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  La robotique, un marché en plein essor

Par : edicom

Par Alice Lhabouz, fondatrice et présidente de Trecento AM, et Christophe Pouchoy, analyste-gérant chez Trecento AM

Les chocs démographiques et environnementaux, ainsi que la recherche d’innovation et de compétitivité par les entreprises accélèrent l’essor de la robotisation et de l’intelligence artificielle, probables catalyseurs de la quatrième révolution industrielle. Le marché de la robotique a affiché une croissance économique annuelle proche de 9 % par an grâce à ces catalyseurs de long terme.

Le cabinet de conseil Boston Consulting Group estime que la croissance du secteur de la robotique devrait accélérer dans les années à venir. Par ses fortes perspectives de croissance, ce marché constitue une thématique boursière attractive et innovante que les investisseurs devraient suivre sur le long terme.

Comment expliquer une si forte croissance de la robotique ?

Si l’automatisation était le symbole de la troisième révolution industrielle, la robotisation pourrait être celui de la nouvelle révolution en cours, non seulement dans l’industrie, mais également dans de multiples autres secteurs (agriculture, transport, santé, etc.). Cette révolution semble inéluctable car elle vise à répondre à des enjeux de société majeurs.

Des enjeux de société majeurs
L’évolution de la démographie

Selon l’Onu, la population des 15-64 ans en pourcentage de la population totale, ainsi que leur nombre, diminuent respectivement depuis 2005 et 2010 dans les pays développés qui ont souvent une natalité faible. Ces pays vont faire face progressivement à une pénurie de main-d’œuvre qui impose un recours à l’automatisation et à la robotisation. En parallèle, le vieillissement de la population nécessite d’assister une population de plus en plus âgée, pour ses déplacements, les tâches quotidiennes ou simplement pour leur tenir compagnie.

L’épuisement des ressources naturelles

La raréfaction des matières premières et l’exploitation intensive du sous-sol posent des questions économiques et écologiques majeures et nécessitent d’adapter les chaînes de production pour limiter au maximum la consommation de matières premières. Il est probable que la fabrication additive (ou « impression 3D ») soit privilégiée dans le futur pour la transformation de matières par rapport aux méthodes plus traditionnelles comme l’usinage.

Le réchauffement climatique

Corollaire de la modification des méthodes de production, l’amélioration de leur efficacité énergétique, en limitant le volume d’énergie utilisé, contribue à la lutte contre le réchauffement climatique. Pour rappel, selon le cabinet Syndex, l’industrie (hors production d’énergie) est responsable de 20 % des émissions de CO2 en Europe.

Le bouleversement de la chaîne de valeur des sociétés

La course perpétuelle à l’amélioration des délais de commercialisation (« time to market »), de la flexibilité de la production en fonction de la demande en temps réel ou la personnalisation des produits nécessitent d’adapter l’outil de production pour assurer le suivi permanent et la gestion des usines à distance, en s’appuyant sur la cobotique (robots collaboratifs) et l’Internet des objets industriels.

L’amélioration de la compétitivité et de la profitabilité des entreprises

Si le différentiel de coûts de main-d’œuvre entre pays développés et pays émergents s’est réduit, il reste parfois significatif pour certaines industries implantées dans les pays à niveau de vie élevé, ce qui impose un recours accru à l’automatisation ou à la robotisation pour les tâches à faible valeur humaine ajoutée.

L’émergence de l’IA

Face à ces enjeux, le secteur de la robotique capitalise sur trois catalyseurs essentiels qui révolutionnent son développement et ses capacités : la connectivité, les données (Big Data et Internet des objets) et l’intelligence artificielle.

Après des années où les technologies du numérique se sont adressées à la gestion de l’entreprise, elles révolutionnent aujourd’hui la robotique car l’installation de capteurs sur les robots ou autres machines puis l’analyse des données captées permettent à ces robots d’appréhender leur environnement ainsi que les mouvements d’objets ou humains à proximité et d’évoluer plus facilement dans leur rayon d’action avec un haut niveau de sécurité.

La connectivité est sûrement le catalyseur qui, aujourd’hui, a le potentiel démultiplicateur le plus fort en termes d’évolution des capacités des robots. Si la collecte et l’analyse de données renforcent l’autonomie des robots, la connectivité permet leur pilotage et leur reconfiguration à distance, ainsi que la communication avec les autres robots avoisinants. Elle différencie ainsi les automates de la troisième révolution industrielle des robots autonomes de la quatrième révolution industrielle.

