La mécatronique, une technique industrielle pour répondre aux nouveaux besoins du marché

Mécatronique

Mécatronique

La mécatronique n’est pas une discipline nouvelle puisqu’elle apparaît au Japon à la fin des années 1960, mais c’est aujourd’hui qu’on assiste à sa réelle expansion et à la démultiplication de ses applications. Pour reprendre la définition la plus répandue , il s’agit d’une «technique industrielle consistant à utiliser simultanément et en symbiose la mécanique, l’électronique, l’automatique et l’informatique pour la conception et la fabrication de nouveaux produits» (Source : Larousse).
La mécatronique permet d’augmenter et/ou d’optimiser la fonctionnalité d’un produit, d’améliorer sa qualité, de réduire son temps de production et conséquemment son coût et de réaliser des économies d’énergie. Il s’agit principalement d’une nouvelle démarche de conception tirant profit de différentes disciplines existantes. Elle intervient dans des domaines variés avec l’objectif de faire évoluer les machines notamment vers plus de fiabilité, de précision, de sécurité et de confort : l’aéronautique, l’automobile, et les transports en général, la fabrication industrielle, le secteur médical, biomédical et paramédical, le machinisme agricole, la production d’énergie, l’habitat… Aujourd’hui les entreprises de ces nombreux secteurs d’activités, en faisant appel à la mécatronique dès la conception d’un produit, innovent et conquièrent de nouveaux marchés.

De quoi s’agit-il ?

Prenons l’exemple compréhensible par chacun d’une serrure ayant subi un traitement mécatronique : un spécialiste de serrures de sûreté, Pollux, installé à Palaiseau (Essonne), a développé à l’aide de la mécatronique un cylindre de serrure électromagnétique s’ouvrant sans contact grâce à une puce RFID (IDentification par Radio Fréquence). Ce système mécatronique, très simple, est composé d’une partie opérative, d’une commande et d’une interface entre l’homme et la machine. Sa finalité, c’est permettre à un système intelligent de diriger une action physique. Il améliore la performance et la productivité (fonctionnalité) d’un équipement, dans ce cas grand public, mais qui pourrait tout aussi bien être industriel.
Dans la mécatronique, la conception globale dès l’amont permet une optimisation de tous les constituants. Elle permet d’assurer non seulement la performance technique, mais également le respect d’une meilleure chaîne de la valeur, tant sur le plan technique que sur tous les aspects économiques et fonctionnels de l’exploitation. Elle peut constituer une solution stratégique, créer de la valeur ajoutée et permettre de se démarquer de la concurrence. Intégrer la mécatronique est un avantage concurrentiel.

Indéniablement, la mécatronique fait franchir une nouvelle étape dans l’optimisation des fonctions et dans la souplesse des systèmes, notamment :

  • dans le confort et la facilité d’utilisation, par exemple au niveau de l’interface homme-machine ;
  • dans la sécurité, avec la surveillance par des capteurs intégrés qui améliorent la prise en compte des risques et accroissent la sécurité active et passive des systèmes ;
  • dans la productivité, l’accroissement de la qualité de réalisation, l’intégration de la maintenance prévisionnelle… ;
  • dans la précision, la mécatronique accentuant la tenue des tolérances de fabrication par la multiplication et la fiabilité des capteurs de mesure ;
  • dans la sûreté de fonctionnement, avec une surveillance accrue des systèmes en fonctionnement ;
  •  dans les économies d’énergie, par exemple en effectuant moins d’opérations pour un même travail, les systèmes mécatroniques permettent aux équipements d’être moins gourmands en énergie.

La mécatronique facilite la conception des machines à la fois par l’étendue des fonctions nouvelles qu’elle permet de développer et par l’intégration de sous-ensembles cohérents et modulaires qui s’intègrent facilement dans les équipements.
Ainsi elle apporte une réponse toujours plus imaginative et plus adaptée aux problématiques qui lui sont soumises : gain de volume, gain de poids, souplesse et précision, optimisation de la consommation d’énergie, positionnement précis d’outils…
On l’aura compris, les intervenants d’un projet mécatronique sont aussi variés que des experts en technologies, des intégrateurs, des fournisseurs de composants, des spécialistes du marketing.

