Livre Blanc de la Recherche en Mécanique , livre ebook

LIVRE BLANC
DE LA RECHERCHE
EN MÉCANIQUE
Enjeux industriels et sociétaux
Recherche, innovation, formation
Association Française de Mécanique
Février 2015
17, avenue du Hoggar
Parc d activités de Courtaboeuf, BP 112
91944 Les Ulis Cedex A, FranceL a filière mécanique est une pierre angulaire de l’industrie. Elle constitue à la fois
un secteur industriel à part entière (l’industrie mécanique représentée par les métiers
de l’équipement, de la transformation et de la précision regroupés au sein de la FIM,
Fédération des Industries Mécaniques), mais aussi un ensemble de technologies sur
lesquelles se fondent de nombreux secteurs tels que ceux qui construisent des matériels
pour les transports, l’énergie, la santé, l’environnement.
Ce Livre Blanc de la Recherche en Mécanique est élaboré par le Haut Comité Mécanique
(HCM) dans le cadre de l’Association Française de Mécanique (AFM). Ses objectifs sont :
l’identification des besoins industriels et des technologies innovantes, la proposition des
orientations de recherche et technologie pour faire initier des projets R&D, et l’apport
de l’information pour des industriels, des décideurs mais aussi des scientifiques qui
peuvent ignorer les ressources que recèle leur milieu.
Quatre grands chapitres composent ce Livre Blanc. Après la présentation des éléments
du panorama, les grands enjeux dans les secteurs industriels sont détaillés, les défis
scientifiques sont traités par thématiques de recherche et les approches qui permettent
de concevoir et produire autrement sont abordées. On trouve, en annexe du livre, une
liste des organismes et des laboratoires de recherche dans le domaine de la Mécanique.
Ce livre est un ouvrage collectif de 114 auteurs. Le comité de rédaction, Michel
Lebouché, président du HCM, Mansour Afzali, Pierre Devalan et Claude Hauviller,
a rassemblé et structuré les contributions d’individuels, des groupes de travail
de l’AFM et des sociétés savantes. Il a été publié avec l’aide du Centre Technique
des Industries Mécaniques et de la Fédération des Industries Mécaniques.
Imprimé en France
ISBN : 978-2-7598-1683-5
DOI : 10.1051/978-2-7598-1683-5
Cet ouvrage est publié en Open Access sous licence creative commons CC-BY-NC-ND (https://
creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/fr/) permettant l’utilisation non commerciale, la distribution,
la reproduction du texte, sur n’importe quel support, à condition de citer la source.
© AFM 2015Table des matières
Préface . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1
Résumé analytique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
Contributions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
Introduction . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9
Chapitre 1 : Éléments de panorama . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1. Au commencement était la mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.1. L’industrie au cœur de l’économie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
1.1.2. La mécanique au cœur de l’industrie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
1.1.3. Un acteur économique majeur, un tissu de PME . . . . . . . . . . . 17
1.1.4. Une réussite qui se joue à l’international. . . . . . . . . . . . . . . . . 19
1.1.5. À la base des grandes innovations industrielles . . . . . . . . . . . . 19
1.1.6. Des outils technologiques indispensables . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
1.1.7. Des nouveaux métiers, une image à améliorer . . . . . . . . . . . . . 23
e1.1.8. Le mécanicien du XXI siècle au service de la société :
les défs à venir… l’usine du futur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
1.2. Les technologies prioritair. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . es 25
1.2.1. Méthodologie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
1.2.2. « Entreprise performante » . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 27
1.2.3. « Développement durable » 28
1.2.4. « Matériaux et surface ». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
1.2.5. « Conception et simulation de produit et procédé » . . . . . . . . . . 30
1.2.6. « Procédés de fabrication » 30
1.2.7. « Mécatronique ». . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
1.2.8. « Contrôle et surveillance des systèmes de production » . . . . . . . 32
1.3. Un atout majeur pour l’innovation et l’emploi des jeunes . . . . . . . . 33
1.3.1. La mécanique et l’emploi : tendance à venir et besoins 34
1.3.2. Les types de profls recherchés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
1.3.3. Les formations et l’apprentissage en mécanique . . . . . . . . . . . . 35
1.3.4. L’attractivité des métiers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