Enfin, l’intelligence artificielle, qui, après des années de recherche, atteint enfin un premier stade d’évolution majeur et présage d’un futur où elle deviendra un pilier moteur de robots autonomes. L’avènement de l’apprentissage automatique profond (« deep machine learning »), tout comme les progrès dans la compréhension du langage, et le traitement de la parole et des images ouvrent de nouvelles possibilités pour développer des formes d’intelligence artificielle et améliorer l’autonomie des robots. Aujourd’hui, l’intelligence artificielle peut supplanter l’humain dans l’analyse de données complexes ou massives, mais elle manque cruellement d’intelligence « générale », comme le traitement parallèle, la reconnaissance de modèles et formes, l’association d’idées ou encore le bon sens.

Tous les segments de la robotique connaissent de profondes évolutions sous l’impulsion de la révolution technologique des sciences de l’information mais quatre grands thèmes se distinguent particulièrement.

L’usine 4.0, une révolution industrielle en marche

La robotisation, la connectivité (Internet des objets industriels, ce fameux IoT) et la conception virtuelle bouleversent profondément les sites de production manufacturière, et présagent de l’avènement et de l’essor d’une quatrième révolution industrielle.

Le thème d’usine 4.0, ou usine du futur, soutient que l’économie mondiale serait à l’aube d’une quatrième révolution industrielle. Cette nouvelle révolution serait fondée sur l’usine intelligente (« smart factory »), dont les machines et les systèmes seraient interconnectés, non seulement au sein de chaque site de production, mais aussi avec l’extérieur (autres sites de production ou de contrôle, clients, partenaires, etc.). Ce thème aurait été évoqué pour la première fois lors d’un salon de la technologie industrielle en Allemagne en 2011.

A la différence des premières révolutions industrielles qui se sont faites de manière linéaire (une par siècle), avec une émergence dans des cénacles fermés, puis une diffusion lente au reste de l’économie, la principale caractéristique de l’industrie 4.0 est la diffusion rapide de cette quatrième révolution technologique à l’ensemble de l’économie et de la population qui se l’approprie.

Après des années où les technologies du numérique se sont adressées à la gestion de l’entreprise, ces technologies s’adressent maintenant à l’industrie avec quatre angles majeurs (par ordre de maturité dans l’industrie).

La transformation numérique des actifs industriels

Apparition d’usines digitales truffées de capteurs, mises en réseau et connectées à Internet/cloud, qui permettent leur pilotage à distance. Pour sa facilité, la première étape de la digitalisation de l’industrie a été l’intégration de capteurs et d’objets dans l’outil industriel et la réalisation (facile) de tests. La mise en réseau est plus complexe mais aujourd’hui maîtrisée par de nombreux industriels, comme Air Liquide avec son projet Connect qui permet de piloter les vingt-deux unités de production françaises du groupe à distance depuis un centre d’opération et d’optimisation implanté à Lyon. L’étape suivante, l’autonomisation des sites de production, via l’apprentissage automatique profond, l’IT où l’analytics est toujours à un stade très précoce.

Les nouveaux procédés de fabrication

La fabrication additive ou impression 3D, par exemple, requiert de repenser toute la chaîne de production. La demande est très forte, mais la technologie ne suit pas toujours : elle bride encore un peu les industriels.

Toutefois, la progression de l’efficacité des machines est forte, des pièces en titane de cinq mètres de long sont maintenant fabriquées chez Safran pour l’aéronautique.

La robotique de deuxième génération

On assiste à un essor des robots collaboratifs (« cobots ») au sein des chaînes de production, mais au lieu de remplacer l’homme, ils travaillent avec lui et sont multitâches. Le rôle des employés humains, éventuellement aidés par des exosquelettes, sera dans le futur de piloter et d’encadrer les cobots (comme cette employée de Volkswagen dans l’image ci-dessus). Après les outils de CAO et de PLM, l’introduction de la réalité virtuelle et augmentée pour concevoir de manière numérique une usine virtuelle offre des possibilités infinies de simuler une chaîne de production, des changements de cadence ou autres, pour ensuite développer des sites de production réels. Les technologies de réalité virtuelle ou augmentée sont plus difficiles à maîtriser et à un stade encore précoce.

Transformation digitale

Les industriels voient arriver aujourd’hui ces quatre phénomènes inéluctables en même temps, or il s’avère compliqué de mettre en œuvre des solutions rapidement sur ces quatre points. Ainsi seulement 38 % des industriels français ont commencé une transformation digitale, selon une étude du Syntec numérique.

