Rapport Technique GRETh : La fabrication additive métallique appliquée au domaine des échangeurs de chaleur

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En 2016, le GRETh publiait un état de l’art consacré à la Fabrication Additive appliquée aux échangeurs de chaleur. Ce rapport, relativement pionnier en 2016, avait pour objectif d’explorer les potentialités offertes par ces technologies encore émergentes, en identifiant les premières réalisations, les promesses de rupture, mais aussi les nombreux verrous techniques, normatifs et économiques existants. À cette époque, les procédés de fabrication étaient encore en cours de maturation, les matériaux limités (notamment en ce qui concerne les métaux), les performances incertaines, et la standardisation quasi-inexistante. Les applications aux systèmes thermiques restaient donc très exploratoires et cantonnées à des démonstrateurs ou des prototypes à faible maturité.

Neuf années plus tard, le paysage industriel, scientifique et technologique a profondément évolué. Les capacités des procédés de fabrication additive se sont considérablement accrues, tant en précision qu’en répétabilité. Les gammes de matériaux se sont diversifiées, avec une meilleure maîtrise des propriétés thermomécaniques et des conditions de fabrication. Les machines sont plus performantes, les post-traitements mieux contrôlés, et les outils numériques de simulation, de suivi et de certification ont progressé de manière significative. Parallèlement, la recherche académique s’est intensifiée, en particulier dans les domaines de la conception optimisée, de la modélisation multiphysique, et des applications avancées aux échangeurs de chaleur. Ces avancées s’accompagnent d’une structuration de la filière, d’un cadre normatif existant et en évolution, et d’une intensification des efforts de R&D autour des applications thermiques complexes.

Dans ce contexte, le GRETh a engagé la présente mise à jour majeure du rapport de 2016, afin de fournir aux industriels, chercheurs et décideurs une vision actualisée, rigoureuse et critique de l’état de l’art de la fabrication additive appliquée aux échangeurs avec un focus sur les matériaux métalliques. Il ne s’agit pas uniquement d’un inventaire des évolutions et des projets finalisés et en cours de réalisation, mais également d’une synthèse organisée et orientée vers les problématiques concrètes rencontrées par les concepteurs et utilisateurs de systèmes thermiques innovants.

L’objectif de ce nouveau rapport est double :

• D’une part, dresser un panorama des avancées technologiques, normatives et industrielles intervenues entre 2016 et 2025, en identifiant les ruptures, les tendances, et les verrous persistants ;
• D’autre part, éclairer les apports spécifiques de la Fabrication Additive Métallique (FAM) aux échangeurs de chaleur, en mettant en évidence les cas d’usage pertinents, les bénéfices structurels et fonctionnels, les limites rencontrées, et les perspectives de déploiement industriel.

La fabrication additive se distingue par sa capacité à produire des pièces aux géométries complexes, optimisées pour un fonctionnement multiphysique, en intégrant plusieurs fonctions dans un même composant. Ces caractéristiques trouvent un écho tout particulier dans le domaine des échangeurs de chaleur, qui exige, dans certains cas d’application, des surfaces d’échange maximisées, des canaux optimisés pour l’écoulement, une compacité élevée, et une fiabilité de haut niveau. Toutefois, ces opportunités restent conditionnées à la levée de verrous critiques : qualité des matériaux, maîtrise des rugosités internes, intégrité et étanchéité des parois minces, répétabilité de la fabrication, taille des composants élémentaires, validation normative, coût global, etc.

Le présent rapport s’articule autour des six parties suivantes :

1. Un panorama général des procédés de FAM, de leurs évolutions récentes et des matériaux concernés, avec un focus sur les enjeux spécifiques aux applications thermiques ;
2. Une analyse des évolutions normatives, réglementaires et industrielles, incluant les démarches de qualification, les exigences de traçabilité, l’intégration dans les chaînes de production et les impacts environnementaux ;
3. Une présentation des bénéfices fonctionnels et structurels apportés par la FAM aux échangeurs de chaleur, en matière de compacité, performance, robustesse, multifonctionnalité et conception sur-mesure ;
4. Un état de l’art détaillé des réalisations documentées, à travers une revue critique des publications scientifiques, des brevets, des prototypes avancés, des projets collaboratifs et des études comparatives (FAM vs fabrication conventionnelle) ;
5. Un panorama industriel structuré autour d’un listing des acteurs impliqués (fabricants, prestataires, laboratoires, intégrateurs) et des facteurs clés de réussite issus des retours d’expérience ;
6. Une synthèse des facteurs clés de réussite à considérer pour un projet de réalisation d’un échangeur en FAM.

Ce travail s’appuie sur une veille documentaire approfondie, mobilisant un large éventail de sources techniques et scientifiques. Il inclut des publications académiques disponibles via les plateformes de référence telles que ScienceDirect ou encore SpringerLink (accès par abonnement ou libre selon les publications), ainsi que des thèses, rapports de laboratoires et articles de conférences spécialisés. Parallèlement, une exploitation ciblée des données disponibles en ligne a été menée, en s’appuyant sur les sites web de constructeurs de machines de fabrication additive, de prestataires de services, les portails techniques des fournisseurs de matériaux, ainsi que sur des magazines spécialisés et bases de données brevets. Cet ensemble de sources, vérifiables et récentes, permet de fonder l’analyse sur des données tangibles, tout en assurant une couverture représentative des développements industriels et scientifiques intervenus entre 2016 et 2025 (cf. Bibliographie).

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