Dans le projet de recherche de la CTI «EcoFactory», l’Empa a développé avec des partenaires industriels, des économistes de l’EPF de Zurich et des informaticiens de la HTW Berlin un logiciel qui permet aux entreprises de déterminer les processus qui leur permettent d’atteindre non seulement des objectifs économiques mais aussi des objectifs écologiques dans leurs halles de production.

Chez le fabricant de câbles Huber+Suhner tout marche à la perfection. Dans la halle de production, chaque processus est parfaitement rodé – de la livraison des fils de cuivre jusqu’à la bobine de câble terminée. C’est aussi indispensable car ces câbles high-tech produits à Pfäffikon dans le canton de Zurich doivent être capables d’endurer des sollicitations élevées et par exemple rester encore capables de fonctionner dans les pires conditions comme câble de transition entre les wagons sur les trains. Ceci grâce à un traitement spécial de réticulation par faisceau d’électrons unique en son genre : le plastique de leur gaine est bombardé avec des électrons et devient ainsi «infusible» et capable de résister à des températures élevées.

Dans l’usine, un système de gestion «juste à temps» avec des stocks réduits et une exploitation optimale des machines assure des coûts bas. Malgré cela, Peter Schmollinger, qui dirige le département technologie des processus chez Huber+Suhner, ne cesse de réfléchir sur les différentes étapes des processus de production. D’une part parce que c’est à lui qu’il incombe d’améliorer les processus existants et d’en développer de nouveaux mais d’autre part aussi parce que Hubert+Suhner se préoccupe également de leur impact écologique.

«Les entreprises connaissent le coût de leur main d’œuvre et des matières premières. Mais quels sont les coûts générés par les ogres énergétiques non décelés? C’est la question que pose Schmollinger. Concrètement, il désire savoir s’il est écologiquement sensé de maintenir en permanence dans l’extrudeur la température du polymère qui vient gainer les fils de cuivre ou s’il serait énergétiquement plus judicieux de laisser refroidir cette masse de polymère durant les pauses de production pour la chauffer ensuite à nouveau? Cet ingénieur en microtechnique se demande aussi s’il ne faudrait pas réaménager selon des critères écologiques certains processus de production.

A Pfäffikon, après l’extrusion de sa gaine, le câble passe à travers un bain d’eau pour être refroidi. Quelques mètres plus loin, il est séché dans un séchoir haute pression. Cela est-il judicieux sur le plan énergétique ou ne serait-il pas possible de mieux aménager cette succession des opérations de refroidissement et de séchage pour économiser de l’énergie? Existe-t-il d’autres solutions pour le séchage? Sont-elles économiquement défendables, permettent-elles de produire la même quantité de câbles par unité de temps? Car Peter Schmollinger en est sûr et certain: «Aucune entreprise ne veut d’une fabrique verte avec laquelle on ne gagne rien».

«EcoFactory» associe les approches économiques et écologiques

En tant qu’ingénieur procédés, Schmollinger sait intuitivement dans quelle direction aller. Avec le projet «EcoFactory» réalisé en commun avec l’Empa et l’EPF de Zurich, il espère obtenir un feeback plus objectif. Le cœur de ce projet est un logiciel qui permet de simuler comment mettre en œuvre et accorder entre eux les processus pour atteindre aussi bien des objectifs économiques qu’écologiques. Et c’est précisément dans cet «aussi bien ... que» que réside la nouveauté du logiciel «EcoFactory»; ce programme ne permet pas seulement de simuler des grandeurs économiques telles que le taux d’exploitation, le timing, les temps morts - soit l’ensemble de la rentabilité – mais aussi de modéliser, d’évaluer et d’optimiser les processus sur le plan de la durabilité aussi. Et celui qui désire améliorer sur le plan écologique les processus dans une halle de production se trouve très vite confronté aux thèmes complexes que sont les écobilans, l’utilisation des ressources, les émissions de CO₂ et l’élimination des déchets.

Le savoir-faire de l’Empa en matière d’écobilans

Et c’est précisément là qu’intervient l’Empa. Les chercheurs de l’Empa mettent ici à disposition leur savoir en matière d’écobilans ainsi que la banque de données ecoinvent» (voir encadré). Ils possèdent une expérience de nombreuses années dans l’analyse systématique des effets exercés sur l’environnement par les produits sur la totalité de leur cycle de vie. «Notre approche est en fait tout à fait semblable à celle des économistes» explique le chercheur et expert en écobilans de l’Empa Rainer Zah, «en fait nous considérons nous aussi toujours la totalité de la chaîne de plus-value.»
De nombreuses entreprises se sont rendu compte qu’il leur fallait intégrer des perspectives écologiques dans la gestion des processus jusqu’ici dominée par des facteurs économiques. Mais où intervenir? Si, par exemple, vous désirez acheter une nouvelle machine plus efficace, il vous faut savoir si vous pouvez réaliser des économies aussi en consommant moins d’énergie et de matériel d’exploitation tout en observant les valeurs limites légales.
C’est ici qu’à l’avenir EcoFactory apportra son aide. Si le modèle économique est directement couplé avec les méthodes et les données des écobilans, les entreprises peuvent constater quand et combien de temps fonctionne telle ou telle machine et quelle est la consommation de matériaux. En plus de cela elles peuvent simuler les émissions, mettre en évidence la consommation des ressources et la production de déchets. Car la dimension écologique ne se limite de loin pas seulement aux économies d’énergie, comme le relève Zah.

A la fin 2013, lorsque ce projet sera achevé, le développement de cet instrument devrait être à ce point avancé pour permettre son utilisation commerciale. Les entreprises de grande taille qui possèdent leur propre département environnement pourront utiliser elles-mêmes cet outil, les PME adresseront elles de préférence leurs questions concrètes à des agences de l’énergie. Des collaborateurs de l’EPFZ et de l’Empa sont souvent actuellement – à la mi-temps du projet – en visite chez leurs partenaires industriels. «Ce sont toutes des entreprises qui sont déjà dans le peloton de tête en matière de protection de l’environnement mais qui désirent encore franchir un pas de plus», explique Zah. «C’est ce qui rend ce travail des plus intéressants.»

Collecter et évaluer les données

En tant que partenaire industriel de ce projet, Peter Schmollinger de Huber+Suhner met actuellement «ses» processus à disposition pour une saisie et un analyse systématiques. L’équipe de l’EPFZ a enregistré la totalité des données de production durant une semaine au cours de laquelle environ 3500 km de câbles high-tech ont été fabriqués. Ils ont saisi seconde par seconde chaque étape de production, durant l’extrusion, le refroidissement à l’eau et la réticulation par faisceau d’électrons. Ils ont ainsi récolté des données sur la consommation d’énergie, la consommation d’eau et les flux de matières.

Une fois les pièces de ce puzzle de données assemblées, on peut alors simuler de nouveaux processus dans lesquels les étapes de travail se succèdent différemment et déterminer ceux qui présentent la meilleure rentabilité. Huber+Suhner possède plus d’une douzaine d’installations similaires sur lesquelles une optimisation serait transposable. Et naturellement ces connaissances sont aussi utilisables sur de nouveaux sites de production. Cela même s’ils sont aussi spéciaux que l’installation de réticulation par faisceau d’électrons à côté de la halle de fabrication abritée dans un bunker de béton aux parois particulièrement épaisses.