La transition numérique au service du développement durable

Le développement durable n'est pas un épiphénomène pour les entreprises, loin derrière la performance économique. Entre les comportements citoyens que chaque individu est amené à adopter et les politiques d'État, l'entreprise a un rôle central à jouer pour accélérer le mouvement.

Si l’entreprise ne s’engage pas en faveur du développement durable, elle y sera contrainte. Pour preuve, des fonds d’investissement commencent à se détourner des acteurs économiques ne faisant pas suffisamment d’efforts pour l’environnement. À l’autre extrémité de la chaîne, des clients de plus en plus nombreux exigent des changements immédiats. Plutôt que de subir ces phénomènes, pourquoi l’entreprise n’en ferait-elle pas un atout ? Elle pourrait responsabiliser, mobiliser et dynamiser ses équipes autour de projets axés simultanément sur la performance économique et le développement durable. C’est un enjeu sociétal majeur.

L’industrie aux avant-postes

Pour y parvenir, il faut changer de paradigme. La stratégie gagnante repose sur une vision holistique, et non partielle, qui réconcilie les objectifs de performance environnementale et économique.

L’industriel va rechercher des gains économiques liés à :

• l’adoption de produits durables, plus attractifs pour ses clients et donc vecteurs de croissance ;
• la performance opérationnelle des sites de production, par la réduction des non-qualités et de l’énergie consommée notamment ;
• et enfin, sur les coûts indirects : la diminution des déplacements des employés, la levée des pénalités liées aux émissions de GES...

Les gains économiques rejoignent les gains environnementaux sur lesquels l’industriel peut intervenir. Ils sont également de trois ordres : décarbonation de la production, qui passe par la réduction émissions directes de gaz à effet de serre [GES] et des particules ; baisse de la consommation énergétique et, enfin, diminution des GES indirects liés notamment aux déplacements des employés, des marchandises, des intrants, des fournisseurs et revendeurs…

Les liens évidents entre les gains économiques et les gains environnementaux rendent cette approche attractive. Le développement durable impose donc aux ingénieurs de penser "gestion du cycle de vie" complet des produits et des équipements de production – de leur conception à leur recyclage ou destruction. À chaque phase de la vie d’un produit – conception, fabrication, promotion et commercialisation, vie en service, fin de vie ou recyclage – peut se dégager un bénéfice économique et environnemental.

L’impact environnemental des entreprises se doit alors de devenir neutre. Pour faciliter leur engagement dans la transition environnementale, les entreprises industrielles peuvent s’appuyer sur de formidables auxiliaires que sont les logiciels d’aide à la conception, à la création de jumeaux numériques, ou encore, à l’emploi de la réalité augmentée.

Quelques chiffres rendent compte de cet engouement. Dans le cadre du plan France Relance 2021, plus de 1 500 dossiers ont été déposés, du 3 au 12 mai 2021, par des PME et ETI industrielles en vue de recevoir une aide en faveur des investissements pour leur transformation vers l’industrie du futur. Cela représente plus d’un milliard d’euros d’investissements productifs, dont 175 millions d’euros d’aide.

De la conception à l’éco-conception

Les entreprises industrielles qui sont engagées dans la transition numérique possèdent, sans toujours le savoir, les outils informatiques qui les aideront à réussir leur transition environnementale.

Tout commence dès la phase de conception. Depuis plusieurs décennies déjà, les bureaux d’étude privilégient les logiciels de conception sur ordinateur. Ils permettent de dessiner un produit ou un procédé de fabrication. Le recours à un logiciel de simulation autorise des tests virtuels des caractéristiques physiques et logiques, très proches des conditions réelles. Cette étape évite la création des prototypes intermédiaires. Ce sont autant d’économies de matières et d’énergie réalisées.

Le Generative Design, ou conception générative, permet à l’ingénieur de s’appuyer sur des algorithmes pour proposer des options de conception répondant à certaines contraintes, telles que réduire la masse finale du produit. La conception générative se combine parfaitement avec la fabrication additive, quand cela est possible. C’est un procédé de fabrication économe en matériaux quand on le compare, par exemple, à celui de l’usinage qui procède par enlèvement de matière et qui génère quantité de déchets.

Le PLM (logiciel de gestion du cycle de vie) contribue également à cette dynamique positive en offrant une visibilité et une traçabilité assez précise sur l’empreinte carbone du produit tout au long de sa vie. De la même manière qu’on agrège la masse, on peut agréger le score carbone des produits et ainsi accompagner les ingénieurs à concevoir des solutions durables. Des fonctions du PLM permettent notamment d’assurer la conformité à la directive Reach sur l’utilisation de composés chimiques potentiellement dangereux pour la santé et l’environnement. Le choix de composants et de matières moins polluants ne relève pas seulement d’une obligation légale, mais parfait le cercle vertueux de la conception et du réemploi de produits durables.

Adopter des méthodes de contrôle d’une conception en réalité virtuelle et, dans certains cas en réalité augmentée, devient de plus en plus accessible, financièrement et matériellement. Cela autorise les concepteurs à se connecter à la maquette du produit à l’échelle 1, qu’on peut nommer jumeau numérique. Si cette connexion se fait à distance, ce sont autant de déplacements évités, coûteux en énergie et en temps perdus.

