L’impression 3D pour améliorer les performances sportives

La fabrication additive s’invite aujourd’hui dans la quasi-totalité des secteurs de production, avec comme avantages la réduction des temps de fabrication, une baisse des coûts ou le développement de la personnalisation de masse. Des bénéfices peu à peu compris par le secteur du sport avec l’adoption d’équipements innovants permettant de repousser les records actuels.

La technologie trouve désormais sa place dans des activités sportives variées, de la course automobile au football en passant par le cyclisme ou le golf, avec l’objectif d’innover mais surtout d’améliorer la compétitivité. Mais alors que les capacités physiques des athlètes atteignent désormais leurs limites, les gains de performances passent dorénavant par une amélioration du matériel à disposition du sportif. Pour se faire les ingénieurs, designers et techniciens se forment et recourent de plus en plus à l’impression 3D pour concevoir des pièces plus légères ou plus robustes afin de gagner en vitesse ou en masse.

La fabrication additive pour gagner quelques centièmes de secondes

Parmi les différents domaines sportifs, la fabrication additive a dans un premier temps été largement portée par les sports automobiles. Soutenues par des financements importants, les équipes sont souvent prêtes à débourser beaucoup d’argent pour garantir des performances mécaniques accrues et donc de meilleurs résultats à leurs pilotes. Des disciplines à l’affût des innovations qui leur permettront de grappiller quelques centièmes, voire millièmes de secondes sur la lignée d’arrivée…

On ne compte plus les écuries automobiles ayant signé des partenariats avec des constructeurs d’imprimantes 3D professionnelles. La technologie permet en effet aux mécaniciens, contraints par des délais stricts, de prototyper et de tester rapidement de nouvelles pièces mais aussi de produire des pièces fonctionnelles à moindre coût.

Au volant de sa Norma MXX RD Limited, le pilote français Romain Dumas remportait ainsi la course automobile de Pikes Peak en 2017 grâce à un partenariat avec la société de prototypage rapide Poly-Shape. Son véhicule avait notamment été repensé pour intégrer 4 portes-moyeux imprimés en 3D.

Des initiatives qui mettent également en avant des techniques de modélisation avancées comme l’optimisation topologique, permettant d’améliorer le poids tout en répondant aux contraintes de course et améliorant l’aérodynamique générale. C’est d’ailleurs ce que souhaitait montrer le groupe français Renault qui expliquait lors de son travail avec le constructeur 3D Systems sur sa RS 2027 : « Nous avons été capables de produire 600 pièces en une semaine avec 5 personnes, c’est unique, nous n’aurions pas pu atteindre ce rendement de manière conventionnelle ».

Mieux s’adapter à l’athlète avec l’impression 3D

En juin 2015, le coureur Bradley Wiggins était le premier à s’équiper d’un guidon personnalisé imprimé en 3D. C’est grâce aux machines du suédois Arcam, recourant à un procédé de fusion de poudre par faisceau d’électrons, que ce guidon, aérodynamique et adapté à la morphologie du coureur, a pu voir le jour. De nombreux tests ont été menés avant de parvenir à produire la pièce parfaite, à savoir celle qui s’accorderait idéalement à la taille, le poids et la position de Bradley Wiggins. À l’aide de ce guidon imprimé en titane, mis au point par les ingénieurs de l’Université de Sheffield en Angleterre, Bradley Wiggins a pulvérisé de plus de 1,5 km son propre record de distance parcourue en 60 minutes.

Dans la même lignée que cet exploit, la Fédération Française de Cyclisme (FFC) s’est elle aussi intéressée de plus près à l’impression 3D et fournissait 7 guidons personnalisés à 7 de ses coureurs pour les jeux olympiques de 2016 à Rio.  Emmanuel Brunet, le Manager Général Haut-Niveau et Performances de la FFC, nous expliquait alors « qu’au niveau français, c’est grâce à un programme de recherche de la Fédération Française de Cyclisme, financé par le Ministère chargé des Sports et l’INSEP que le cyclisme a pu intégrer la fabrication additive avec le matériel qu’elle utilise ».

La FFC a travaillé elle en collaboration avec le français Erpro & Sprint, qui totalise 20 ans d’expérience dans la fabrication additive. Les guidons ont été produits en aluminium sur des machines SLM 280. Ils devaient pouvoir résister à la forte pression exercée sur l’avant du vélo par les coureurs.

Outre le cyclisme et l’automobile, d’autres produits imprimés en 3D ont été pensés pour les sportifs de haut niveau, notamment pour les coureurs d’athlétisme. Les ingénieurs du Sport Research Lab de Nike ont par exemple développé la « Nike Zoom Superfly Flyknit » pour l’athlète américaine de 200 et 400 mètres, Allyson Felix. Nike a travaillé sur plus de 70 associations de pointes différentes pour parvenir au résultat d’une chaussure parfaitement adaptée à la coureuse, lui permettant notamment de perdre le moins de temps possible dans les virages.

L’impression 3D dans le handisport, un vrai laboratoire d’innovations

L’impression 3D sert déjà le handicap de nombreuses façons et le handisport n’est pas une exception. Les athlètes invalides semblent eux aussi avoir vu, en l’espace de quelques années, s’ouvrir le champ des possibles grâce à la personnalisation de leurs prothèses et de leur équipement à moindres coûts.

