Quelle importance votre centre de R&D a-t-il au sein de la recherche de Saint-Gobain ?
Nous sommes le plus grand centre de R&D du groupe avec 500 personnes – sur un effectif mondial de 4 000 personnes en R&D –, dont les deux tiers sont des ingénieurs de recherche titulaires d’un doctorat. Nous avons ainsi un fort niveau de compétences, et ce dans une grande variété de domaines avec nos huit départements, allant des procédés aux matériaux en passant par le design et les mathématiques. Cela nous permet de travailler pour toutes les activités de Saint-Gobain, donc surtout dans la construction (verre, plâtre, isolation, mortiers...), mais également sur les matériaux pour l’industrie tels les abrasifs, les voiles de verre et les céramiques de spécialité.
Quels sont les grands axes d’innovation sur lesquels vous travaillez ?
Les objectifs de développement durable du groupe, avec notamment l’engagement d’atteindre zéro émission nette de carbone en 2050, tirent notre politique d’innovation, qui s’articule autour de quatre grands axes. Premièrement : décarboner nos procédés et nos produits. Deuxièmement : contribuer à faire passer la construction d’une économie très linéaire, où l’on fait des systèmes pour être construits puis détruits sans valorisation particulière, à une économie circulaire qui préserve les ressources. La construction légère et durable constitue un troisième axe, qui vise à remplacer une partie du béton et de l’acier par des matériaux plus légers, moins gourmands en ressources et moins carbonés. Nous mettons notamment en avant des systèmes constructifs qui permettent d’utiliser des matériaux plus légers, moins carbonés, comme la plaque de plâtre. Enfin, nous développons des solutions de haute performance pour nos matériaux pour l’industrie, un marché en forte croissance. On y retrouve les enjeux de développement durable puisque cela inclut nos solutions pour les batteries et l’hydrogène comme les additifs qui permettent de réduire la teneur en eau ou en ciment des bétons.
Faites-vous de la recherche fondamentale en plus de la recherche appliquée ?
Ce distinguo ne m’apparaît pas forcément pertinent. Il faut bien avoir en tête que nous avons toujours une démarche scientifique. Si l’on veut des résultats transposables à l’extérieur, pour passer par exemple d’une manipulation de labo à un procédé dans une usine, il nous faut une compréhension approfondie des phénomènes physiques et chimiques en jeu. Je distinguerais plutôt recherche dirigée et exploratoire, ou à court terme et à long terme. On peut travailler à court terme sur une innovation incrémentale qui doit répondre à une demande client, par exemple l’amélioration de l’acoustique d’une plaque de plâtre, mais un groupe comme Saint-Gobain se doit aussi de travailler sur le long terme, en explorant de nouvelles voies, qu’il s’agisse de produits ou de procédés. Il est nécessaire d’avoir un certain nombre de projets exploratoires pour être réactif face aux évolutions du marché. Et on se rend compte aussi que certains de nos procédés ont demandé vingt ans de développement.
Dans quelle mesure collaborez-vous avec des acteurs externes ?
Nous participons de plus en plus à des projets européens en réseau. Cela permet d’innover rapidement.
En tant que plus grand centre de recherche de Saint-Gobain, il est crucial que l’on soit connecté au monde extérieur pour attirer des compétences au meilleur niveau et être alimenté en idées d’innovation. Nous collaborons ainsi largement avec le monde académique, notamment à travers deux laboratoires mixtes et deux laboratoires communs avec le CNRS, et une dizaine de thèses lancées chaque année dans nos centres. Nous participons de plus en plus à des projets européens en réseau, avec des académiques, des start-up..., par exemple sur la réutilisation de cloisons vitrages. Cela permet d’innover rapidement. Notamment sur les questions de circularité et d’incorporation de matières recyclées, qui demandent beaucoup de R&D. C’est une période passionnante pour faire de la R&D dans l’industrie car on revisite complètement nos procédés et nos produits.
Le verre est l’une de vos principales productions. Est-il concerné par cette remise à plat des procédés ?
Le verre est tout particulièrement concerné. On peut toujours améliorer les procédés verriers pour gagner quelques pourcents d’efficacité énergétique – on le fait ! –, mais si l’on veut arriver à du verre zéro carbone (scopes 1 et 2), il faut des changements drastiques, avec de nouvelles matières premières et de nouvelles façons d’apporter de la chaleur. Nous avons réalisé l’an dernier avec succès un essai industriel dans le four pour verre plat de notre site de Herzogenrath, en Allemagne : 30 % du chauffage, correspondant à une zone du four, était assuré par la combustion d’hydrogène. Cet essai a nécessité des années de R&D, à laquelle le centre de Paris a participé. Quelle influence sur la chimie du verre ? Comment adapter nos codes de calcul à la combustion hydrogène ? Quel design de four pour assurer les 1 500 °C requis sans trop chauffer l’enceinte réfractaire ? Passer à l’échelle de l’essai industriel, cela se prépare soigneusement ! Pas question de risquer l’arrêt d’un four verrier qui, normalement, engloutit 700 à 900 tonnes par jour pendant quinze ans sans interruption.