L’usage en mode collaboratif des outils informatiques énumérés ci-dessus réduit le temps de développement d’un produit, abaissant de fait son empreinte carbone indirecte.

La phase de conception permet aussi de simuler les systèmes productifs (fabrication, entreposage et intralogistique), les éléments inhérents aux processus (la consommation énergétique, les risques de la non-qualité et de rebuts…), et le rôle des personnes dans ces processus. La simulation des procédés accompagne la transition digitale des industriels en permettant de concevoir des lignes flexibles, capables de fabriquer ou d’assembler différentes séries de produits.  Passer de sites spécialisés à des usines flexibles, relocaliser si possible, c’est un enjeu tout autant économique qu’environnemental.

L’étape de la conception – qu’on peut qualifier d’éco-conception car la dimension environnementale est omniprésente – a un double intérêt. Elle optimise la création d’un produit ou d’un procédé et peut être source d’économies sur les matériaux, la consommation d’énergie, et l’espace dédié à la production. Elle favorise également le travail collaboratif à distance, qui annule bien des déplacements et des gaspillages.

Pour une production frugale

L’excellence opérationnelle passe aussi par la capacité de connecter les machines afin de mesurer leur productivité et d’anticiper les pannes, de comparer et optimiser la performance industrielle des sites, et de minimiser la non-qualité.

Parvenir à minimiser, voire éliminer, la non-qualité est doublement bénéfique. Cela supprime les arrêts intempestifs des machines, particulièrement coûteux, et réduit la perte de matière, dont certaines ont un prix très élevé. Le « Model Based Design », méthode de gestion de projets informatiques, permet d’améliorer, par itération, ces phases en engageant des outils de simulation et d’optimisation des processus de fabrication. De fait, la réduction du temps de fonctionnement d’une ligne et la juste dépense de matière évitent un surcroît de consommation d’énergie et d’émissions de GES.

Le couplage de ces solutions au PLM offre une vision précise et une traçabilité de l’évolution du parc des machines et des lignes de production.

Connecter les machines permet aussi de renvoyer au concepteur les données réelles sur la performance du processus de fabrication (consommation d’énergie, la non-qualité, etc..) et ainsi, de mener les corrections nécessaires sur le produit ou son procédé de fabrication.

La maintenance prédictive, quant à elle, s’appuiera avantageusement sur l’intelligence artificielle. Elle assure le bon déroulement des opérations en analysant et en identifiant les défauts de fonctionnement et les défaillances des matériaux ou des procédés. Cela augmente significativement l’efficacité opérationnelle et participe indirectement à la frugalité de l’industrie. Être frugal en matière et en énergie est bon pour la planète… et tout aussi bon pour le retour sur investissement.

Des produits éco-responsables

La tendance de l’obsolescence programmée et des produits jetables est aujourd’hui profondément remise en question. Des industriels prennent le contre-pied en se lançant dans une démarche éco-responsable.

Cela démarre dès la phase de conception par la mise au point d’un produit facile à maintenir tout au long de son cycle de vie. On allonge ainsi sa durée de vie, ce qui évitera une surconsommation de matériaux et d’énergie nécessaires à son remplacement. Une conception modulaire permettra même d’aller plus loin en rendant l’objet évolutif.

Concevoir un produit dont les opérations de maintenance peuvent se faire via des instructions de montage-démontage, voire de réparation, à l’aide de la réalité augmentée (RA), optimisera forcément la maintenance et nécessitera moins de personnes ou d’équipements de réparation sur le site dédié à sa maintenance. Le concept peut même être poussé loin par l’appel à un expert qui aidera à distance les néophytes, aidés par une visualisation en RA.

Connecter le produit à une base de données dotée d’intelligence artificielle permettra, au travers des informations collectées (via les capteurs du produit et un réseau de transport des données), d’anticiper les corrections des problèmes avant qu’ils ne génèrent des pannes. La durée de vie du produit s’en trouvera rallongée.

La connexion du produit à la base de données du concepteur permettra un feed-back utile. L’analyse des comportements dans la vie réelle dudit produit faciliteront l’ajustement des configurations des séries futures.

Une règle importante des produits éco-conçus est de le calquer sur les justes besoins : ni trop ni trop peu. En effet, un produit mal conçu a plus de chances de tomber en panne et de générer davantage de maintenance. Au contraire, un produit conçu au-delà des besoins identifiés aura consommé plus de matières et de composants, et demandera des efforts de maintien en condition opérationnelle plus élevés.

Les technologies de l’information sont un catalyseur efficace pour concevoir et fabriquer des produits moins polluants en s’appuyant sur des pratiques liées à la production plus propre.

"Mieux vaut prendre le changement par la main avant qu’il ne nous prenne à la gorge", disait Winston Churchill. Le rôle des dirigeants dans la réussite du changement stratégique que doit opérer l’industrie pour tendre vers un modèle circulaire, à l’instar de l’économie circulaire, est décisif.

L’industrie est à la fois un moteur de progrès technique et de développement économique depuis plus d’un siècle, mais également un vecteur majeur de pollution. Se trouvant à la croisée des chemins, elle est désormais contrainte de dépasser ce paradoxe. Un objectif accessible et réalisable, dès maintenant, et ce, sans entraver la croissance et la performance à moyen et long terme.