C’est une réelle course a l’innovation qui prend d’ailleurs place dans le monde du handisport avec la possibilité dorénavant de modéliser les corps des athlètes en 3D et de créer des équipements parfaitement adaptés à leur handicap. Suscitant de plus en plus l’intérêt des fabricants de matériel handisport, on a pu voir aux Jeux paralympique de Rio de septembre 2016 des fauteuils roulant ultra-légers ou des prothèses créées à partir des technologies 3D.

Un des projets les plus caractéristiques reste sûrement celui de la prothèse de Denise Schindler. Première athlète à concourir aux Jeux paralympiques équipée d’une prothèse imprimée en 3D, cette cycliste allemande perd sa jambe à l’âge de 2 ans mais repartira médaillée de bronze et d’argent des Jeux de Rio en 2016. Développée en collaboration avec Autodesk, la prothèse a été réalisée à partir de scans 3D de la jambe de Denise Schindler. Plus de 50 versions numériques ont été testées avant de tomber sur la prothèse parfaite. Grâce au processus d’impression 3D, la fabrication de cette prothèse n’a duré que 5 jours et son coût aura été divisé par 4.

Quelle place pour l’impression 3D dans le sport amateur ?

Inspirées par le sport professionnel, mais aussi toujours à la recherche de plus de confort et de personnalisation, les marques s’essaient à la fabrication additive, que ce soit pour prototyper les futures pièces qui prendront leur place sur les rayons des magasins mais aussi pour proposer des équipements personnalisés, innovants et abordables.

Clément Pouget-Osmet, fondateur de la startup Grismont Paris (que nous rencontrions en décembre 2015) qui utilise l’impression 3D pour la production de clubs de golf, explique « l’avantage ultime de l’impression 3D, valable dans tous les domaines, est de pouvoir réaliser ces pièces personnalisées une par une. Cela offre une grande souplesse dans les système de production et permet d’aborder le business modèle de façon plus saine. L’ambition de Grismont est d’utiliser la fabrication additive pour apporter ce niveau de personnalisation à grande échelle« .

Les principaux fabricants de chaussures de sport se sont lancés dans une course pour déterminer qui sera le premier à démocratiser le port de la basket imprimée en 3D, ou tout du moins équipée d’une semelle imprimée en 3D. La fabrication additive permettant de créer des structures incroyablement complexes et personnalisables, on a vu plusieurs marques proposer des modèles tous plus originaux les uns que les autres.

Au lendemain de la Cop21, Adidas présentait un projet d’une chaussure en partenariat avec l’association « Parley for the Oceans ». Une initative écologique, car produite à partir de déchets plastiques récupérés dans les océans, imaginée en partenariat avec le service d’impression 3D Materialise. La semelle au design organique était imprimée à partir d’un procédé de frittage de poudre avec comme résultat, un modèle de running flexible, respirant et résistant.

Pour fêter ses 20 ans, la marque américaine Under Armour s’associait elle à Autodesk pour créer la UA Architech. Appuyée par des algorithmes permettant de créer des maillages à partir de critères souhaités comme la durabilité, la flexibilité ou le poids de l’athlète, l’Innovation Lab de la marque créait une chaussure légère et solide au design impossible à réaliser via des méthodes classiques. En 2017, la marque américaine remettait l’impression 3D sur le terrain avec une chaussure baptisée Futurist. Nike, Reebok mais aussi New Balance présentaient ces derniers mois des initiatives similaires.

Comme Grismont, de nouveaux acteurs se sont lancés sur ce marché, telle que Prevolve, une jeune startup américaine fondée par Oliver Brossmann qui lançait récemment sa première chaussure intégralement imprimée en 3D. Conçue à partir d’un scan 3D du pied du client, la chaussure ne comprend qu’une seule pièce et reproduit à l’identique la forme du pied, sans ajout de matière ou de poids inutile.

Les sportifs amateurs sont toujours à l »affût des dernières améliorations qui pourraient les rapprocher un peu plus de leurs athlètes préférés. Aujourd’hui Grismont propose une gamme de clubs de golf entièrement personnalisables explique son fondateur, « nous adaptons les spécificités techniques aux swings de chaque golfeur et réalisons les plus folles excentricités visuelles pour que nos clients se fassent remarquer sur les parcours ». Les clubs de la marque française s’adressent à deux types de sportifs selon Clément, les golfeurs de haut niveau pour qui l’impression 3D est un moyen de mieux répartir les masses dans la tête du club ainsi qu’aux joueurs amateurs passionnés en quête de pièces uniques.

En conclusion, l’impression 3D devrait continuer de se démocratiser comme elle le fait depuis une dizaine d’années dans le domaine sportif, poussée par les équipes, les fédérations ou les sponsors à la recherche de résultats en terme de performances ou de coûts. Avec un marché des articles de sport estimé à environ 10 milliards d’euros (source Fédération professionnelle des entreprises du sport et des loisirs), les particuliers ne devraient pas être en reste à la vue de l’engouement de certaines marques comme Adidas ou Under Armour mais aussi l’émergence de startups qui viennent offrir davantage de personnalisation ou d’originalité dans le design de l’équipement de demain.