Les gouvernements ont pris conscience de ces enjeux et des solutions qu’apporte l’essor de la robotique pour l’industrie. Face aux difficultés d’adaptation des industriels, ils ont mis en œuvre de grands plans étatiques, notamment dans les pays les plus industrialisés (Etats-Unis, Allemagne, Corée du Sud). Ils visent à maintenir ou accroître leur avance technologique et limiter la concurrence des pays émergents. Les Français, Japonais et Américains veulent aussi encourager la réindustrialisation de leur territoire national. Un cabinet de conseil estime ainsi que 10 millions d’emplois pourraient être recréés en Europe de l’Ouest avec l’industrie 4.0.

Le plan Made in China 2015 affirme aussi les priorités de la Chine dont la robotique et les automates, nécessaires pour assurer la montée en gamme de l’appareil industriel chinois et améliorer la compétitivité des usines. On peut noter qu’en 2016 le coût d’un petit robot est devenu inférieur au coût annuel d’un ouvrier chinois d’une ligne d’assemblage.

De nombreux défis doivent être résolus :

- il n’est pas aisé, voire possible, d’insérer des

capteurs dans tous les actifs ou usines de production existants (or les temps de cycle, donc de renouvellement de l’outil de production, sont longs dans l’industrie). Certains sont en effet en environnement hostile ou complexe donc il faut designer des capteurs spécifiques ;

- l’utilisation du cloud soulève de nouvelles problématiques : stocker les données dans le cloud, permettre leur accès et surtout assurer leur sécurisation afin de préserver la propriété intellectuelle des industriels et assurer la sécurité de l’outil de production. La cybersécurité des données et du réseau est donc un enjeu critique ;

- la réussite de l’usine du futur, inéluctable, nécessite d’expliquer et de remporter l’adhésion des salariés industriels pour éviter la peur et le principe de précaution. Il faut expliquer que les cobots sont là pour aider les ouvriers dans la chaîne de production et non pas pour les remplacer. Des expériences d’initiatives pour expliquer à des opérateurs les possibilités apportées par l’informatisation ou les robots réussissent et suscitent une adhésion forte dans les sociétés où ces initiatives/tests sont menés.

L’enjeu en vaut la chandelle : selon Roland Berger, la rentabilité sur capitaux employés (ROCE) d’une entreprise industrielle dans les pays développés sera améliorée de 25 points d’ici 2035 après la transition à l’industrie 4.0.

En effet, la rentabilité de l’industrie 4.0 est améliorée avec la réduction des coûts de main-d’œuvre et un taux d’utilisation d’actifs maximisé, qui compensent l’augmentation des amortissements liés à l’automatisation.

Les marges sont également améliorées grâce à la valeur accrue des produits, du fait de leur personnalisation et de la flexibilité.

L’industrie 4.0 permet aussi une meilleure utilisation des actifs (réduction du temps de changement des produits ; réduction des arrêts machine, des stocks et du temps de maintenance…), ce qui réduit l’intensité capitalistique du secteur, traditionnellement élevé. Avec l’industrie 4.0, le capital engagé est beaucoup mieux utilisé. Il n’est pas plus cher - voire moins, car les technologies de l’industrie 4.0 sont moins onéreuses que celles de la génération précédente. De plus, l’intégration et l’unicité des systèmes d’information sont moins coûteuses que la pléthore de systèmes et interfaces informatiques existants. Ainsi, le surcoût de l’investissement dans les équipements et logiciels supplémentaires sera compensé par la meilleure utilisation de l’ensemble de la chaîne.

La révolution de la robotique dans la santé

Comme dans bien d’autres secteurs, la robotique connaît un essor fulgurant dans la santé, mais ses applications actuelles restent encore limitées au regard de son potentiel. Historiquement, les premiers robots ont été utilisés dans l’imagerie médicale, d’abord avec les rayons X, puis les scanners-IRMs. L’évolution de la technologie a permis l’émergence de la radiothérapie, en alliant des accélérateurs linéaires de particules émettant des rayons X ou électrons à des technologies d’imagerie (scanner d’abord puis IRM et TEP). Ces systèmes robotisés complexes ont révolutionné le traitement des cancers, car la radiochirurgie qu’ils proposent cible les tumeurs en ajustant le faisceau de rayons en fonction des mouvements de celles-ci.

