Les automatisation des process ont investi depuis longtemps les industries du vrac. Les acteurs des systèmes de contrôle-commande sont les mêmes que partout ailleurs. Même chose pour les moteurs et commandes de moteurs. C’est un peu différent en informatique industrielle, où les logiciels maison et ciblés sur un métier résistent aux logiciels généralistes. Tous ces domaines sont en évolution et profitent à l’industrie du vrac...

Quel que soit le type d’industrie, la réalisation des automatismes, de l’informatique industrielle et de l’instrumentation de process implique trois types d’acteurs : l’industriel exploitant, les intégrateurs/ sociétés d’ingénierie et les équipementiers. Ce qui change d’une application à l’autre, c’est le niveau d’implication de ces acteurs. Prenez les industriels exploitants. Certains n’ont absolument aucune compétence en automatisme et informatique et s’appuient totalement sur des intégrateurs et équipementiers. Pratiquement toutes les petites entreprises sont dans ce cas. Certaines grosses entreprises sont également concernées, notamment celles qui ont déployé sur le tard des installations automatisées, puis se sont mises à l’informatique (pour la gestion, le suivi matières, la traçabilité, etc.). A l’opposé, on trouve des entreprises (souvent des grosses) qui ont un service automatismes intégré, qui impose des choix techniques et prend en charge (tout ou en partie) des développements. Les ingénieries, les intégrateurs et les équipementiers doivent ,bien entendu, s’adapter à toutes les situations.

Des équipements avec électronique intégrée

A la base, les équipementiers du vrac sont avant tout des « mécaniciens ». Certains d’entre eux vont plus loin et montent des automatismes et de l’informatique industrielle sur leurs équipements. Mais beaucoup restent sur leur métier de base. C’est le cas de la société italienne Mix, spécialisée dans les mélangeurs : « Dans l’industrie du vrac, chaque segment de marché a ses spécificités au niveau des interfaces homme-machine. Comme notre offre s’adresse à l’ensemble du marché, l’intégration des automatismes nous obligerait à développer autant de types d’interfaces homme-machine qu’il y a de segments à couvrir. Certains industriels préconisent aussi des marques pour l’électronique de commande de l’équipement, obligeant à décliner chaque solution avec plusieurs marques d’automates ou de PC industriels. Compte tenu de notre taille et de notre spécialisation, cela ne serait pas rentable », explique Christian Baldachino, directeur de Mix France. La société passe donc par des intégrateurs, qui sont souvent spécialisés, soit sur un créneau de marché, soit sur une région. Cependant, la règle souffre d’une exception chez Mix : il s’agit d’une manche de chargement de camions, qui est livrée avec un coffret électrique de commande. C’est un cas un peu particulier, un équipement autonome, à pilotage manuel, en marge d’une installation de process... Chez Esteve, spécialisée dans l’alimentation des ingrédients (stockage, transfert, dosage) pour les industries alimentaires (notamment dans les minoteries et boulangeries), l’électronique prend de plus en plus d’importance. Créée en 1950, la société a commencé en 1992 à installer de l’électronique sur ses équipements. Elle passait par un sous-traitant à l’époque, mais allait rapidement (dès 1998) créer son propre service d’automatismes/ informatique industrielle. Celui-ci s’est bien développé depuis et il compte aujourd’hui une douzaine de personnes. Pour autant, tous les équipements ne sont pas livrés avec de l’électronique, ainsi que l’explique Hervé Bernardeau, responsable Automatismes, Informatique & Communications : « Nous nous adaptons à tous les cas de figure. Si l’industriel ou l’intégrateur a ses propres contrôleurs, nous lui livrons de la mécanique. Sinon, nous lui fournissons des systèmes complets avec nos automatismes intégrés. Il y a un troisième cas : nous installons nos automatismes sur des équipements tiers, soit de concurrents, soit de partenaires. Nos partenaires ont une offre complémentaire de la nôtre, ce qui nous permet par exemple de proposer des solutions intégrant nos doseurs continus avec leurs mélangeurs, l’ensemble étant piloté par nos automatismes ». Les industriels préconisent souvent la marque du système de contrôle-commande intégré dans l’équipement. Ils préfèrent en effet « travailler » avec des marques qu’ils connaissent car cela leur permet de réduire leurs coûts de formation et de maintenance. Ce n’est pas un problème pour Esteve, qui maîtrise les grandes marques d’automates programmables et de PC. Cette ouverture est également un atout pour l’export car dans certains pays, certaines marques sont plus répandues que d’autres (Rockwell aux états-Unis, Siemens en Allemagne, Mitsubishi et Omron au Japon, Schneider et Siemens en France). Pour Hervé Bernardeau, la capacité à proposer des systèmes clés en mains est un argument commercial important : « Les industriels ont un interlocuteur unique. C’est tout de même beaucoup plus simple que l’approche qui consiste à faire appel à des interlocuteurs différents (un pour la mécanique, un pour l’armoire électrique, un pour les automatismes). En effet, quand il y a plusieurs interlocuteurs, les problèmes ne sont pas toujours faciles à régler et il peut arriver que chacun se décharge sur l’autre. Avec les systèmes intégrés, les industriels font également des économies de maintenance car il y a un seul contrat à gérer pour l’ensemble des éléments de l’équipement ». Autre équipementier français, Sofraden a adopté une démarche assez proche de celle d’Esteve. Créée il y a une vingtaine d’années, la société stéphanoise a démarré en proposant des mélangeurs. Ceux-ci étaient livrés sans automatisme intégré car les mélangeurs ne sont jamais utilisés seuls, ils constituent un sous-ensemble d’une installation et, en général, l’ensemblier réalise un système d’automatisme global pour piloter les différents équipements. « Nous avons ensuite élargi notre offre en proposant des équipements de manutention, de transport pneumatique, et surtout de dosage. La fonction automatismes devenait essentielle. Ceci nous a conduit à développer le logiciel Prodose, qui est un logiciel spécifique de gestion de stations de dosage et de mélange par batch utilisant des recettes variables. Les installations sont en général pilotées par un automate programmable de Schneider ou Siemens. La supervision est assurée par le logiciel InTouch de Wonderware », indique Jean-Christophe Champier, directeur général de Sofraden. Si l’industriel souhaite une autre marque d’automate ou de superviseur, Sofraden fait appel aux compétences de sa maison mère Courbon (depuis 2007), spécialisée en ingénierie. Prodose a été installé sur une quinzaine de sites industriels sur lesquels il gère le pilotage du dosage mais aussi l’entrée des ordres de fabrication, la traçabilité, le suivi de la performance, le suivi du stock, etc.

