Unissons nos forces : Comment l'industrie et le monde universitaire peuvent-ils s'unir pour promouvoir le développement durable ?
Comment pouvons-nous exploiter le potentiel du contrôle automatique pour débloquer la prochaine génération de technologies utiles à nos communautés ? Il est clair que d'énormes progrès se profilent à l'horizon, avec des implications majeures pour le quotidien, de la mobilité à secteur industriel. Mais l'écart entre la recherche fondamentale et la pratique industrielle est encore trop important.
C'est ce problème qui a poussé Silvia Mastellone, chercheuse au PRN Automation, et Alex van Delft (dont la carrière s'étend de la gestion industrielle à la recherche), à écrirele livre The Impact of Automatic Control Research on Industrial Innovation (L'impact de la recherche en contrôle automatique sur l'innovation industrielle) : Enabling a Sustainable Future. L'idée est née d'un groupe de travail au sein de la Fédération internationale d’automatique (IFAC), créé pour réunir les mondes universitaire et industriel Le concept a été développé dans deux directions. Tout d'abord, vers un programme de recherche appliquée défini pour guider les chercheurs à répondre aux besoins du monde réel qui peuvent conduire à un grand pas vers l'innovation et la durabilité. Deuxièmement, vers une méthodologie (le "berceau de l'innovation") permettant aux grandes idées d'être mises en pratique et de formuler des questions de recherche guidées par des exigences technologiques spécifiques.
Mêmes intérêts, motivations différentes
Les chercheurs académiques sont passionnés par la recherche de nouvelles solutions aux défis scientifiques et techniques. Les mêmes défis se posent aux ingénieur·e·s et gestionnaires des installations industrielles, où l'innovation est fondamentale. Mais les moteurs de ces deux groupes sont très différents. Alors que les scientifiques peuvent suivre leur inspiration (et leurs idées novatrices) sur une longue période, dans les entreprises, les améliorations sont souvent progressives, axées sur la rentabilité et orientées vers des solutions à court terme.
Dans leur livre, Silvia et Alex présentent un modèle qu'ils appellent le "berceau de l'innovation", un cadre pour le processus d'innovation proprement dit qui s'inspire des deux côtés. Pour les chercheurs, dont les travaux partent de la recherche fondamentale et se dirigent vers l'application, il est recommandé d'utiliser des approches telles que la pensée design (“design thinking” en anglais) ou les méthodologies agiles afin d'accélérer les résultats et de mettre l'accent sur leurs explorations. Pour l'industrie, où l'innovation part des besoins de l'utilisateur final et s'oriente vers des objectifs de recherche, le conseil est de traduire systématiquement les demandes des clients en problèmes de recherche.
Quelles sont les prochaines étapes ?
En adoptant cette perspective – l'innovation pour le monde réel, alimentée par une curiosité à grande échelle – nous pouvons espérer accélérer la transformation. L'ouvrage examine les progrès réalisés dans les domaines de l'infrastructure de données, de la mobilité, de la production, de la conversion d'énergie et autres, en indiquant les orientations futures de l'automatisation et en suggérant des moyens par lesquels l'industrie peut aller au-delà de ce qu'elle fait déjà.
Les jumeaux numériques en sont un bon exemple. L'idée a capté l'imagination des professionnels dans des domaines aussi divers que la construction et la biologie, et a réellement fait ses preuves dans l'ingénierie denavettes spatiales. Un jumeau numérique n'est pas un simple modèle : il reproduit l'état exact d'un bien réel spécifique. Chaque événement, chaque utilisation de l'actif est enregistré dans le jumeau. L'utilisation de jumeaux numériques constitue donc un excellent moyen d'évaluer la pilotabilité après les missions, en particulier compte tenu des durées de vie prolongées et des exigences accrues imposées à la prochaine génération d'engins spatiaux. Chaque détail de l'histoire de ce véhicule spécifique peut être incorporé et utilisé pour suivre son état actuel – quelles pièces peuvent être soumises à des contraintes, avoir besoin d'être remplacées ou renforcées, etc. Cela permet d'éviter les conjectures, de réduire les coûts et d'améliorer la sécurité.
