Catherine Azzaro-Pantel est Professeure des Universités à l’INP-ENSIACET (Ecole Nationale Supérieure des Ingénieurs en Arts Chimiques Et Technologiques) de l’Université de Toulouse. Son travail de recherche, au Laboratoire de Génie Chimique UMR CNRS 5503, porte sur l’optimisation et l’éco-conception des procédés et systèmes industriels. Le Pr. Azzaro-Pantel est co-auteur avec Jean-Pierre Dal Pont, Président de la Société Française de Génie des Procédés, de l’ouvrage « New Approaches to the Process Industries, The Manufacturing Plant of the Future », qui vient de paraître aux éditions Iste Wiley.

Les Allemands parlent déjà d’ « industrie 4.0 ». Que signifie ce concept ?

Pour expliquer le concept « Industrie 4.0 » dont on rencontre des synonymes tels qu’« usine digitale », « cyber-usine » , « usine intelligente », il faut effectuer un petit rappel historique des trois révolutions industrielles qui ont profondément transformé l’économie et la société :

  • la première révolution à partir de la seconde moitié du XVIIIe siècle caractérisée par l’utilisation de la machine à vapeur et du charbon, par l’essor de la métallurgie et du textile ;
  • la deuxième révolution dès la fin du XIXe siècle, exploitant l’électricité et le pétrole, marquée par l’essor de l’automobile et les progrès de la chimie, l’augmentation de la productivité par l’instauration du travail à la chaîne ;
  • la troisième révolution au milieu du XXe siècle introduisant l’automatisation de la production, et ses éléments phares, robots et automates programmables.

La quatrième révolution baptisée « Usine 4.0 » consacre l’usine numérique, mêlant le réel et le virtuel : cela signifie que l’on tend vers une fusion entre le monde réel de la production et le monde virtuel réparti apporté par l’informatique et les réseaux de communication.

Le concept se fonde bien sûr sur l’idée de développer des procédés propres, sûrs et sobres, et donc plus efficaces, minimisant la quantité d’énergie, d’eau, et plus généralement les ressources nécessaires tout en générant une quantité limitée de rejets. L’usine du futur doit ainsi apporter sa contribution à l’économie circulaire par la réduction et le recyclage des déchets. Au delà de ces caractéristiques communes, la physionomie de l’usine du futur dépendra du secteur d’activités. Dans les industries de procédés, l’intensification des procédés constitue un des moyens pour aller vers l’usine du futur et revisite les bases des procédés industriels classiques. Cela se traduit par une tendance à la miniaturisation, à l’utilisation d’équipements multifonctionnels privilégiant un mode opératoire en continu plutôt qu’en discontinu, à des unités de fabrication plus compactes à plus faible impact visuel sur l’environnement et à émissions réduites. Il s’agit d’une véritable démarche d’éco-conception !

A propos d’interconnexion… Comment les smart grids s’intégreront-ils à l’usine du futur ?

Là encore, nous vivons une véritable transition. Au sein de l’usine intelligente, les « smart grids » doivent permettre de résoudre le problème de la gestion de la distribution de l’énergie issue de sites éclatés et nombreux. Il sera nécessaire de prendre en compte le nouveau bouquet énergétique : les sources d’énergie seront de plus en plus diversifiées et renouvelables. Comment choisir et gérer les sources d’énergies les plus adéquates? Comment gérer le problème de l’intermittence des énergies renouvelables et le stockage ? A ce titre, les nouveaux champs ouverts par l’hydrogène par exemple sont extrêmement intéressants. Les flux d’échanges que permettront les « smart grids » contribueront à apporter des réponses aux enjeux énergétiques.

Quels seront les bénéfices pour la planète et pour l’humanité ?

L’utilisation plus rationnelle de l’énergie aura un impact positif sur l’environnement. Par exemple, en France, la part de la composante énergie dans l’empreinte écologique est de l’ordre de 50%. La combinaison d’une meilleure efficacité énergétique et le recours à des sources d’énergie renouvelables permettront, entre autres, aux usines de fonctionner de manière plus sobre et plus respectueuse de l’environnement. Mais attention ! Ces critères devront être considérés dès la conception de l’usine, et non plus intégrés en tant que contraintes à respecter « en bout de chaîne » comme cela est souvent le cas aujourd’hui où seuls les critères technico-économiques priment. Les unités de production devront être plus distribuées, limitant les phases de transport à très longue distance, rendant l’usine plus proche des acteurs de son écosystème, redynamisant ainsi l’économie locale.

Cela impliquera une nouvelle organisation du travail. Loin de nous la vision des Temps Modernes de Chaplin ! Il faut imaginer de nouvelles méthodes organisationnelles, adapter les formations à tous les niveaux, notamment celles des ingénieurs pour favoriser et optimiser la collaboration des acteurs et les échanges d’information au sein de l’usine. Pour faire face à la complexité des systèmes inhérente à ce nouvel environnement –distribution des sites, multiplicité des sources d’énergie, optimisation de l’efficacité énergétique, notamment-, le travail ne sera plus seulement multidisciplinaire mais aussi interdisciplinaire. Cela privilégie la vision « système » , la pensée « cycle de vie », le rôle d’intégration des sciences d’ingénierie.

La transition industrielle : une révolution énergétique ?

08Nous sommes dans une phase de mutation dans beaucoup de domaines : industrielle, écologique, énergétique… La transition industrielle implique inévitablement une révolution énergétique, comme cela a déjà évoqué. L’innovation est au cœur du processus. Certaines réponses technologiques sont déjà disponibles. Il y a des programmes de recherche bien avancés, des briques existent aussi bien du point de vue numérique que productif. Par exemple en génie des procédés, nous disposons d’outils de simulation d’usines complètes depuis de nombreuses années.
Plus généralement, il faut encore travailler dans le domaine de l’efficacité énergétique notamment sur la récupération et le stockage, sur la fabrication additive – l’impression 3D- qui peut révolutionner la conception dans bien des domaines!