La pratique de la chirurgie traditionnelle a ensuite été bouleversée par l’arrivée de robots qui permettent aux praticiens de piloter à distance des outils de chirurgie minimalement invasifs dans de meilleures conditions de sécurité, précision et confort. Da Vinci, le robot d’Intuitive Surgical, précurseur du segment, a ainsi été utilisé dans plus de quatre millions d’opérations dans le monde depuis son autorisation. Des robots font leur apparition dans de nouvelles spécialités (neurologie pour Mazor Robotics, orthopédie du genou pour Stryker et Smith & Nephew) ; Les robots sont également appelés à jouer un rôle crucial dans les services de santé, aussi bien pour l’automatisation de tâches non répétitives donc plus complexes (délivrance de médicaments ou de repas à des patients à l’hôpital) que pour l’accompagnement de personnes âgées ou handicapées (exosquelette ou robot compagnon humanoïde autonome).

Un autre exemple concerne le stockage et la délivrance automatiques des médicaments via des robots ou armoires automatisées conçus pour sécuriser efficacement le circuit des médicaments au sein des structures hospitalières et des officines. Cela répond à un besoin essentiel des services de soins, qui est la lutte contre les erreurs humaines d’administration des médicaments. L’agence nationale de santé américaine (FDA) estime que ces erreurs coûtent la vie à un patient par jour aux Etats-Unis et qu’elles blessent environ 1,3 million de personnes par an. Le respect des règles de contrôle de l’administration de médicaments est plus difficile avec des systèmes manuels ou partiellement automatisés, ce qui incite les centres hospitaliers à adopter des pharmacies totalement robotisées.

Il n’en demeure pas moins que les applications actuelles de la robotique dans la santé n’en sont qu’à un début, et que leur potentiel reste vaste. La complexification croissante des logiciels opérant les robots permettra d’étendre progressivement les fonctionnalités et les services proposés. L’arrivée éventuelle de forme partielle ou totale d’intelligence artificielle ne fera qu’accroître l’autonomie et les capacités des robots. L’interaction humaine restera vitale dans la santé, mais les robots sont amenés à devenir des assistants de plus en plus sophistiqués dans les différents métiers des prestations de services de soins. La miniaturisation robotique via la micro-robotique ou la nanorobotique contribuera également à l’essor de nouvelles applications santé : exosquelettes, robots-bactéries (bactéribots) en capsules ingérables, organes bioniques, etc.

L’avènement du transport autonome

Allié aux techniques de positionnement géographique en temps réel et d’assistance à la conduite ou à la navigation, le traitement de l’image préfigure l’arrivée de robots plus autonomes, notamment des solutions de transport autonome qui devraient révolutionner nos déplacements et les paysages urbains.

Aujourd’hui, le nombre de véhicules vendus avec une forme d’autonomie avoisinerait 5 à 10 millions, certains spécialistes s’attendent à ce que ce chiffre grimpe à 80 millions de véhicules en 2040. Ils estiment à 3 000 dollars (soit près de 2 700 euros, ndlr) le coût moyen des technologies additionnelles permettant l’autonomie des véhicules, dont la moitié pour les logiciels et l’autre moitié pour les semi-conducteurs nécessaires.

Il ne fait nul doute que le transport autonome se démocratisera progressivement car sa valeur ajoutée est forte, non seulement en termes de qualité de voyage pour le conducteur mais également pour la forte réduction du taux d’accidents qu’il entraîne. L’autonomisation des véhicules permettra l’émergence de flottes de partage (un marché potentiel de 220 milliards de dollars en 2030 selon Goldman Sachs), ce qui bouleversera la mobilité urbaine.

Si le montant de ventes d’automobiles aux particuliers urbains devrait diminuer, un taux d’utilisation élevé des flottes de partage devrait à l’opposé susciter un renouvellement rapide de ces flottes et soutenir les ventes des constructeurs automobiles.

L’enjeu est l’abaissement du coût de ces flottes : aux Etats-Unis, des études concluent que le coût au mile pourrait baisser à 34 cts, ce qui est comparable à un véhicule particulier avec fort kilométrage sur sa durée de vie (> 75 000 miles, soit 120 000 km).

L’avènement du transport routier autonome est fortement dépendant de la capacité des véhicules à identifier et analyser leur environnement, pour décider des trajectoires à suivre et éviter les dangers.

La société israélienne Mobileye a, par exemple, multiplié les applications de sa technologie de vision artificielle pour assister les conducteurs d’aujourd’hui et transporter les passagers de demain de manière autonome. Elle développe et commercialise des solutions d’aide à la conduite grâce à un système autonome de caméra embarquée couplée à des algorithmes de vision artificielle (traitement de l’image) et à une puce propriétaire appelée EyeQ® (produite par STMicroelectronics). L’analyse des données récoltées quant à l’environnement de la route permet de créer une encyclopédie Roadbook™ des voies de circulation et de la signalisation ; et de créer grâce à la technologie REM™ (Road Experience Management) la cartographie indispensable à la conduite autonome. Mobileye a été racheté en début d’année par Intel, le fabricant américain de semi-conducteurs désireux de se positionner sur le secteur automobile.

