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La forge à l'heure de l'industrie du futur

Par Marion Garreau

Publié le

En juin, une antenne entièrement dédiée aux techniques de forgeage a ouvert à Metz. L’enjeu : aider le secteur à se renouveler grâce aux nouvelles technologies.

La forge à l'heure de l'industrie du futur
Afin d’accélérer sa production de composants pour boîtes de vitesses, Setforge a équipé son usine d’Hagondange (Moselle) d’une ligne frappant 100 coups par minute.

Vulcain ressemble déjà à une mini-usine. Ce matin de juillet, sur cette plate-forme technologique messine (Moselle), un étudiant place un « lopin » d’acier sous une presse à vis. Une frappe, une seconde d’attente, une pièce aussi rouge que brûlante en ressort. Cette opération d’apparence très simple a demandé trois ans de recherche. Car la matière mise en forme est ici semi-solide et demande un traitement particulier. Implantée sur le campus de l’école des Arts et Métiers (Ensam) de Metz, la plate-forme de 1 500 mètres ­carrés ­commune avec le Centre technique des industries ­mécaniques (Cetim) prend une nouvelle ampleur avec la création d’une unité dédiée à la forge. ­Vulcain, lieu d’expérimentation ouvert aux industriels, sera à terme le plus grand rassemblement de moyens dédiés à ce secteur en France.

Avec la venue de l’Institut de recherche technologique matériaux, métallurgie, procédés (IRT M2P) et l’intégration de nouveaux équipements, la plate-forme veut marquer sa mutation. Elle s’appellera désormais Vulcain 4.0. « Notre ambition est d’aider la forge française à se renouveler. Cette industrie a besoin de sauts technologiques pour rester ­compétitive », explique Olivier Rougnon-Glasson, le directeur général du Cetim-Cermat, le centre régional aux manettes de la nouvelle unité. Vulcain 4.0 se donne trois axes de ­travail : le développement de matériaux avancés et la ­simulation numérique de leurs propriétés mécaniques, les procédés de mise en forme, l’appropriation des ­technologies du futur telles la robotique, la simulation 3D et le traitement des données.

Réduction des coûts et économie de matière

Le niveau de technicité de la forge grimpe, comme en témoignent l’étudiant et sa frappe d’une matière semi-solide. Ce procédé innovant, appelé thixoforgeage, n’a pu être mis au point qu’en levant deux verrous technologiques, précise Pascal Lamesle, le responsable scientifique l’IRT M2P : la modélisation du comportement d’un matériau semi-solide et le développement d’un outillage complexe. Avec à la clé des gains multiples. « Forger en une seule frappe, comme le permet le thixoforgeage, requiert un seul outil, une seule presse et gaspille moins de matière, trois facteurs de réduction des coûts, explique Alexandre Pointard, responsable du service mise en forme des matériaux au Cetim. Autre avantage du procédé, il permet de réaliser des pièces complexes sans assemblage, donc de réduire les étapes de fabrication et la quantité de matière engagée, et d’obtenir des pièces plus solides que celles soudées. » Autrement dit, les forgerons peuvent satisfaire à la fois l’exigence de productivité de l’automobile et celle de qualité de l’aéronautique. Sur ce point, un autre procédé intéressant est le laminage transversal, où la pièce n’est pas frappée mais déformée par le roulement de deux cylindres, comme une pâte sous un rouleau à pâtisserie. Si l’idée remonte à 1789, les équipes de la plate-forme Vulcain sont les premières en France à en proposer une application industrielle, après cinq années de travaux sur la technique et trois consacrées au transfert technologique.

Mais comment garantir au client que les pièces fabriquées avec ces nouveaux procédés ont bien les mêmes propriétés que celles qu’il achetait avant ? « Aujourd’hui, quelle que soit votre technologie, vous ne pouvez pas la vendre sans une simulation numérique à projeter sur grand écran qui montre la robustesse et la fiabilité de votre pièce après transformation », avertit Régis Bigot, professeur à l’Ensam et responsable scientifique de Vulcain, dont il est le père spirituel. Jusqu’à présent, connaître le chemin thermo-­mécanique d’une pièce, autrement dit déterminer ses propriétés mécaniques (résilience et résistance notamment) selon les étapes de transformation subies (élaboration de la matière première, traitements thermiques et mise en forme) suffisait. Demain, il faudra modéliser numériquement ce chemin. « Grâce aux outils de simulation et à leur puissance de calcul, nous allons être capables de modéliser les évolutions de la structure interne d’une pièce de manière beaucoup plus précise et plus fine », anticipe Régis Bigot. Avec un double intérêt pour les industriels : créer des pièces à forte valeur ajoutée et conquérir ou reconquérir des parts de marchés.

