Obtenir des résultats durables dans la conception et la fabrication
Découvrez les innovations et solutions technologiques qui permettent aux fabricants d'atteindre leurs objectifs de durabilité.
Obtenir des résultats durables dans la conception et la fabrication De nouvelles opportunités commerciales grâce à la durabilité
INTRODUCTION
Obtenir des résultats durables dans la conception et la fabrication Nous utilisons 100 milliards de tonnes de ressources chaque année, dont 90 % sont des matériaux vierges extraits et transformés. Sur cette quantité, seulement 30 % sont conservés et à peine 8,6 % sont recyclés. Le reste est jeté ou incinéré pour servir de combustible.1
Les fabricants, qui traitent une grande partie de cette quantité impressionnante de ressources, cherchent à répondre aux nouvelles exigences de la société. D’ici 2050, la planète comptera 10 milliards d’habitants2, ce qui signifie une demande accrue en bâtiments, téléphones, téléviseurs, véhicules... autant de biens à fabriquer pour lesquels il faudra de l’énergie et des matériaux. Environ 19 % des émissions mondiales de gaz à effet de serre proviennent du secteur de la fabrication3. Or, la croissance démographique attendue pour 2050 laisse présager une hausse d’au moins 100 % de la consommation d’énergie4 et de matériaux5.
La pression pour réduire les émissions de gaz à effet de serre (GES) associée à ces exigences est plus forte que jamais. Les gouvernements du monde entier adoptent des politiques de carboneutralité pour s’assurer que la quantité de gaz à effet de serre rejetée dans l’atmosphère ne dépasse pas la quantité éliminée.
Plus de 70 pays, dont les plus gros émetteurs comme la Chine, les États-Unis et l’Union européenne, ont fixé un objectif de carboneutralité couvrant environ 76 % des émissions mondiales. Plus de 1 200 entreprises ont défini des objectifs scientifiques en matière de carboneutralité et plus de 1 000 villes, plus de 1 000 établissements d’enseignement et plus de 400 institutions financières ont rejoint l’initiative « Race to Zero » (objectif zéro) en s’engageant à prendre des mesures rigoureuses et immédiates pour réduire de moitié les émissions mondiales d’ici 20306.
Selon un rapport des Nations Unies, 99 % des PDG affirment que la durabilité jouera un rôle important dans la réussite de leur entreprise7. Sur ce terrain, le secteur de la fabrication réalise de réels progrès. Dans l’industrie automobile, Jaguar Land Rover a déjà atteint la neutralité carbone dans ses usines au Royaume-Uni. D’autres constructeurs automobiles européens visent un résultat similaire dans les dix prochaines années. Le constructeur sud-coréen Hyundai Motor s’est engagé à atteindre la neutralité carbone dans ses produits et opérations à l’échelle mondiale d’ici 20458. En Indonésie, le secteur des véhicules électriques et des batteries est désormais la principale source d’investissements étrangers, avec une part de 70 % en 20209. Toutefois, le public attend davantage. Sept Américains sur dix estiment que les grandes entreprises ne font pas assez d’efforts pour lutter contre le changement climatique10.
La plupart des grandes entreprises alignent leurs stratégies commerciales sur les Objectifs de développement durable (ODD) des Nations Unies, qui placent la durabilité et la réduction des émissions de carbone au cœur des enjeux. Certaines entreprises demeurent sceptiques concernant les critères environnementaux, sociaux et de gouvernance (ESG) dérivés des ODD, mais selon le cabinet de conseil Roland Berger 11, « ...les entreprises qui ne prennent aucune mesure risquent de constater une baisse de la demande pour leurs produits et services, ainsi qu’une augmentation des coûts liés à leurs émissions de CO2. Elles réaliseront des marges plus faibles et pourraient voir leurs bénéfices diminuer de moitié. »
Ce rapport passe en revue les différentes options possibles pour améliorer la durabilité dans la conception et la fabrication de produits, notamment la réduction de la consommation d’énergie et de matériaux, la diminution des effets nocifs sur la santé et la création d’une plus grande résilience dans la société. Il présente plusieurs exemples d’innovations et de changements. Il analyse aussi la manière dont les données (et les informations utiles qui en sont tirées) peuvent aider les concepteurs et les fabricants de produits à prendre des décisions plus éclairées pour optimiser les processus de conception et de fabrication, et obtenir ainsi des résultats durables.
En mettant l’accent sur la durabilité tout au long des processus de conception et de fabrication, les entreprises peuvent réaliser des économies d’énergie et de matériaux, accélérer la conception et la fabrication de leurs produits, améliorer les prévisions, renforcer leur image de marque, se démarquer de la concurrence, fidéliser leurs clients, proposer des produits plus durables et résilients, et bien plus encore. Nous pensons que la durabilité n’est pas seulement synonyme de coût, mais aussi d’opportunités.
Srinath Jonalagadda Vice-président, Stratégie du Secteur Design & Manufacturing, Autodesk
2
PLAN D’ACTION
Rejoignez le mouvement. On estime que 21 % des 2 000 plus grandes entreprises publiques au monde ont déjà mis en place des politiques de carboneutralité. Il en reste donc 79 %, une proportion susceptible d’être encore plus élevée en dehors de cette première tranche d’entreprises. Où votre entreprise se situe-t-elle ?
Compte tenu de l’impact considérable de la fabrication sur les émissions de carbone, ce secteur sera à l’avant-garde du changement, qu’il définisse ses propres réglementations ou qu’elles soient imposées par les pouvoirs publics. La première étape consiste à définir vos objectifs de durabilité. Autodesk propose un outil pour comparer votre stratégie actuelle de durabilité à celle des pionniers en la matière. Ces informations vous aideront à faire le point sur vos politiques actuelles, à envisager de nouvelles approches dans votre modèle commercial et à définir des KPI pertinents.