En plus de la vision artificielle, l’utilisation de radars, lasers et ultrasons, souvent de manière redondante, est importante et souvent encouragée par les régulateurs afin d’optimiser la perception des obstacles

et des éléments présents sur les routes. Il est ensuite essentiel de pouvoir réconcilier les informations obtenues par les différents capteurs, ce qui nécessite un traitement, soit effectué en local dans le véhicule (au niveau des capteurs ou de l’unité centrale), soit dans le cloud (ce qui pose la question de la vitesse et continuité de connexion).

Au-delà du transport routier, les transports aéronautique et ferroviaire se sont progressivement robotisés et aujourd’hui des avions, trains ou métros peuvent être opérés de manière totalement automatique.

La fabrication additive ou impression 3D

Plus connue sous le nom d’impression 3D, la fabrication additive est un processus de fabrication qui transforme un fichier numérique (via un software de CAO ou un scanner 3D) en un objet physique, en assemblant des couches successives d’un même matériau. Elle contraste, en ce sens, avec les techniques de fabrication traditionnelles, telles que l’usinage qui consiste en une technique de soustraction impliquant de supprimer de la matière pour créer un élément fini. La fabrication additive permet donc des gains importants de consommation de matières premières et d’énergie (positifs pour l’environnement et la réduction des gaz à effet de serre).

Si l’impression 3D, inventée dans les années 1980, a longtemps été réservée à des applications de prototypage (fabrication pour des essais de produits ou en petite quantité), on assiste aujourd’hui à un véritable bouleversement des applications avec l’utilisation industrielle à grande échelle. L’évolution des machines, des matières consommées et des techniques employées (dépôt de matière, solidification par la lumière ou agglomération par collage) élargit le champ des possibles.

Après l’industrie du plastique, l’aérospatial, l’automobile, la pharmacie ou le dentaire, on est aujourd’hui capable d’imprimer en 3D des vaisseaux sanguins ou des organes, des bijoux en or et argent, des aliments ou encore des constructions (maisons, ponts).

On a observé une accélération de la demande pour les systèmes d’impression 3D et services associés depuis 2010, notamment des particuliers. Cela explique la forte hausse observée des volumes dans l’industrie de l’impression 3D. En 2015, les ventes d’imprimantes 3D pour les particuliers ont représenté 96 % des ventes en volume (4 % pour les entreprises) mais seulement 18 % en valeur (82 % pour le B2B). La saturation du marché des particuliers a ensuite freiné la croissance sur ce segment (avec une guerre des prix), tandis que le marché des professionnels a continué de croître à un rythme rapide. Selon le cabinet Wohlers (cf. graphique), la taille du marché des entreprises pour l’impression 3D est passée de 1 à 4,7 milliards de dollars (soit une croissance annualisée de 36 %) entre 2010 et 2015.

La croissance attendue d’ici 2021 sur ce marché par Wohlers devrait dépasser 30 % par an, grâce à l’utilisation croissante de nouvelles technologies ou matières (poudre de métal) qui amélioreront de plus les marges du secteur grâce à la production de pièces complexes à forte valeur ajoutée. Toutefois attendue il y a déjà quelques années, cette rupture technologique tarde à se matérialiser. Les acteurs de la 3D ont en effet sous-estimé le temps d’adaptation et d’intégration des systèmes 3D dans les processus de production à grande échelle.

Comme le montre le sondage du cabinet Ernst & Young, un enjeu de la fabrication additive sera non seulement de répondre aux questions économiques (coûts d’acquisition des machines puis des consommables et services), technologiques (fiabilité, taille des pièces), mais aussi au défi de la formation du personnel à l’utilisation de machines très complexes et nouvelles pour l’industrie manufacturière. Si l’impression 3D répond aux besoins de production de petites et moyennes séries, avec des cycles de livraison très courts et des unités de production locale, un autre enjeu sera le passage à la production de masse.

Au-delà de ces quatre grands thèmes, il est indéniable que l’évolution de la technologie, en termes de puissance de calcul, progrès des algorithmes, connectivité ou analyse de données, a un impact majeur sur l’essor de la robotique et de l’intelligence artificielle dans d’autres secteurs ou segments de l’économie.

Autant de nouveaux marchés et applications potentielles pour les fabricants de robots, qui ont donc de belles années de croissance devant eux.

  • Mise à jour le : 23/06/2017

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