De très nombreux domaines d’application

Avec l’aéronautique, l’automobile est l’un des principaux secteurs de la mécatronique. La recherche concerne les véhicules traditionnels, hybrides et électriques. Les innovations s’orientent vers un accroissement de la fiabilité et de la sécurité : l’aide à la conduite, la sécurité active (systèmes ABS et ESP, capteurs d’effort des roulements de roue…), mais également vers une optimisation énergétique du groupe motopropulseur.
Le secteur de la robotique mobile terrestre et aérienne, avec le développement de véhicules de transport intelligents, la robotique tout-terrain et les mini-drones, relèvent de la mécatronique. Les robots d’intervention, militaires ou civils, qui interviennent dans des environnements difficiles d’accès ou dangereux, sont un secteur de la robotique de service faisant appel à la mécatronique qui permet de limiter les risques pour l’être humain.
L’industrie bénéficie depuis de nombreuses années des apports de la mécatronique dans le domaine de la productivité et de la sécurité notamment.
Dans le domaine de l’habitat, la domotique est un secteur à fort potentiel de développement, notamment en ce qui concerne la gestion de l’énergie et la sécurité. La robotique de service domestique est un marché émergeant très dynamique.
Dans le secteur médical et paramédical, les axes sont aussi multiples : robots pour le traitement du cancer, visualisation 3D, endoscopes à propriétés spéciales, outils de diagnostic, miniaturisation des motorisations et des instruments, prothèses et dispositifs de réhabilitation.
La mécatronique est par ailleurs un élément clé de la croissance verte : fabrication d’énergie, gestion, stockage, domotique et réduction et optimisation des utilisations. De nombreux acteurs sont intéressés et mobilisables sur les nouvelles technologies énergétiques et le développement de la gestion des énergies de l’électricité.

Une approche coopérative et interdisciplinaire

La mise au point d’un produit «intégré» (de A à Z) résultant d’un projet mécatronique est d’une telle complexité, au plan technique et au plan du montage financier, qu’elle demande à la TPE de s’adjoindre des compétences et des ressources qui, le plus souvent, lui manquent. Il est à noter que les TPE artisanales interviennent sur des projets mécatroniques soit en tant que partenaires techniques, soit en tant qu’initiatrices d’un projet innovant, auquel cas elles coordonnent également.
Dans un projet mécatronique, la conception résulte d’une approche globale (dite systémique). Elle implique la mise en commun de différentes techniques, et pour cela une collaboration entre les différents acteurs d’un projet est nécessaire. La mise en place de réseaux pour faciliter les échanges apparaît indispensable .
L’autre solution réside dans la formation multidisciplinaire du personnel.
Faire collaborer au même niveau et simultanément différentes disciplines, sans que l’une prévale sur les autres, pose évidemment des problèmes organisationnels. Il convient donc de les prendre en compte très en amont dans le processus de développement. Ainsi, pour organiser et diriger le travail et la coopération des différents spécialistes, la présence d’un chef de projet est indispensable. Comparable à un chef d’orchestre, sa démarche nécessite de penser le produit dans son ensemble, de sa conception à son industrialisation, tout en proposant des solutions innovantes. L’objectif de la formation en mécatronique est donc une formation pluridisciplinaire et polyvalente : le mécatronicien doit apporter à des équipes de spécialistes des compétences transverses permettant de proposer et de mettre en œuvre la solution optimale en utilisant toutes les technologies. Le mécatronicien intervient dans le développement de systèmes autonomes qui mettent en œuvre des techniques issues de trois grandes disciplines : génie mécanique, génie électronique, génie informatique. Si l’organisation doit évoluer, les hommes doivent également changer d’approche et s’immerger dans une culture nouvelle de travail en réseau.
Pour dépasser la simple relation client – fournisseur, une grande confiance réciproque et le partage de moyens de conception, de réalisation, mais aussi de moyens de gestion doit exister au sein de l’entreprise étendue.  Le technico-commercial voit son métier évoluer. Loin de la seule vente de produits, son activité s’élargit à la proposition de systèmes complets et elle s’enrichit en permettant de proposer de nouvelles solutions fondées sur des architectures plus complexes existantes ou à inventer. C’est une manière de se mettre entièrement à l’écoute des attentes et des besoins spécifiques du client.

Perspectives de développement

Le poids économique de ce mode de conception est difficile à évaluer puisqu’il ne s’agit pas d’un secteur à part entière. Le syndicat des industriels de la mécatronique, Artema, estime la production impliquée par cette nouvelle technologie à plus de 4 milliards d’euros en 2010 pour un effectif de 28 200 personnes. Plus de la moitié, 62 % du chiffre d’affaires, est réalisé à l’exportation.
La mécatronique offre de nouvelles perspectives de marché et permet la conception de produits aux fonctionnalités plus étendues et aux performances supérieures aux produits traditionnels, notamment en matière d’énergie.
De nouveaux challenges sont à relever dans un grand nombre de domaines : bâtiments à énergie zéro, voire positive, économie d’énergie dans les équipements, énergies renouvelables, nouveaux modes de transport.
Les freins risquant d’entraver son développement existent néanmoins, parmi lesquels le maintien d’un cloisonnement entre les disciplines ; c’est pourquoi les recommandations du ministère de l’Industrie, de l’Énergie et de l’Économie numérique sont de développer l’offre de formation pour permettre aux techniciens et ingénieurs d’avoir une vision mécatronique réellement globale, de soutenir les projets de recherche appliquée et collaborative sur les trois thèmes prioritaires de la mécatronique — sûreté de fonctionnement, méthodes et outils de conception et micro-machines de production — et de maintenir l’investissement de la France dans les travaux de normalisation .

Quelques organismes de mécatronique :