Article

1 - IMPACT ENVIRONNEMENTAL D’UN ROBOT

2 - TECHNIQUES DE RÉDUCTION DE LA CONSOMMATION ÉNERGÉTIQUE

3 - UTILISATION DE MATÉRIAUX À FAIBLE IMPACT ENVIRONNEMENTAL

4 - CONCLUSION

5 - GLOSSAIRE

Article de référence | Réf : S7714 v1

Écoconception en robotique

Auteur(s) : Sébastien BRIOT

Date de publication : 10 févr. 2019

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RÉSUMÉ

Les robots prennent une place de plus en plus grande dans la société ; c’est pourquoi, afin de garantir un développement robotique soutenable, il est nécessaire de réfléchir le plus en amont à leur écoconception. Aussi, cet article s’intéresse aux impacts environnementaux des robots et aux moyens existants ou en cours de développement permettant de potentiellement les diminuer.
Deux grandes classes de techniques permettant de réduire certains impacts environnementaux des robots sont mises en avant : les techniques de réduction de la consommation énergétique et le remplacement des corps du robot par des pièces en matériaux à faible impact environnemental.

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ABSTRACT

Eco-design in Robotics

Robots are taking an increasingly important place in Society, which is why, in order to guarantee sustainable robotic development, it is necessary to think as early as possible about their eco-design. Thus, this article makes a focus on the environmental impacts of robots and the means that exist or are being developed to potentially reduce them. Two main classes of techniques to reduce some environmental impacts of robots are highlighted : techniques to reduce energy consumption and replacement of robot bodies by parts made of materials with low environmental impact.

Auteur(s)

  • Sébastien BRIOT : Chargé de recherche, titulaire de l’habilitation à diriger des recherches - Centre national de la recherche scientifique (CNRS) - Laboratoire des sciences du numérique de Nantes (LS2N), Nantes, France

INTRODUCTION

La lutte contre le changement climatique est devenue une priorité en Union européenne et dans de nombreux pays du monde, comme cela a été montré lors des COP 21 à 23. Afin de contribuer à cette lutte, le Conseil européen a adopté en 2008 des objectifs environnementaux appelés les « 20-20-20 targets », qui consistent à :

  • réduire nos émissions de gaz à effet de serre de 20 % d’ici 2020 ;

  • réduire notre consommation énergétique de 20 % d’ici 2020 ;

  • avoir un mix énergétique basé sur l’utilisation de 20 % d’énergies renouvelables d’ici 2020.

L’objectif pour les deux premiers items est même d’atteindre 40 % de réduction de gaz à effet de serre et 27 % de consommation énergétique en moins d’ici 2030.

De tels objectifs ne peuvent être atteints sans la collaboration des gouvernements et de l’industrie. Cependant, avec la crise de la fin des années 2000, l’industrie a dû se battre pour sa survie vis-à-vis des pays à faible coût de main-d’œuvre. Afin de résister à cette crise, l’industrie a tenté :

  1. d’innover ;

  2. de robotiser afin d’éviter la délocalisation, voire de relocaliser les entreprises sur le territoire européen.

Robotiser est en partie contradictoire avec le programme de lutte contre le changement climatique. En effet, en 2016, d’après l’International federation of robotics (IFR), le stock opérationnel mondial de robots industriels était de l’ordre de 1 800 000 unités. Toujours suivant les mêmes données, 294 000 robots industriels et 60 000 robots professionnels de service ont été vendus dans le monde. Les experts estiment une augmentation annuelle des ventes de l’ordre de 15 % pour la période 2018-2020. Or, comme il sera vu dans cet article, utiliser des robots est fortement impactant pour l’environnement.

Au-delà de ces chiffres, vu qu’il est évident que les robots prennent une place de plus en plus grande dans nos vies, il est important, si nous souhaitons pouvoir continuer à développer nos activités robotiques de manière soutenable, de réfléchir le plus en amont à leur écoconception.

