Des étudiantes et étudiants de l'ETH Zurich accélèrent l'innovation dans le secteur privé

L'innovation est essentielle pour que les entreprises restent prospères à long terme. En même temps, l'innovation exige des investissements importants et comporte beaucoup de risques. «Un projet d'innovation peut rapidement coûter 2 millions de francs suisses, et il faut attendre deux bonnes années avant de savoir si la nouvelle idée peut être transformée en un produit commercialisable avec des clientes et clients payants», explique Ian Roberts, directeur de la technologie au sein du groupe Bühler. Bühler est une entreprise technologique suisse et un producteur mondial de premier plan de machines pour l'industrie alimentaire et d'autres secteurs.

Minimiser le risque des décisions d'investissement

Comment les entreprises peuvent-elles accélérer leurs processus de développement et d'innovation tout en minimisant les risques ? Cette question est au cœur des recherches menées par Mirko Meboldt, professeur de développement de produits et de construction à l'ETH Zurich. Mirko Meboldt dirige le Feasibility Lab de l'université, qui aide les entreprises à tester leurs idées d'innovation.

Dans ce laboratoire du monde réel, des étudiants et étudiantes et des post-doctorantes et post-doctorants collaborent avec des clients et clientes pour développer des prototypes rudimentaires qui imitent les fonctions de processus industriels devant être modifiés ou améliorés. Lors de la construction de ces prototypes à fonction critique, comme on les appelle, tout ce qui n'est pas essentiel pour tester une certaine hypothèse ou une idée innovante est omis. Le laboratoire de faisabilité appelle cette stratégie lean de-risking.

L'année dernière, le Feasibility Lab et le groupe Bühler ont lancé une collaboration appelée BEXL - Bühler Exploration Lab afin de tester comment la stratégie de lean de-risking pourrait fonctionner dans le processus d'innovation interne de l'entreprise. Actuellement, une équipe de huit étudiants et étudiantes, dirigée par trois cheffes et chefs de projet expérimentés du laboratoire de l'ETH Zurich, travaille à CUBIC, le campus d'innovation de Bühler à Uzwil. À la fin de l'année 2023, ils et elles ont présenté leurs premiers résultats à la direction de Bühler.

Traduire des idées folles en prototypes

Les produits traités par une extrudeuse, tels que les aliments pour animaux ou les céréales, peuvent-ils être séchés à la vapeur plutôt qu'à l'air chaud ? D'un point de vue physique, cette méthode a le potentiel d'être plus efficace sur le plan énergétique. Pour vérifier si ce concept théorique peut être converti en un produit utile, les étudiants et étudiantes de l'ETH Zurich ont construit une installation d'essai modulaire dans laquelle les différentes parties du système peuvent être rapidement testées.

Elles et ils ont généré de la vapeur à 160 degrés à l'aide d'un thermoplongeur relié à un four. Il est essentiel que les bandes transporteuses acheminent le matériau dans le four sans que la vapeur ne s'échappe. Si de la vapeur s'échappe, les gains d'efficacité énergétique seront perdus. Les étudiantes et étudiants ont eu besoin de deux semaines pour démontrer que la méthode fonctionne. Ils et elles ont également pu le faire à peu de frais, en achetant leur four en solde pour seulement 70 CHF.

L'application pratique est essentielle

«C'est un excellent exemple de la façon dont nos étudiantes et étudiants peuvent transformer des idées folles en prototypes qui se concentrent sur l'obtention d'informations clés», déclare Kai von Petersdorff-Campen, l'un des trois chefs de projet du laboratoire de faisabilité. «Mesurer les résultats de ces expériences crée une base sur laquelle le prototype peut être développé en un produit réel dans une série de sprints».

Mirko Meboldt se réjouit que les méthodes du laboratoire fonctionnent également dans le monde réel. «Pour nous, il est absolument essentiel de travailler sur des projets réels qui montrent que les nouvelles méthodes peuvent donner des résultats», déclare-t-il, ajoutant que les chercheurs et chercheuses du secteur privé doivent également accorder une grande attention à ces méthodes pour garantir leur succès. Cela fonctionne mieux s'ils et elles ont la possibilité de contribuer à des projets réels, ajoute-t-il.

