Biomimétisme : quand la nature inspire l’innovation

Survivre dans la nature oblige les espèces animales et végétales à faire preuve d’imagination pour se nourrir, se mouvoir, se protéger ou se reproduire. Une source d’inspiration pour les industriels qui trouve tout son intérêt à l’heure de la transition écologique. Un article réalisé à partir du webinaire, organisé par Prospective, de Christelle Roger, Présidente Fondatrice de Myceco, Adrien Saint-Sardos, Chef de projet matériaux Ceebios et Raphael Masquelier, Directeur marketing et communication de Festo France.

 

  • Qu’est-ce que le biomimétisme ?

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Le biomimétisme consiste à s’inspirer du vivant, des modèles biologiques, pour concevoir des technologies ou des organisations durables. Il bénéficie d’un cadre normatif orienté vers l’éco-conception des matériaux. Il est pluri et interdisciplinaire et nécessite de faire travailler ensemble des métiers aussi divers que des ingénieurs, des biologistes ou des auteurs de science-fiction.

La biomimétisme permet de relever trois défis majeurs : la préservation de l’environnement, la capacité de réponse aux défis technologiques et la création d’emplois dans les territoires.

 

  • Quels atouts pour la France ?

Pour mieux comprendre le fonctionnement du vivant, la France bénéficie :

  • d’un capital intellectuel exceptionnel, avec 200 équipes de recherche et plus de 200 start-up,
  • de 10 % de la biodiversité mondiale
  • des 70 millions de spécimens du Museum d’Histoire Naturelle.

Si le biomimétisme n’apparaît pas en tant que tel dans l’approche des politiques publiques, l’OPECTS (Office Parlementaire de l’Évaluation des Choix Technologiques et Scientifiques) en faisait, dès 2006, le premier élément de la révolution technologique. Le CNRS l’a inscrit en 2019 comme potentiel d’innovation pluridisplinaire dans son contrat d’objectifs et de performance. Dans le cadre du PIA (Projet d’Investissement d’Avenir), un projet d’équipement prioritaire de recherche lui est dédié. Une feuille de route nationale a été rédigée pour cadrer des actions au niveau national pour favoriser l’essor du biomimétisme.

 

 

Chiffres clés

  • Investissements
  • 425 millions d’euros aux États-Unis depuis 2009
  • 200 millions d’euros de fonds publics en Allemagne depuis 20 ans
  • 27,7 millions d’euros dont 19,3 millions de financement public en Suisse entre 2014 et 2017
  • 900 000 euros en France mais le biomimétisme n’est pas flêché
  • Marché mondial 16 milliards d’euros d’ici 2028 (source Institut BisResearch)

 

  • Quelles applications ?

 

Énergie

Dans le vivant, on sait transformer l’énergie en mouvement. Des start-ups imaginent l’inverse : utiliser le mouvement pour créer de l’énergie. C’est ainsi qu’est née une hydrolienne souple qui ondule comme une murène, ou une éolienne inspirée par le mouvement d’un banc de poissons.

Adhésifs industriels

Plusieurs stratégies existent dans le vivant :

  • le gecko avec ses ventouses ;
  • la moule et le ver château de sable avec des filaments et des colles qui résistent aux conditions salines ;
  • le lierre qui crée une colle à partir de pectine et de nanoparticules.

Des entreprises se sont inspirées de ces stratégies pour créer des adhésifs industriels.

Automobile

En partenariat avec l’Université d’Évry, Renault a étudié la façon dont les marathoniens gèrent leur énergie pour concevoir des algorithmes de voitures hybrides.

Chimie et physique de surface

Avec sa mouillabilité très faible, le lotus évite de se faire envahir par les bactéries et une simple goutte d’eau nettoie sa surface, pour favoriser la photosynthèse. Sa surface hydrophobe et lipophobe* permet à la plante carnivore de tout digérer. Le sténocaraphe, un scarabée du désert, récupère une goutte d’eau par jour grâce à sa nano surface. Autant de propriétés utilisées dans des technologies de récupération d’eau ou de propreté des surfaces.

*Qui repousse les graisses et les huiles.

Bâtiment

Suivant le degré d’hygrométrie, la pomme de pin s’ouvre ou se ferme pour se reproduire. Un laboratoire de Stuttgart a conçu un pavillon qui, sans énergie, régule sa température en ouvrant et fermant les « pores » du bâtiment.

Le béton autocicatrisant comprend des capsules qui contiennent des bactéries dormantes en temps normal. En cas de fissure, les capsules se cassent, les bactéries sont réactivées par l’eau et libèrent du carbonate de calcium qui cicatrise le béton.

Fabrication du verre

Les diatomées (micro-algues) ont un squelette cellulaire en silice réalisé dans des conditions très douces : température ambiante, pression sous-marine. Des recherches académiques s’inspirent de ce modèle pour substituer le procédé classique de fabrication du verre très énergivore.

Capteur et informatique

Une équipe de l’Université de Tours étudie des insectes qui captent des informations mécaniques, acoustiques, visuelles de façon très optimisée car il s’agit de leur survie. Ce qui permet de concevoir des capteurs avec une grande rapidité de calcul et peu de mémoire.

Mouvement industriel chez Festo

Leader mondial de solutions d’automatisation industrielle, Festo a créer un département de biomimétisme.

  • L’entreprise s’est ainsi inspirée de la raie manta pour développer un préhenseur. Cet animal a en effet une façon très particulière de se mouvoir. Il est possible de reproduire ses nageoires avec des entretoises pour aboutir à un préhenseur qui enrobe le produit afin de le tenir de manière sûre et douce, à l’inverse d’une pince. Ce qui intéresse le secteur agroalimentaire, par exemple.
  • Le caméléon adapte la forme de sa langue à sa proie. Le FlesShape Gripper fait de même pour saisir des formes complexes ou différents objets en vrac, et ce, sans réglage. Le système est également utilisé en cobotique : le préhenseur se rétracte sur lui-même en cas d’interférence avec l’opérateur.
  • Le gecko a également inspiré Festo pour créer des préhenseurs qui ne laissent pas de trace sur l’objet.
  • Le muscle pneumatique en forme de tube avec un côté bouché se contracte et se rétracte comme un biceps, avec de l’air comprimé. Il est utilisé pour régler des tensions de courroie, mettre en forme des pièces, emboutir des jantes de voiture, effectuer des tests de fatigue. L’absence de tige de vérin qui entre et qui sort permet de travailler dans des conditions extrêmes.

 

  • Comment mener un projet d’innovation bio-inspirée ?

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La première phase d’abstraction du problème technique consiste à interroger la biologie, de visiter le monde du vivant pour voir s’il existe des solutions au problème abstrait, avant de retourner dans le monde technique pour trouver la solution.

 

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Les compétences peuvent être intégrées ou non dans l’entreprise. Le Ceebios (Centre d’Études et d’Expertise en Biomimétisme) accompagne également les entreprises.

Pour se lancer dans un projet bio-inspiré, Bioxegy, premier bureau d'études et d'ingénierie français  est spécialisé dans le biomimétisme. L'entreprise accompagne  les entreprises de toute taille pour imaginer, concevoir et développer des innovations bio-inspirées. 

 Chrystelle-roger " Le biomimétisme permet de répondre à tous les enjeux des filières industrielles : énergie, eau, déchets, aéronautique, naval, agroalimentaire, cosmétique, etc. La fabrication additive accélère et facilite l’adoption par l’industrie de projets bioinspirés. »

Chrystelle Roger, présidente de Myceco

 

 

adrien-saint-sardos« Financé par la BPI, le programme BiOMIg vise à créer une base de données inédites des matériaux du vivant et à développer des plateformes numériques et techniques d’accompagnement à l’éco-conception biomimétique et au prototypage de matériaux bio-inspirés. »

Adrien Saint-Sardos, chef de projet matériaux Ceebios

Capture d’écran 2021-11-24 101333_140_200"J'en appelle à toutes les entreprises : le biomimétisme est un outil d'innovation inédit. Il concilie parfaitement progrès technologique et écologie. Sachons saisir cette opportunité, parce que les autres ne nous attendrons pas."

Sidney Rostan - Founder & CEO Bioxegy 

L'agroalimentaire : un secteur industriel stratégique pour la France

180 milliards d’euros : c’est le montant estimé par l’Association Nationale des Industries Alimentaires (Ania) du chiffre d’affaires de l’agroalimentaire, premier secteur industriel français et premier employeur industriel avec près de 430 000 salariés. Ce chiffre d’affaires est réalisé par 16 500 entreprises, des PME et des TPE à 98 %, même si la France compte de grands leaders mondiaux du secteur.

  • Des métiers très différents aux problématiques variées

L’Ania a identifié 11 métiers dont chacun présente des spécificités et donc des problématiques différentes. Par exemple, l’industrie du sucre est confrontée à des problèmes technologiques liés à la corrosion. Celle de la viande présente des caractéristiques particulières sur la phase d’abattage. Les industriels s’appuient sur des centres techniques spécialisés par métier.

  • Cinq défis majeurs

Pour l'Ania, les industriels de l’agroalimentaire doivent relever cinq grands défis :

  • nourrir 10 milliards d’habitants sur terre à l’horizon 2050 ;
  • préserver les ressources naturelles de la planète ;
  • protéger les savoir-faire et la culture alimentaire ;
  • soutenir la compétitivité ;
  • accompagner la transition écologique.