Cet article s’intéresse donc aux impacts environnementaux des robots et aux moyens existants ou en cours de développement permettant de potentiellement les diminuer. Il est divisé en trois grandes sections :

  1. la première fait quelques rappels sommaires sur l’écoconception en général et les outils associés, puis s’intéresse aux facteurs d’impact environnemental d’un robot. Deux grandes classes de techniques permettant de réduire certains impacts environnementaux des robots sont mises en avant :

    • les techniques de réduction de la consommation énergétique,

    • le remplacement des corps du robot par des pièces en matériaux à faible impact environnemental.

  2. La deuxième section détaille les différentes approches les plus couramment rencontrées afin de réduire la consommation énergétique des robots, et qui sont :

    • les techniques d’équilibrage des effets gravitationnels ;

    • les approches permettant de minimiser les effets inertiels ;

    • la mise en place de systèmes d’économie d’énergie dans les baies électroniques ;

    • la réalisation de robots capables de générer leur propre énergie.

  3. La troisième section s’intéresse à la conception de robots en utilisant des matériaux biosourcés, avec :

    • un focus particulier sur la réalisation de robots en bois ;

    • un récapitulatif des travaux existants sur la réalisation de robots en matériaux biosourcés autres que le bois.

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KEYWORDS

materials   |   Energy   |   Robotics   |   eco-design

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-s7714


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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - ZERKANE (S.E.) -   Conception et développement de robots durables.  -  Mémoire de mastère UBO – Université de Bretagne occidentale (2014).

  • (2) - BAJEAT (P.) et al -   Comment évaluer les impacts environnementaux au moyen de l’analyse du cycle de vie (ACV).  -  Rapport technique ADEME (2005).

  • (3) - BINDER (P.) -   Analyse d’éco-conception de deux robots : KUKA 270 et IRSbot-2.  -  Rapport technique Fizians Environnement (2015).

  • (4) - RIAZI (S.) et al -   Energy and Peak-power Optimization of Existing Time-optimal Robot Trajectories.  -  In : Proceedings of the 2016 IEEE International Conference on Automation Science and Engineering (CASE). Fort Worth, TX, USA, août 2016.

  • (5) - GALITSKY (C.), WORRELL (E.) -   Energy Efficiency Improvement and Cost Saving Opportunities for the Vehicle Assembly Industry.  -  In : Berkeley : U.S. Environmental Protection Agency (2008).

  • ...

1 Sites Internet

Page personnelle de l’auteur de cet article : http://pagesperso.ls2n.fr/~briot-s/

HAUT DE PAGE

2 Brevets

[B1] Bayer (A.) et Merk (G.). Industrial robot with a weight balancing system. EP 2301727. Août 2011.

[B2] Bolotin (L.M.). Mechanical arm. SU 1074709. Août 1982.

[B3] Glachet (C.) et al. Telescopic remote manipulator of the master-slave type and its balancing means. EP 0084482. Décembre 1985.

[B4] Fujikoshi (K.). Balancing apparatus for jointed robot. JP 51-122254. Octobre 1976.

[B5] Arakelian (V.) et al. Manipulator. SU 1465298. Mars 1989.

[B6] Zayzev (C.). Manipulator. SU 795934. Janvier 1981.

[B7] Arakelian (V.). Manipulator. SU 1430258. Février 1987.

[B8] Arakelian (V.). Manipulator. SU 1537518. Avril 1988.

[B9] Reiner (B.), Hans-Guenter (J.) et Otto (W.). Industrial robot with counterbalance weight attached by parallelogram linkage so that robot arm is always balanced. DE 4014003. Octobre 1991.

[B10] Carwardine (G.). Improvement in elastic force mechanisms. UK 377251. 1932.

[B11] Carwardine (G.). Improvement in elastic force mechanisms. UK 404615. 1934.

[B12] Sugar (T.G.) et Hollander (K.W.). Adjustable stiffness Jack Spring actuator. US 8322695. Décembre 2012.

[B13] Dzhavakhyan...

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