Le monde a besoin de réponses à des questions urgentes concernant l’énergie, la santé, l’alimentation et la mobilité ; la liste des thèmes d’actualité est longue. Lorsqu’il s’agit de trouver des solutions innovatrices, l’art de l’ingénierie allemand est très prisé dans le monde entier. En technologie écologique, biotechnologie et médecine, l’Allemagne se place en tête pour ce qui est de la recherche de pointe mondiale. En plus des nombreux instituts de recherche allemands, dont la réputation est mondiale, maints scientifiques créatifs développent dans le privé des technologies d’innovation et d’excellence. Rien qu’en 2010, plus de 12 500 brevets déposés auprès de l’Office européen des brevets prouvent la force d’innovation des entreprises allemandes. Au total, quelque 299 000 scientifiques travaillent en Allemagne dans des laboratoires de recherche privés et publics. Les industries mettant l’accent sur la recherche représentent, avec près de 15 pour cent, une part importante de la création de valeur totale. Ainsi, l’Allemagne se place devant le Japon et les États-Unis.
Les technologies modernes sont la clé permettant de maîtriser les défis mondiaux ; c’est par sa stratégie en matière d’high-tech que gouvernement allemand crée les conditions politiques et sociales pour des innovations importantes. La stratégie définit des projets d’avenir globaux auxquels des sociétés, des universités et des instituts de recherche travaillent déjà intensément. Cela va de l’alimentation efficace en énergie à l’objectif d’atteindre d’ici 2020 le chiffre d’un million de véhicules électriques sur les routes allemandes, en passant par la médecine personnalisée, complètement adaptée au patient, et par les techniques permettant aux personnes âgées de ne pas être dépendantes. Les pages suivantes présentent six secteurs de technologie qui démontrent l’étendue de la gamme des sites allemands d’innovation : technologies de l’automobil, technique médicale, construction mécanique, technologies écologiques, nanotechnologie et bionique. De nouveaux développements dans ces domaines sont capables d’améliorer considérablement notre vie au cours des prochaines années.///
Technologie écologique
FOCUS SUR L’EAU ET L’ÉNERGIE
L’énergie et l’eau sont des ressources qui, à l’avenir, seront de plus en plus précieuses. Les technologies écologiques doivent toutefois tenir compte de trois aspects : limite des matières premières, changement climatique et croissance mondiale de la population. Aujourd’hui déjà, l’électricité produite par le vent, le soleil ou la biomasse, les techniques écologiques pour l’eau et les installations de recyclage entièrement automatisées permettent de maîtriser les défis mondiaux. L’Allemagne arrive en tête pour les technologies écologiques et ses plus grands exportateurs représentent 16 pour cent du marché mondial.
Le changement d’orientation dans le domaine de l’énergie rend l’Allemagne exemplaire pour la production d’énergies renouvelables telles que les énergies éolienne et solaire et la bioénergie. Au cours des prochaines années, par exemple, d’immenses parcs éoliens seront installés près des côtes du nord de l’Europe et remplaceront l’énergie produite par plusieurs centrales nucléaires. Des sociétés allemandes livrent la technique nécessaire à cet usage. À l’avenir, les ressources renouvelables aussi serviront de carburant et fourniront de l’énergie pour la production d’électricité. Des cellules solaires spéciales développées par les chercheurs de l’institut Fraunhofer produisent du courant solaire particulièrement efficace. Toutefois, on ne dispose pas toujours de vent et de soleil. Les énergies renouvelables doivent donc être adaptées les unes aux autres grâce à des réseaux électriques « intelligents », appelés Smart Grids. Pour cela, les grands fournisseurs d’énergie allemands, mais aussi des fabricants de puces tels que Infineon, offrent des solutions. Les centrales conventionnelles deviennent elles aussi plus écologiques grâce à de nouvelles technologies : le système de captage du CO2, tel que celui développé par le groupe Linde en collaboration avec RWE et BASF, réduit par exemple les émissions des centrales à charbon. Le CO2 ainsi obtenu pourrait servir de base à des matières plastiques, comme le montre le projet « Dream Production » auquel participe Bayer AG. En 2011 a été inaugurée à Irsching, près d’Ingolstadt, une centrale dont la combustion des combustibles fossiles est la plus efficace du monde. La centrale à cycle combiné construite par Siemens a un rendement de plus de 60 pour cent.
