Une station météorologique imprimée en 3D est-elle aussi efficace qu’une station traditionnelle ?

Aux Etats-Unis, des chercheurs ont imaginé une station météorologique intégrant des pièces imprimées en 3D comme des capteurs d’humidité, leur permettant de réduire drastiquement les coûts associés à une telle installation. Mais le recours à la fabrication additive permet-il toutefois d’avoir des analyses et résultats aussi précis que ceux obtenus via une station traditionnelle ? Qu’en est-il de la résistance des pièces imprimées en 3D au temps, touchées par toutes les conditions extérieures et variations du climat ? C’est tout l’objet de l’étude menée par le Laboratoire national d’Argonne qui a testé sa solution imprimée en 3D en Oklahoma : il semblerait que la station soit tout aussi efficace et précise mais qu’elle montre des signes de faiblesse au bout de 5 mois. 

Les stations météorologiques sont aujourd’hui très utiles pour surveiller, à un endroit précis, la température de l’air, la vitesse du vent, les précipitations, l’hygrométrie, etc. Manuelles ou automatiques, elles sont composées de capteurs et de divers instruments pour fournir des analyses et des mesures physiques en temps réel. Ces systèmes peuvent aussi être de puissants outils pour la recherche sur des sujets allant de l’agriculture à la production d’énergie renouvelable. Si elles sont intéressantes à tout point de vue, ces stations valent généralement des milliers d’euros, limitant ainsi leur disponibilité et donc la quantité de données climatiques collectées. Avec l’avènement et la croissance de la fabrication additive qui permet aujourd’hui de concevoir une multitude de pièces, certains chercheurs se sont demandés s’ils ne pouvaient pas justement baisser le coût de ces systèmes en imprimant en 3D certains composants et  proposer une alternative plus abordable. 

La plupart des systèmes utilisés aujourd’hui représentent un coût élevé (crédits photo : Michal Osmenda, CC by-sa 2.0)

Adam K. Theisen, un scientifique spécialiste de l’atmosphère et de la Terre au laboratoire national d’Argonne, a donc mené ce projet de station météorologique imprimée en 3D. Il explique qu’il a comparé cette solution avec une station traditionnelle  pendant huit mois pour voir si elle était aussi précise et si elle pouvait résister aux différentes conditions climatiques. Il ajoute : “Je ne m’attendais pas à ce que cette station fonctionne aussi bien qu’elle l’a fait. Même si les composants ont commencé à se dégrader, les résultats montrent que ce type de stations météo pourrait être viable pour des campagnes plus courtes.”

La station météorologique en question comprendrait une centaine de pièces imprimées en 3D avec de l’ABS, un matériau qui a été privilégié de par sa meilleure résistance au temps et aux conditions extérieures comparé au PLA. Toutefois, il a tendance à jaunir quand il est trop exposé au soleil. On imagine que l’équipe a opté pour un thermoplastique relativement abordable, l’objectif étant de réduire le coût de la station météorologique. L’impression 3D a été réalisée à l’université de l’Oklahoma, en suivant les fichiers 3D open-source développés par l’initiative 3D-PAWS (3D-Printed Automatic Weather Station). Une fois les pièces prêtes et assemblées, l’expérience pouvait commencer : de la mi-août à la mi-avril de l’année suivante, les capteurs de la station ont mesuré avec précision la température, la pression, la pluie, les UV et l’humidité relative. Notez que pendant cette période, le système a connu de fortes pluies, de la neige et des températures allant de -10 à 40°C, ce qui n’a pas empêché les analyses et la matière plastique de résister à toutes ces variations. L’équipe précise que seul l’anémomètre imprimé en 3D, un appareil qui mesure la vitesse du vent, n’a pas donné de bons résultats. 

A gauche, un capteur d’indice ultraviolet imprimé en 3D : le jaunissement de la pièce est dû à une exposition trop longue au soleil

Au bout de cinq mois après le début de l’expérience, la station a commencé à montrer des signes de faiblesse : le capteur d’humidité relative s’est corrodé et est tombé en panne, et certaines pièces ont fini par se dégrader ou se casser. L’avantage de l’impression 3D réside toutefois dans le fait qu’il est possible de recréer la pièce endommagée rapidement et facilement, en modifiant même son design si besoin. On pourrait donc imaginer une station météorologique imprimée en 3D à réparer ou optimiser au bout de quelques mois, tout dépend bien évidemment du coût global. Adam K. Theisen précise : “Si vous parlez de remplacer deux ou trois de ces capteurs imprimés en 3D bon marché plutôt que d’entretenir et de calibrer un capteur de 1 000 dollars par an, c’est un excellent rapport coût-efficacité à prendre en compte.” L’impression 3D pourra-t-elle devenir la nouvelle méthode de fabrication de nos stations météorologiques ? L’avenir nous le dira !

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