent au grand public lors des Jeux paralympiques.
Ls sports et les associations pour les athlètes handicapés existent depuis plus de 100 ans. Le Dr Ludwig Guttmann a apporté une contribution majeure à ce que nous connaissons aujourd’hui sous le nom de Jeux paralympiques en créant un centre de traitement des lésions de la colonne vertébrale à l’hôpital de Stoke Mandeville, où il a utilisé des compétitions sportives pour réhabiliter les soldats blessés. Ces Jeux de Stoke Mandeville sont à l’origine des Jeux paralympiques, qui ont été officiellement reconnus par le CIO en 1984. Le terme « Para » est dérivé du grec « à côté » et implique que les Jeux olympiques et paralympiques existent et se déroulent côte à côte
Les Jeux paralympiques remontent au XXe siècle lors des Jeux de Stoke Mandeville (crédits photo : Simon Bruty, OIS-CIO)
Lors des Jeux paralympiques, des athlètes souffrant de différents handicaps physiques et cognitifs ont participé aux compétitions, répartis en différents groupes en fonction du type de handicap. Il existe également des systèmes de classification pour chaque discipline afin de garantir des compétitions équitables. Les athlètes concourant dans la même catégorie doivent avoir des capacités fonctionnelles similaires en termes de mouvement, de coordination et d’équilibre.
Lors des Jeux paralympiques d’été de Paris 2024 qui viennent tout juste de se terminer, 4 400 athlètes se sont disputés des médailles dans 22 disciplines sportives différentes. Les athlètes et leurs exploits ont été sous les feux de la rampe, mais leurs compagnons, c’est-à-dire les aides technologiques, ont également joué un rôle. Grâce aux technologies modernes, le parasport présente de plus en plus d’innovations et de nouveautés techniques qui permettent aux athlètes de dépasser leurs limites.
Les Jeux paralympiques de Paris 2024 (crédits photo : Olympics.com)
L’impression 3D aux Jeux paralympiques
Les sports paralympiques s’appuient sur des aides technologiques à des degrés divers. Qu’il s’agisse de fauteuils roulants, de prothèses ou d’équipements sportifs, les progrès technologiques aident les athlètes à dépasser leurs limites et à développer les sports paralympiques.
« Le sport est le meilleur remède », explique Heinrich Popow, ancien athlète allemand d’athlétisme et multiple médaillé paralympique. En même temps, il souligne l’importance de la technologie dans les sports paralympiques. « L’utilisation d’aides est un sport à part entière », affirme M. Popow, qui préconise donc une séparation entre le sport olympique et le sport paralympique, qui s’appuie sur des aides technologiques et poursuit donc ses propres limites et objectifs de performance. « C’est la beauté du sport paralympique. On remarque que la densité de performance est de plus en plus grande parce que le sport est orienté vers la performance », souligne M. Popow.
La combinaison de différentes technologies est souvent utilisée pour dépasser les limites de la performance, ce qui permet aux athlètes paralympiques de pratiquer de nouveaux sports, mais aussi d’accéder à de nouvelles possibilités dans leur discipline actuelle. L’impression 3D, par exemple, associée à d’autres technologies – comme la numérisation 3D et l’optimisation de la conception – peut contribuer à améliorer l’ergonomie, la mobilité et le confort et ainsi favoriser des performances optimales en compétition et à l’entraînement. C’est pourquoi de plus en plus d’athlètes adoptent les avantages de l’impression 3D et, au cours des dernières années, nous avons vu un nombre croissant d’aides imprimées en 3D aux Jeux paralympiques, y compris, bien sûr, des prothèses et des orthèses de pointe, mais aussi des équipements tels que des poignées et des gants ergonomiques dans les compétitions de cyclisme.
La Suissesse Flurina Rigling a participé aux Jeux paralympiques de Paris avec des chaussures imprimées en 3D (crédits photo : Tobias Lackner).
L’athlète suisse Flurina Rigling, qui a participé aux épreuves cyclistes des Jeux paralympiques d’été de 2024 à Paris avec des chaussures imprimées en 3D (et qui a déjà remporté une médaille de bronze le 29 août), résume les avantages de l’impression 3D pour les athlètes : « Cette innovation m’aide énormément », déclare Rigling. « Il faut l’imaginer : avant, je n’avais qu’une seule chaussure en cuir. Une fois mouillée, je devais d’abord la laisser sécher. Aujourd’hui, les chaussures imprimées en 3D sont produites relativement rapidement et elles sont beaucoup plus légères que les anciennes. Cela fait une énorme différence pour moi. »
Le fait que de plus en plus de matériaux de haute performance puissent être traités à l’aide de procédés d’impression 3D accroît également le confort des athlètes. L’impression multi-matériaux peut être utilisée pour produire des composants avec des parties souples et dures, par exemple. Parmi les autres avantages de l’impression 3D, citons l’individualisation et le haut degré de personnalisation. Les objets imprimés peuvent être fabriqués sur mesure et sont alors parfaitement adaptés à la personne concernée ; d’autre part, ils peuvent également être adaptés très rapidement si, par exemple, les besoins de la personne changent à la suite d’une blessure.