L’enseignant montre en exemple la simulation numérique de la répartition de la matière lors de la fabrication d’une bielle par laminage transversal. Un schéma qui permet de voir si des déformations ont pu altérer la qualité de la matière. Puis il attire l’attention sur un bras robotisé, équipé d’un scan 3D et pivotant autour d’une pièce en acier. Sur un écran devant la protection grillagée, la reproduction en 3D de la pièce se dessine en temps réel. Les mesures sont traitées en parallèle et affichées pour vérifier la régularité de la forme et la taille des pièces. « Sur toutes ces nouvelles technologies de simulation 3D, de numérisation et de robotique, notre plate-forme veut être un démonstrateur qui montre aux PME ce qui marche et à quelle condition », fait valoir Régis ­Bigot. Pour illustrer la démonstration, direction Bouzonville, à une cinquantaine de kilomètres de Metz, chez Manoir Industries. L’ancrage de Vulcain 4.0 dans le Grand Est n’est pas anodin. La région est le premier bassin industriel de la forge, avec près d’un tiers des acteurs français du secteur. Des donneurs d’ordres majeurs sont là, tels PSA à Metz et Mulhouse et, côté Bourgogne-Franche-Comté, Alstom à ­Belfort. S’y ajoutent l’université de Lorraine, avec ses travaux sur la robotisation des procédés et la métallurgie, et le nouveau centre d’élaboration des métaux MetaFensch.

« La forge de demain doit intégrer toutes les technologies du futur, prophétise Régis Bigot. Nous devons nous mettre à niveau en termes de supervision de l’usine afin d’améliorer la traçabilité de la production et notre relation client. Il nous faut aussi miser sur les machines intelligentes, avec des capteurs intégrés afin de les rendre autonomes et libérer les opérateurs pour des actions à plus forte valeur ajoutée. » À l’arrivée, l’homme troque sa casquette Ensam pour celle de responsable recherche et innovation chez Manoir Industries, un groupe qu’il a rejoint à mi-temps il y a quatre ans. Le site de Bouzonville est loin de ressembler à la forge du futur qu’il vient de décrire. Passé la zone de stockage des outillages, rutilants sous le soleil d’été, le visiteur qui entre dans l’atelier est frappé par le gigantisme des équipements et le rouge étincelant du métal brûlant, tandis qu’une poussière noire lui pique le nez. Devant ses yeux, les opérateurs forgent de petites séries de pièces de 50 kilos à plus d’une tonne. D’un côté, un pilon de 40 000 kilogrammes-mètres frappe un support d’axe de roue de camion (spindle) manipulé par un bras articulé ; de l’autre, un four de plusieurs mètres de hauteur côtoie une presse d’extrusion où sont forgées des pièces pour amortisseurs de camion (rods).

La France à la conquête d’un marché mondialisé

« Avec des capteurs de température au bout de nos outillages, nous pourrions optimiser nos temps de refroidissement », souligne Régis Bigot. Et de montrer une machine de préparation de lopin qu’il rêve de voir un jour équipée d’une balance pour qu’elle s’adapte seule au poids réel des blocs. Mais c’est d’abord sa partie usinage que Bouzonville va transformer. Demain, les responsables du site iront sur la plate-forme Vulcain, où Régis Bigot fera la démonstration d’un robot d’usinage. Son implantation, validée dans l’été, est en cours de déploiement.

La robotique et les machines intelligentes doivent permettre à la forge de gagner en compétitivité dans un marché mondialisé à forte concurrence. Elles faciliteront également l’innovation. « Réussir à forger cette pièce sans assemblage et en lui donnant directement un intérieur creux nous a demandé deux ans de travail en co-développement avec le client, explique Régis Bigot en montrant une caisse de rods usinées. C’est pour ce type de projet que nous avons besoin de l’intelligence humaine, que nous voulons mobiliser nos collaborateurs et leurs connaissances métiers. » Grâce à ce type d’innovations, le site Manoir Industries de Bouzonville, en forte difficulté financière il y a deux ans, a pu vendre de nouvelles pièces à des clients historiques et en reconquérir de nouveaux, tel Alstom. Une reprise si forte que le plan social démarré en 2016 a été stoppé.

« Par le passé, le donneur d’ordres donnait au forgeron le plan de la pièce. Ce dernier l’exécutait en cherchant à réduire les coûts, analyse plus globalement Alexandre Pointard. Mais avec la concurrence des pays à bas coût, la forge française est difficilement compétitive tant qu’elle garde ce rôle de sous-traitant. Elle doit donc se positionner comme un partenaire, être force de proposition et faire du co-développement pour proposer des pièces et des procédés innovants. C’est là qu’elle aura une réelle valeur ajoutée. »

Une palette d’activités élargie

Ce changement de stratégie vaut pour d’autres forgerons français. À une trentaine de kilomètres de là, l’usine Hot Formers du groupe Setforge offre un tableau différent de l’univers de Manoir Industries. Si ses bâtiments datent des années 1930, sa production dédiée à l’automobile est moderne. Ici, pas de poussière ou très peu, les étapes de fabrication se déroulant à l’intérieur de machines fermées et automatisées. L’activité s’y prête bien : les pièces, des composants pour boîtes de vitesses, sont petites, légères et produites en grandes séries (de 100 000 à plusieurs millions de pièces par an). Pour répondre aux attentes de son marché en termes de productivité et de délais, Setforge a investi. Quatorze millions d’euros ont été consacrés à une ligne de production qui forge à une cadence de 100 coups par minute et intègre le traitement thermique avec un four de recuit pour éviter un retraitement ultérieur.