On parle aussi beaucoup de l’électrification des fours verriers…
Effectivement, le verre étant conducteur à haute température, on peut y faire circuler un courant qui va le chauffer par effet Joule. Cela marche bien pour le verre dédié à la laine de verre pour l’isolation, dont les fours sont plus petits (autour de 100 tonnes par jour) et pour lequel la présence de défauts (bulles résiduelles) est peu gênante. Pour le verre plat, en revanche, l’exigence de qualité impose des températures élevées encore incompatibles avec les géométries des fours électriques actuels. Nous travaillons à lever ces verrous avec notamment un autre verrier, AGC, pour construire un pilote de four électrique pour verre plat.
L’incorporation de verre recyclé progresse-t-elle ?
Pour le verre plat, c’est assez difficile, même si nous avons une gamme qui contient entre 50 et 70 % de verre recyclé. L’enjeu est de conserver une homogénéité de la teinte du verre et ses performances énergétiques. Côté matériaux, nous travaillons au remplacement des carbonates que l’on fond avec le sable pour apporter du calcium et du sodium. À ce moment, en effet, ils libèrent du CO2 en grandes quantités – ils représentent un tiers des émissions liées à la production du verre plat. Nous avons un four en Inde qui utilise la wollastonite, un oxyde de silicium et de calcium naturel assez présent dans ce pays, à la place du carbonate de calcium pour réduire ces émissions. On voit ici l’importance de la diversité des compétences du centre de Paris, avec des géologues capables de sélectionner et tester les matières premières.
Quels sont les autres résultats marquants du centre de Paris ?
Un résultat récent concerne les couches de quelques dizaines de nanomètres d’épaisseur que l’on dépose sous vide sur nos vitrages pour améliorer leur performance énergétique. Par exemple des couches d’argent qui vont réfléchir les infrarouges et permettre de garder la chaleur d’une pièce l’hiver ou de réduire l’apport de chaleur par les grandes surfaces vitrées l’été. Nous avons fortement contribué à un nouveau procédé de recuit à base de laser qui améliore de 20 % – c’est énorme ! – la conductivité de la couche d’argent, ce qui donne une meilleure réflexion des infrarouges. Nous avons aussi mis au point des algorithmes de machine learning qui nous ont permis de gagner plusieurs pourcents dans la consommation énergétique de certains procédés.
Comment évoluent vos outils et méthodes numériques ?
La transition digitale de nos procédés doit s’accélérer pour que l’on puisse travailler avec de plus en plus de matériaux recyclés. L’usage de ces derniers induit une plus grande variabilité des caractéristiques des matières à laquelle il faut s’adapter presque en temps réel. Pour cela, il est nécessaire de caractériser et modéliser précisément nos procédés, du capteur au jumeau numérique. Nous utilisons la modélisation physique, fondée sur les équations de la physique, pour reproduire le procédé et l’optimiser. Et nous avons aussi une approche reposant sur les données, dans laquelle on va faire du machine learning – de l’intelligence artificielle – pour de la prédiction, du contrôle... Ce qui est intéressant, c’est que ces deux démarches sont en train de se rejoindre. L’IA peut par exemple nous servir à mieux estimer des grandeurs physiques que l’on n’arrive pas à mesurer, mais dont on a besoin dans nos modèles physiques. C’est une voie très prometteuse pour les procédés.
Quelles sont vos forces en matière d’IA et qu’en attendez-vous pour la R&D ?
L’IA – et les techniques mathématiques en général – va permettre d’accélérer l’exploration, la découverte et le test de nouveaux matériaux.
Nous avons une structure R&D dédiée dans le centre, le Data Lab, avec environ 25 personnes, réparties sur deux équipes couvrant le machine learning et l’optimisation. La direction de l’innovation pilote par ailleurs la structuration de programmes pour explorer de nouvelles façons de faire de la R&D avec l’IA. Je pense que l’IA – et les techniques mathématiques en général – va permettre d’accélérer l’exploration, la découverte et le test de nouveaux matériaux. C’est un domaine qu’on appelle « materials informatics ». Je suis certaine que l’on réalisera ainsi de grandes avancées, mais il faut rester critique face au buzz : on voit beaucoup de publications sur des prouesses techniques réalisées par de grands acteurs du numérique dans la découverte de matériaux, mais on se rend compte que ces techniques sont limitées à certains types de matériaux, ou qu’un chimiste aurait pu parvenir à un résultat comparable sans IA…
Quelle est votre position sur les débats autour du rôle que la science et la technologie peuvent jouer dans la lutte contre le changement climatique, notamment vu l’urgence requise ?
Il me paraît très important, d’abord, de rappeler que la technologie ne résoudra pas à elle seule la question du changement climatique. Cela doit être traité au niveau de la société, du politique. Si cela bloque de ce côté, on ne pourra rien faire. Ensuite, une fois que l’on a dit ça, l’industrie et la recherche ont un rôle très important. Si beaucoup de jeunes nous rejoignent, c’est justement parce que Saint-Gobain a une feuille de route très claire en matière de développement durable et qu’ils pourront contribuer à réduire l’empreinte carbone du monde de la construction – 40 % des émissions de CO2 sont liées au bâtiment, à la construction et aux usages inclus. Quant à l’urgence, je pense qu’il faut à la fois regarder la réalité en face et ne pas s’affoler. Il s’agit, pour le court terme, de se mettre en ordre de marche de façon pragmatique et avec un esprit d’ingénieur-planificateur. Mais il faut aussi travailler sur le temps long, notamment sur la question de la production et de l’utilisation d’énergie décarbonée, car on va continuer à utiliser beaucoup d’énergie.
Propos recueillis par Manuel Moragues