Quel que soit le produit, la démarche de durabilité naît dès que le client reconnaît que l’offre est bien plus avantageuse que tout ce qui est disponible sur le marché. »
Aravind Mani PDG, River Engineering
Il est important que chaque entreprise réduise son empreinte carbone. Depuis 2015, nous avons diminué nos émissions de CO2, mais nous savons que nous pouvons faire mieux. Nous nous sommes fixé comme point de départ de réduire de moitié les émissions de CO2 de notre usine (sur la base des émissions de scope 1 et 2 de 2019) d’ici 2030. »
Steve Robins Président Europe, Marine & Nuclear, IMI Critical Engineering
1. https://www.circle-economy.com/resources/circularity-gap-report-2020 2. https://www.un.org/en/desa/world-population-projected-reach-98-billion-2050-and-112-billion-2100 3. https://www.iea.org/ 4. Ari Kahan, « EIA Projects Nearly 50% Increase in World Energy Usage by 2050, Led by Growth in Asia » (L’EIA prévoit une augmentation de près de 50 % de la
consommation énergétique mondiale d’ici 2050, alimentée par la croissance en Asie), 24 sept. 2019, https://www.eia.gov/ 5. Julian M. Allwood, Michael F. Ashby a, Timothy G. Gutowski b, Ernst Worrell, « Material Efficiency : A White Paper » (Optimisation des matériaux : livre blanc),
janvier 2011, https://EconPapers.repec.org/RePEc:eee:recore:v:55:y:2011:i:3:p:362-381 6. https://www.un.org/en/climatechange/net-zero-coalition 7. https://d306pr3pise04h.cloudfront.net/docs/publications%2F2019-UNGC-Accenture-CEO-Study.pdf 8. https://hyundai.com.sg/global-stories/hyundai-motor-presents-carbon-neutral-commitment-at-iaa-mobility-2021-309/ 9. https://www.aseantoday.com/2021/03/southeast-asia-ramps-up-electric-vehicle-industry-with-help-from-tesla-and-vingroup/ 10. https://www.pewresearch.org/science/2021/05/26/gen-z-millennials-stand-out-for-climate-change-activism-social-media-engagement-with-issue/ 11. https://www.rolandberger.com/en/Insights/Publications/Climate-action-A-new-competitiveness-paradigm.html
3
https://www.autodesk.eu/industry/accelerate-sustainability/design-manufacturing https://www.autodesk.eu/industry/accelerate-sustainability/design-manufacturing https://www.circle-economy.com/resources/circularity-gap-report-2020 https://www.un.org/en/desa/world-population-projected-reach-98-billion-2050-and-112-billion-2100 https://www.iea.org/ https://www.eia.gov/ https://EconPapers.repec.org/RePEc:eee:recore:v:55:y:2011:i:3:p:362-381 https://www.un.org/en/climatechange/net-zero-coalition https://d306pr3pise04h.cloudfront.net/docs/publications%2F2019-UNGC-Accenture-CEO-Study.pdf https://hyundai.com.sg/global-stories/hyundai-motor-presents-carbon-neutral-commitment-at-iaa-mobility-2021-309/ https://www.aseantoday.com/2021/03/southeast-asia-ramps-up-electric-vehicle-industry-with-help-from-tesla-and-vingroup/ https://www.pewresearch.org/science/2021/05/26/gen-z-millennials-stand-out-for-climate-change-activism-social-media-engagement-with-issue/ https://www.rolandberger.com/en/Insights/Publications/Climate-action-A-new-competitiveness-paradigm.html
Sommaire 5
10
15
18
CHAPITRE 1 : La transition d’une économie linéaire vers une économie circulaire
CHAPITRE 2 : Réduire la consommation d’énergie et de matériaux
CHAPITRE 3 : Améliorer la santé et la résilience
CHAPITRE 4 : Le changement comme opportunité
4
Économies sur le coût des biens durables (Union européenne)
Économies sur le coût des produits de grande consommation (monde)
700
360 9
20 20 20 31
52
89
118
580 15 32
32
32
50
83
142
189
Équipements et ordinateurs de bureau Mobilier Radio, télévision et appareils de communication Équipements médicaux et optiques Autres transports
Machines électriques
Machines et équipements
Véhicules motorisés
Scénario bas Scénario élevé
• Les scénarios bas et élevé ont des degrés de circularité différents. • Les économies nettes sont calculées sur le coût des matériaux requis pour
les biens durables complexes. • Les estimations reposent sur les coûts totaux de production par secteur
(valeurs actuelles).
26 10
98
121
155
270
Autre Mouchoirs et produits d’hygiène Beauté et soins personnels
Aliments frais
Boissons
Habillement
Aliments emballés
• L’analyse prend en compte les différences géographiques et les sous-catégories.
• Les économies totales sont calculées sur le coût des matériaux requis pour les produits de grande consommation.
• Les valeurs fournies sont fondées sur les coûts actuels de l’énergie et des matériaux.
CHAPITRE 1 :
La transition d’une économie linéaire vers une économie circulaire Pour relever les défis de durabilité et respecter leurs engagements dans ce domaine, de nombreux fabricants mettent en œuvre des approches de conception et de fabrication plus intelligentes et plus efficaces qui permettent de mieux exploiter les matériaux, de développer des modèles commerciaux plus circulaires, de réduire la consommation énergétique et de renforcer la responsabilité de la chaîne logistique.
Ces approches ne sont pas incompatibles. Le modèle circulaire devient le pilier de toutes les initiatives visant à atteindre l’objectif extrêmement ambitieux de la carboneutralité. La circularité remet en question les principes mêmes de notre modèle de consommation actuel, qui sont encore largement fondés sur une économie linéaire prônant l’usage unique, dans laquelle les ressources sont extraites, transformées, consommées et jetées. Un modèle circulaire élimine les déchets et fait circuler les ressources en appliquant les 3R, « Réduire, Réutiliser, Recycler », et aide la nature à se régénérer en ajoutant les dimensions « Restauration, Réhabilitation, Réaffection ».