L’intérêt des solutions maison

Dans l’univers du vrac comme ailleurs, les équipementiers cherchent à réduire les coûts. Cet impératif les conduit à proposer des solutions maison. Celles-ci, pourtant, ont la réputation d’être à la longue plus onéreuses que les solutions développées à partir de logiciels standards. Pour Hervé Bernardeau (Esteve), ce choix est facile à justifier : « En fait, nous développons des solutions basées sur des logiciels standards, de Siemens et Wonderware notamment. Mais cette approche n’est pas forcément adaptée pour les petites entreprises qui veulent, par exemple, déployer une simple application de traçabilité (pour être en conformité avec la réglementation), mais qui ont un budget serré. Si l’application en question était réalisée avec un logiciel standard, elle aurait toutes les chances de ne pas entrer dans le budget. Et certains industriels préfèreraient s’en passer et continuer de faire le travail à la main. Pour répondre à leur demande, nous avons développé une solution à l’aide d’outils de développement de logiciels standards. Avec cette approche, nous divisons par trois le prix d’entrée et le retour sur investissement se fait dans un délai raisonnable, d’un an ou deux ». Un point de vue que partage Jean-Christophe Champier (Sofraden) : « Les logiciels MES (Manufacturing Execution System) sur étagère sont très complets mais les licences sont relativement onéreuses. Pour des applications comme les nôtres, ils sont surdimensionnés et manquent de flexibilité. Lorsque nous avons voulu ajouter un logiciel de dosage à notre offre, l’option « développement maison » s’est rapidement imposée. C’est ainsi que notre logiciel Prodose a été développé avec l’atelier logiciel Windev de Prosoft. Nous pouvons ainsi proposer une solution intégrée à un prix très compétitif ». Ceci étant, il ne faut pas généraliser, poursuit Jean-Christophe Champier : « Pour la supervision, nous utilisons InTouch de Wonderware, qui est un logiciel sur étagère. Le coût de la licence n’est pas prohibitif (au moins 10 fois inférieur à celui d’un logiciel MES sur étagère). Ce choix nous permet en outre de profiter des évolutions technologiques de la supervision, nombreuses et intéressantes. Et surtout, le temps de développement et de paramétrage des applications est très réduit... ». Grégory Guiheneuf, responsable marketing de Wonderware France, confirme : « Quand nous vendons un logiciel, nous pensons systématiquement au moyen terme car tout le monde sait que le coût d’un logiciel est relativement faible par rapport à son coût de mise en oeuvre (coût de possession). Les industriels sont de plus en plus sensibles à la pérennité de leurs investissements et à l’intelligence que nous avons mise dans ces logiciels pour faciliter le développement des applicatifs ».