Ces deux derniers défis peuvent être des opportunités pour les fabricants de biens d'équipement et la chaîne de valeur associée.

  • Un secteur rentable mais aux marges de manœuvre réduites

Entre 2013 et 2020, la production des industries agroalimentaires en France a chuté de 3,5 %, contre 0,7 % pour l’ensemble de l’industrie manufacturière sur la même période. Une baisse liée à des problèmes de compétitivité.

De 2000 à 2020, le secteur a connu une baisse continue de ses taux de marge très dépendants de la forte volatilité des cours des matières premières, de la concentration des centrales d’achat autour de quatre groupes et d’un environnement d’achats contraint. Malgré tout, le taux de marge (36 %) est supérieur à celui de l’industrie manufacturière (33 %). L’agroalimentaire reste donc un secteur rentable même si ses marges de manœuvre se réduisent d’année en année.

La crise sanitaire a eu un fort impact sur l’activité au cours du premier confinement avec une réduction de 24 % du chiffre d’affaires. À partir de juin, une reprise progressive a permis de limiter à – 5% la baisse du chiffre d’affaires. Ces chiffres agrégés traduisent mal les variations importantes suivant les métiers.

  • Vers une reprise des investissements ?

L'Insee table sur une baisse des investissements de - 14 % pour l'industrie manufacturière, moitié moins (- 7%) pour l'agroalimentaire

Selon un sondage de l’Ania, 64 % de ses adhérents ont annulé ou reporté leurs investissements, notamment en raison du manque de visibilité des marchés. Pour 2021, les investissements devraient repartir à la hausse (+ 7 %), un chiffre à prendre avec précaution, car l'enquête a été réalisée avant le deuxième confinement.

64 % des industriels sont prêts à réactiver leurs projets s'ils obtiennent des subventions. L'agroalimentaire fait partie des cinq secteurs stratégiques prévus dans le Plan de Relance pour soutenir la relocalisation et la modernisation des unités de production, afin de réduire la dépendance du pays vis-à-vis de fournisseurs non européens.

D'autres dispositifs existent, à l'image de « Territoire d’industrie » qui vise à améliorer la compétitivité des sites français, pour contribuer à la transition écologique et à la relocalisation des chaînes de production dans l’Hexagone.

  • La transformation numérique au cœur des enjeux de la filière

La digitalisation répond à quatre enjeux du secteur. Premier enjeu, l'automatisation et la robotisation des équipements pour les PME, des usines pour les grands groupes, permettent d'améliorer la compétitivité des entreprises. Parmi les attentes importantes du secteur, la maintenance prédictive vise à réduire les arrêts des lignes de production qui représentent un coût important.

Deuxième enjeu, la traçabilitépour rassurer les consommateurs sur la sécurité sanitaire des produits, leur composition, leur origine, leur mode de fabrication et leur transformation. En cas de problème, il faut être capable de savoir quelle usine et quelle partie du process sont défaillants.

Troisième enjeu auquel répond l'automatisation, la modularité des équipements. La demande des consommateurs évolue, pour devenir de plus en plus individualisée. La tendance n'est plus à acheter un plat cuisiné, mais plutôt une recette avec les ingrédients pour la réaliser. Résultat : la ligne de production devient modulaire, avec une capacité à changer rapidement de produit. Plus agiles que les grands groupes, les PME peuvent tirer leur épingle du jeu.

Quatrième enjeu : l'interopérabilité des équipements et le développement de modèles de données standards.

  • L'indispensable transformation écologique

Les industries agroalimentaires sont très consommatrices d'eau, d'énergie et de matières premières. Elles attendent des solutions pour limiter ces consommations, notamment celle de l'eau, utilisée dans les phases de nettoyage des machines entre deux cycles.

Comme pour le reste de l'industrie, la diminution de l'empreinte carbone suppose d'augmenter la durée de vie des équipements, tout en s'assurant que leur fonctionnalité puisse changer dans le temps en fonction de l'évolution des marchés. L'extension de la durée de vie des machines pourrait d'ailleurs modifier le business model des fabricants qui loueraient leurs équipements avec des mises à jour régulières en fonction des progrès techniques.

Point de vue

« L’objectif c’est de fédérer les compétences pour les mettre à disposition des industriels de l’agroalimentaire. Ces derniers réinventent leur modèle en particulier pour produire à façon. Les mécaniciens peuvent proposer des équipements pour garantir la traçabilité et adapter rapidement la production aux attentes du marché. »

 

Philippe Hincelin, directeur général d’Agrosphères, association des industries agroalimentaires des Hauts-de-France

PhilippeHincelin« Les entreprises ont souffert différemment suivant leur marché. Les plus impactées par la crise sanitaire sont bien sûr celles qui travaillent directement avec la restauration. Pour autant, le plan de relance a généré des projets d’investissement et montré la volonté des industriels de se réinventer, d’imaginer de nouveaux produits et modes de conditionnement, d’investir et de se moderniser, pour continuer à produire en France. »

Bruno Pierre, président d’ABCD Nutrition, produits sans gluten et bio

BrunoPierre« L’emballage est l’un des enjeux de l’agroalimentaire. Toute la difficulté consiste à trouver des matériaux écologiques mais qui permettent la conservation des produits. L'ensemble du concept de conditionnement et d'emballage doit être repensé, sur fond de digitalisation. »

 

Le comité de marché de la FIM

La FIM a créé un comité de marché agroalimentaire qui réunit les industries mécaniciennes fournisseurs de ce secteur. Il assure trois missions :

  • renforcer leur attractivité notamment au travers d'échanges avec les entreprises agroalimentaires et les acteurs institutionnels ;
  • valoriser l’offre mécanicienne auprès des industriels de l'agroalimentaire, en particulier avec un annuaire des offres de solutions de l'industrie mécanique ;
  • assurer une veille marché et réglementaire.

L'hydrogène, moteur de la mobilité de demain

Et si l'hydrogène était appelé à jouer un rôle majeur dans la transition énergétique, notamment comme solution complémentaire à la batterie ? Des technologies matures existent pour la produire, la stocker et la distribuer. La volonté politique de développer cette filière est réelle et des grands de l'industrie s'engagent. Un marché qui intéresse la mécanique au premier chef. Un article en collaboration avec Bertrand Bello, Cetim.

UN POUVOIR CALORIFIQUE TROIS FOIS SUPÉRIEUR À CELUI DU GAZ NATUREL

L'hydrogène est le gaz le plus abondant dans l'univers, le plus léger, à faible densité et diffusion rapide. Son pouvoir calorifique de 120 MJ/kg est trois fois plus important que celui du gaz naturel.

Ses limites : il n'existe que sous forme atomique dans l'eau ou les hydrocarbures et présente un fort risque d'inflammabilité dans l'air dès que sa teneur est supérieure à 4 %.

UN RÔLE MAJEUR DANS LA TRANSITION ÉNERGÉTIQUE

Aujourd'hui, 60 millions de tonnes d'hydrogène sont fabriquées chaque année dans le monde, 900 000 tonnes en France, essentiellement pour des procédés industriels : désulfurisation des carburants pétroliers (65 %), synthèse d'ammoniac pour les engrais (25 %) et la chimie (10 %).

Mais l'énergie et la mobilité constituent deux nouveaux marchés appelés à croître dans les années à venir. L'hydrogène peut jouer un ràle majeur dans la transition énergétique. D'abord parce qu'il favorise le développement des énergies renouvelables dans la production d'électricité (intégration à grande échelle des énergies renouvelables, distribution dans tous les secteurs et sur tous les territoires, stockage). Ensuite parce qu'il permet de décarboner les usages énergétiques finaux (transports, industries, logement et tertiaire, etc.)

DES TECHNOLOGIES MATURES

Il existe aujourd'hui deux technologies phares de production :

  • le vaporeformage qui permet d'extraire de l'hydrogène du gaz naturel avec de la vapeur d'eau. Technologie la moins coûteuse, elle est utilisée pour produire 95 % de l'H2 dans le monde.
  • l'électrolyse de l’eau qui consiste à dissocier de l’eau en hydrogène et oxygène à l’aide d’électricité (H2O = H2 + 1/2 O2).

Deux autres méthodes plus marginales existent : la gazéification de biomasse et les solutions expérimentales à base de bactéries et de micro-algues.

Le stockage se fait soit par pressurisation jusqu'à 700 bars, soit par cryogénie à -253°C. Deux autres solutions sont en cours de développement :

  • le stockage dans des solides, par exemple des hydrures métalliques (niveau démonstrateur) ;
    le stockage dans des nanostructures de carbone (recherches fondamentales).

Quant à la distribution, elle ressemble à une station-service classique. L’hydrogène est délivré via une pompe. Il faut environ 5 minutes pour charger une voiture hydrogène pour une autonomie supérieure à 500 km. La station com- prend un compresseur d’hydrogène et un stockage sous haute pression.

La conversion de l'hydrogène en énergie s'effectue soit par réaction inverse de l'électrolyse dans une pile à combustible, soit par combustion directe dans des moteurs ou turbines adaptées.

UNE SOLUTION COMPLÉMENTAIRE À LA BATTERIE

Le marché actuel de la mobilité et de l'énergie est estimé à 1,4 milliard d'euros avec un taux de croissance supérieur à 25 % d'ici 2025, selon l'Afhypac (Association française pour l'hydrogène et les piles à combustible). La Chine ambitionne de disposer d'un million de véhicules à hydrogène en 2030.