Il s'agit d'un cas où un problème concret rencontré au sein d'une industrie a suscité de nombreuses questions de recherche dans le monde universitaire. Les jumeaux numériques sont aujourd'hui utilisés dans une grande variété de processus de fabrication, ouvrant la nouvelle révolution industrielle (ce que l'on appelle l'industrie 4.0). En Suisse, par exemple, il est courant de trouver des procédés relativement petits qui sont équipés d'équipements anciens, subissant une lente modernisation, alors même qu'elles fabriquent des produits très innovants. Cette situation ouvre de nouvelles voies de recherche passionnantes, comme le montre le chapitre "Robotique et automatisation de la production", rédigé par Alisa Rupenyan et Efe Balta, du PRN Automation. Comme ils le décrivent, dans un domaine très concret, la recherche devient expérimentale et passionnante – on peut travailler directement avec les machines, et pas seulement avec la théorie, et obtenir des résultats très tangibles.
De même, les dispositifs de conversion d'énergie au cœur des processus industriels, de l'électromobilité et des systèmes énergétiques sont des technologies traditionnelles confrontées à une nouvelle série de défis opérationnels. Les chercheurs peuvent s'inspirer de ces applications, qui présentent un riche potentiel d'innovation dans le domaine du contrôle automatique. Interconnectant le monde électrique et mécanique, le fonctionnement de ces dispositifs est mis à l'épreuve par la nature incertaine et dynamique du réseau et du processus, ainsi que par les nouvelles exigences introduites par l'évolution des technologies de production d'énergie.
Bien entendu, la transition énergétique actuelle s'accompagne d'une complexité accrue, car les énergies renouvelables introduisent une multitude d'incertitudes. En même temps que le réseau devient plus axé sur les données, les processus mécaniques sont plus sophistiqués et plus exigeants. Et à mesure que les composants de base évoluent (comme le carbure de silicium qui remplace le silicium dans les commutateurs à semi-conducteurs), ces dispositifs deviennent plus rapides et plus efficaces – et ils présentent un énorme potentiel d'amélioration de l'efficacité, de la fiabilité et de la performance des systèmes de mobilité, d'énergie et de production. Si l'on considère la seconde moitié du “berceau de l'innovation”, cela montre qu'il incombe à l'industrie de traduire les besoins éventuels en problèmes de recherche plus vastes : les pressions immédiates créées par cette transition énergétique peuvent être exploitées pour avoir un impact beaucoup plus important, dans de multiples domaines.
Combler le fossé, c'est progresser
Tous ces exemples sont interdisciplinaires par nature, ce qui souligne l'importance de la collaboration. Silvia parle de "l'effet PRN" pour la naissance de ce livre : c'est grâce au PRN Automation que les coauteurs ont été réunis. "Le PRN Automation crée un microcosme où des chercheurs issus de milieux interdisciplinaires se réunissent pour mettre en œuvre une vision commune de l'innovation au service d'un avenir durable", explique-t-elle.
La prochaine étape ? Silvia et ses collaborateurs prévoient d'organiser des sessions de tutorat lors de conférences afin de présenter leurs résultats et d'encourager les chercheurs à rechercher des occasions de mettre leurs idées en pratique. Cette campagne a débuté lors de la conférence européenne sur le contrôle qui s'est tenue à Stockholm en Juin 2024, et une session à la conférence de l'IEEE sur les sciences de l'automatisation et l'ingénierie est prévue prochainement. Les ateliers industriels qui font généralement partie des conférences (et sont parfois organisés par le PRN Automation) sont également essentiels pour établir des liens concrets entre les deux parties, construire ce “berceau de l'innovation” et encourager les activités entrepreneuriales qui font sortir la recherche du laboratoire.
Les scientifiques du milieu académiques à la recherche de grandes idées ont le temps d'explorer une voie sans savoir exactement où elle mène. L'industrie a des objectifs plus concrets et une approche plus structurée de la recherche. En travaillant ensemble, la vue d'ensemble peut éclairer la recherche de solutions plus urgentes et conduire à des innovations pratiques qui sont vraiment transformationnelles. Pour en savoir plus sur toutes les possibilités, commandez votre exemplaire ici.