Les entreprises allemandes, avec une part de marché mondial de 19 pour cent, sont également leaders pour ce qui est des technologies durables en matière d’eau. C’est surtout dans les pays émergents et en voie de développement qu’il y a un grand besoin de technologie pour le traitement des eaux usées. En effet, la pénurie et l’alimentation en eau des mégapoles requièrent des systèmes innovateurs pour l’obtention et la distribution d’eau potable, comme en offre par exemple Siemens. L’Allemagne est également pionnière en recyclage : des installations de recyclage à haute automatisation contribuent à ménager les ressources et à utiliser les déchets comme source de matières premières.///
Construction mécanique
PRODUIRE EN MÉNAGEANT LES RESSOURCES
Dans l’économique allemande, la construction mécanique joue un rôle-clé. Elle offre des biens d’équipement pour tous les secteurs de l’industrie et est de ce fait un partenaire commercial recherché dans le monde entier. Elle emploie quelque 920 000 personnes et a réalisé en 2010 près de 75 pour cent de ses ventes à l’étranger. En phase de développement, de nombreuses entreprises, dont font partie non seulement beaucoup de PME mais aussi des sociétés cotées en bourse comme ThyssenKrupp, Gildemeister ou Gea, attachent une importance primordiale à l’efficacité de l’utilisation des ressources dans la production. Des machines et des installations efficaces ménagent l’environnement et réduisent les frais d’énergie car la croissance n’est pas liée à une consommation d’énergie accrue. Pour cela il faut une combinaison optimale des composantes mécanique et électronique – ce que l’on appelle la mécatronique. Le secteur de la technologie est de plus en plus important, aussi bien pour les machines pour le traitement de l’acier que pour celui des aliments. L’automatisation et la robotique augmentent également l’efficacité à la production : dans l’industrie automobile ou chimique, des techniques modernes de fabrication ou des procédés utilisent aujourd’hui, par exemple, des systèmes très pointus de reconnaissance d’image. En utilisant la simulation sur ordinateur, des ingénieurs créent des processus de production complexes très efficaces, en particulier pour des moteurs, des arbres d’engrenage et des aubes de turbine. Pour la production en série de pièces automobiles en matériaux modernes, tels que les fibres de carbone, il est nécessaire d’avoir de nouveaux procédés, comme ceux développés par SGL Carbon, le spécialiste allemand. De même, pour la production de moteurs électriques et de batteries servant à accroître la mobilité électrique, les ingénieurs allemands livrent des équipements de fabrication d’une grande efficacité.
Les besoins en sources d’énergie et en métaux précieux sont aussi à l’origine des développements des ingénieurs en mécanique. Par exemple, de nouveaux navires de forage doivent, à l’avenir, mettre en exploitation des gisements de gaz, même dans les fonds marins. Tout comme des systèmes intelligents de transport ainsi que des machines minières commandées par capteurs augmentent la productivité sous terre. Même les tracteurs et les récolteuses gagnent en intelligence : équipés de capteurs et de GPS, ils peuvent être dirigés au centimètre près et épandre l’engrais avec exactitude – et cela sans chauffeur. Les moissonneuses-batteuses de haute technologie peuvent récolter jusqu’à 70 tonnes de grain à l’heure. Ainsi, la technique contribue à assurer les besoins mondiaux croissants en alimentation.///
Technologie de l’automobile et de la circulation
PLUS LÉGÈRE, PLUS ÉFFICACE ET ÉLECTRIQUE
La mobilité est synonyme de liberté, que ce soit en voiture, en train ou en avion. Mais, au cours des prochaines années, la protection climatique, la gestion de la circulation dans les mégapoles ainsi que l’augmentation des exigences en matière de sécurité et de confort marqueront les technologies de l’automobile et de la circulation de manière décisive. Pour l’automobile, la traction électrique va, à long terme, remplacer les moteurs à essence et à diesel. Tous les constructeurs automobiles allemands développent déjà des véhicules à moteur hybride ou à batterie électrique. Mercedes accélère aussi la technique des piles à combustible et veut, dès 2014 construire en série des véhicules à hydrogène. Cependant, les moteurs essence ou diesel jouent encore pour longtemps un rôle important. C’est pourquoi il doivent gagner en efficacité. Les constructeurs automobiles allemands sont particulièrement réputés pour leur technologie diesel à faible consommation de carburant. Grâce au « downsizing » des moteurs, on peut obtenir davantage de performance tout en réduisant la cylindrée. De plus, la construction à base de matériaux composites permet d’économiser davantage de carburant. La i3 de BMW doit être le premier véhicule fabriqué en série, essentiellement à partir de carbone léger au lieu d’acier.