L'hydrogène constitue une solution complémentaire à la batterie pour la décarbonation et le stockage de l'énergie du fait :

  • de ses émissions de CO2 faibles ;
  • de sa capacité de stockage plus importante que celle des batteries ;
  • d'une vitesse de remplissage élevée du réservoir ;
  • d'un fort potentiel pour les véhicules lourds.

De nombreuses technologies seront bientôt prêtes à être déployées à grande échelle pour les bus, les fourgonnettes et les chariots élévateurs.

Reste à lever quelques freins, notamment le coût des piles à combustible et les réticences sociétales face au risque d'explosion, pourtant faible.



LA MECANIQUE EN PREMIÈRE LIGNE

De l'amont à l'aval de la filière, toutes les entreprises de la mécanique sont concernées.

De nombreux composants mécaniques sont nécessaires :

  • réservoirs haute pression ;
  • compresseurs, turbines, détendeurs, échangeurs de chaleur ;
  • vannes, valves, vérins haute pression ;
  • tuyaux et raccords ;
  • ventilateurs, etc.

Le traitement de surface est également très sollicité pour régler les problèmes de corrosion, tout en maintenant la conductivité électrique. Les technologies de l'hydrogène réclament aussi des pièces techniques réalisées par les entreprises de mécanique de précision.

UNE VOLONTÉ POLITIQUE DE DÉVELOPPER LA FILIÈRE

D'ici 2023, 100 stations hydrogène devraient être déployées en France, pour accompagner la mise en circulation de 5 000 véhicules utilitaires légers et 200 poids-lourds, avec un investissement de 100 millions d'euros annuels pendant 5 ans. L’hydrogène est intégré dans le contrat national de filière « Nouveaux Systèmes énergétiques », signé le 29 mai 2019. L'un des axes du plan prévoit, outre le déploiement de solutions matures, de soutenir l’innovation dans des technologies d’avenir de production et de stockage d’hydrogène décarboné. Des industriels français tels qu’Air Liquide, EDF et Engie s’engagent à l'expérimenter.

À l'Assemblée Nationale, un groupe a été créé le 11 mars 2019 pour favoriser la mobilité zéro émission et accélérer la troisième révolution industrielle : énergies vertes et hydrogène.

DES INDUSTRIELS S'ENGAGENT

La filière s'organise autour de l'Afhypac qui regroupe des acteurs de l'énergie, des grandes entreprises, des PME et des start-up de différents secteurs (industrie, distribution, transports, etc.). Les grands groupes commencent à investir sur ce marché.

EDF a lancé sa filiale H2 Hynamics en avril 2019 pour produire de l'hydrogène par électrolyse et créer des stations-service, en partenariat avec McPhy Energy, spécialiste des solutions d’alimentation en hydrogène pour l’industrie et la mobilité.

Symbio, détenue à 50-50 par Michelin et Faurecia, développe une offre de mobilité complète pour les véhicules H2 (utilitaires, bus, poids lourds, bateaux), de la pile à hydrogène jusqu’aux services de maintenance pour le véhicule. De 150 unités par an, la production devrait s'élever à 200 000 véhicules en 2030, notamment grâce à la montée en puissance de la filière H2 en Asie.

Plastic Omnium se prépare à changer d’échelle en créant PO-CellTech, une entreprise commune avec un partenaire israélien expert dans les piles à combustible, qui acquiert des sociétés spécialisées dans les réservoirs H2 (Optimum CPV) et dans la gestion des systèmes à piles à combustible (Swiss H2). Le groupe a ouvert un centre de recherche dédié aux nouvelles énergies à Bruxelles et un centre de développement avec des installations d'essais à Wuhan en Chine.

Alstom développe des trains à hydrogène en substitution aux lignes diesel. Un Coradia iLint fonctionne dans le Land de Basse-Saxe. Le groupe a remporté un contrat de 360 millions d'euros pour livrer 27 trains H2 alimentés par des piles à combustible dans toute l’Europe pour la société Fahma, filiale de l’opérateur RMV (Rhein-Main-Verkhersverbund) à partir de 2022. La SNCF et de nombreux territoires français sont intéressés (Occitanie, Hauts- de-France, Grand-Est).

Air Liquide a lancé, avec Toyota, Idex et STEP (Société du Taxi électrique Parisien), Hysetco pour déployer des taxis H2 et l'environnement associé (stations, service client, etc.) Objectif : passer de 100 taxis roulant à l'hydrogène aujourd'hui à 600 fin 2020.
Le groupe veut développer le modèle dans d’autres villes à l’international et créer un « Airbus de l’hydrogène », via une coopération franco-allemande pour faire face à la concurrence asiatique.

FOCUS SUR QUATRE RéGIONS EN POINTE SUR L'HYDROGèNE

Dans les Hauts-de-France, l'hydrogène fait partie intégrante du programme « Troisième révolution industrielle » :

  • faire de l’autoroute A1 une infrastructure de mobilité durable en utilisant notamment l'hydrogène ;
    travailler avec l’industrie ferroviaire régionale sur un remplacement progressif des matériels par des rames H2 ;
    mettre en place une filière H2 pour le stockage des énergies renouvelables (photovoltaïque, énergies marines).

Au cours de l'été 2019, la région a lancé une ligne entre Bruay et Auchel avec six bus à hydrogène Businova de la société Safra (pile à combustible de Symbio) exploitée par le Syndicat mixte des trans- ports Artois-Gohelle (SMT).

Le Pàle énergie bénéficie du soutien financier de la Région Hauts-de-France, de la Communauté Urbaine Dunkerque Grand Littoral et de l'Ademe. Il aide au développement de la filière énergie des Hauts-de-France et accompagne les entreprises de la région. En 2020, il organisera "les journées hydrogène dans les territoires" dont l'objectif est de mettre en avant ce secteur, créer des synergies entre industriels et acteurs territoriaux, et favoriser les échanges.

En Auvergne-Rhône-Alpes, le projet Zero Emission Valley prévoit le déploiement de 20 stations hydrogène et d'une flotte de 1 000 véhicules sur le territoire, avec la création de Hympulsion Ad Hoc déte- nue à 33 % par la Région, Engie (22,8 %), Michelin (22,8 %), la Caisse des dépàts (16,9 %) et le Crédit Agricole (4,6 %). Un projet de 50 millions d'euros subventionné par l'Europe à hauteur de 10 millions d'euros.

L'Occitanie investit 150 millions d'euros sur dix ans, dans un plan régional pour déployer des solutions H2 à grande échelle.

La Normandie consacre plus de 20 millions d'euros sur les 5 prochaines années à la filière hydrogène.

L'hydrogène, solution clé pour la transition énergétique

Vidéo:

Selon le Conseil National de l'Hydrogène*, l'hydrogène pourrait représenter 18 % de la production d’énergie d’ici 2050. Et pour cause, son pouvoir calorifique et énergétique est très important. Déjà utilisé en chimie et en pétrochimie, il est appelé à devenir une solution clé pour la transition écologique, à condition de la produire avec des procédés moins énergivores que ceux d'aujourd'hui. Tour d'horizon des opportunités pour les industriels de la mécanique, avec le concours du service de veille stratégique du Cetim.

Un potentiel de développement élevé

Une étude de Mac-Kinsey montre le rôle que l'hydrogène pourrait jouer dans la valorisation des énergies renouvelables, les transports et la production d'électricité et de chaleur. La filière pourrait créer plus de 40 000 emplois d’ici 2030.

La molécule s'intègre dans la thématique globale de l'énergie. C'est notamment un moyen de valoriser les énergies renouvelables, par exemple en utilisant les surplus de production des éoliennes pour fabriquer de l'hydrogène par électrolyse de l'eau. Spécialisée dans l'éolien flottant, la société Qair a lancé, en partenariat avec l'Agence Énergie Climat d'Occitanie, une filiale pour produire de l'hydrogène vert. Un projet rentabilisé en valorisant l'oxygène et la chaleur fatale issus de l'électrolyse.

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Source: Afhypac

Un contexte favorable

L'Europe, l'État et les Régions se mobilisent pour financer des programmes de développement.

L'Alliance européenne pour un hydrogène propre vise à mobiliser des investissements et développer un portefeuille de projets de grande envergure. L'Allemagne a déjà mis 9 milliards d'euros sur la table, la France 7 milliards.

Des investissements massifs — jusqu’à 430 milliards d’euros — sont envisagés pour porter la part de l'hydrogène renouvelable à 14 % du mix énergétique européen en 2050. L’objectif est de produire 40 GW en Europe à partir d’électrolyse d’ici à 2030.

En France, 7 milliards d’euros d’investissements complémentaires sont prévus d’ici 2030 dont 2 milliards d’euros dans le cadre du plan de relance, avec trois priorités :

  • développer une filière industrielle d’électrolyse ;
  • accélérer la mise sur le marché de la mobilité lourde (bus, camions, trains) ;
  • favoriser la recherche, l’innovation et le développement des compétences.

L'Ademe a lancé deux appels à projets, l'un (275 M€ sur 3 ans) pour soutenir des investissements de production et de distribution d’hydrogène renouvelable ou décarboné, à usage industriel ou à destination des utilitaires et des transports lourds ; l'autre (350 M€ sur 3 ans) pour améliorer les composants et systèmes hydrogène.

Un programme de recherche piloté par l'Agence Nationale de la Recherche (ANR) est doté de 65 millions d'euros.

Toutes les régions lancent leur feuille de route sur l'hydrogène, pour développer des briques technologiques.