Selon la fondation Ellen MacArthur, un acteur majeur du changement climatique, une transition vers la circularité à l’échelle de toute l’économie pourrait réduire de moitié les émissions de GES en Europe d’ici 203012. À travers le monde entier, les gouvernements commencent à explorer et à imposer des approches circulaires. La Chine a récemment publié un nouveau plan pluriannuel pour développer l’économie circulaire du pays afin d’accroître l’efficacité des ressources, de stimuler l’innovation et de respecter ses engagements climatiques13. En Europe, l’UE a lancé un plan d’action pour l’économie circulaire14 et le gouvernement néerlandais s’est fixé l’objectif de devenir 100 % circulaire d’ici 2050, avec un objectif intermédiaire de 50 % à l’horizon 2030.
Sur le plan économique, la circularité présente également de solides arguments. À l’échelle mondiale, la transition vers un modèle circulaire pourrait permettre plus de 1 000 milliards de dollars d’économies en matériaux d’ici 202515, selon une étude du cabinet de conseil Roland Berger.
L’abandon du modèle linéaire au profit de la circularité permettrait d’économiser 1 000 milliards de dollars.
Estimation des économies nettes réalisées sur le coût des matériaux par rapport au modèle linéaire [en milliards d’USD]
Source : Forum économique mondial, Fondation Ellen MacArthur, Roland Berger
5
26
Parallèlement aux exigences d’approvisionnement, aux attentes des utilisateurs et à la législation, les objectifs de durabilité et le Pacte vert sont des moteurs de changement essentiels.
Katrin Discher Directrice de la durabilité chez TRILUX
Nous avons conçu un compteur intelligent basé sur les principes des appareils Fairphone, dont la structure modulaire facilite les réparations et permet de remplacer les pièces individuellement. Si le compteur intelligent rencontre un problème, une partie du produit peut être conservée. Nous intégrons progressivement cette approche dans l’intégralité de notre chaîne logistique. »
Pallas Agterberg Directeur de la stratégie et de l’innovation chez Alliander
La réglementation comme moteur du changement Les pouvoirs publics encouragent le changement vers la durabilité et la circularité par le biais de programmes d’incitation et de financement, tels que le Pacte vert pour l’Europe16 et le Plan vert de Singapour17, mais aussi, de façon croissante, par le biais de réglementations.
En Chine, une initiative de fabrication verte a été lancée dans le cadre du programme Made in China 2025 en vue de réduire la pollution et la consommation d’énergie. L’industrie chinoise a généré 70 % de la pollution totale en 201518, ce qui a poussé le gouvernement à prendre des mesures ambitieuses en 2017. Parmi celles-ci, il a déployé une initiative ciblant le secteur de la haute technologie pour réduire le smog dans les zones limitrophes des pôles industriels. Jusqu’à 40 % des usines ont été fermées durant cette période pour évaluer l’ampleur du problème et prendre des mesures correctives19.
En 2021, Pékin a donné la priorité au développement de l’économie circulaire chinoise dans le cadre du Plan de développement pour l’économie circulaire de son 14ème plan quinquennal. L’objectif du gouvernement chinois est d’optimiser la consommation des ressources et le cycle de vie des produits dans le cadre d’un nouveau plan pluriannuel. À travers ce développement de l’économie circulaire dans le pays, il espère accroître l’efficacité des ressources, stimuler l’innovation et respecter ses engagements climatiques. Cet effort s’accompagne de plusieurs initiatives, dont la promotion du recyclage, de la refrabrication, de l’écoconception des produits et des ressources renouvelables20.
En Europe, l’UE établit des cadres législatifs pour faire appliquer son Plan d’action pour l’économie circulaire. La Directive sur l’écoconception et le Plan de travail sur l’écoconception mettent l’accent sur la réparabilité et la durabilité des produits, avec des mesures qui devraient permettre d’éliminer plus de 46 millions de tonnes d’équivalent CO2 21.
En Europe, la loi française anti-gaspillage pour une économie circulaire adoptée en 2021 comprend différentes mesures, notamment le recyclage de tous les plastiques d’ici 2025, le retrait des emballages en plastique à usage unique d’ici 2040, un indice de réparabilité indiquant dans quelle mesure un produit peut être réparé, ainsi que la responsabilité des fabricants quant à l’élimination de leurs produits.
De même, aux États-Unis, la Maison Blanche signe des décrets concernant la chaîne logistique et la fabrication, qui introduisent notamment la notion de « droit à la réparation »22.
6
La transition vers un modèle serviciel de fabrication
La transition vers un modèle serviciel de fabrication favorise les services à marge plus élevée, dont le but est d’optimiser l’efficacité et l’utilisation des produits pour les clients. Cette évolution répond à la concurrence croissante et à la baisse des marges, qui réorientent les acteurs du marché vers des approches axées sur les services. Elle s’inscrit dans une logique circulaire en encourageant les fabricants à améliorer la durabilité, l’efficacité et le cycle de vie total de leurs produits, notamment la réutilisation et le recyclage.
Ce concept a été initialement développé dans des environnements interentreprises. Rolls-Royce, par exemple, vend des « heures de vol » via son service TotalCare, plutôt que des moteurs d’avion. Airbus et Boeing proposent des offres équivalentes. Philips vend l’éclairage aux hôtels et bureaux sous forme de service d’abonnement. Michelin loue des pneus à ses clients des secteurs de l’aviation et de l’armée, ainsi qu’à d’autres entreprises ayant des flottes de véhicules importantes. D’autres exemples peuvent être cités, tels que la vente de pelles mécaniques basée sur le volume de terre déplacé ou encore la vente d’ascenseurs en fonction du nombre d’heures de fonctionnement.
Dans le secteur de la consommation, des modèles d’abonnement voient le jour pour les produits manufacturés. Ainsi, des marques comme Grover et Boulanger commercialisent régulièrement les petits appareils électroniques grand public sous cette forme. Ce concept est appelé à se développer. Le jour n’est peut- être pas si loin où un client pourra acheter un revêtement de sol avec un abonnement mensuel et une garantie afin de maintenir son produit en bon état. Les fabricants de produits de haute qualité connaîtraient alors une forte hausse de leurs ventes.