Pour autant, le discours du groupe rappelle celui de Manoir Industries. « Dans la forge de demain, forger le métal pour la mise en forme de la pièce ne changera pas, c’est l’environnement d’exécution de ce processus qui sera différent, estime Hervé Gestas, le directeur général de Setforge. Les besoins de nos clients s’orientent vers des pièces plus structurées, résistantes, légères, voire connectées. Demain, nous ne travaillerons plus à partir d’un plan, mais d’un cahier des charges fonctionnel que nous ne pourrons remplir techniquement et économiquement qu’en élargissant le champ de nos compétences. »

Pour être plus performant sur son cœur de métier, Setforge vient de nommer un chef de projet industrie 4.0, dont les priorités sont la connectivité des machines et le développement de services aux clients. Et pour enrichir sa palette d’activités le groupe mise sur l’innovation. Les services de R & D ont été rassemblés au sein d’une filiale, Setforge Engineering. Un moyen de laisser mûrir l’innovation la plus large possible. « Setforge Engineering s’intéresse aux activités parallèles ou proches des métiers de la forge pour trouver celles qui seront porteuses, précise Hervé Gestas. Quand un sujet d’avenir dégage un revenu industriel, une nouvelle entreprise est créée. » C’est ainsi que sont nés la start-up Spartacus3D, spécialisée dans la fabrication additive, en 2014 et plus récemment Mobility Work, le premier réseau social dédié à la maintenance des machines. Chez Setforge, on veut penser les activités de demain pour mieux dessiner la forge du futur. 

« Nous voulons créer une plate-forme de partage d’initiatives »

Olivier Vasseur, responsable technique à la Fédération forge fonderie, chargé du groupe de travail Forge fonderie moule & prototype X.0

  • Quelle est la vocation du groupe du travail X.0 lancé fin 2016 ?

Il s’agit d’un espace de discussion et d’échange autour de l’industrie du futur. Nous voulons aider les industriels à écrire leur stratégie. Il y a un réel besoin car tous les acteurs du secteur n’en sont pas au même stade, la forge automobile est par exemple largement robotisée alors que des petites PME sur d’autres marchés sont en phase de découverte.

  • À quelles problématiques peuvent répondre les technologies du futur ?

La forge y voit un moyen d’améliorer ses conditions de travail dans un contexte de recrutement en tension. Face à la pénibilité de certaines tâches, les robots et les exosquelettes peuvent être des solutions viables. Rendre nos métiers plus attractifs passe aussi par le développement d’applications comme Mobility Work, un réseau social de maintenance des machines. Enfin, la digitalisation devrait permettre d’optimiser le contrôle des pièces.

  • Quelles seront vos priorités ?

Nous en avons cinq : la connectivité des machines et le traitement des données, la cobotique et les exosquelettes, la vision 3D, l’évolution des compétences et la formation, la création d’une plate-forme de partage d’initiatives. Une entreprise qui a développé sa solution de gestion des flux avant usinage propose par exemple de mettre dans cet espace ses lignes de programmation et les plans associés. Ce type de projet est une façon de mettre un pied dans le 4.0 pour un investissement dérisoire à l’échelle industrielle. 

Deux forgeurs engagés

  • Manoir Bouzonville De grosses pièces en petites séries

Construit après la Seconde Guerre mondiale, le site Manoir Bouzonville (Moselle), positionné sur les marchés de la construction et du pétrole et gaz, a été fragilisé par les crises des matières premières. Après le rachat par l’industriel chinois Yantai Taihai, en 2013, de la maison mère Manoir Industries, Manoir Bouzonville décide de diversifier sa clientèle, vers l’aéronautique notamment. Yantai Taihai l’incite également à renforcer ses investissements en R & D, même dans les périodes les plus difficiles. Le site, qui produit des grosses pièces (50 kg à une tonne) en petites séries, travaille alors sur des procédés innovants et propose à ses clients des pièces plus complexes et prêtes à monter. Une stratégie d’innovation payante. De 2016 à 2017, son chiffre d’affaires devrait passer de 19 millions à plus de 30 millions d’euros. Un rebond tel que le plan social lancé l’an passé a été interrompu. 

  • Setforge Hot Formers Production automatisée pour l’automobile

Fondée en 1982 sur l’ancien site Renault de Hagondange (Moselle), l’usine Setforge Hot Formers a rejoint en 2011 le groupe français Farinia lorsque celui-ci a racheté Setforge. Cette année-là est celle de son ancrage dans l’automobile, son seul secteur client aujourd’hui. Non rentable lors de son rachat, ce site de 130 salariés a réalisé 42 millions d’euros de chiffre d’affaires pour l’exercice 2016-2017. Les 25 millions d’euros que le groupe y a investis en six ans n’y sont pas pour rien. Appliquant le lean management, Hot Formers présente une production parmi les plus automatisées de la forge française. Pour gagner encore en productivité et innover dans ses propositions de produits et services, Setforge vient de nommer un chef de projet industrie 4.0. Hot Formers, l’un des deux sites pilotes du projet, doit explorer la connectivité des machines et le développement de services aux clients.

 


 

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