La mécanique concernée à tous les maillons de la chaîne de valeur

De la production d'hydrogène à ses usages, en passant par le stockage, la distribution ou la conversion en énergie, des opportunités existent pour la plupart des industries de la mécanique : chaudronnerie, tôlerie fine, décolletage, métallurgistes, pièces mécaniques, usinage, mise en œuvre de matériaux, traitement de surface, plasturgistes, fabricants de composants périphériques (capteurs de mesure, compresseurs, pompes, détendeurs, humidificateurs, produits d'étanchéité, etc.).

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Source: Direccte Grand Est

La production d'hydrogène relève de la chimie. Les industries mécaniques sont toutefois présentes pour fournir des équipements de circulation de fluides (vannes, robinets, pompes, etc.) et pour la fabrication des cellules d'électrolyse (emboutissage, hydroformage, etc.)

Pour le stockage, le transport et la distribution,l'hydrogène doit être comprimé, ce qui consomme beaucoup d'énergie et génère du bruit. Différentes technologies de compression sont utilisées : centrifuge, à piston, à hydrure métallique, etc. Des innovations sont attendues afin de réduire le nombre de pièces mécaniques.

Le transport, envisageable via le réseau de pipeline du gaz naturel, pose trois problèmes principaux :

  • le comportement des matériaux fragilisés et soumis à la corrosion par l'hydrogène ;
  • l'étanchéité des réseaux ;
  • l'impact du fluide sur l'efficacité énergétique.

La distributionoffre une grande place à l'industrie mécanique avec de nombreux composants (pompes, compresseurs, vannes, réservoirs, échangeurs, soupapes, flexibles, etc). Restent trois défis majeurs à relever :  la durabilité des matériaux, l'analyse de défaillance et la surveillance de la sécurité et de la performance, liée à l'intégration de capteurs et de solutions de maintenance à distance.

La conversion de l'énergie passe par le développement de la pile à combustible et son intégration dans un véhicule. Pour cela il faut des procédés mécaniciens afin de produire les composants : emboutissage, moulage, fabrication additive pour les formes complexes. Le traitement de surface est également nécessaire pour les questions de corrosion. Pour produire de grandes quantités, l'automatisation de l'assemblage des piles devient indispensable.

De son côté, le moteur à combustion interne à hydrogène nécessite moins de rupture technologique que la pile à combustible, mais il émet des NOx (oxydes d'azote).

Principal usage, la mobilité lourde mobilise des compétences mécaniciennes. Total investit ainsi dans Hyson Motors, une société de véhicules routiers à l'hydrogène. Des développements existent également dans les engins mobiles industriels, par exemple, le tractage de remorques dans les centres logistiques ou le transport de conteneurs dans les ports.

Des exemples de produits liés au marché de l'hydrogène

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Source: Cetim

* Créé par le gouvernement, le Conseil national de l'hydrogène rassemble une quinzaine d'industriels chargés de contribuer au déploiement de l'hydrogène décarboné en France.

Marché de l'eau : enjeux et opportunités pour les industriels

C'est un fait : la pénurie d'eau devient un enjeu économique majeur, avec des risques pour le fonctionnement même de l'industrie, notamment pour les secteurs les plus consommateurs. La RÉUT, réutilisation de l'eau après traitement, apparaît comme l'une des pistes les plus sérieuses pour faire face à cette pénurie. Les besoins en équipements sont larges, dont certains concernent directement les PME.

  • Un déficit de 40 % à l'horizon 2023

L'eau représente 70 % de la surface de la « planète bleue », mais sur les 3 % d'eau douce, 99 % sont difficilement exploitables (glacier, nappes profondes, etc.). Selon la Banque mondiale, le monde fera face à un déficit de 40 % entre la demande et l’approvisionnement en eau d’ici 2023 en raison de la croissance démographique actuelle et les mauvaises pratiques de gestion de l’eau.

En France, on prélève 32 milliards de m3 d’eau par an pour :

  • l’agriculture (48 %) ;
  • les usages domestiques (24 %) ;
  • la production d’énergie (22 %, refroidissement des centrales nucléaires, barrages hydrauliques dont une grande partie retourne au milieu naturel) ;
  • l’industrie (6 % hors énergie).

20 % du territoire national est soumis chaque été à des restrictions d’eau en raison du déficit hydrique.

L'empreinte eau est un indicateur de l’usage direct ou indirect de l’eau par le producteur ou le consommateur. Il s’agit de l’eau utilisée pour produire des biens exportables dans un endroit et consommée « virtuellement » dans un autre espace, d’où l’appellation « eau virtuelle ».

On calcule l’empreinte eau par an et par habitant pour chaque pays. Celle de la France atteint 1 875 m3/an/habitant dont 40 % se trouve hors de France. Celle de la Chine est de 702 m3/an/habitant, dont seulement 7 % se trouve hors de Chine.

  • À chaque usage, sa qualité d'eau

En 2050, on prévoit une baisse de 20 % à 40 % de l'eau dans les rivières lors des périodes d’étiage, le niveau moyen le plus bas d'un cours d'eau. Les restrictions vont se multiplier avec le risque de conflits d'usage notamment entre l'agriculture et l'industrie.

Dans l'industrie, l'eau est partout (usage domestique, eau de process, refroidissement, etc.), mais chaque usage ne nécessite pas la même qualité. Un audit est donc intéressant pour :

  • mesurer la quantité d’eau consommée ;
  • définir le type d’eau et la qualité dont on a besoin ;
  • identifier les polluants présents et ceux qu’il ne faut plus utiliser pour rejeter des micropolluants dans l’environnement ;
  • limiter les pertes de matières dans l’eau.

Un audit d'autant plus important que les enjeux financiers peuvent être considérables dans certains secteurs d'activité : l’industrie laitière consomme de 70 000 à 100 000 m3/an pour les lavages. Des process adaptés permettent de réduire jusqu'à 50 % de cette consommation. Vécue comme une contrainte, la nécessité de réduire sa consommation peut devenir une opportunité.

  • RÉUT : un marché en expansion

Réutiliser l'eau après l'avoir traitée est un moyen de prolonger le cycle de l'eau. En Israël, 90 % de l'eau est réutilisée, contre moins de 10 % en France. Le frein est aujourd’hui principalement réglementaire car, pour l'essentiel, seuls les usages agricoles sont autorisés.

Trois types d'eau sont susceptibles d'être réutilisées : les eaux grises des stations d’épuration issues des eaux usées domestiques faiblement polluées, les eaux résiduaires internes des industries, les eaux pluviales urbaines. Outre l'irrigation agricole, elles peuvent servir aux collectivités (lutte contre l'incendie, arrosage des espaces verts, etc.) ou être réinjectées dans la nappe phréatique.

Dans l'industrie, qui représente 19 % de la réutilisation, elles sont adaptées pour produire de l'énergie ou nettoyer les équipements.

La RÉUT permettrait à l’industrie de réduire de 40 à 90 % sa consommation d’eau, ce qui représente de sérieuses économies pour les entreprises et limiterait les pertes économiques, en cas de restriction d'eau.

Le marché de la RÉUT devrait se développer. Les Assises de l’Eau de 2019 ont prévu de tripler les volumes d’eaux non conventionnelles réutilisées d’ici 2025. Le Parlement européen a validé en mai 2020 le futur règlement sur la réutilisation des eaux usées traitées, applicable dès 2023.

Différences entre les REUT directes, indirectes, infiltration et recyclage

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Source : Cerema - Économie et partage des ressources en eau – Juin 2020

 

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  • Des besoins en équipements industriels très importants

 Les experts du marché de l'eau ont identifié un certain nombre d'opportunités pour les industriels. En voici quelques-unes.

Les équipements moins gourmands en eau ou qui optimisent la consommation intéressent des secteurs industriels tels que l'agroalimentaire. Par exemple, Definox, une PME des Pays de la Loire, développe des vannes en inox qui limitent la consommation d'eau dans les process agroalimentaires, pharmaceutiques ou cosmétiques. D'une manière générale, on retrouve des besoins autour de vannes en inox, pompes, cuves, membranes, etc., comme l’illustre Olivier Barrault, dirigeant d’Elodys.

Le marché de la RÉUTnécessite des outils d’affinage pour éliminer les matières en suspension et organique, de désinfection contre la pollution bactérienne et virale et de traitement des micros polluants (plastique, résidus) invisibles à l’œil nu. Parmi les savoir-faire mécaniciens nécessaires au traitement de l'eau, on peut noter :

  • l'aération de l’eau avec des brosses, des système d’hydrojecteurs (en fonte, en inox, en acier, en polyester) et des moteurs ;
  • les installations pour les pré-traitements, avec des dégrilleurs, des tamis, des dessableurs, des ponts racleurs ;
  • le traitement des boues qui fait appel à des machines mécaniques de pressage, de centrifugation, des pompes immergées.

Le stockage de l'eaudevrait devenir de plus en plus nécessaire dans les process industriels.

Les turbines capables de pomper et de générer de l’électricité,notamment en montagne, permettent de mieux équilibrer l’énergie entre les heures creuses, pendant lesquelles il vaut mieux pomper de l’eau, et les heures pleines, pour produire l’électricité. Cette activité devient rentable au regard du prix de l’énergie aujourd’hui.