1.3.5. Les atouts des métiers de la mécanique . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37II Livre Blanc de la Recherche en Mécanique
1.4. La formation (enseignement supérieur) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.1. Constat . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
1.4.2. Propositions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 43
Chapitre 2 : Les grands enjeux :
les secteurs industriels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.1. L’industrie automobile . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.1.1. Importance macroéconomique du secteur . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
2.1.2. Tendances, enjeux et défs du secteur à l’horizon 2020 . . . . . . . 48
2.1.3. Attentes vis-à-vis des partenaires-fournisseurs
équipementiers-ensembliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 48
2.1.4. Domaines clés de recherche et innovation. . . . . . . . . . . . . . . . . 49
2.2. L’industrie aéronautique et spatiale . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
2.2.1. Importance macroéconomique du secteur 50
2.2.2. Tendances, enjeux et défs du secteur à horizon 2020 . . . . . . . . 52
2.2.3. Attentes vis-à-vis des partenaires-fournisseurs
équipementiers-ensembliers 54
2.2.4. Domaines clés de recherche et innovation. . . . . . . . . . . . . . . . . 56
2.2.5. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3. L’énergie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 58
2.3.1. Les énergies fossiles . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.3.2. La flière Oil and Gas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 59
2.3.3. L’énergie nucléaire . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 62
2.3.4. Les énergies renouvelables traditionnelles . . . . . . . . . . . . . . . . 65
2.3.5. Autres formes d’énergie renouvelable en pleine expansion. . . . . . 66
2.3.6. Des politiques d’économie d’énergie. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 67
2.4. L’industrie ferroviair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 68
2.4.1. Importance macroéconomique du secteur . . . . . . . . . . . . . . . . . 68
2.4.2. Tendances, enjeux et défs du secteur à l’horizon 2020 . . . . . . . 69
2.4.3. Attentes vis-à-vis des partenaires-fournisseurs
équipementiers-ensembliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.4.4. Domaines clés de recherche et innovation. . . . . . . . . . . . . . . . . 70
2.5. L’industrie navale et l’ingénierie maritime . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 71
2.5.1. Importance macroéconomique du secteur 71
2.5.2. Tendances, enjeux et défs à l’horizon 2020. . . . . . . . . . . . . . . 74
2.5.3. Attentes vis-à-vis des partenaires-fournisseurs
équipementiers-ensembliers 76
2.5.4. Domaines clés de recherche et d’innovation . . . . . . . . . . . . . . . 77
2.6. L’industrie agroalimentair . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . e 79
2.6.1. Importance macroéconomique du secteur . . . . . . . . . . . . . . . . . 79
2.6.2. Enjeux et défs des IAA à horizon 2020 . . . . . . . . . . . . . . . . . 81Table des matières III
2.6.3. Équipements, procédés, lignes de production dans les IAA :
moteurs de l’innovation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 82
2.6.4. Axes de recherche et d’innovation pour
les équipementiers-ensembliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 84
2.6.5. Bibliographie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 86
2.7. L’industrie des technologies de l’environnement . . . . . . . . . . . . . . 87
2.7.1. Importance macroéconomique du secteur . . . . . . . . . . . . . . . . . 87
2.7.2. Tendances, enjeux et défs du secteur à l’horizon 2020 . . . . . . . 88
2.7.3. Attentes vis-à-vis des partenaires-fournisseurs
équipementiers-ensembliers . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 89
2.7.4. Domaines clés de recherche et innovation. . . . . . . . . . . . . . . . . 90
2.7.5. Bibliographie 92
Chapitre 3 : Les défs scientifques . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.1. Mécanique théorique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.1.1. Descriptif de la thématique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 93
3.1.2. Principales avancées de la thématique pendant les trente
dernières années . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94
3.1.3. Orientations ou réorientations nécessaires en fonction des enjeux 96
3.1.4. Les verrous scientifques et technologiques à lever . . . . . . . . . . . 96
3.1.5. Les laboratoires concernés . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 98
3.1.6. Les enjeux industriels et sociétaux par domaines d’application . . . 98
3.1.7. Les liens et concertations nécessaires avec les autres disciplines . . . 99
3.1.8. La position française par rap