Le modèle serviciel implique une transition de la fabrication à la maintenance et à la réparation. Cette transition doit s’accompagner d’une gestion prudente, car elle exige des compétences différentes de la fabrication traditionnelle. Toutefois, elle offre à l’entreprise l’opportunité d’apporter une plus grande valeur ajoutée à ses clients, de devenir un partenaire à long terme et d’augmenter ses marges. La transition vers un modèle serviciel est une opportunité commerciale significative qui génère aussi des résultats durables.
7
8
La conception générative au service de la durabilité
La phase de conception détermine l’impact environnemental des produits à hauteur de plus de 80 %24.
Ce poids de la conception s’explique en partie par le fait que les ingénieurs et les concepteurs manquent de temps et de ressources pour explorer pleinement les options de conception et de fabrication possibles. En raison de ces contraintes, certains améliorent des conceptions précédentes de manière incrémentielle, ce qui entraîne souvent une surconception des composants.
La conception générative est une nouvelle technologie qui révolutionne la conception et l’ingénierie en dépassant les limites de l’imagination ou de l’historique de conception. Dans ce processus d’exploration, les concepteurs ou les ingénieurs entrent leurs objectifs dans un logiciel de conception générative et définissent des paramètres tels que les exigences de performances, les contraintes spatiales, les matériaux, les méthodes de fabrication et les restrictions en termes de coûts.
À partir de ces paramètres, la conception générative produit des centaines d’options de conception en moins de temps qu’il faudrait à un humain pour développer et évaluer une ou deux options. L’utilisateur peut alors étudier ces propositions et leurs compromis. L’intérêt de la conception générative réside dans sa capacité à présenter à l’équipe de conception un plus grand nombre de solutions potentielles qui sont adaptées à la fabrication et répondent à un ensemble spécifique de contraintes de conception. Cette technologie permet à l’équipe de gagner du temps et de disposer d’options qu’elle n’aurait pas imaginées ou envisagées en temps normal.
L’impact de la conception générative peut être spectaculaire. Aux États-Unis, General Motors a utilisé cette technologie pour diviser par huit le nombre de composants d’une fixation de siège, tout en la rendant 40 % plus légère et 20 % plus résistante25.
PLAN D’ACTION
Votre entreprise utilise-t-elle la circularité pour réduire les coûts, accélérer la production et livrer des produits plus durables ?
On croit souvent à tort que la circularité se résume au recyclage. Or, elle signifie concevoir un produit en évitant le recours aux matériaux vierges, puis intégrer des possibilités de réutilisation dans chaque composant et chaque aspect du cycle de vie du produit.
La circularité consiste à s’assurer que les produits sont conçus dans une optique de réparation, de réutilisation et de recyclage. L’idée est de mettre au point des produits facilement réparables avec des pièces de rechange standardisées, de proposer des options de réutilisation adaptative et de pouvoir utiliser des pièces de produits obsolètes dans un autre produit tout en offrant la possibilité de recycler facilement le produit à la fin de son cycle de vie.
La circularité est un état d’esprit. Avant de concevoir un produit, prenez du recul et évaluez la conception dans son ensemble. Réfléchir davantage à la manière de créer le produit et aux effets en aval de sa conception aide à créer des produits plus durables.
Passer d’une économie linéaire à une économie circulaire implique de concevoir dans un souci de durabilité, de réparation, de réutilisation et de recyclabilité de sorte que les produits, les composants et les matériaux continuent de circuler dans l’économie. Les entreprises devraient toujours prendre en compte les différents aspects d’un produit jusqu’à son utilisation par le client final (matériel, emballage, élimination, etc.). L’objectif ici est de créer une valeur ajoutée à long terme, au-delà du cycle de vie traditionnel d’un produit.
Yuma Labs, par exemple, a conçu des lunettes de soleil durables, fabriquées à partir de bouteilles en plastique recyclées et de filets rejetés à la mer, en offrant aux clients un moyen simple de retourner leurs lunettes, qui sont ensuite transformées en nouvelles paires23.
12. https://ellenmacarthurfoundation.org/regions/europe 13. https://www.china-briefing.com/news/chinas-circular-economy-understanding-the-new-five-year-plan/ 14. https://ec.europa.eu/environment/pdf/circular-economy/new_circular_economy_action_plan.pdf 15. https://www3.weforum.org/docs/WEF_ENV_TowardsCircularEconomy_Report_2014.pdf 16. https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en 17. https://www.greenplan.gov.sg/ 18. https://www.senecaesg.com/insights/brief-overview-of-chinas-green-manufacturing-initiative/ 19. https://www.worldgovernmentsummit.org/observer/articles/2017/detail/china-has-shut-down-up-to-40-of-its-factories-in-an-unprecedented-stand-against-pollution 20. https://www.china-briefing.com/news/chinas-circular-economy-understanding-the-new-five-year-plan/ 21. https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/QANDA_19_5889 22. https://www.whitehouse.gov/briefing-room/presidential-actions/2021/07/09/executive-order-on-promoting-competition-in-the-american-economy/ 23. https://redshift.autodesk.com/sustainable-sunglasses/ 24. https://joint-research-centre.ec.europa.eu/scientific-activities-z/sustainable-product-policy_en 25. https://www.autodesk.fr/customer-stories/general-motors
9
https://ellenmacarthurfoundation.org/regions/europe https://www.china-briefing.com/news/chinas-circular-economy-understanding-the-new-five-year-plan/ https://ec.europa.eu/environment/pdf/circular-economy/new_circular_economy_action_plan.pdf https://www3.weforum.org/docs/WEF_ENV_TowardsCircularEconomy_Report_2014.pdf https://ec.europa.eu/info/strategy/priorities-2019-2024/european-green-deal_en https://www.greenplan.gov.sg/ https://www.senecaesg.com/insights/brief-overview-of-chinas-green-manufacturing-initiative/ https://www.worldgovernmentsummit.org/observer/articles/2017/detail/china-has-shut-down-up-to-40-of-its-factories-in-an-unprecedented-stand-against-pollution https://www.china-briefing.com/news/chinas-circular-economy-understanding-the-new-five-year-plan/ https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/QANDA_19_5889 https://www.whitehouse.gov/briefing-room/presidential-actions/2021/07/09/executive-order-on-promoting-competition-in-the-american-economy/ https://redshift.autodesk.com/sustainable-sunglasses/ https://joint-research-centre.ec.europa.eu/scientific-activities-z/sustainable-product-policy_en https://www.autodesk.fr/customer-stories/general-motors
Les pouvoirs publics vont peu à peu publier des directives pour encadrer la durabilité des matériaux utilisés dans le secteur des aires de jeux. Les matériaux constitutifs des produits, la fin du cycle de vie et la recyclabilité vont faire l’objet d’une surveillance accrue. »
Barry Leahey MBE PDG et directeur général de Playdale
Crédit image Airbus
10
CHAPITRE 2 :
Réduire la consommation d’énergie et de matériaux La consommation de matériaux est un facteur clé d’impact environnemental dans la fabrication. Comme le montre l’étude de Roland Berger, 1 000 milliards de dollars pourraient être économisés en fabriquant les mêmes produits à partir de filières de déchets.