Compte tenu de la vaste gamme d’aides et de pièces destinées aux athlètes, il va de soi que divers procédés et matériaux d’impression 3D peuvent être utilisés. C’est pourquoi le Repair Service Center dispose de nombreuses ressources technologiques sur place pour effectuer les réparations. Notamment en termes de procédés, on retrouve le FDM, le SLS et le MJF.
L’impression 3D FDM est principalement utilisée pour le prototypage et le test de pièces afin de s’assurer que les emboîtures, en particulier, s’adapteront parfaitement aux athlètes (car trop serrées ou trop lâches peuvent avoir un impact négatif). En revanche, pour de nombreuses prothèses qui seront utilisées directement par les athlètes, l’impression 3D MJF et le SLS sont des choix populaires pour créer des pièces de haute performance pour les parasports.
Les prothèses sont désormais souvent issues d’imprimantes 3D (crédits photo : Autodesk)
Cela nous amène aux matériaux. Comme on peut s’y attendre, les matériaux utilisés varient considérablement en fonction de la pièce à fabriquer. Les matériaux standard pour l’impression 3D, tels que le nylon et l’ABS, peuvent être utilisés, en particulier pour les prototypes, mais les matériaux renforcés en fibres de carbone sont beaucoup plus fréquemment utilisés pour les pièces finales. En effet, dans les pièces composites, les fibres de renforcement (y compris CF et GF) peuvent être intégrées de manière spécifique ou continue dans une matrice thermoplastique. Dans l’impression 3D, les fibres de renforcement peuvent être placées avec précision, ce qui signifie que la rigidité des pièces peut être adaptée spécifiquement et que des pièces légères peuvent être imprimées en même temps. Par ailleurs, l’impression 3D métal est également utilisée. Le titane, par exemple, est utilisé pour imprimer des prothèses personnalisées, qui sont alors beaucoup plus résistantes que les prothèses standard.
Anna Grimaldi, une athlète paralympique néo-zélandaise, utilise une prothèse en titane imprimée en 3D pour soulever en toute sécurité 50 kilogrammes. Le choix de la méthode et du matériau dépend souvent du cas particulier, car les athlètes privilégient la performance et le confort. Parfois, une combinaison de différentes technologies (CNC, moulage par injection, impression 3D) est utilisée pour créer la meilleure solution pour l’athlète. Néanmoins, les nombreux exemples de ces dernières années montrent que l’impression 3D gagne du terrain aux Jeux paralympiques.
L’impression 3D pour les réparations sur site
Les réparations doivent également être mentionnées dans ce contexte. Les forces élevées, les impacts externes, les chutes peuvent entraîner l’usure, des dommages et des pièces cassées dans tous les équipements sportifs. L’impression 3D permet des réparations rapides, en fonction de l’étendue des dégâts, même directement sur place.
C’est pourquoi les Jeux paralympiques disposent d’un atelier de réparation spécial, le centre de service de réparation technique Ottobock. Ottobock est un partenaire de longue date du Comité international paralympique (CIO) et soutient les athlètes à Paris depuis Séoul 1988 avec son équipe internationale de 164 personnes. Outre l’atelier principal de 720 mètres carrés situé dans le village olympique, il existe également 14 ateliers plus petits dans les installations sportives. L’atelier principal comprend un atelier de soudure, un atelier de couture, un atelier de cordonnerie, un département spécial de thermoplastiques, ainsi que des imprimantes 3D et des scanners 3D.
Le centre de réparation Ottobock effectue divers travaux de réparation, y compris avec des imprimantes 3D (crédits photo : 3Dnatives)
À l’instar d’un arrêt au stand en Formule 1, les athlètes viennent à l’atelier avec leurs pièces endommagées et leurs préoccupations, et peuvent compter sur l’équipe sur place pour commencer les compétitions à temps avec le matériel réparé. Julian Napp, directeur technique de l’atelier de Paris et maître technicien orthopédique chez Ottobock, souligne l’importance des technologies modernes : « Les nouvelles possibilités numériques nous permettent d’aider les athlètes plus rapidement. Le temps est un facteur clé pour les athlètes et pour nous, les techniciens, lors des Jeux paralympiques. Cependant, le facteur de réussite de l’atelier reste l’expertise de l’équipe. La créativité, l’orientation vers des solutions et l’expérience, associées aux technologies les plus récentes, voilà le soutien que nous apportons aux athlètes. »
Ottobock utilise également des imprimantes 3D sur place depuis Tokyo 2021, comme l’a expliqué Peter Franzel, responsable de Global Events, Exhibitions & Sport chez Ottobock, lors d’une conférence de presse. À Paris, l’équipe dispose d’imprimantes 3D de Cosmyx et Markforged pour produire des modèles et des pièces finales directement sur le site. En outre, l’utilisation de l’impression 3D s’est développée depuis Tokyo, passant d’une seule machine d’essai à l’opération actuelle.
