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La mécanique au cœur de la transition industrielle

Nombreux sont les observateurs qui constatent que les défis en génie mécanique sont plus importants et stimulants que jamais. Comme l’a d’ailleurs souligné Éric Arquis, lors de la récente Journée annuelle de l’Association française de mécanique (AFM) dont il est président, « la science mécanicienne, branche de la physique dédiée à l’étude du mouvement, des déformations et des états d’équilibre, couvre un domaine tout autre que celui des clés à molette [du garagiste]. De l’écoulement d’air sur une voiture, avec la mécanique des fluides, à l’étude des déformations, avec la résistance des matériaux, en passant par l’élasticité des organes, avec la biomécanique, le spectre est large ».

Dans tous les secteurs porteurs de la transition industrielle en cours dans les économies occidentales, le génie mécanique est à l’œuvre. Prenons l’exemple de l’aéronautique, un secteur d’activité fortement marqué par l’innovation. Comme le raconte Éric Arquis, « un avion ne volerait pas sans des structures robustes et néanmoins légères, sans des moteurs puissants et fiables, sans des formes de fuselage optimisées, tout cela avec des impératifs de réduction du bruit, de la consommation et des risques (chocs avec des volatiles, givrage) et de la diminution de l’impact sur l’environnement. Ces exigences se traduisent par des compétences mécaniciennes : résistance des matériaux, procédés de mise en forme et assemblage, combustion, mécanique des fluides, aéro-acoustique, énergie, endommagement ». 

Que dire aussi de la robotique dont « le recours au traitement de l’information […] permet aujourd’hui de programmer la machine, non plus seulement au niveau du mouvement attendu, comme c’était le cas en robotique manufacturière, mais au niveau plus symbolique de l’action à réaliser ». 

Les travaux du Laboratoire de robotique, de Polytechnique Montréal, qui portent sur les préhenseurs adaptatifs, illustrent bien ce genre de développement. En fait, « le concept de sous-actionnement dans les doigts robotiques, avec moins d’actionneurs que de degrés de liberté, permet au préhenseur de s’adapter mécaniquement à un objet de forme irrégulière et inconnue, sans stratégie de contrôle complexe ou même de capteurs. On obtient alors un système mécaniquement intelligent ayant une capacité d’adaptation de forme ».

Cela dit, les déclarations faites au magazine L’Usine Nouvelle par Pascal Daloz, directeur général adjoint de Dassault Systèmes en charge des marques et du développement, ne sont pas sans surprendre. Si, comme il l’affirme, « pour la plupart des gens, un robot est un produit mécanique […], nous pensons qu’à l’avenir c’est la chimie qui sera au cœur des robots. La robotique est restée jusqu’ici prisonnière d’une définition éculée, dans laquelle les robots remplacent le corps humain pour effectuer des tâches mécaniques. C’est un héritage de l’industrie du 20e siècle, dans laquelle la transformation de la matière se faisait mécaniquement, par tournage, fraisage, etc. L’autre façon de procéder, c’est d’avoir une matière intelligente, que l’on puisse programmer. Voire qui puisse être programmée par une intelligence artificielle. Ce n’est pas de la science-fiction, ça va arriver. Ce que l’on qualifie de robot va dramatiquement changer […] Aujourd’hui, on a déjà la fabrication additive, qui est une étape intermédiaire en quelque sorte. L’étape suivante verra la matière se programmer de façon quasi-biologique, se mettre là où c’est nécessaire sans action mécanique ».

Dans le domaine de la santé, Éric Arquis estime que « face aux détériorations de la posture, aux modifications des propriétés mécaniques des tissus ou aux altérations du contrôle moteur, le concept de prise en charge personnalisée s’impose de plus en plus ». Ce à quoi contribue « la modélisation biomécanique personnalisée du corps humain [qui] est l’une des pistes pour concevoir des dispositifs médicaux (prothèses, implants osseux, etc.) adaptés à la géométrie propre du patient et aux efforts internes liés à ses activités physiques ». 

Pour faire écho à cette déclaration du président de l’AFM, citons ce projet de recherche de l’Institut TransMedTech – Polytechnique de Montréal qui porte sur le « développement et la validation d’un module de simulation biomécanique de réalité virtuelle avec rendu haptique d’une chirurgie de correction de déformation rachidienne complexe ». Animé par Carl-Éric Aubin, Ing. Ph.D., Polytechnique Montréal et CHU Saint-Justine, ce projet vise à « améliorer le simulateur Sim-Ortho [de la firme montréalaise OSSimTech] en intégrant un modèle biomécanique de la colonne vertébrale ainsi que des manœuvres complexes nécessaires lors de la chirurgie de correction de la scoliose pour former les résidents sur les manœuvres chirurgicales et le ressenti physique lors de la chirurgie ».

Pour Éric Arquis, les missions d’exploration spatiale constituent tout autant un domaine plein d’avenir – qui en doute encore – où la mécanique jouera « un rôle prépondérant ». À ce titre, l’annonce en août dernier de l’obtention de deux subventions totalisant plus de 1,2 million de dollars par le Centre de technologie en aérospatiale (CTA) du Cégep Édouard-Montpetit augure bien. Ce soutien financier de la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI) permettra au CTA de se doter « de nouveaux équipements nécessaires aux activités de recherche pour l’automatisation intelligente de procédés manufacturiers de pièces aérospatiales en matériaux composites. Les principales retombées attendues pour le secteur aérospatial sont une diminution des coûts d’exploitation et une augmentation de sa productivité ».

Aux yeux du président de l’AFM, l’énergie est aussi un domaine plein de défis et de promesses pour le génie mécanique : « la nécessaire transition énergétique impactera à la fois les technologies de production d’énergie et ses modes de consommation pour les différents usages (bâtiment, transports, industrie, agriculture et technologies de l’information et de la communication). Pour cela, l’émergence de technologies de rupture s’impose, par exemple pour la capture, le stockage et le recyclage du CO2, dans lesquelles les sciences mécaniques ont leur rôle à jouer ».

Au global, au-delà des avancées actuelles, des réalisations prometteuses, des formations de plus en plus pointues, l’avenir du génie mécanique repose en bonne partie sur deux enjeux de taille. Il y a tout d’abord le besoin de convaincre les jeunes générations du poids considérable de la mécanique en regard des enjeux économiques de demain, de manière à rendre très attractif ce domaine de formation. D’autre part, il est essentiel de former des spécialistes dont les talents, les initiatives et le dynamisme permettront aux industriels de réduire le temps de développement des produits, de diminuer leurs coûts de production et d’accroître leur fiabilité. 
http://afm.asso.fr/
http://www.polymtl.ca/labrobot/
http://www.polymtl.ca/transmedtech/
http://www.cegepmontpetit.ca/cta