La chasse au gaspillages

La réduction des marges (dans l’agro-alimentaire, on l’a encore vu avec la crise du lait et celle du sucre par exemple) oblige de plus en plus d’industriels à affiner la gestion de leurs process. L’établissement des bilans matières prend de plus en plus d’importance. « Il s’agit de surveiller tout ce que les process consomment en eau, colorants, additifs, etc. pour obtenir le produit fini. Les logiciels de MES (Manufacturing Execution System) tels que ceux que nous proposons permettent à l’industriel de savoir si la consommation réelle correspond à la consommation prévue par leurs outils de recette ou de gestion. Ils permettent aussi aux industriels de s’assurer qu’ils ne vont pas être en rupture de stock pour leurs matières premières et de connaître réellement le prix de revient du produit fini. Le développement d’une application de bilans matières est vraiment un moyen d’améliorer la rentabilité de l’entreprise », argumente Grégory Guiheneuf (Wonderware). Contrairement à la traçabilité, qui est souvent imposée (dans les industries agro-alimentaire par exemple) et vécue comme étant une contrainte, le bilan matières est considéré comme étant un outil de (bonne) gestion. En marge du bilan matières, il y a la consommation d’énergie et son coût, direct ou indirect. La taxe carbone (qui s’appelle en fait « contribution climat-énergie ») aura un impact important pour les industriels du vrac qui ont des gros concasseurs, broyeurs et fours. Plus que jamais, ils devront contrôler leurs consommations énergétiques. Il y a déjà une réelle prise de conscience sur le sujet, observe Hervé Bernardeau (Esteve) : « Sur nos équipements, 90 % de nos moteurs ont une puissance inférieure à 1 kW. La consommation n’est donc pas un critère important. Ceci étant, comme nos clients sont sensibles aux consommations d’énergie, nous réfléchissons à des évolutions de nos logiciels afin qu’ils aient accès à cette information. D’ores et déjà, certains moteurs (qui servent pour les soufflantes ou le transport par pression/dépression) fonctionnent par intermittence, alors que par le passé ils fonctionnaient en permanence, même quand l’équipement ne les sollicitait pas. Et en terme de fréquence des opérations de démarrage/arrêt, nous allons aussi loin que ce que préconisent les constructeurs de moteurs ». Jean-Christophe Champier (Sofraden) observe également une évolution de la demande en matière d’économies d’énergies : « Nous proposons des audits d’efficacité énergétique liés à l’utilisation de nos équipements. Les moteurs électriques ne sont pas tellement concernés car il s’agit pour la plupart de moteurs de faible puissance et le budget « énergie » est assez faible. Par contre, pour les applications de transport pneumatique, la consommation d’air peut représenter un budget important. Il faut savoir que classiquement, sur les installations pneumatiques, on a couramment 50 % de fuites. Un transport pneumatique bien instrumenté permet aujourd’hui de réduire énormément la quantité d’air utilisée... ». Les fuites sont détectées à l’aide d’un capteur acoustique. Paradoxalement, les petites fuites sont plus faciles à détecter que les grosses : chacun en a fait l’expérience, l’air sous pression qui s’échappe d’un petit trou fait plus de bruit que l’air qui s’échappe d’une ouverture plus importante... Grégory Guyheneuf (Wonderware) constate également la prise de conscience des industriels en matière d’efficacité énergétique : « Une usine sur deux avec qui nous travaillons possède un Monsieur Energie, et ceci tous secteurs confondus. En corrélant les données de production, en quantité et en qualité, avec la consommation énergétique, les industriels sont conscients qu’ils peuvent faire des gains importants. Pour un four, ils cherchent par exemple à faire du délestage, qui consiste à couper l’alimentation des résistances électriques et utiliser l’inertie de la chauffe... ». Pour répondre aux nouvelles demandes, Wonderware va sortir dans quelques semaines un module logiciel spécialisé pour tracer les consommations d’électricité, d’eau, de gaz, etc. Celui-ci viendra compléter l’offre existante qui s’appuie sur une plate-forme unique où sont fédérées toutes les données de l’usine (suivi de qualité, traçabilité, suivi des consommations énergétiques, etc.). Grâce à cette plate-forme, il est plus facile de faire des corrélations entre les données des produits fabriqués, les bilans matières et les bilans énergétiques. Pour tirer toute la quintessence du bilan matières, il est intéressant de rapprocher le logiciel de MES avec le logiciel de gestion intégrée (ERP, Enterprise Resource Planning) de l’entreprise. Pendant longtemps, les deux mondes (atelier et gestion) étaient séparés et le transfert d’une information de l’un vers l’autre se faisait souvent manuellement. Il fallait attendre plusieurs jours voire plusieurs semaines pour consolider les résultats sur un site, voire plusieurs sites. Il y a une tendance très nette au rapprochement entre les MES et les ERP. Une norme, l’ISA 95, a même été élaborée pour faciliter les échanges.

