Développer FA le secteur pétrolier et gazier : du prototypage à la chaîne d'approvisionnement numérique

7 avril 2026 | Temps de lecture : 5 min

L'industrie pétrolière et gazière évoque souvent des images de structures métalliques gigantesques, de pièces moulées massives et d'équipements traditionnels en service depuis des décennies. À la raffinerie ExxonMobil de Baton Rouge, certains compresseurs fonctionnent depuis 1938. Cependant, derrière l'apparence de ces opérations traditionnelles, une révolution numérique est en train de s'opérer. Christopher Beeson, superviseur de l'exécution des machines spécialisées et responsable de la fabrication additive (FA) pour Baton Rouge, est à l'avant-garde de cette transition. Fort de plus de 30 ans d'expérience, qu'il a débutée dans le soudage manuel, M. Beeson comprend la réalité physique du métal. Il consacre désormais ses journées à promouvoir un avenir où les pièces de rechange existeront principalement sous forme de fichiers numériques dans le cloud.

ExxonMobil dépasse désormais le stade expérimental de l'impression 3D. L'entreprise passe d'un système de laboratoires de recherche centralisés à un modèle décentralisé, piloté par les sites, dans lequel chaque raffinerie « passe à l'action ». Cette évolution marque un tournant majeur pour le secteur, démontrant que FA désormais un outil essentiel pour le maintien des infrastructures énergétiques mondiales.

Le tournant stratégique : passer des laboratoires d'entreprise à la mise en œuvre sur le terrain

ExxonMobil a débuté son parcours avec FA centralisés à Houston, au Texas, et à Clinton, dans le New Jersey. Ces installations se concentraient sur les matériaux non métalliques et le prototypage précoce. Si ces laboratoires ont fourni les bases indispensables, la véritable valeur de FA sur le terrain. L'introduction de la norme API 20S en 2021 a été le principal catalyseur de ce changement. Cette norme a fourni le premier cadre réglementaire majeur pour les composants métalliques fabriqués par impression 3D dans l'industrie pétrolière et gazière.

Une fois que l'API 20S a défini un processus de qualification, ExxonMobil s'est rendu compte que la fusion laser sur lit de poudre (LPBF) surpassait la densité et la fiabilité du moulage traditionnel. La technologie a atteint un niveau de maturité qui a permis au siège social de déléguer les rênes aux différents sites. « La mise à l'échelle de la fabrication additive, c'est mon travail », déclare M. Beeson, soulignant que l'accent est désormais mis sur les sites d'Amérique du Nord et de Singapour, où la demande en pièces de haute qualité disponibles immédiatement est la plus forte.

Éliminer la taxe sur les stocks grâce aux réseaux d'approvisionnement numériques

Le principal moteur financier de l'expansion FA la réduction de la « taxe sur les stocks ». Les géants du pétrole et du gaz dépensent chaque année des milliards de dollars pour stocker des pièces physiques qu'ils n'utiliseront peut-être jamais. Une étude interne portant sur les roues de pompes a révélé que 40 % des unités stockées finissaient par être mises au rebut ou n'étaient jamais mises en service, car les ingénieurs recalibraient les pompes ou remplaçaient des systèmes entiers. En adoptant un réseau d'approvisionnement numérique, ExxonMobil peut se passer de ses immenses entrepôts physiques.

Pour y parvenir, ExxonMobil collabore avec des concurrents tels que Shell et ConocoPhillips via un « cloud numérique » à l'échelle du secteur, baptisé Field Node. Dans cet environnement, les entreprises partagent des fichiers 3D non propriétaires. Si une volute de pompe courante tombe en panne, un ingénieur peut consulter le cloud pour vérifier si une autre entreprise a déjà numérisé et validé la pièce. Cette collaboration permet à ExxonMobil d'éviter la phase coûteuse de rétro-ingénierie et de passer directement à la production. Un réseau fiable d'imprimantes certifiées, comprenant notamment Oerlikon et Quintus, est prêt à imprimer ces pièces à la demande.

Technologies éprouvées et nouveaux horizons

Si le LPBF reste la norme établie pour les composants complexes et denses tels que les roues, d'autres technologies gagnent rapidement du terrain. La fabrication additive par arc électrique (WAAM) et le dépôt d'énergie dirigé (DED) constituent des secteurs en pleine expansion pour l'industrie. Ces méthodes sont idéales pour remplacer les grands composants traditionnels en fonte, qui mesurent souvent entre 1,20 et 1,50 mètre de haut.

Traditionnellement, la fabrication d'une pièce moulée de grande taille pouvait prendre entre 12 et 14 mois. Grâce à l'impression 3D industrielle, les raffineries peuvent désormais produire une pièce de rechange fonctionnelle en quelques semaines seulement. ExxonMobil continue également de repousser les limites en matière de matériaux. En collaboration avec des partenaires tels que Sandvik, l'entreprise développe des poudres exclusives spécialement conçues pour les environnements difficiles des raffineries, comme les fours de pyrolyse.

Beeson affirme que le LPBF est « nettement supérieur » au moulage, laissant entendre que le secteur ne s'en tient aux méthodes traditionnelles que par habitude plutôt que pour des raisons de performance.

Relever le défi de la main-d'œuvre grâce à des partenariats locaux

Le développement de cette technologie nécessite une main-d'œuvre qualifiée, mais la plupart des ingénieurs en mécanique des sites existants ont peu d'expérience en matière de conception additive. De plus, le secteur ne dispose actuellement d'aucun « métier syndiqué » officiel pour les techniciens spécialisés dans l'impression 3D. Pour combler cette lacune, ExxonMobil participe activement à la direction de la Louisiana Additive Manufacturing Association (LAMA). Ce partenariat vise à créer un centre d'excellence (COE) à Baton Rouge.

Le COE fait office d'outil « trois-en-un » pour la région. Il offre aux ingénieurs d'ExxonMobil une formation pratique, permet au site d'accéder à des imprimantes de qualité industrielle et stimule le développement économique. Les étudiants des universités locales, telles que la LSU, peuvent obtenir une certification sur différentes marques d'imprimantes, comme EOS et Velo3D. Cela leur permet d'être immédiatement embauchables dans le secteur manufacturier en pleine croissance.

Les avantages économiques de ce partenariat sont également très intéressants. L'adhésion au niveau supérieur de LAMA donne droit à 5 000 heures d'impression gratuites, ce qui permet de ramener le coût d'une turbine de 16 000 dollars au simple prix de la poudre.

Surmonter les obstacles à la transition numérique

Malgré les progrès réalisés, un « fossé dans les processus de travail » important reste le principal obstacle à une adoption généralisée. Passer d’un scan 3D brut à un fichier prêt à imprimer nécessite de répondre à des dizaines de questions techniques concernant la finition des surfaces, les protocoles d’essai et le post-traitement. Pour y remédier, l’Association internationale des producteurs de pétrole et de gaz (IOGP) a lancé le Joint Industry Sprint (JIS O2).

Cette initiative permet de créer un « passeport numérique » pour les pièces à l'aide des niveaux de maturité numérique (DRL). Une pièce de niveau DRL 1 contient des données de numérisation de base et les résultats des essais sur les matériaux, tandis qu'une pièce de niveau DRL 3 constitue un dossier numérique complet. Elle comprend les plans d'inspection et les spécifications de rugosité.

L'objectif final est de mettre en place un système de demande de devis (RFQ) « en un clic ». Une fois le dossier numérique complet, le responsable du site n'a qu'à cliquer sur un bouton pour envoyer le cahier des charges à un fournisseur agréé, ce qui évite des semaines d'échanges administratifs.