La fabrication additive métalpourrait remplacer l'impression 3D plastique pour fabriquer des tuyaux chargés de prélever de l’eau dans un lac, dans la mer ou des sources. Ces tuyaux doivent en effet parfaitement s'adapter à l’écosystème du lieu de prélèvement. Ce qui suppose de fabriquer quasiment une pièce à chaque utilisation.

Les usines mobiles d’analyse de l’eaudans les milieux naturels ou les unités de traitement de l’eau se développent.

La digitalisation du marché de l’eauentraîne un besoin en capteurs pour détecter la qualité de l’eau à la sortie du robinet. Le digital permet de la gérer plus finement, les citoyens réclamant davantage d'informations sur leur consommation d’eau, sa qualité etc.

L'économie circulaireouvre des perspectives pour les TPE et PME industrielles autour de la réparation et la rénovation de certains équipements d’eau pour les réutiliser. Ce marché, qui concerne toutes les régions, sera très localisé.

Veolia est en train de créer une marketplace interne du matériel d’occasion, ouvert à leurs clients, comme Enedis ou la SNCF l'ont fait.

 

Pour visualiser le webinaire réalisé  par Prospective Industries sur le sujet, c'est ici

 

Merci aux experts qui nous ont éclairés sur les opportunités du marché de l'eau : Olivier Barrault (Elodys), Sylvain Chamaillard (Pole Dream), Laurent Horvath (Altis), Elsa Lortie (CCI Pays de la Loire), Naila Bouayed (Aqua-Valley), Thierry Burlot (Centre de l’eau), Thierry Trotouin (Veolia Eau France)

 

t burlot« La question de l'eau est un enjeu industriel et économique essentiel, car dans beaucoup de régions françaises, elle devient un facteur limitant au développement économique. On a besoin d’innovation, d’ingénierie et d’entreprises mobilisées autour de cette question. »

Thierry Burlot, Cercle de l’eau

s chamaillard« L’empreinte eau de la production est en train de changer et c’est un gros sujet pour les industriels à l’avenir. Elle va monter en puissance autant que l’impact carbone. C’est un enjeu fort pour les entreprises de produire de manière vertueuse. Ce n’est pas encore pénalisé financièrement mais cela risque de le devenir. ».

Sylvain Chamaillard, Pôle Dream

 

1561022785021« L’industrie mécanique française peut avoir un intérêt à se mettre sur le créneau du réemploi, de la réutilisation du matériel mécanique pour faire durer les équipements pour réparer, rénover certains matériels d’équipements d’eau. C’est un créneau qui va se développer à l’avenir pour les TPE, petites PME industrielles notamment. Il en faudra beaucoup car ce sera très localisé et dans toutes les régions. C’est un marché qui va s’ouvrir dans les trois prochaines années. On aura besoin de remettre à niveau »

Thierry Trotouin, Veolia Eau

Micro-usine, maxi marché

Fabriquer des petites séries, se rapprocher du consommateur, produire du sur-mesure, innover plus vite, etc. Né au Japon, le concept de micro-usine répond à bien des attentes des industriels, en quête d'agilité et soucieux de limiter leur empreinte environnementale.

Fixe ou mobile

Le marché des micro-usines est estimé à 217 millions d'euros en France (source Insee) et 3,7 milliards d'euros en Europe (source Eurostat).

On distingue deux types de micro-usines :

  • les unités mobiles installées dans des conteneurs faciles à déplacer. On trouve également des chaînes de production dans des camionnettes ;
  • les unités fixes sous forme de pré-fabriqués ou bâtiments de petites tailles installés sur le site industriel, parfois intégrés à l'intérieur de l'usine.

Les micro-usines comprennent souvent des technologies de pointe : robotique, fabrication additive, réalité augmentée, intelligence artificielle, etc.

Les principales applications

Simple à mettre en œuvre, les micro-usines sont particulièrement adaptées pour :

  • fabriquer des petites séries ; se rapprocher de ses clients ;
  • s'implanter à l'étranger à moindre coût ;
  • produire du sur-mesure et à la demande, tout en réduisant ses stocks ;
  • former des personnes et servir de démonstrateur ;
  • gagner en agilité et innover plus vite en développant des prototypes et en le faisant évoluer facilement ;
  • intégrer et tester à moindre coût des nouvelles technologies ;
  • réduire les contraintes de production.

Potentiellement, elles permettent de réaliser des économies de surface et de consommation d'énergie et de réduire l'impact sur l'environnement, notamment en limitant le transport.

Voyage au cœur d'une micro-usine

Se grouper à plusieurs industriels est une bonne méthode pour fabriquer une micro-usine qui nécessite des compétences variées. En effet, elle est composée :

  • d'une enveloppe extérieure, en matériau métallique ou plastique, qui répond parfois à des obligations réglementaires d'isolation (salle blanche ou grise, espace sans électricité statique, espace de non-prolifération des bactéries ou des virus, etc.) ;
  • d'un support de fixation dans le sol pour éviter tout incident en cas de vents forts ou autres phénomènes naturels ;
  • d'ouvertures pour pénétrer dans la micro-usine afin d'y effectuer des contrôles ;
  • d'un dispositif de ventilation ou d’extraction d'air ;
  • des équipements et production (machines-outils, imprimantes 3D, robots, etc.) et d'une chaîne de convoyage automatisée, avec un magasin d’alimentation en amont et des espaces de stockage en aval ;
  • d'un ordinateur de contrôle de la chaîne de production, alimenté en données par des capteurs pour contrôler les principaux paramètres. Pour améliorer la rentabilité, les micro-usines automatisent un nombre important de tâches à faible valeur ajoutée. Elles utilisent des logiciels pour planifier automatiquement la production ;
    d'un espace sanitaire et de pause pour les salariés qui y travaillent.


Cinq typologies d’acteurs majeurs

1 – LES FABRICANTS DE MICRO-CHAÎNES DE PRODUCTION

Ils commercialisent des lignes intégrées dans les micro-usines. Conçues pour un usage spécifique, elles peuvent être vendues avec des logiciels d'optimisation de la production.
Exemples : JMB Processfruits est spécialisée dans la vente de lignes de fabrication de confiture implantées au plus près de la production de fruits. De son côté, Bright Machines rassemble des industriels et des spécialistes des logiciels pour créer des micro-lignes dans le domaine de l'électronique.

2 – LES SPÉCIALISTES DE L'IMPRESSION 3D

Certaines micro-usines regroupent des imprimantes 3D. Gérées à distance, les plus avancées fabriquent des petites séries en continu, avec des robots qui alimentent les machines en filaments.

Exemple : Prusa a implanté une ferme de 500 imprimantes 3D à son siège.

3 – LES CONCEPTEURS DE FABLAB

Souvent par abonnement, ils proposent à des professionnels ou des particuliers un espace collaboratif pour découvrir et tester différents équipements.

Exemple : Ici et lab propose une micro-usine mobile à but pédagogique pour faire connaître l'impression 3D au grand public. Le lab mobile se compose de kits robotiques, de découpeuses et d'imprimantes 3D permettant de modéliser et créer des objets en trois dimensions.

4 – LES FABRICANTS DE MICRO-USINES MOBILES

Leur offre répond aux besoins d'industriels qui cherchent à s'implanter près de matériaux à traiter (recyclage), à augmenter rapidement leur capacité de production ou à créer des produits sur mesure.

Exemples : Nomad'O propose une unité de traitement intégrée dans un conteneur pour « potabiliser » l'eau de mer ou l'eau saumâtre, assainir les eaux usées ou traiter les effluents industriels.
Precious Plastic a conçu une micro-usine de valorisation du plastique, avec différents équipements qui permettent de broyer la matière, de la fondre et de la transformer en fil. Le tout, en nettoyant les déchets.

5 – LES FABRICANTS DE MICRO-USINES FIXES

La chaîne d'assemblage de Gazelle Tech est intégrée dans six conteneurs. Cinq personnes y assemblent 200 véhicules par an, au plus près du consommateur.
L'Oreal a conçu une micro-usine capable de fabriquer à la demande une centaine de fonds de teint sur mesure par heure.
Kickmaker est une start-up qui installe des micro-lignes de fabrication de prototype chez les industriels pour les aider à concevoir leurs produits et à les industrialiser rapidement.

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Cinq marchés prometteurs

1 – L'ÉLECTRONIQUE

Sur un marché en croissance, les fabricants de produits électroniques peuvent avoir besoin rapidement de capacités supplémentaires de production.

Les micro-usines répondent à leurs besoins en gain de temps en automatisant les tâches minutieuses et de réaliser des petites séries sur-mesure.

2 – LE PLASTIQUE

Les industriels peuvent déployer des micro-usines à proximité des productions de déchets plastiques pour les valoriser, avant de les réintégrer dans leur production sur leur site principal.

3 – LE BTP

Les artisans et les entreprises ont besoin de fabriquer directement sur le chantier des produits et des pièces sur-mesure, ce qui leur fait gagner du temps et limite les déplacements. Les équipements peuvent être installés dans une camionnette.

4 – LES INCUBATEURS

Ils aident leurs clients à faire évoluer leur produit, en réalisant les prototypes et en les faisant évoluer.

5 - LES SOCIÉTÉS DE MAINTENANCE

La maintenance d'une ligne peut nécessiter d'arrêter la production. Proposer la mise à disposition d’une micro-usine mobile pendant le temps que durent les travaux permet d'offrir un service supplémentaire.

Des business models variés

Il existe différents business models pour vendre une micro-usine. Le plus classique reste la vente d'un modèle sur-mesure ou sur catalogue, avec la possibilité pour l'acheteur de compléter l'intérieur. Plusieurs industriels peuvent également se partager une micro-usine.