« Nous pouvons imprimer, scanner et adapter une emboîture d’essai (pour une prothèse) sur place. L’emboîture d’essai peut encore être modifiée si, par exemple, des excroissances, des cicatrices, etc. doivent être prises en compte. L’emboîture modélisée est ensuite scannée une nouvelle fois pour obtenir la forme finale. Le scan est ensuite envoyé à Grenoble (aux collègues français d’Ottobock) et imprimé à l’aide du processus d’impression par poudre », commente Franzel lorsqu’on lui demande un exemple d’application spécifique de l’impression 3D.
Le centre de réparation Ottobock dispose d’imprimantes 3D et de scanners manuels sur place. (crédits photo : 3Dnatives)
Parmi les commandes de réparation reçues jusqu’à présent par Ottobock, 56 % concernent principalement des fauteuils roulants, le reste étant constitué de prothèses et d’orthèses. À Tokyo, Ottobock a enregistré un total de 2 200 réparations ; aux Jeux paralympiques de Paris, le centre de réparation a dépassé ce nombre. La rapidité et l’éventail technologique du centre de réparation Ottobock sont essentiels pour les athlètes, afin qu’ils reçoivent les meilleurs soins possibles en cas d’endommagement soudain de leur équipement d’assistance et qu’ils puissent se concentrer pleinement sur leurs performances.
Nous ne pouvons pas participer directement aux performances des athlètes grâce à l’impression 3D. Mais le fait que nous puissions scanner, modéliser et fabriquer rapidement signifie que nous pouvons également fournir rapidement les athlètes. Bien entendu, cela leur permet de mieux se concentrer sur leur sport et de mener à bien leurs séances d’entraînement. Contrairement aux méthodes traditionnelles, l’appareillage des athlètes prenait beaucoup de temps, car il fallait d’abord faire un moulage en plâtre, puis procéder à l’appareillage. C’est là que je vois le plus grand impact de l’impression 3D. – Leon Fiolka, CPO chez Ottobock
Les technologies 3D offrent de nombreuses possibilités et l’impression 3D sur site est très utile pour de nombreux athlètes. « Felix Streng est venu dans notre centre de réparation et voulait un scan de son membre résiduel », raconte Leon Fiolka, qui travaille actuellement dans le centre de réparation du village des athlètes paralympiques : « Il était très heureux que nous ayons maintenant la possibilité de scanner son membre résiduel ici, sur place, car cela lui a évité de prendre un vol pour l’Allemagne. Un autre exemple de réussite est une petite pièce de rechange imprimée en 3D pour un fauteuil roulant que nous avons conçu, de sorte que les freins ont fonctionné à nouveau et que l’athlète a pu conduire son fauteuil roulant de tous les jours en toute sécurité dans les rues. »
Heinrich Popow souligne également à quel point le centre de réparation, avec ses possibilités technologiques, est précieux pour les athlètes et raconte une anecdote concernant un dommage survenu juste avant une compétition : « Ma médaille d’or à Londres est également due au service de réparation d’Ottobock, sans lequel je n’aurais jamais gagné la médaille d’or !«
Les fauteuils roulants représentent une part importante des réparations (crédits photo : Ottobock)
Les applications aux Jeux paralympiques
Il est maintenant temps d’examiner plus concrètement comment l’impression 3D a été utilisée dans le cadre des Jeux paralympiques. D’une manière générale, les applications de l’impression 3D dans les sports paralympiques peuvent être divisées en deux catégories : les prothèses et orthèses, et les outils. Ces deux catégories se distinguent par le fait que l’une est intégrée au corps de l’athlète, tandis que l’autre peut être considérée comme faisant partie de l’équipement de l’athlète.
L’un des premiers exemples est celui de la cycliste allemande Denise Schindler, qui a participé aux Jeux paralympiques de Rio en 2016. Elle s’est tournée vers une prothèse imprimée en 3D, fabriquée avec l’aide d’Autodesk en utilisant la numérisation puis l’impression 3D, car elle pouvait être 14 % plus légère que d’autres pièces en fibre de carbone tout en conservant la même résistance. De plus, le temps de production a été considérablement réduit. Alors qu’il faut environ 12 semaines pour fabriquer une prothèse en utilisant les méthodes traditionnelles, la prothèse fabriquée par fabrication additive a pu être imprimée en 48 heures seulement. En conséquence, elle a remporté le bronze et l’argent et est entrée dans le livre Guinness des records pour la première prothèse imprimée en 3D utilisée aux Jeux paralympiques.
