« Nos clients sont parmi les industries les plus émettrices de gaz à effet de serre, lâche Zoé Bezpalko, la responsable de la soutenabilité chez Autodesk, éditeur américain de solutions de conception assistée par ordinateur (CAO). Il est donc de notre responsabilité de les aider à réduire leur impact environnemental.» Réduire le poids des matériaux, leur empreinte environnementale, concevoir de manière à faciliter la réparation… L’éco-conception est « une demande grandissante de nos clients depuis cinq ans, qui s’intensifie encore avec l’arrivée de régulations », comme la loi anti-gaspillage et économie circulaire (Agec) en France, assure Olivier Sappin, le directeur des solutions CAO chez Dassault Systèmes, regroupés sous la bannière Conception assistée tridimensionnelle interactive appliquée (Catia). « Pour autant, personne ne dit qu’il faut se plier aux règles de l’économie circulaire. C’est beaucoup trop général », précise Zoé Bezpalko. Les demandes sont plutôt très précises et visent à répondre à trois grands besoins : réduire le plus en amont possible l’impact environnemental d’une pièce, suivre cet impact tout au long du développement du produit et optimiser les processus de production. Le premier et le troisième de ces besoins sont déjà bien traités par les éditeurs, mais le deuxième est encore trop partiellement satisfait.
Optimiser aussi bien la pièce que sa production
Au fil des années, pour accompagner leurs clients dans la réduction de l’empreinte carbone liée à leurs produits, les éditeurs de logiciels de CAO ont développé une panoplie d’outils d’optimisation topologique, une méthode logicielle qui permet de trouver la répartition de matière optimale dans un volume donné soumis à des contraintes. Le critère le plus important : réduire le poids des pièces, « ce qui résulte toujours en une moindre consommation de CO2 », affirme Olivier Sappin. La demande est venue en premier des constructeurs automobiles, d’abord parce que des labels, comme l’européen GreenNCAP, ont transformé la contrainte environnementale en avantage compétitif, mais aussi suite au scandale Volkswagen, qui a amené « un sentiment de paranoïa chez certains de nos clients », témoigne Olivier Sappin. C’est pourquoi des solutions comme Catia Lightweight Engineering de Dassault semblent bien adaptées à la fabrication de véhicules. « Nous sommes aujourd’hui capables d’automatiser l’allégement de certaines pièces, soit en gardant le même type de matériau, soit en allant en chercher de nouveaux, comme des composites. »
C’est là que les spécialistes de la simulation ont aussi leur rôle à jouer : «Quand on compresse trop un matériau, pour atteindre telle forme ou tel poids, il y a des risques d’échauffement, précise Emmanuel Leroy, le vice-président d’ESI Group. Nos solutions de simulation sont plus complètes que celles proposées par les fournisseurs de CAO et permettent de modéliser ces échauffements sans avoir à en subirlesfrais. »
À côté de cette optimisation de la pièce, les clients réclament de plus en plus celle du processus de production lui-même. « Il existe des milliards d’outils pour optimiser la fabrication et tous ne sont pas adaptés à toutes les demandes », souligne Zoé Bezpalko. Par exemple, Autodesk propose des solutions pour faire du nesting, « une technique de fabrication par découpe laser (de métal, de bois…), qui permet d’optimiser de manière automatique et à très grande échelle la forme et l’agencement des pièces que l’on veut produire, afin de ne laisser qu’une quantité minimale de déchets après production », détaille l’ingénieure en conception industrielle. Parmi les autres outils de l’éditeur américain, on peut également citer Moldflow, un logiciel de simulation de moulage par injection plastique qui permet d’utiliser le moins de matière possible.
S'appuyer sur le machine learning et les bases de données massives
Le troisième besoin, mesurer l’impact environnemental d’une pièce tout au long de son cycle de vie, lui, reste à satisfaire, concèdent les spécialistes en CAO. Certes, pointe Olivier Sappin, il existe des outils «pour simuler le montage et le démontage d’une pièce, mais aussi les dégradations mécaniques des matériaux», intégrés dans la dernière version de Catia ou dans Inventor d’Autodesk, par exemple. Mais ces solutions s’appuient sur des bases de données restreintes, fournies soit par l’éditeur, soit par le client lui-même. Il manque «un outil plus transversal, qui permette de définir très précisément l’impact environnemental lié à la production et à la vie du produit fini (consommation de CO2, d’eau, recyclabilité…) très en amont dans la phase de conception, et d’être capable de suivre ces paramètres tout au long du processus de production puis du cycle de vie de la pièce», reconnaît Zoé Bezpalko. Et si les éditeurs ont tenté de lancer de tels outils, ceux-ci ont rencontré « une très faible adoption car les solutions proposées demandaient d’entrer trop de données sur les matériaux et les contraintes de la pièce à produire, des données qui dépassent parfois le designer », analyse-t-elle.
Un outil à la fois simple d’utilisation et complet – un « ViewCube de l’éco-conception », comme aime l’appeler Zoé Bezpalko, du nom de l’outil de visualisation de la conception industrielle en 2D et 3D vendu par Autodesk – ne semble cependant pas hors de portée. Son développement pourra en tout cas s’appuyer sur la capacité d’automatisation aujourd’hui permise par l’apprentissage automatique (machine learning) et l’arrivée de bases de données massives, comme Ecoinvent, conçue notamment par les établissements suisses des Écoles polytechniques fédérales de Lausanne (EPFL) et de Zurich (ETH). Autodesk s’apprête à dévoiler un prototype d’un tel outil, fruit d’un partenariat avec des spécialistes des cycles de vie, comme SimaPro, lors de l’Autodesk University, en novembre. Ce ne sera qu’une étape. «Nosclients veulent désormais être capables de tracer l’impact environnemental, non seulement de leur produit, mais de toute la chaîne d’approvisionnement », indique Emmanuel Leroy.
La conception générative à l’épreuve de la fabrication en série
C’est l’une des méthodes les plus prometteuses pour produire avec le moins de matière possible. « La conception générative renverse totalement le processus, s’exclame Olivier Sappin, le directeur de Catia, l’unité de Dassault Systèmes qui gère le catalogue de solutions CAO éponyme. Avant, l’ingénieur devait répondre à un grand nombre de contraintes (poids, taille, robustesse, résistance à l’effort…) et imaginait lui-même la forme de la pièce qui pourrait répondre à ces critères. Avec la conception générative, l’ingénieur entre seulement une poignée de critères. L’algorithme dessine la forme d’une pièce de manière automatique et lui propose une dizaine de solutions différentes. Et c’est à l’opérateur de choisir celle qui répond le mieux à ses attentes. » Si elle en est encore « à ses balbutiements », la conception générative est « un bon outil d’exploration pour inspirer les designers ou tester de nouveaux matériaux, comme le polyamide 11, un polymère thermoplastique développé par Arkema et destiné à l’impression 3D », selon Zoé Bezpalko, la responsable de la soutenabilité chez le fournisseur de CAO Autodesk. Mais ce mode de fabrication reste marginal dans l’industrie. « Quand on doit sortir 5 000 véhicules de l’usine tous les jours, l’impression 3D n’est pas une solution », remarque Olivier Sappin. Aujourd’hui, Dassault et Autodesk proposent – au sein de leurs plates-formes logicielles respectives, 3DExperience et Fusion 360 – des solutions de conception générative adaptées à des procédés de fabrication beaucoup plus classiques, comme l’injection plastique ou l’emboutissage. Un moyen, assurent-ils, de faire entrer la conception générative dans toutes les usines.