La réduction de la consommation et du gaspillage de matériaux (par le biais de l’allègement des produits et de la fabrication additive, par exemple), ainsi que l’utilisation de matériaux plus durables et à faible impact environnemental (tels que le contenu recyclé et renouvelable), sont des objectifs importants pour de nombreux fabricants et ingénieurs produits. Dans le cadre de son engagement à réduire de moitié ses émissions de GES d’ici 2050, le constructeur aéronautique Airbus a réalisé une cloison de cabine pour l’Airbus A320 extrêmement résistante et 45 % plus légère grâce à la conception générative (voir La conception générative au service de la durabilité ci-dessus) et à l’impression 3D
(voir La fabrication additive (impression 3D) pour réduire la consommation de matériaux et améliorer l’efficacité des produits ci-dessous)26.
Le développement de conceptions de produits plus circulaires qui prennent en considération l’évolutivité, la réparation, la réutilisation, le désassemblage et le recyclage constitue une autre approche pour réduire la consommation de matériaux. Le concept car de BMW, baptisé BMW i Vision Circular, peut être fabriqué à partir de matériaux 100 % recyclés grâce à des méthodes de fabrication alternatives. La carrosserie en métal, par exemple, a une finition brossée au lieu d’être peinte, ce qui évite le recours à des produits chimiques et facilite le recyclage27. La transition vers un modèle serviciel est un autre moyen d’améliorer la circularité (voir l’article La transition vers un modèle serviciel de fabrication ci-dessus).
Catégories « scopes » des émissions de GES
L’impact des fabricants sur la consommation énergétique ne se limite pas à la manière dont leurs produits sont utilisés. L’énergie consommée pour fabriquer ces produits est également importante. C’est pourquoi les fabricants cherchent à améliorer les performances de leurs usines, de leurs machines de production, de leurs chaînes logistiques et de leurs produits en optimisant la consommation d’énergie et en réduisant les déchets.
Les différents périmètres de consommation énergétique, et donc les économies potentielles en termes d’émissions de GES, sont parfois appelés « scopes ». Ce mot a été employé pour la première fois dans le Protocole de 2001 sur les gaz à effet de serre28.
Le scope 1 désigne les émissions de GES directement produites par l’entreprise, par exemple lorsqu’elle fait fonctionner ses chaudières et ses véhicules. Le scope 2 englobe les émissions dont une entreprise est indirectement responsable, par exemple l’énergie utilisée pour chauffer et climatiser ses bâtiments. Le scope 3 représente les émissions totales de GES produites dans les deux sens d’une chaîne de valeur, y compris tout ce qui est acheté aux fournisseurs dans un sens et tout ce qui est acheté par les clients dans l’autre sens, quand ils utilisent le produit final.
Le scope 4 a été créé pour prendre en compte les émissions évitées. Il s’agit d’un périmètre complexe qui vise à quantifier les réductions d’émissions réalisées en dehors du cycle de vie ou de la chaîne de valeur d’un produit, mais résultant de l’utilisation du produit. Les produits susceptibles d’éviter des émissions sont notamment les détergents à basse température, car ils réduisent la quantité de GES émise par les utilisateurs, même s’ils impliquent une consommation énergétique lors de la fabrication.
Pour promouvoir la durabilité, nous devons non seulement travailler sur nos propres activités, mais également intégrer notre chaîne logistique dans un effort unifié. »
Akira Sugawara Directeur général, Promotion de la durabilité, Kai Corporation
11
120
100
80
60
40
20
0 Total Fabrication Mobilité Bâtiments Entreprises et commerces
120 MT
78 MT
Adoption accélérée du numérique Adoption modérée du numérique
61 MT
35 MT 28 MT
17 MT 19 MT 16 MT 12 MT 10 MT
Mégatonnes (Mt)
Crédit image GANAS MFG
L’adoption du numérique est une stratégie importante pour réduire la consommation d’énergie et de matériaux dans le cadre de la réduction des GES. Une étude menée par le cabinet de conseil Accenture29 révèle que l’adoption du numérique dans la fabrication est la solution la plus susceptible d’aider l’Allemagne à atteindre ses objectifs de réduction des émissions de CO2 d’ici 2030. Le numérique permettrait au pays d’atteindre plus de la moitié des 120 mégatonnes d’économies potentielles identifiées.
GANAS MFG est une start-up basée à Détroit, aux États-Unis, spécialisée dans la menuiserie et le mobilier sur mesure pour la clientèle résidentielle et commerciale. Grâce à la modélisation 3D, elle ramène à 5 % les rebuts produits à partir de n’importe quel matériau, contre 25 % auparavant30.
L’adoption du numérique dans la fabrication est la solution la plus efficace
Quelle quantité totale d’équivalent dioxyde de carbone (CO2) peut être éliminée en 2030 ?
Source : étude « Climate effects of digitization » (Les effets climatiques de l’adoption du numérique), réalisée par Accenture pour Bitkom
12
Comment les « passeports numériques des produits » accélèrent la circularité dans le secteur de la fabrication
Le manque de visibilité est l’un des défis auxquels sont confrontés les fabricants qui cherchent à augmenter la réutilisation des produits et des matières premières qu’ils contiennent. À ce jour, il est très difficile de connaître précisément la composition d’un produit réutilisé, mais les choses commencent à changer. En décembre 2021, la Commission européenne a présenté un projet de « passeport numérique des produits », qui contiendra des informations sur la composition des produits commercialisés sur le marché européen31.