Il est aussi possible de proposer les services de la micro-usine, en restant propriétaire, pour produire rapidement des prototypes ou des petites séries sur-mesure, ou comme démonstrateurs.

Autres solutions, le paiement à l'usage ou à l'abonnement, et la location pour une durée minimale.

Point de vue

« Le cluster BPN (Bretagne Pôle Naval) a conçu Shelti Breizh à l'origine pour du traitement de l'eau et de la production de froid dans l'industrie navale. La demande s'est élargie. Aujourd'hui des centaines de micro usines de cette marque, sur catalogue ou sur-mesure, sont installés, notamment dans les pays du Maghreb pour produire du froid. »

Des micro-usines pour un géant

Airbus, en partenariat avec l'Américain LM Industrie ont créé Neorizon pour produire plus vite des petites séries et répondre aux demandes spécifiques de marchés de niches (satellites, drones, etc.). Les deux partenaires vont installer des micro-usines, équipées de fabrication additive, partout dans le monde, à proximité de leurs clients.

Mobilité : les innovations s'accélèrent

La crise de la Covid 19 a mis en avant l'importance de la question de la mobilité dans la transition écologique. Automobile, cycle, ferroviaire : trois acteurs importants de la mobilité se mobilisent.

 

  • L'automobile à l'heure de la déconstruction

D’ici à 10 ans, la déconstruction des véhicules et le recyclage des pièces devraient constituer un marché d’ampleur, sur lequel le Japon prend de l’avance. Des projets d'usines de démontage apparaissent avec de nouveaux métiers pour trier les différentes matières ainsi que des besoins en recherche & développement et en équipements qui favorisent les procédés économes en énergie pour le recyclage.

  • Vers une filière cycles

La crise de la Covid 19 a accéléré la mise en place de « plans vélo » par les collectivités territoriales et multiplié leurs subventions à l'achat. Pour développer une filière performante, il faut innover : cycles à haute valeur ajoutée, vélomobiles, vélo-taxi, vélos-cargo, vélos en fibre de carbone. etc.

Décathlon utilise la « conception générative » pour penser le vélo de course du futur. Cette méthode repose sur des logiciels qui génèrent de multiples solutions en intégrant des contraintes prédéfinies : volumes à préserver, à supprimer, coûts associés, propriétés mécaniques, etc.

La société allemande Alutech vient de lancer un VTT électrique fabriqué par usinage CNC (Commande numérique par calculateur). Le triangle principal du vélo est usiné dans la masse en aluminium en seulement deux parties, soudées entre elles grâce à un gaz de protection. Ce qui permet de travailler à une température inférieure pour éviter la déformation du métal au niveau du point de soudure.

Autre enjeu de la filière cycle, il faut développer les équipements : entreposage, abris, stationnement sécurisé, notamment pour les parcs d’entreprises.

  • Le train du futur sur les rails

Le train à hydrogène devrait être mis sur le marché vers 2022-2023, lorsque les questions de stockage de l’hydrogène auront été réglées. D'autres projets se concrétisent. Alstom proposera en 2024 un TGV pouvant accueillir 40 % de passagers supplémentaires.

L’Avelia Horizon, train du futur de la SNCF, sera composé à 97 % de matériaux recyclables. Le nombre de voitures sera ajustable, les espaces en 1ère classe pouvant se transformer en seconde classe. Les rames accueilleront jusqu’à 750 passagers, soit 20 % de plus que les duplex en circulation. Les rames seront bardées de capteurs et d'objets connectés pour la maintenance prédictive.

Taxirail est un projet de train autonome à la demande, qui répond au problème des petites lignes ferroviaires, dont la survie dépend de la fréquentation. Il fonctionnera avec des fréquences régulières le matin et le soir et se déplacera à la demande dans la journée grâce à une application qui permettra à l'usager de commander son train.

Plus légères les rames circuleront sur les voies existantes. Le nombre d'essieux orientables et à suspension active sera limité, ce qui réduira la maintenance. Sa motorisation électrique ou hybride (hydrogène, bio-fuel ou bio-gaz) garantira une autonomie de 600 kilomètres. Des panneaux solaires alimenteront les fonctions de confort (éclairage, chauffage/climatisation) et de divertissement (multimédia, Wi-Fi).

Le Taxirail pourrait être commercialisé à partir de 2023, au moment de l’ouverture à la concurrence des TER. Les régions Hauts de France et Nouvelle Aquitaine notamment s’intéressent à ce projet.

Quand l'écologie ouvre des marchés

L'économie circulaire est l'une des réponses aux enjeux environnementaux auxquels l'industrie doit répondre. Elle est donc amenée à se développer. Pour les industriels qui travaillent sur les notions d'écoconception, de recyclabilité ou d'approvisionnement durable, elle permet de concilier croissance économique et éco-responsabilité. Elle ouvre également la voie à de nouveaux business models, telle l'économie de la fonctionnalité.

Trois domaines, sept piliers

L'économie circulaire vise à valoriser les ressources pour limiter leur gaspillage. Elle s’applique à toutes les étapes des processus de production et de consommation pour en diminuer l’impact environnemental. Intégrer l'économie circulaire dans sa stratégie suppose d'anticiper les mutations socio-économiques, technologiques et réglementaires. Il s'agit de déployer de nouveaux business models, telle que l'économie de la fonctionnalité, fondée sur l'usage et non la propriété, tout en trouvant des logiques de coopération en interne, à l'intérieur des filières et entre différents secteurs. En se dotant d'outils spécifiques, on peut évaluer la performance et communiquer. L'économie circulaire couvre trois domaines et se fonde sur sept piliers.

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Les 3 domaines et 7 piliers

L'offre des acteurs économiques

Quatre piliers

  • l'éco-conception prend en compte l'ensemble du cycle de vie du produit pour minimiser son impact sur l'environnement ;
  • l'approvisionnement durable permet d'exploiter les ressources en limitant les rebuts et l'impact sur l'environnement ;
  • l'écologie industrielle et territoriale est un mode d’organisation qui permet d'échanger les flux entre les entreprises et de mutualiser leurs besoins ;
  • l'économie de la fonctionnalité est un nouveau business model qui privilégie l’usage à la possession en vendant des services liés aux produits plutôt que les produits eux-mêmes.

La demande des consommateurs

Deux piliers

  • la consommation responsable conduit l’acheteur à choisir ses produits et service en tenant compte de leurs impacts environnementaux ;
  • l'allongement de la durée d'usage par le consommateur encourage la réparation et les marchés de l'occasion dans le cadre du réemploi ou de la réutilisation.

La gestion des déchets

Un pilier

  • le recyclage vise à utiliser des matières premières issues des déchets.

Un marché estimé à 18 milliards d'euros

En sept ans, le marché a progressé de 5,3 % par an (source Imbrikation) pour être estimé à  18 milliards d'euros en 2017. Cette croissance est appelée à s'accélérer, la pression sociétale et réglementaire poussant les entreprises à suivre le mouvement de l’économie circulaire.

Les opportunités d'affaires sont nombreuses et diversifiées, car l’économie circulaire touche à de nombreux aspects de la vie économique. On peut distinguer cinq domaines d’activités qui pourraient bénéficier de sa croissance :

  • les systèmes de mesure permettent d'évaluer les impacts sur l'environnement ou l'efficacité énergétique ;
  • l'énergie doit s'orienter vers une meilleure efficacité et des sources renouvelables ;
  • la réutilisation, qui limite la quantité des déchets et assure la durabilité des produits, développe les activités d'occasion, de réparation, de pièces détachées, etc. ;
  • les contenants, liés à la réutilisation, nécessite la mise en place de consigne, de traçabilité, de nettoyage, de reconditionnement ;
  • le recyclage nécessite de la collecte, du tri, de la transformation et de la valorisation, telle la méthanisation.


Trois acteurs majeurs

Les entreprises qui collectent des déchets pour les valoriser et modifier leurs propriétés afin de créer de nouveaux usages.

Il s'agit de les transformer en matières premières. Exemples : Aliapur récupère des pneus usagés. 15 % sont rechapés et revendus sur le marché de l’occasion, le reste est valorisé sous forme de combustible, de revêtement de sol et de remblai léger.

Indco rachète des rebuts thermoplastiques en l'état et les broie sous forme de carottes, pièces, films, squelettes, chutes de plaque, etc. , pour être réutilisés.

Certaines entreprises créent des nouveaux produits à partir des déchets.

Exemples : Maximum Paris fabrique du mobilier avec des chutes de productions industrielles. De son côté, Etnisi produit des carrelages avec des coquilles de moules, du marc de café et des fleurs de houblon, ainsi que des bougies avec les cierges fondus des églises.

Les entreprises qui, dès la conception, prévoient le recyclage et la réutilisation de leurs produits.

Exemple : Wicona est certifié C2C (voir encadré) pour ses portes et ses fenêtres en aluminium recyclé.

Les entreprises qui conçoivent des équipements et outils facilitant l'économie circulaire

Exemples : Helioprod installe des unités de méthanisation permettant de transformer les déchets verts et le fumier en énergie verte. Pour sa part, Untha conçoit des déchiqueteuses selon l'usage et le rendu souhaité. Quant à Secauto, elle propose des appareils de mesure de la qualité des eaux industrielles.

