Cet article est publié dans le cadre de la Fête de la science (du 5 au 13 octobre 2019 en métropole et du 9 au 17 novembre en outre-mer et à l’international) dont The Conversation France est partenaire. Cette nouvelle édition a pour thème « À demain, raconter la science, imaginer l’avenir ». Retrouvez tous les débats et les événements de votre région sur le site Fetedelascience.fr.
La complexité croissante de l’ingénierie, des projets de construction ou des produits manufacturés et des processus industriels associés nécessite un recours à des technologies innovantes, notamment à la réalité augmentée (RA) et à la réalité virtuelle (RV).
Celles-ci font partie des 10 technologies numériques les plus stratégiques de l’industrie 4.0 : elles permettent d’augmenter les possibilités de communication, d’échange et de coopération entre les personnes elles-mêmes, les personnes et les machines, et même entre les machines et les objets industriels.
Mais de quoi parle-t-on ? S’appuyant sur le réel en y intégrant des éléments 3D virtuels, la technologie de la réalité augmentée permet de mélanger le virtuel à ce qui existe vraiment. En d’autres termes, elle offre aux utilisateurs de visualiser et d’interagir, dans l’environnement réel, avec des objets 3D plus facilement qu’ils ne le peuvent avec une simulation ou un écran d’ordinateur. Par exemple, dans l’exemple ci-dessous, l’opérateur voit, étapes par étapes, comment remplacer le capteur du module de presse de la chaîne de production sur laquelle il effectue sa maintenance.
Pour cela, plusieurs dispositifs servent de support : les smartphones, les tablettes et les lunettes ou casque de réalité augmentée – comme le Microsoft Hololens ou le Varjo-XR1. Le principe de base de la réalité augmentée consiste à capturer des images du monde réel à l’aide de caméras, puis de reconnaître des points d’intérêts – zone à fort contraste dans une image – afin d’identifier la position et l’orientation de la caméra, pour enfin ajouter des objets virtuels au sein du monde réel.
Ces derniers se comportent alors comme s’ils existaient au sein de ce monde réel et se déplacent de manière cohérente lorsque la caméra est en mouvement.
La réalité virtuelle, quant à elle, permet aux utilisateurs de s’immerger totalement dans un environnement virtuel, de l’explorer et d’interagir avec les objets 3D. Cette technologie est réalisée, généralement, via des dispositifs d’affichage avancés, tels que des casques immersifs.
Une aide à la conception et à la production
Bien que les premières apparitions de réalité augmentée et virtuelle datent d’il y a plus d’une vingtaine d’années, leur application au secteur professionnel est récente.
Dans l’industrie, elles sont intégrées aux différentes phases de l’activité. Les outils de réalité virtuelle sont par exemple utilisés pour de la revue de projet industriel, de la collaboration à distance ou encore des études d’assemblage, d’ergonomie, de maintenabilité ou des études d’implantations d’atelier de fabrication. Par exemple, SAFRAN a réalisé, en réalité virtuelle, l’étude de la ligne d’assemblage de nacelles de l’Airbus A330neo. De cette manière les ingénieurs et opérateurs ont pu travailler ensemble pour concevoir une ligne d’assemblage sans défaut.
Cette technologie est également utilisée de la formation à l’exploitation ou à la maintenance de systèmes industriels. Un opérateur peut ainsi se former et s’entraîner en réalité virtuelle avant de travailler sur le système réel. Elle est aussi utile pour évaluer l’impact de l’intégration des outils de l’industrie du futur, par exemple, en testant la collaboration homme/robot de manière sécurisée dans un monde virtuel.
Dans la vidéo ci-dessous, par exemple, l’opérateur effectue en réalité virtuelle un assemblage assisté d’un bras robotique. Ainsi, s’il se positionne trop près du bras robot, il ne sera pas heurté par celui-ci puisque tout est virtuel. La RV permet aussi d’adapter l’ergonomie d’un poste de travail. L’analyse en temps réel de la posture de la personne permet de reconcevoir un poste adapté, afin de lui éviter des troubles musculo-squelettiques.
En matière de réalité augmentée, les usages en industrie concernent l’assistance pour la réalisation d’opérations de maintenance ou d’assemblage en délivrant des instructions et informations contextualisées sur les procédures à mettre en œuvre : guide d’assemblage, guide de maintenance. La RA est également utilisée dans le domaine de la logistique et de la préparation de kit de production ou de commande ou pour du contrôle de pièces ou d’opérations d’assemblage.
Globalement, la réalité virtuelle est donc principalement utilisée en phase de conception et de formation tandis que la réalité augmentée sert en phase de production.
Des outils de modélisation pour la construction
Dans le contexte de la construction ou de l’exploitation du bâtiment, les technologies de RA ou RV s’avèrent des outils efficaces permettant de visualiser des situations complexes, sur les chantiers ou en amont, et ainsi de renforcer les connaissances en matière de prévention des risques.
Ces technologies permettent de mieux appréhender le contexte physique de l’activité de construction, de la tâche ou de la structure sur site afin de prendre des décisions de conception plus éclairées et plus précises.
Leur déploiement permet par ailleurs un gain de productivité et une présentation efficace du futur bâtiment aux clients.
Dans ce contexte, les questions de recherche que nous adressons au sein de notre équipe de recherche portent sur la modélisation et la problématique d’exploitation unifiée des données, informations et connaissances dans des environnements virtuels ou augmentés. Cette exploitation unifiée permettra, à terme, de créer des guides en réalité augmentée et des formations en réalité virtuelle à partir de données communes afin d’assister les opérateurs et employés de l’entreprise.
Nous nous intéressons également aux méthodes et outils dédiés à la conception d’environnements virtuels au sein desquels plusieurs utilisateurs pourraient collaborer, échanger et mener des actions conjointes.