À tous les niveaux de la chaîne logistique, les passeports fourniront aux utilisateurs et aux consommateurs des informations sur l’achat, l’utilisation et l’élimination des produits et des matériaux de manière adaptée et circulaire afin d’augmenter la probabilité qu’ils soient réutilisés et recyclés. Cette démarche s’inscrit dans l’Initiative relative aux produits durables32.
Le concept de passeport de produits est en réalité antérieur à l’initiative de l’UE. Maersk Line, par exemple, propose des solutions de commerce et de transport qui exigent d’avoir un approvisionnement fiable en acier bon marché, l’équivalent d’environ 98 % du volume d’un porte-conteneurs.
Jusqu’à présent, il n’est pas possible de déterminer les différents types et catégories de matériaux lors du processus de désassemblage classique, si bien que l’acier recyclé mélangé perd la qualité, les propriétés et la valeur des matériaux d’origine. Indépendamment de sa qualité de départ, l’acier devient un matériau bon marché classé dans la plus basse des sept catégories de qualité existantes.
Maersk étudie la possibilité de préparer les navires à un recyclage de qualité dès la phase de conception. Dans cette optique, l’entreprise met au point un passeport Cradle to Cradle. L’objectif est de mieux contrôler les matériaux utilisés et de fabriquer à terme de nouveaux navires à partir d’anciens. Maersk pourra ainsi trier et traiter plus efficacement les matériaux, y compris les 60 000 tonnes d’acier par navire, tout en conservant leurs propriétés inhérentes et en les revendant à un prix plus avantageux33.
13
PLAN D’ACTION
Avez-vous prévu d’optimiser les résultats durables dans vos usines ?
Pour faire face au rythme accéléré des changements et à la complexité croissante, de nombreuses entreprises ont déjà adapté leurs méthodes de conception, de développement et d’ingénierie des produits. Elles réfléchissent en termes de cycles de vie et adoptent souvent des méthodes de développement agiles ainsi que l’ingénierie simultanée et l’ingénierie des systèmes. A contrario, les usines (en particulier les sites de développement d’installations existantes) restent majoritairement conçues et construites de manière traditionnelle. Les approches classiques persistent également au niveau de la gestion des données pendant les phases d’exploitation et de maintenance, avec un traitement zone par zone, discipline par discipline, silo de données par silo de données.
Les changements apportés à la conception et à l’ingénierie des produits en matière d’intégration et de collaboration sont également applicables aux opérations de fabrication. La modélisation d’usine intégrée, un processus qui combine le BIM et la planification d’usine numérique pour générer une représentation numérique d’une installation et des équipements de production, est de plus en plus adoptée par les fabricants qui veulent faire évoluer leurs usines dans ce sens.
Cette représentation numérique des installations de production comprend le bâtiment lui- même et toutes les informations structurelles, mécaniques, électriques et de plomberie associées. Y figurent également les éléments liés aux équipements de l’usine pour chaque étape : préparation, lignes de production, assemblage, finition et au-delà. Les parties prenantes ont ainsi accès aux informations dont elles ont besoin pour faire des choix avisés et durables qui contribuent à améliorer les résultats une fois les installations bâties.
Les fabricants constatent déjà les avantages de la création d’usines numériques véritablement intégrées. Cette approche pluridisciplinaire de collaboration sur un modèle unique permet aux équipes de réduire les erreurs coûteuses et le gaspillage de matériaux correspondant. Elle permet aussi de détecter les conflits dans un environnement numérique, d’accélérer la mise sur le marché des produits ainsi que d’optimiser la conception de l’usine, l’utilisation des matériaux et la capacité de production, tout en maximisant les performances énergétiques et de nombreux autres résultats.
Pour fabriquer sa première voiture de sport électrique, la Taycan, le constructeur Porsche s’est appuyé sur la planification d’usine numérique. Il a créé une usine intelligente dans laquelle les systèmes de transport sans conducteur optimisent la flexibilité. L’usine s’inscrit dans une démarche « zéro impact » : au-delà du bilan carbone neutre, le constructeur a abordé la question environnementale dans sa globalité en améliorant la consommation des ressources, la gestion des déchets et la mobilité sur l’ensemble du site. L’usine est dotée d’une toiture écologique et équipée de panneaux photovoltaïques. Elle est alimentée en électricité par des sources d’énergies renouvelables et par des centrales de biogaz qui chauffent le bâtiment.
Chaque détail de l’usine figure dans le modèle de planification intégré que Porsche avait créé bien avant d’avoir posé la première pierre du bâtiment. Chaque poubelle ou robot de l’usine a été préalablement approuvé sur les supports numériques. Dans ce modèle, tous les concepteurs, planificateurs et fournisseurs parlent la même langue. Même les fournisseurs qui s’occupent d’éléments tels que les appareils de manutention, doivent livrer des conceptions qui correspondent à 100 % au bâtiment modélisé auquel se référent les sous-traitants34.