Six segments de marché à fort potentiel

L'énergie

Les industries qui produisent de l'énergie ou en génèrent à compte de tiers souhaitent réutiliser tous les matériaux possibles, qu’ils soient pollués ou non. Elles sont les premières à utiliser les rebuts et les déchets pour générer des sources d'énergie écologiques et diversifiées, comme l'hydrogène.

L'électronique

Les fabricants de produits électroniques (cartes imprimées, processeurs, etc.) s'intéressent à la récupération des composants pour les réutiliser et pour récupérer les matières premières rares. L'enjeu est d'autant plus important pour les entreprises de cette filière qui doivent garantir des approvisionnements à fonctionnement identiques pendant 10, 20 voire 40 ans.

Le plastique

La filière travaille activement sur le recyclage du plastique, sa réutilisation et sur l'approvisionnement en bioplastiques. Certaines entreprises étudient aussi des projets de récupération des plastiques rejetés dans la nature.

Les machines spéciales

Souvent des PME, les entreprises de fabrication des lignes de convoyages et de productions sur-mesure développent toutes les mêmes savoir-faire : automatisme, robotisation, sur-mesure, réactivité en cas d’intervention sur site, etc. Elles cherchent des activités nouvelles comme relais de croissance. Le retrofit à partir de pièces détachées d’occasions est une source de revenus supplémentaires et d’accès à de nouveaux clients.

Le machinisme agricole

Les agriculteurs prennent conscience de l'importance de la protection de l'environnement dans leur activité. Les industriels qui les fournissent en équipements également : l’avenir d’une agriculture de qualité et respectueuse des ressources naturelles passe par un mode de production compatible avec l’économie circulaire.

Le naval

Transports de biens à la voile, transports fluviaux, les nouveaux modes de mobilités s'inscrivent dans l’économie circulaire. Une évolution que les entreprises qui interviennent dans la fabrication des navires de commerces ont intégrée. Les matériaux utilisés doivent être labellisés et respecter les exigences de l’industrie navale

De nouveaux business models

La mise en œuvre d'une démarche d'économie circulaire se prête bien à un regroupement d’entreprises avec des compétences variées. Il peut s'agir d'un réseau complet d'échange, de partage et de collecte de matières premières, ou un réseau d'échange de process. Par exemple, il est possible de récupérer la chaleur fatale produite par une usine pour l'utiliser sur un site proche, voire une zone industrielle. Selon l’Ademe, il existe de nombreuses technologies de valorisation industrielle, allant du captage au stockage d’énergie, pour récupérer la chaleur ou la transformer en électricité.

Une entreprise peut se porter garante de la labellisation C2C pour son client, en agissant sur ses procédés et en facturant sur un mode forfaitaire et/ou selon des interventions de mise à niveau et de maintenance exceptionnelle.

Dans le cadre d'un processus d’économie circulaire lié aux réseaux (eau, énergie), il est possible de louer les équipements mis en place dans l’entreprise cliente.

Autre moyen de facturation : appliquer un pourcentage sur les gains attendus par le client ou la réduction de ses pertes.

pi2003 patrick demots« Beaucoup d'industriels sont entrés dans un processus d'économie circulaire sans même le savoir. Dans notre entreprise d'usinage, nous avons travaillé sur le recyclage des déchets de production, tels les copeaux, ou des fluides de procédés, comme les huiles de coupe. Suite à un audit énergétique, nous avons introduit partout de l'éclairage Led. Les salariés ont également travaillé sur leur quotidien : nous récupérons ainsi les papiers et les chiffons souillés d'huile pour les valoriser, et une benne spécifique recueille le bois des palettes et les cartons. »

Patrick Demots

MicroMécanique

pi2003 Pascal Vinzio« La réglementation et la normalisation vont pousser les industriels à mettre en œuvre les principes de l'économie circulaire. La directive Ecodesign a ainsi été déclinée pour l'efficacité énergétique et le sera bientôt pour l'efficacité d'usage des ressources et des produits. Les travaux normatifs abordent, par exemple, les questions de durabilité, de recyclabilité et de remanufacturing, qui vont avoir un impact important pour les fabricants de machines. Des normes transverses sont en cours d'élaboration sur tous ces sujets et des normes produits en découleront. »

Pascal Vinzio

KSB

Quatre bonnes raisons de devenir acteur de l'économie circulaire

  1. Gagner en productivité en baissant les coûts liés à la consommation de ressources et au traitement des déchets et en redonnant de la valeur à ce qui en avait perdu (écoconception, reconditionnement).
  2. Améliorer la performance globale et la réputation de l'entreprise en conciliant objectifs économiques et protection de l'environnement.
  3. Fidéliser la clientèle existante et gagner de nouveaux marchés via le capital immatériel de l'entreprise.
  4. Gagner en résilience en prenant un avantage compétitif sur ses concurrents et en coopérant avec des acteurs innovants.

 Qu'est-ce que le label C2C ?

Le label C2C (cradle-to-cradle) est une certification mondiale et globale qui s'applique à tous les secteurs d'activité. Valable un an, elle comprend plusieurs niveaux, du basique au platinium, le plus ambitieux. Elle comporte 5 critères d'évaluation :

  • la formulation chimique des produits en remontant jusqu’au premier composant livré par chaque fournisseur ;
  • la consommation d’énergies renouvelables et les émissions de gaz à effet de serre ;
  • la gestion de l’eau (consommation, réutilisation et pollution) ;
  • la réutilisation potentielle des matériaux ;
  • la responsabilité sociale de l'entreprise.

Environ 550 produits sont certifiés dans le monde, essentiellement aux États-Unis, aux Pays-Bas et en Allemagne.

Replay : webinaire "Opportunités marché" autour du marché du vélo électrique

Vidéo:

Vous souhaitez en savoir plus sur l'évolution et les tendances concernant le vélo électrique et les mobilités douces ?

Connaitre l'impact de l'essor du vélo électrique pour les industriels de la mécanique et métallurgie? 

N'hésitez à visionner le replay de notre webinaire "Opportunités marché" co-animé avec le service Veille Technologique et Stratégique du Cetim. 

Sécurité et vie urbaine, un marché en pleine expansion

Au moment où les métropoles se concurrencent pour attirer l'activité économique et les habitants, la sécurité urbaine devient un facteur de différenciation donc d’attractivité. Les enjeux sont autant politiques qu'économiques, sociaux et environnementaux. Le marché de la sécurité urbaine au sens large, qui prend en compte la protection des populations, se scinde en trois grands champs d’application : lutter contre le sentiment d'insécurité ; faciliter la mobilité et faire cohabiter les différents moyens de transport ; faire face aux événements climatiques exceptionnels.

Après la vague d'attentats qu'a connue la France, les villes ont dû se réapproprier les questions de sécurité, au sens large du terme. La part des dépenses consacrées à la sécurité a brusquement augmenté après 2015, passant de 3,2 % à 4 % dans les villes de plus de 10 000 habitants, selon la Gazette des Communes.

À l'heure où la concurrence s'intensifie entre les métropoles, les enjeux sont multiples :

  • Politique : le maire doit montrer à ses électeurs qu'il prend en charge ces problèmes ;
  • Économique : l'insécurité pénalise les affaires ;
  • Social : le bien vivre ensemble passe par un sentiment de sécurité ;
  • Environnemental : les municipalités investissent de plus en plus dans la protection de la planète et de la biodiversité, poussée par un électorat écologique essentiellement urbain. Il s’agit également de protéger les populations contre la montée des phénomènes climatiques extrêmes.

Trois champs d’applications

La sécurité ne semble pas être dans l'absolu un sujet propice à l'innovation. Le client cherche de la fiabilité et des solutions éprouvées, car il n'a pas le droit à l'erreur, ainsi qu'un coût de fonctionnement réduit.

1. La vie au quotidien : sécurité, hygiène et bien-être

Les caméras de vidéosurveillance

33 milliards d'euros : c'est le montant des recettes du marché mondial des caméras de surveillance aujourd’hui. Un chiffre qui devrait presque doubler d'ici 2023 pour atteindre 61,5 milliards d'euros. En France, on estime à 150 000 le nombre de camé- ras installées sur la voie publique et à 1,5 million dans les lieux et établissements ouverts au public. La peur grandissant avec l'âge, le vieillissement de la population favorise le développement de la vidéosurveillance, par caméra ou par drone.

La tendance est au développement de l'intelligence des caméras et à leur connexion aux réseaux sociaux pour retrouver les individus, via leur profil Facebook par exemple.

L'éclairage public

En France, on compte 9,5 millions de points lumineux d’éclairage public qui consomment 5,6 TWh, soit 10 % de la consommation totale de l’électricité consacrée à l’éclairage. L'éclairage public intelligent constitue un potentiel  considérable d'économie pour les collectivités, avec les systèmes de détection qui permettent de déclencher la lumière seulement au passage d'un piéton ou d'un cycliste.

Outre les capteurs et tous les éléments de l'éclairage, ce marché nécessite également des mâts multifonctions et des boîtiers de contrôle. Les produits évoluent vers davantage de programmation et de connexion ainsi que la capacité à faire varier la luminosité.

La qualité de l'air

80 % de la population mondiale vivant dans les villes sont exposées à des niveaux de pollution atmosphérique dépassant les normes en vigueur, selon l'OMS. Un rapport du Sénat en 2016 a chiffré à 100 milliards d’euros le coût sanitaire annuel de la pollution de l’air extérieur en France. Et la situation ne fait que s'aggraver avec le réchauffement climatique.