Les progrès de la technique

Pour ce qui est des systèmes de contrôle-commande, à peu près tout le monde utilise les matériels standards disponibles sur le marché. Le plus souvent, ce sont des automates programmables. Les PC industriels sont également utilisés, surtout sur les équipements comportant une interface homme-machine relativement évoluée, avec de nombreux échanges de données entre la partie contrôle-commande et la partie visualisation. Les industries du vrac sont très variées, certaines sont plus concurrentielles que d’autres, il n’y a pas de règle générale. Cependant, il reste globalement beaucoup à faire, estime Olivier Vallée, responsable marchés process chez Rockwell Automation : « Les process vrac sont souvent très automatisés mais beaucoup d’entre eux ne sont pas optimisés en termes de consommation d’énergie et de contrôle de la qualité, ce qui a une incidence sur la productivité et les marges. Aujourd’hui, les fournisseurs d’automatismes ont les outils pour améliorer tout cela, leur mise en oeuvre n’implique pas un gros investissement ». Sur le plan de l’évolution des matériels (automates ou PC), il a beaucoup été question de miniaturisation et de bus de terrain. Mais le plus important est peut-être ailleurs : « L’utilisation de processeurs toujours plus puissants permet de mettre en oeuvre des algorithmes de régulation de plus en plus évolués, tels que la commande prédictive, qui tend à se généraliser sur les automates », souligne Olivier Vallée. Avec ce type de commande, il est possible de réaliser des régulations beaucoup plus précises qu’avec les traditionnels PID (actions Proportionnelle Intégrale Dérivée) et surtout de résoudre des problèmes restés sans réponse. La commande prédictive repose sur l’utilisation d’un modèle logiciel du procédé à contrôler. Comme dans le cas d’une régulation PID classique, il faut réaliser en permanence des mesures sur le process et adapter les paramètres de réglage pour que le process ait le comportement désiré. Mais là où une régulation classique « réagit » à une situation donnée, donc avec un temps de retard, la commande prédictive « anticipe ». Plus précisément, grâce au modèle logiciel du procédé, les mesures effectuées sur le process permettent de savoir comment celui-ci va évoluer si on maintient les réglages en cours et de quelle manière on va s’écarter de la loi de commande. Connaissant a priori cette évolution future du process (grâce au modèle), il est possible de corriger les paramètres de réglage afin que le process ne s’écarte pas de son optimum. Tout ceci est réalisé de manière automatique. Pratiquée depuis une vingtaine d’années dans les industries très concurrentielles (pétrochimie, sidérurgie), elle a longtemps nécessité des calculateurs spéciaux. Désormais utilisable avec les processeurs standard des automates, elle étend son champ d’application... Parmi les nouvelles applications, Olivier Vallée évoque les process de séchage (de ciment, poudre de lait, café, etc.) : « En général, un taux d’humidité maximum est imposé. Pour être sûr de le respecter et ne pas avoir à jeter ou déclasser le produit, les industriels prennent une marge de sécurité et sèchent plutôt trop que pas assez. Mais cette marge trop large a un prix, en terme d’énergie inutilement gaspillée ou de temps trop long passé dans le four (qui « sort » donc moins de produits dans un temps donné. Avec la commande prédictive, il est possible de réduire la marge de sécurité et de sécher au juste nécessaire. Le retour sur investissement est pratiquement immédiat ». La mise en oeuvre de la commande prédictive suppose de disposer de modèles du process. La réalisation des modèles était autrefois une tâche difficile mais elle est aujourd’hui facilitée grâce aux progrès accomplis par les outils de modélisation. Sans compter qu’il existe de plus en plus de modèles de process « sur étagère ». La deuxième difficulté de la commande prédictive tenait à l’absence de personnel qualifié pour la mettre en oeuvre. Mais, là aussi, des évolutions se dessinent avec la mise en place de formations spécialisées pour les professionnels (notamment à l’IRA), sans oublier les cours délivrés sur le sujet dans certains BTS (les BTS-CIRA) et écoles d’ingénieurs.