Aujourd’hui déjà la technologie des puces sur la voiture est courante – de l’aide au stationnement à la gestion des moteurs. Et, grâce à Infineon, le second fabricant au monde de technique de semi-conducteurs automobiles est allemand. Des capteurs et des puces permettent d’avoir des systèmes intelligents d’assistance de conduite qui apportent davantage de sécurité et de confort : des véhicules-tests parviennent déjà à conduire sur autoroute de manière autonome. Les systèmes peuvent même, en cas de besoin, freiner automatiquement le véhicule, le conduire sur la bande d’arrêt d’urgence, le garer ou l’arrêter devant un poste d’appel d’urgence.
Pour le trafic ferroviaire, une technique hybride et la récupération d’énergie au freinage peuvent, tout comme sur les voitures, réduire la consommation en diesel des locomotives et les trains à grande vitesse peuvent couvrir de longs trajets de manière encore plus écologique. Des communications ferroviaires rapides entre les zones urbaines ainsi que le trafic à courte distance sur rails délestent les routes dans les agglomérations urbaines. Dans le transport aérien des matériaux plus légers, tout en étant résistants, et des moteurs économiques permettent de ménager l’environnement et de réduire les coûts. Du biokérosène à base d’huile d’algues ou de plantes pourrait remplacer les carburants fossiles. De plus, l’avion solaire « Solar Impuls », avec la participation d’entreprises allemandes, est le premier avion à avoir décollé, utilisant uniquement l’énergie solaire – de jour comme de nuit.///
Illustration : la cabine d’avenir d’Airbus
Technique médicale
LES INNOVATIONS EN SALLE D’OPÉRATION
High-tech médicale invasive au minimum en salle d’opération, fourniture d’imagerie moléculaire, prothèses intelligentes et artères coronaires artificielles : pendant que les nouveautés de la technique médicale sont sans cesse affinées et miniaturisées, le marché allemand pour la technique médicale atteint des dimensions de plus en plus grandes. L’Allemagne est le plus grand marché d’Europe et le troisième du monde. Le secteur est bien placé et est concurrentiel au niveau mondial, avec un taux d’exportation de plus de 60 pour cent. La demande en méthodes médicales et en équipements modernes augmente, essentiellement dans les pays émergents d’Asie et d’Amérique latine.
Le secteur de la technique médicale, où les PME sont largement représentées, offre une large gamme de produits qui, grâce à l’étroite collaboration avec des médecins et des cliniques, sont exactement adaptés aux besoins des médecins et des patients ; cela va des tables d’opération complètement automatisées aux logiciels, en passant par les instruments chirurgicaux high-tech et la technique de respiration et d’anesthésie. L’écographie en 3D permet, par exemple, d’obtenir en temps réel une représentation de l’intérieur d’un cœur qui bat et une nouvelle médecine high-tech invasive au minimum permet d’effectuer sur des patients un traitement rapide, léger et indolore. Des systèmes de navigation innovateurs apportent une aide aux O.R.L. tout comme aux chirurgiens spécialistes de la bouche et de la mâchoire ou aux neurochirurgiens et aux autres spécialistes. Ils rassemblent toutes les informations importantes sur un écran centralisé et permettent aux médecins d’éviter par exemple de faire des fautes d’incision lors d’une opération. Des implants cochléaires intelligents apportent une aide aux sourds et une simulation ciblée des cellules nerveuses s’impose de plus en plus dans les thérapies des patients souffrant de la maladie de Parkinson.