Les habitants des villes sont particulièrement sensibles à ce sujet qui est du ressort des municipalités. D'où les investissements dans des équipements liés à la mesure de la qualité de l'air et à son traitement : capteurs de suivi, capteurs de CO2, bancs publics émettant de l'air purifié, tours de traitement, etc.

Les équipements sanitaires et d'hygiène

Toilettes haut de gamme ou automatiques, fontaines à eau potable, douches, etc., tous ces équipements liés à l'hygiène et à protection sanitaire se développent. Ils constituent le premier investissement de la Fondation Bill Gates dans le monde.

Les équipements pour l'entretien de la ville

En 2018, la ville de Paris a consacré 550 millions d'euros à la propreté, dont 270 millions d’euros pour le seul nettoyage des rues, hors masse salariale (environ 4 800 agents). Pour la propreté de la voirie, la capitale investit chaque année entre 11 et 32 millions d'euros, avec par exemple des robots collecteurs de déchets.

Parmi les produits pour l'entretien de la ville :

  • les poubelles connectées capables de compacter les déchets ;
  • les laveuses de rue électriques ;
  • les souffleuses électriques ;
  • les chariots autonomes ou connectés ;
  • les équipements de nettoyage des tags.

Le stockage sécurisé

Vigipirate a eu pour effet de déplacer les consignes des gares vers les commerces. Et ce, au moment où le développement du commerce électronique et l'ubérisation de certains services comme l'hôtellerie conduit 12 % des acheteurs à se faire livrer dans des casiers de livrai- son. Un nouveau service, à l'image de Vinci, qui propose des consignes sur les plages de La Baule.

Par ailleurs, la croissance de l'utilisation des vélos et des NVEI (Nouveaux véhicules électriques individuels) nécessite de créer des parkings sécurisés. Le vélo représente aujourd'hui 2,7 % des déplacements, avec l'objectif d'atteindre 9 % en 2024. 66 % des Français déclarent avoir pratiqué le vélo au moins une fois dans les 12 derniers mois.



2. Faciliter la mobilité, sécuriser et faire cohabiter les différents moyens de transport

Dispositifs anti véhicules bélier

Depuis les attentats, les collectivités sont prêtes à payer très cher pour les dispositifs anti véhicules bélier. Elles recherchent des produits éprouvés sans aucune innovation technologique.

Les barrières de protection

Bornes escamotables, séparateurs de voirie, barrières sélectives, poteaux anti-choc, la multiplication des NVEI (Nouveaux Véhicules Électriques Individuels) et la croissance de l'utilisation du vélo nécessitent d'interdire l'accès aux voitures de certains espaces tout en les autorisant à d'autres moyens de transport.

Les équipements pour la voirie

En 2018, 475 piétons sont morts sur les routes. Ce chiffre est en légère baisse par rapport aux années précédentes mais reste supérieur à celui de 2015.

Au moment où les moyens de transports se diversifient (trottinettes, rollers, gyropodes, etc.), le partage de l'espace public devient un enjeu essentiel de la mobilité. Il s'agit de créer un sentiment de sécurité et de limiter le nombre d'accidents. Parmi les dernières innovations, les routes lumineuses, les passages piétons « remarquables » (avec illusion d’optique en 3D, par exemple), les radars pédagogiques ou les panneaux de signalisation dynamiques.

La gestion des flux

22 milliards d’euros : voilà ce que coûteront les embouteillages en France en 2030 si l'on en croit les estimations d'Inrix, une société spécialisée dans l'information trafic et l'aide à la conduite connectée. Par ailleurs, chaque année, les Français perdent 70 millions d’heures pour rechercher une place pour se garer.
La diversification et l'augmentation des moyens de mobilité rendent plus complexe la gestion des flux. Parmi les solutions trouvées par les collectivités :

  • les moyens de comptage (compteurs de vélos ou de piétons) ;
  • les caméras de régulation du trafic.

3. Faire face aux événements climatiques exceptionnels

Les effets du réchauffement climatique s'intensifient. Chaque année, en moyenne 4 720 communes françaises font l’objet d’au moins un arrêté de reconnaissance de catastrophe naturelle. Des catastrophes qui coûtent de plus en plus cher : + 251 % entre les périodes 1978/1997 et 1998/2017.

En réponse, quatre grandes catégories de produits et services sont proposées :

  • les systèmes de gestion des eaux pluviales ;
  • les dispositifs de protection des bâtiments contre les tempêtes et les inondations ;
  • les capteurs et dispositifs d'alerte ;
  • les bouées anti-pollution.

Trois types de clients

Le marché de la sécurité urbaine compte trois types de clients :

  • les collectivités qui achètent souvent directement les produits et les services ;
  • les acteurs privés qui gèrent les espaces publics, dans le cadre des délégations de service public par exemple ;
  • les entreprises qui vendent aux collectivités.

Une concentration importante de richesse

55 % de la population mondiale vivent aujourd'hui en ville. Cette proportion devrait atteindre 70 % en 2050. Le marché de la smart city est évalué à 1 250 milliards d'euros en 2020. Les villes les plus importantes se concurrencent pour attirer le business et les habitants, à l'image de la compétition entre Paris, Dublin, Amsterdam et Francfort, en vue du Brexit.

Les smart cities permettent de répondre à certains enjeux en matière de sécurité, de mobilité ou d’environnement. En France, on en compte 25, dont certaines représentent une part importante de la richesse nationale et des territoires :

  • 29 % du PIB français pour Paris et son agglomération ;
  • 87% du PIB du Rhône pour Lyon Agglomération ;
  • 53 % du PIB de la Loire-Atlantique, pour Nantes Agglomération.

Webinaire : quelles opportunités marché liées au secteur de l'eau

Vidéo:

Thierry Burlot, Président du Cercle de l'eau et Thierry Trotouin Directeur des marchés industriels chez Veolia Eau France nous présentent le contexte actuel du marché de l'eau en France, les enjeux et les leviers pour les entreprises industrielles. Ils reviennent également sur les opportunités de développement d'équipements industriels pour les acteurs du marché de l'eau.

Webinaire "Opportunités marché" autour du marché du vélo électrique

La dynamique interrégionale Prospective Industries & l'équipe Veille Technologique & Stratégique du Cetim sont heureux de vous convier à un webinaire sur : 

Evolution et tendances sur le marché du vélo électrique : l’envol des mobilités douces

Le jeudi 30 juin de 11h à 12h via Teams 

  • Qu'y retrouverez-vous ?  

Face aux enjeux environnementaux, aux problématiques de congestion des villes et la saturation des transports, les mobilités douces se développent.

Djamel Eddine Bentoumi et Gaël Guégan du Service Veille Technologique & Stratégique du Cetim reviendront à l'occasion de ce webinaire sur ce que l'on entend par "mobilité douce" ainsi que ces enjeux. Le webinaire sera également l'occasion de faire un état des lieux du marché du vélo électrique ( acteurs, chaîne de valeur,...) et de faire un zoom plus spécifiquement sur les spécificités du vélo-cargo. Enfin, ils aborderont le boom de la cyclologistique ( transport de colis, logique du dernier kilomètre,...).

La seconde partie du webinaire laissera place aux échanges. Vous pourrez leur poser vos questions. 

  • A qui s'adresse ce webinaire ? 

Principalement aux industriels de la mécanique et la métallurgie 

  • Comment s'y inscrire ?  

Pour vous inscrire et recevoir le lien de connexion à la visioconférence, merci de  remplir le questionnaire . 

 

Au plaisir de vous y retrouver nombreux ! 

 

 

Webinaire "Opportunités marché" Retrofit des produits industriels: illustrations et impacts sur les business models

La dynamique interrégionale Prospective Industries & l'équipe Veille Technologique & Stratégique du Cetim sont heureux de vous convier à un webinaire sur : 

Retrofit des produits industriels : illustrations et impacts sur les business models

Le vendredi 16 septembre de 11h à 12h via Teams 

  • Qu'y retrouverez-vous ?  

 

Il sera co-animé avec l’équipe Veille Technologique & Stratégique du Cetim

Dans un contexte de RSE, de contraintes d’approvisionnements, le retrofit des produits industriels ( évolution des machines obsolètes, conversions des véhicules,…) peut-il redistribuer les cartes sur les chaînes de valeur des acteurs industriels ?

Ce webinaire sera l’occasion de bénéficier d’exemples concrets liés au retrofit et de se questionner sur les nouvelles opportunités et/ou menaces qu’il peut engendrer pour les acteurs industriels . 

La seconde partie du webinaire laissera place aux échanges. Vous pourrez leur poser vos questions. 

  • A qui s'adresse ce webinaire ? 

Principalement aux industriels de la mécanique et la métallurgie 

  • Comment s'y inscrire ?  

Pour vous inscrire et recevoir le lien de connexion à la visioconférence, merci de  remplir le questionnaire . 

 

Au plaisir de vous y retrouver nombreux ! 

 

Webinaire e-mobilité: des opportunités marchés concernant les véhicules électriques

Vidéo:

Organisé par Prospective Industries jeudi 13 janvier 2022, le Cetim via Jean-Marc Belot, ingénieur au Département veille stratégique du Cetim et Laurine Montavon, chargée de clientèle pour l'impression directe sur pièces de forme chez HMR expert  présentent une veille technique poussée sur les nouvelles pièces liées aux véhicules électriques et donc les opportunités business pour les industriels de la mécanique et la métallurgie.