L’industrie verrière poursuit sa décarbonation. Quatre industriels du secteur – Saint-Gobain, Verallia, Fives et le groupe Pochet – participent à la chaire industrielle TwinHeat pour optimiser l’ensemble des paramètres de leurs fours lors de la production et préparer la prochaine génération de ces équipements. Financé à parts égales par l’agence nationale de la recherche (ANR) et les industriels, le projet est doté d’une enveloppe d’un million d’euros et encadré par Mines Paris-PSL. L’éditeur de logiciels SC&C apporte, lui, son expertise dans la création de jumeaux numériques.
Dans la foulée des accords de Paris de 2015, beaucoup d’industriels se sont engagés pour la neutralité carbone en 2050. Pour les aider, certains se tournent vers les outils d’intelligence artificielle (IA). Dans le cas des fours, la technologie permet notamment d'optimiser leurs paramètres de fonctionnement, d'étudier le changement de leur source d’énergie et améliorer la conception des futures générations.
Deux algorithmes d’IA complémentaires
«Les industriels simulent et modélisent déjà, mais les solutions numériques actuelles pour l’optimisation des fours sont lentes et n’embarquent pas d’algorithmes d’IA», explique Elie Hachem, directeur du centre de mise en forme des matériaux (CEMEF) et l’un des coordinateurs de la chaire. Les données issues de travaux sont récupérées dans le cadre de cette chaire et couplées à celles issues des capteurs et des sondes. «Toutes ces informations servent de base d’apprentissage pour mieux comprendre l’environnement et prédire les implications des changements de paramètres», ajoute le coordinateur.
Un premier algorithme d’apprentissage automatique doit «prédire à chaque moment ce qui se passe dans l’espace et le temps», détaille Elie Hachem. La dynamique des fluides du four dans des conditions précises est établie. Un second algorithme d’apprentissage par renforcement doit alimenter le système de contrôle du four pour optimiser les paramètres selon un cahier des charges. Le tout participe à la création d’un jumeau numérique.
Une multitude de fours et de problématiques
Chaque partenaire industriel donne deux cas d’usages. A charge pour les quatre thésards et deux post-doctorants mis à contribution de plancher sur ces sujets durant les quatre ans que doit durer le projet. Les industriels bénéficient ainsi des cas d’usage des uns et des autres. Ceux-ci peuvent consister à positionner une pièce spécifique à l’endroit où la température est la plus stable, ou homogénéiser la température dans les canaux de conditionnement reliant le four aux machines de formage.
La multitude des cas d’usages et d'équipements complexifie le travail. «Il faut répondre à plusieurs partenaires dont les problématiques et les matériels sont semblables mais pas similaires», souligne Elie Hachem. Un propos modéré par Franck Pigeonneau, enseignant-chercheur au CEMEF et l’autre coordinateur de la chaire : «Technologiquement les fours sont différents, mais la physique est la même et les modélisations sont donc les mêmes.»
Les industriels pourront accéder à l’état d’avancement des recherches et tester les outils au fur et à mesure du projet. Une façon pour les chercheurs d’avoir un retour terrain rapide pour peaufiner des algorithmes au plus près de leurs besoins. «Pour tout ce qui concerne les tests terrain, il est possible d’utiliser les fours pilotes qui sont semblables à ceux utilisés par les industriels, mais plus petits», ajoute Franck Pigeonneau.
La transition du gaz à l'électrique
«Pour la conception d’un nouveau four, l’un des objectifs est d’avoir une solution pour réduire le temps de calcul d’un nouveau four avec un configuration précise à moins d’une journée contre près d’une semaine aujourd’hui», déclare Franck Pigeonneau. Au-delà de concevoir de nouveaux fours et d’optimiser leur paramétrage, les industriels souhaitent mieux comprendre les enjeux autour du changement de la source d’énergie qui les alimentent.
«L’électrification des fours est d’autant plus envisagée que le verre à l’état fondu est conducteur d’électricité, un aspect qui peut être utilisé pour chauffer», explique Franck Pigeonneau. Des industriels ont déjà passé le pas, comme Verallia ou Pochet. «Saint-Gobain envisage aussi de travailler sur ce sujet mais cela est complexe car l’industriel réalise des pièces de verre plat dans des fours de très grande taille», ajoute Franck Pigeonneau. Et qu'au-delà de la physique, le changement de source d’énergie impacte l’exploitation et la conception.