L’information et la communication IT ne sont pas seulement introduites dans les cliniques mais aussi dans le traitement des patients : les diabétiques, par exemple, peuvent déjà envoyer leur taux de glycémie à leur médecin par smartphone ou iPad. D’autres applications touchent aussi bien les tests auditifs, les examens de la vue que ceux des taches sur la peau. Grâce à des systèmes d’assistance, les seniors peuvent être plus longtemps indépendants, en bonne santé et rester mobiles. Des cycles d’innovation relativement courts vont soutenir la croissance de la technique médicale : les fabricants allemands réalisent environ un tiers de leurs ventes avec des produits n’ayant pas plus de trois ans – et la révolution de la technologie médicale vient tout juste de commencer. La peau artificielle provenant d’usines de tissus, des vaisseaux sanguins produits artificiellement et des valvules se reformant automatiquement ne sont plus une vision d’un futur lointain.///
Nanotechnologie
GRANDS PROGRÈS ET DIMENSIONS MINUSCULES
Les dimensions sont minuscules mais le potentiel est immense : les structures de la nanotechnologie mesurent quelques millionièmes de millimètre. Mais à l’échelle du nanomètre, les caractéristiques des matériaux, tels que le point de fusion ou la solubilité sont considérablement différentes. Les ingénieurs et les chercheurs allemands utilisent ce savoir comme progrès innovateur dans de nombreux domaines tels que l’optique, l’électronique, la technique de construction, la médecine, la pharmacie, la chimie, le textile, la construction mécanique, la technique de sécurité, la technologie écologique ou la biotechnologie. Dans ce récent secteur de technologie, l’Allemagne se place au troisième rang mondial, après les États-Unis et le Japon. Quelque 950 entreprises allemandes, dont de nombreuses petites et moyennes start-ups, se consacrent à des produits de nanotechnologie les plus divers. On utilise par exemple la nanotechnique comme technique de construction moderne : les nanomatériaux sur les vitrages des modules solaires permettent de pouvoir utiliser davantage de lumière solaire. Des chercheurs de l’université RWTH d’Aix-la-chapelle, entre autres, travaillent sur des nanoparticules permettant d’obtenir en médecine une nouvelle imagerie moléculaire pour le diagnostic individuel de maladies telles que celle d’Alzheimer et d’utiliser une thérapie sur mesure. Les traitements du cancer avec des nanoparticules ont montré de premiers succès lors d’études cliniques menées en collaboration avec le Centre allemand de recherche sur le cancer (DKFZ) à Heidelberg. Des accessoires techniques médicaux comme les sondes sont plus hygiéniques grâce à des nanorevêtements.
En matière de protection des végétaux, on peut utiliser des substances, sous nanocapsules, avec une plus grande efficacité et de manière plus écologique car elles peuvent atteindre avec exactitude l’endroit où elles doivent agir. La mobilité électrique, elle aussi, mise sur la nanotechnologie : des chercheurs de l’institut de technologie de Karlsruhe (KIT), par exemple, travaillent sur des nanomatériaux spéciaux devant, entre autres, allonger la durée de vie et la capacité de stockage des accumulateurs des véhicules électriques. Les particules minuscules permettent d’imprimer des circuits ultra-minces sur des feuilles et rendent encore plus plats les écrans de visualisation. Les nanomatériaux servent aussi à se protéger du plagiat : pour éviter les contrefaçons de médicaments ou de pièces pour automobiles ou avions on place des systèmes de marquage à base de nanomatériaux. En Allemagne on attache une grande importance à la sécurité des nanomatériaux : des études analysent les effets sur l’homme et l’environnement ainsi que les risques possibles. Le gouvernement allemand a, par exemple, avec son plan d’action « Nanotechnologie 2015 », présenté un concept afin d’utiliser la nanotechnologie sans que ce soit un danger pour l’homme ou l’environnement.///
Bionique
L’ENSEIGNEMENT DE LA NATURE
La nature est un immense laboratoire d’essai : au cours de millions d’années d’évolution elle a trouvé des solutions permettant aux organismes de vivre. Aujourd’hui les ingénieurs et les chercheurs profitent de cette capacité de développement. La bionique est la discipline qui allie la biologie et la technique et les ingénieurs allemands sont leaders dans le développement d’applications bioniques.
Les robots grimpeurs en sont un exemple : les pieds munis d’un film spécial à lamelles, semblables aux geckos, ils escaladent des façades de verre lisse. Il y a aussi les insectes qui perçoivent la lumière infrarouge et sont un exemple pour des capteurs infrarouge sur les avertisseurs d’incendie. La peau des requins, quant à elle, a inspiré les chercheurs du centre allemand de recherche aérospatiale (DLR) pour le développement de la surface appelée « riblets » : la faible résistance hydrodynamique de cette surface réduit, sur les avions et les navires, le frottement dans l’air ou l’eau. Une trompe d’éléphant a même servi de modèle au bras de robot développé par la société Festo, avec des chercheurs de l’institut Fraunhofer. Sa particularité : l’extrémité du robot ressemblant à une trompe se compose de doigts de grappin qui peuvent saisir même des objets fragiles.
À l’université technique d’Ilmenau des chercheurs développent pour des patients alités un support pouvant enregistrer les mêmes sensations qu’une peau humaine. Avec des capteurs, elle constate si la véritable peau du patient est bien irriguée. Si il y a un risque d’escarres, le support réactive automatiquement l’irrigation par des mouvements.///
Illustration : méduse bionique « Air Jelly » de Festo.