26. https://www.autodesk.fr/customer-stories/airbus 27. https://www.bmw.co.uk/en/topics/discover/concept-cars/bmw-i-vision-circular-highlights.html 28. https://ghgprotocol.org/ 29. https://www.bitkom.org/climate-protection 30.https://www.autodesk.com/customer-stories/ganas-mfg 31. https://www.eceee.org/all-news/news/news-2021/eu-plans-digital-product-passport-to-boost-circular-economy/ 32. https://ireland.representation.ec.europa.eu/news-and-events/news/new-proposals-make-sustainable-products-norm-and-boost-europes-resource-
independence-2022-03-30_en 33. https://ellenmacarthurfoundation.org/circular-examples/using-product-passports-to-improve-the-recovery-and-reuse-of-shipping-steel 34. https://redshift.autodesk.com/digital-factory-planning/
14
https://www.autodesk.com/customer-stories/airbus https://www.bmw.co.uk/en/topics/discover/concept-cars/bmw-i-vision-circular-highlights.html https://ghgprotocol.org/ https://www.bitkom.org/climate-protection https://www.autodesk.com/customer-stories/ganas-mfg https://www.eceee.org/all-news/news/news-2021/eu-plans-digital-product-passport-to-boost-circular-economy/ https://ireland.representation.ec.europa.eu/news-and-events/news/new-proposals-make-sustainable-products-norm-and-boost-europes-resource-independence-2022-03-30_en https://ellenmacarthurfoundation.org/circular-examples/using-product-passports-to-improve-the-recovery-and-reuse-of-shipping-steel https://redshift.autodesk.com/digital-factory-planning/
Crédit image Vecor
15
CHAPITRE 3 :
Améliorer la santé et la résilience Une fois que les concepteurs ont intégré la notion de circularité, d’autres avantages émergent rapidement, en particulier dans les domaines de la santé et de la résilience.
Dans une situation d’urgence climatique, brûler du charbon n’est clairement pas viable à long terme. Cependant, il est probable que les centrales au charbon restent en service, peut-être pendant plusieurs décennies encore, jusqu’à ce que des alternatives flexibles soient en place, en particulier en Chine.
Pour atténuer l’impact de la combustion du charbon sur la santé, Vecor, une entreprise de technologies vertes basée à Hong Kong, recycle les cendres des centrales au charbon pour fabriquer des tuiles de haute qualité. La cendre volante, une poudre fine dérivée de la combustion du charbon, représente plus de la moitié des déchets du charbon et 99 % sont filtrés par les cheminées d’échappement de la centrale. Plutôt que de dévier cette cendre filtrée vers des décharges (ce qui se traduit par l’infiltration de substances nocives, telles que l’arsenic, le mercure et le lithium, dans la nappe phréatique), le processus de recyclage de Vecor rend la cendre non seulement inoffensive pour la santé, mais aussi viable en tant qu’ingrédient dans des produits tels que le béton et les panneaux muraux, où elle offre une solidité supérieure à celle procurée par les matériaux vierges.
Les tuiles en cendre volante sont aujourd’hui produites par la première usine de Vecor à Zibo, en Chine, dans la province du Shandong, qui compte plus de 40 centrales au charbon. Des pratiques d’économie circulaire comme celle- ci protègent l’air et les nappes phréatiques tout en limitant la consommation de ressources35.
Les technologies numériques vont considérablement améliorer les processus industriels. On le constate déjà dans le domaine de la sécurité, où des drones sont utilisés pour exécuter des tâches de surveillance risquées. L’IA peut se révéler un précieux allié pour les émissions atmosphériques. Avec des caméras intelligentes, il devient possible de capturer, d’analyser et même de prévoir ce qui va se passer en termes d’émissions atmosphériques. »
Annie Heaton Directrice de l’engagement et de la divulgation en matière de durabilité, ArcelorMittal
Crédit image PlasticRoad
16
Pour améliorer la résilience par le biais de la circularité, une entreprise néerlandaise a développé un produit de revêtement routier en plastique recyclé qui répond au défi de l’élévation du niveau de la mer auquel le pays est confronté.
L’élévation du niveau de la mer est un problème majeur aux Pays-Bas. En effet, près de la moitié de la superficie totale du pays se trouve à moins d’un mètre au-dessus du niveau de la mer et près d’un tiers est en dessous. Avec le réchauffement climatique, le niveau de la mer augmente à un rythme qui exerce des pressions considérables sur les infrastructures du pays.
La start-up néerlandaise PlasticRoad construit des routes en plastique recyclé, s’attaquant ainsi à deux problèmes à la fois : la pollution plastique et le changement climatique. La matière plastique atténue les inondations, est plus facile à entretenir et peut
être recyclé jusqu’à sept fois. Elle est aussi quatre fois plus légère et 70 % plus rapide à fabriquer que les solutions traditionnelles. De plus, elle est trois fois plus résistante et génère jusqu’à 72 % d’émissions de dioxyde de carbone en moins par rapport aux routes conventionnelles.
Enfin, elle permet d’éviter d’importants travaux d’excavation, des fondations lourdes, des dalles en béton et des couches d’asphalte nocives pour l’environnement, ou encore les systèmes d’évacuation. La route s’assemble comme des briques LEGO : il suffit d’emboîter les pièces pour la construire.
Deux projets pilotes, des pistes cyclables de 100 pieds (30 mètres) tracées dans les villes néerlandaises de Zwolle et Giethoorn, en ont démontré les avantages : chaque piste contient 1 000 kg de plastique recyclé, soit l’équivalent de 218 000 gobelets en plastique36.
PLAN D’ACTION
Pour concevoir et fabriquer des produits capables d’améliorer la résilience et de présenter des avantages pour la santé, il faut une nouvelle réflexion et de nouvelles approches.
Cela peut impliquer de fabriquer des produits légers et faciles à utiliser, mais aussi de choisir et de tester des matériaux plus adaptés pour assurer la durabilité et la résilience d’un produit.
L’utilisation d’un logiciel de conception aide les fabricants à créer les éléments modulaires qui s’inscrivent dans cette démarche. Comme le démontrent les expériences de Greendzine en matière de modularité, la validation ou l’abandon de nouveaux modèles permettent aux fabricants de passer rapidement au prototypage préliminaire à l’aide de l’impression 3D. Les fabricants sont en mesure d’étudier rapidement la forme physique du nouveau produit et de vérifier s’il répond aux exigences du projet en termes de poids, de réduction d’émissions, de durabilité ou de caractéristiques de recyclage/réutilisation.
Crédit image Greendzine
La fabrication additive (impression 3D) pour réduire la consommation de matériaux et améliorer l’efficacité des produits
La fabrication additive peut être utilisée dans de nombreux domaines et contribue à réduire la consommation de matériaux. Elle présente en effet l’avantage de ne pas générer de déchets par rapport aux méthodes soustractives. Elle peut également améliorer l’efficacité des produits et permet la fabrication de nouveaux produits plus durables.