Avec une bonne régulation, il est possible d’améliorer l’efficacité énergétique des fours. Un autre « poste » est important du point de vue de l’efficacité énergétique : ce sont les moteurs électriques. Ou du moins les gros moteurs électriques, tels que ceux que l’on trouve sur les gros broyeurs ou les gros fours de séchage tournants. Grâce aux variateurs de vitesse, il est possible de réaliser des économies d’énergie. On le sait depuis toujours mais les industriels ont longtemps raisonné en terme d’investissement initial, et non en terme de retour sur investissement. Aujourd’hui, les temps ont changé, beaucoup sont prêts à payer un peu plus au départ puis à se rattraper avec les économies qui seront réalisées par la suite. C’est le constat que fait Fabrice Poulet, responsable de l’activité variateurs et composants de sécurité chez Rockwell Automation : « Sur les nouvelles applications, on monte systématiquement des variateurs de vitesse sur les gros moteurs. Cela n’a pas toujours été le cas par le passé. Les variateurs de vitesse de dernière génération présentent des améliorations de performances importantes qui se traduisent par des économies substantielles tant au niveau de l’installation que de la consommation d’énergie ». La technique du contrôle vectoriel de flux très en vogue depuis quelques années, s’est encore améliorée avec la mise au point de nouveaux algorithmes qui permettent d’obtenir de bons résultats en boucle ouverte, d’où une économie par rapport à un montage en boucle fermée (il n’est plus nécessaire d’utiliser un capteur de vitesse, ni les connecteurs et le câble associés). Sur les gros variateurs de vitesse, la tendance est aussi à la réduction des harmoniques de courant, qui se traduisent par une augmentation de la consommation du courant, tant au niveau de l’amont (les transformateurs) que de l’aval (les moteurs). Ces harmoniques obligent à surdimensionner les transformateurs, les câbles et les moteurs. La réduction du nombre des harmoniques a été rendue possible par l’utilisation des composants IGBT et la compensation des harmoniques à la source. Parmi les autres tendances, on notera aussi l’arrivée de variateurs capables de se connecter directement sur le réseau moyenne tension, ce qui permet (à puissance égale) de travailler avec un courant plus faible. « Le variateur moyenne tension est plus onéreux à l’achat mais ce surcoût est largement rattrapé par l’économie que l’on fait sur le transformateur et le câblage (on peut travailler avec des conducteurs plus petits », explique Fabrice Poulet. Globalement, toutes ces évolutions, aussi bien dans le domaine de l’informatique que des matériels, concourent à réduire les coûts : si ce n’est pas au niveau de l’investissement, c’est au niveau de l’exploitation. Et la maintenance ? Là aussi, les choses bougent. Les auto-diagnostics embarqués dans les capteurs et actionneurs permettent d’anticiper les pannes et donc de faire de la maintenance prédictive. Cela n’empêche pas les pannes, bien évidemment. Mais si une panne survient, les progrès accomplis par l’informatique et les techniques de communication facilitent les réparations, ainsi que le souligne Hervé Bernardeau (Esteve) : « Les équipements que nous livrons peuvent être équipés d’un modem ou, de plus en plus, d’une connexion ADSL. Si l’industriel a un problème lié à l’utilisation d’un de nos équipements, nous pouvons nous connecter à distance, prendre la main et souvent apporter une solution. Nous faisons ainsi l’économie d’un déplacement, sans compter le gain de temps sur la diminution de la durée de l’immobilisation de l’équipement. Nous pratiquons cela depuis une bonne dizaine d’années. Depuis 5 à 6 ans, c’est systématique. Nous allons dans le sens de la demande des industriels, qui attendent de plus en plus de service de la part de leurs fournisseurs. Au-delà de cette attente, la qualité du service nous aide à fidéliser nos clients en leur démontrant que l’on est toujours là s’ils ont un problème et ont besoin d’aide ».

Enquête de Jean-François Peyrucat

parue dans Le Journal du Vrac n°70, Septembre/octobre 2009.