Denise Schindler a remporté le bronze et l’argent en 2016 grâce à la prothèse imprimée en 3D (crédits photo : Autodesk).
Et ce n’est pas le seul exemple. L’athlète américain Mike Schultz s’est tourné vers le para-snowboard lorsqu’il n’a plus pu participer aux compétitions de motocyclisme et de motoneige extrême après la perte de sa jambe. Mais il avait besoin d’une prothèse unique capable de supporter la pression d’une activité athlétique intense. C’est là que l’impression 3D entre en jeu.
Stratasys a pu aider à fabriquer une prothèse avec deux articulations différentes (la jambe de Schultz ayant été amputée au-dessus du genou) en utilisant le TPU 92A. Ce matériau a non seulement été utilisé pour la pièce finale, mais il a également contribué au processus de conception, car la fabrication additive permet une itération plus rapide, ce qui a permis de répondre aux différentes exigences de Mike Schultz. Au final, il a pu remporter l’or et l’argent aux Jeux paralympiques grâce à sa prothèse.
Les orthèses ont également un rôle à jouer. L’escrimeuse lettone en fauteuil roulant Polina Rozkova a été confrontée à un défi de conception dans son parcours vers les Jeux paralympiques de Rio. Stratasys a toutefois réussi à créer une orthèse dorsale personnalisée imprimée en 3D qu’elle a pu utiliser lors de ses entraînements et de ses compétitions. L’impression 3D a permis la création d’une orthèse dorsale sur mesure pour le bas de son dos afin de limiter toute gêne ou tension pendant l’activité physique. Cette orthèse a été fabriquée en Nylon 12 pour garantir sa légèreté et sa flexibilité.
Qu’en est-il des outils ? Il s’agit de pièces qui sont souvent utilisées sur l’équipement des athlètes paralympiques, mais qui ne sont pas nécessairement intégrées à leur corps. C’est l’un des domaines où la fabrication additive commence vraiment à briller.
Par exemple, en 2014, le biathlète allemand Martin Fleig a fait la une des journaux en participant aux Jeux paralympiques d’hiver de Sotchi avec une « luge » imprimée en 3D. Il a développé cette luge de ski assis dans le cadre du projet « Snowstorm » en collaboration avec l’Institut Fraunhofer. L’engin de course a été parfaitement adapté au corps de Martin grâce à la conception et à l’impression en 3D. Il a obtenu la 9e place avec son engin de course final imprimé en 3D et fabriqué en PA12 avec des fils d’acier collés.
Martin Fleig sur sa « luge » imprimée en 3D (crédits photo : Fraunhofer IWM)
Parmi les autres exemples, citons les fixations de snowboard imprimées en 3D pour Darren Swift, vétéran de l’armée britannique devenu snowboardeur paralympique, développées par le Centre for Modelling & Simulation (CFMS). Fabriquées en nylon renforcé en verre, elles lui ont permis de prendre l’avantage sur ses concurrents lors de Chine 2022. L’athlète paralympique britannique Joe Townsend a également eu recours à l’impression 3D pour fabriquer des pièces sur mesure sur son vélo de course adapté, tandis que la championne paralympique de paracanoë Emma Wiggs MBE a utilisé l’impression 3D en 2020 pour créer une pagaie parfaitement adaptée à ses mains, ce qui lui a permis de remporter une nouvelle médaille d’or paralympique et d’enregistrer un temps record de 57,028 secondes à Tokyo en 2020.
Une autre tendance observée est celle des gants imprimés en 3D. Joe Townsend, Tatyana McFadden et Arielle Rausin ont tous utilisé l’impression 3D pour créer des gants plus durables qui peuvent être moulés aux mains des athlètes et adaptés en fonction de leurs besoins individuels. Ces gants sont particulièrement adaptés à la course en fauteuil roulant et Mme McFadden a utilisé les siens lors des Jeux paralympiques de Paris 2024.
Tatyana McFadden will compete at the 2024 Paralympic Games with 3D-printed gloves (photo credits: Olympics.com)
Et voilà ! L’impression 3D contribue peu à peu à transformer les sports paralympiques, en servant d’outil aux athlètes qui utilisent leur corps pour dépasser les limites de l’être humain. Les Jeux de 2024 se sont terminés hier, une occasion pour célébrer l’utilisation de la fabrication additive dans le sport.
Que pensez-vous de l’utilisation des technologies 3D dans le sport et plus particulièrement pour les athlètes paralympiques ? Partagez votre avis dans les commentaires de l’article. Retrouvez toutes nos vidéos sur notre chaîne YouTube ou suivez-nous sur Facebook ou LinkedIn !
*Crédits photo de couverture : L’athlète Howie Sanbornd avec ses poignées imprimées en 3D par Joe Townsend