En Inde, la production de véhicules électriques (VE) n’a pas progressé aussi rapidement que prévu, ce qui pose notamment un problème au niveau de la pollution de l’air (21 des 30 villes les plus polluées au monde se trouvent en Inde). Devancé par les États-Unis, l’Europe et la Chine, le gouvernement est déterminé à regagner du terrain. D’ici 2030, les VE devront représenter 30 % des ventes de véhicules neufs.
Greendzine, une entreprise implantée à Bangalore, utilise la modularité de conception pour créer des véhicules électriques à basse vitesse plus rapidement que toute autre entreprise du secteur. Elle a lancé un modèle baptisé Quark U, un cyclomoteur électrique qui se démarque des deux roues électriques habituels, basés sur les scooters à essence37.
Greendzine a adopté le principe « Fail fast and fail forward » (L’échec fait la force), dans lequel tout est conçu de manière modulaire à partir de la même plate- forme de base. Les pièces sont prototypées rapidement à l’aide de l’impression 3D et sont abandonnées sans pertes de temps ou de propriété intellectuelle excessives si elles ne fonctionnent pas. Pour Greendzine, cette stratégie de développement de produits accéléré, qu’elle appelle le « concept de produit en 90 jours », est une nécessité dans l’économie actuelle.
35. https://redshift.autodesk.com/ash-recycling/ 36. https://redshift.autodesk.com/plastic-roads/ 37. https://redshift.autodesk.com/low-speed-electric-vehicle/
17
https://redshift.autodesk.com/ash-recycling/ https://redshift.autodesk.com/plastic-roads/ https://redshift.autodesk.com/low-speed-electric-vehicle/
Les témoignages clients tirés des livres blancs Frost & Sullivan pour les zones EMEA et APAC, Bâtir un avenir durable grâce au numérique, sont disponibles ici : http://www.autodesk.eu/industry/accelerate-sustainability et https://damassets.autodesk.net/content/dam/autodesk/draftr/16805/autodesk-apac-sustainability-research-final.pdf
Autodesk et le logo Autodesk sont des marques déposées ou des marques commerciales d’Autodesk, Inc., et/ou de ses filiales et/ou de ses sociétés affiliées, aux États-Unis et/ou dans d’autres pays. Tous les autres noms de marques, de produits ou marques commerciales appartiennent à leurs propriétaires respectifs. Autodesk se réserve le droit de modifier à tout moment et sans préavis l’offre sur ses produits et ses services, les spécifications de produits, ainsi que ses tarifs. Autodesk ne saurait être tenue responsable des erreurs typographiques ou graphiques susceptibles d’apparaître dans ce document. © 2022 Autodesk, Inc. Tous droits réservés.
18
CHAPITRE 4 :
Le changement comme opportunité Confrontés aux réglementations visant à réduire les émissions de GES et aux exigences des clients qui réclament des changements, les fabricants sont forcés de repenser leur mode de fonctionnement. La circularité gagne du terrain en tant que modèle économique capable de répondre aux besoins de durabilité des clients et de la société en général, tout en offrant des moyens de réduire les coûts, d’améliorer l’efficacité et d’augmenter les marges.
Nous n’avons pas le droit à l’erreur. Le Groupe international d’experts sur les ressources des Nations Unies a évalué l’impact probable de la transition vers une économie qui exploite mieux ses ressources en comparant deux scénarios : aucun changement dans notre consommation de matériaux ou de nouvelles politiques globales visant à réduire la consommation des ressources naturelles38.
Dans le premier scénario, l’extraction des ressources mondiales double pour atteindre environ 190 milliards de tonnes par an d’ici 2060 et les émissions de CO2 doublent également pour atteindre 70 milliards de tonnes par an. Dans le scénario plus circulaire, l’extraction des ressources mondiales continue d’augmenter, mais plus lentement, sans dépasser 143 milliards de tonnes d’ici 2060. Quant aux émissions mondiales de CO2, elles se situent en-dessous des 5 milliards de tonnes.
Le rapport conclut également que le niveau de vie peut continuer d’augmenter dans une économie circulaire. En d’autres termes, la prospérité ne dépend pas de la consommation croissante de ressources physiques.
Le secteur de la fabrication est l’un des premiers consommateurs de ressources au niveau mondial et va jouer un rôle crucial dans la transition vers la durabilité. L’obtention de résultats durables dans le secteur de la fabrication exigera des changements, mais ceux qui réussiront cette transition en tireront des avantages considérables. Les entreprises qui saisissent cette opportunité pourraient profiter d’un nouveau marché de produits et services durables estimé à 338 milliards de dollars39. Les innovations et les outils numériques décrits dans ce rapport vont jouer un rôle essentiel : ils seront les partenaires qui aideront les fabricants à atteindre leurs objectifs de durabilité pour bâtir un avenir prospère.
Beaucoup d’entreprises estiment que les initiatives de durabilité ne sont guère utiles pour améliorer la rentabilité à court terme. Chez SK ecoplant, nous savons que nos initiatives de durabilité améliorent la rentabilité de l’entreprise. Nous avons augmenté notre bénéfice d’exploitation en améliorant nos systèmes de récupération d’énergie et d’alimentation en vapeur, en réduisant le nombre de décharges et en allongeant les intervalles de maintenance régulière. »
Jae Yeo Cho Vice-président, Transformation numérique, SK ecoplant
38. https://www.resourcepanel.org/sites/default/files/documents/document/media/unep_252_global_resource_outlook_2019_web.pdf 39. Analyse du changement climatique mondial 2018, CDP, 2019, https://www.cdp.net/en/research/global-reports/global-climate-change-report-2018
http://www.autodesk.eu/industry/accelerate-sustainability https://damassets.autodesk.net/content/dam/autodesk/draftr/16805/autodesk-apac-sustainability-research-final.pdf https://www.resourcepanel.org/sites/default/files/documents/document/media/unep_252_global_resource_outlook_2019_web.pdf https://www.cdp.net/en/research/global-reports/global-climate-change-report-2018