La curiosité comme moteur

Les étudiants et étudiantes ne se voient pas confier de questions à traiter par des chefs et cheffes de projet ou des professeures et professeurs. Ce sont les 24 unités commerciales de Bühler qui leur proposent des idées de projets d'innovation. Soixante projets ont été mis en place jusqu'à présent, certains plutôt simples, d'autres plus complexes. Les étudiantes et étudiants disposent d'une grande liberté pour hiérarchiser les projets comme ils et elles l'entendent, la curiosité et l'expertise étant les facteurs décisifs.

Les étudiants et étudiantes travaillent en étroite collaboration avec les ingénieures et ingénieurs de Bühler lorsqu'ils et elles élaborent leurs solutions. Dans un premier temps, ils et elles posent des questions aux ingénieures et ingénieurs jusqu'à ce que tout le monde ait le même niveau de compréhension des problèmes à l'origine de l'idée originale. En fonction de leur complexité, les idées sont explorées sous différentes formes, allant d'ateliers d'une heure à des projets d'une semaine.

Reconnaître les facteurs critiques

L'une des premières unités commerciales qui a contacté les étudiants et étudiantes était responsable des céréales et des légumineuses. Il s'agissait de mettre au point un appareil que les meuniers pourraient utiliser pour déterminer la qualité de l'avoine à la livraison afin de fixer un prix approprié.

La première question des étudiantes et étudiants a été de savoir ce qu'un tel appareil devait mesurer exactement. Outre le rapport entre les grains et les paillettes, la qualité de l'avoine est également déterminée par la facilité avec laquelle il est possible de séparer les enveloppes des grains, ce qui influe sur la facilité de traitement. L'objectif du projet était donc de traduire ces critères de traitement dans un petit appareil d'essai.

«Nous avons pu identifier l'accélération du grain comme une fonction critique», ont expliqué Arne von Hopffgarten et Diego Verzaroli lors de la présentation de leur premier prototype, qu'ils ont fabriqué en carton et alimenté par pression d'air. Après plusieurs essais concluants, ils ont construit un deuxième prototype - à l'aide de produits provenant d'une quincaillerie - conçu pour imiter le processus de décorticage. Ils ont ensuite construit un troisième prototype, plus sophistiqué, dont les résultats de décorticage sont comparables à ceux d'une machine industrielle.

Lean de-risking : une approche qui a fait ses preuves

«Cette approche étape par étape est un excellent exemple de ce que nous entendons par lean de-risking (réduction des risques), explique Kai von Petershoff-Campen. L'effort consacré à une expérience doit être sainement proportionnel à l'état actuel des connaissances. C'est ce que les chercheurs appellent la zone intelligente.

Pour le premier prototype, les deux étudiants n'ont eu besoin que de 18 heures et l'ont construit en carton. Le deuxième prototype était prêt après 40 heures de travail. Ce n'est qu'après ces succès qu'ils se sont attaqués au troisième prototype, qui a nécessité un investissement de 400 heures. À chaque étape, ils ont réduit l'incertitude, ce qui a justifié d'investir plus de temps et d'efforts dans le prototype suivant.

«Je suis ravi de la façon dont les étudiants et étudiantes de l'ETH Zurich se sont intégrées à la communauté Bühler, et je suis très impressionné par la rapidité avec laquelle ils ont pu développer des prototypes apportant des réponses à des questions fondamentales», déclare Ian Roberts. «Avec nos méthodes de développement habituelles, un projet comme le décortiqueur d'avoine aurait certainement pris deux ans au lieu de deux mois, et il aurait englouti beaucoup plus d'argent dans le processus». L'unité commerciale développe actuellement un produit basé sur les résultats des tests du prototype, qu'elle devrait présenter à son premier client au printemps prochain.

Ouvrir des possibilités de collaboration avec d'autres entreprises

Le chief technical officer (CTO) de Bühler estime que les petites entreprises de l'industrie suisse des machines pourraient également bénéficier d'une telle collaboration. «Nous étudions actuellement l'idée d'ouvrir CUBIC aux entreprises partenaires de Swissmem pour leur donner la possibilité de collaborer avec l'ETH Zurich ici à Uzwil», explique-t-il.

L'ETH Zurich est également ouverte à l'élargissement de l'initiative. «Nous sommes très heureux que notre approche se soit avérée efficace dans la pratique et qu'elle puisse être utilisée pour soutenir les entreprises industrielles en Suisse», déclare Mirko Meboldt. Les étudiantes et étudiants sont également enthousiastes, dit-il, et ont acquis de nombreuses connaissances grâce à leur travail dans le monde réel.