Magazine Mercredi 29 août 2018 - 07:00

Comment une blockchain peut-elle renforcer le développement de la fabrication additive ?

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La blockchain, technologie de stockage et de transmission d’informations, transparente, sécurisée et fonctionnant sans organe central de contrôle, devient un espace innovant et ouvrant une potentialité infinie aux applications sociales, manufacturières et financières. Son impact sur l’industrie de la fabrication additive ne devrait pas être moindre. Explications !

La blockchain – telle qu’elle a été conçue par Nakamoto – est une base de données possédant des millions d’enregistrements, autrement dit des « blocs ». Grâce à une blockchain, de très nombreuses personnes peuvent entrer des informations dans des registres distribués, rédigés et partagés par une communauté au sein de laquelle chaque membre conserve sa propre copie de l’information que tous les membres ont validée collectivement. Ces informations peuvent être des transactions, des contrats, des actifs, des identités ou tout autre élément pouvant être décrit sous forme numérique. Les entrées sont permanentes, transparentes et consultables, ce qui permet aux membres de la communauté d’afficher les historiques des transactions dans leur intégralité.

Chaque mise à jour constitue un nouveau « bloc », rajouté à la fin de la « chaîne ». Il s’agit d’un protocole officiel et transparent qui gère la façon dont les nouvelles modifications ou entrées sont lancées, validées, enregistrées et distribuées. Parallèlement aux blockchains, il existe la Distributed Ledger Technology(DLT – registre distribué, en français). Initialement considérée comme une technologie de niche pour alimenter les cryptomonnaies, elle intégrée permet de conserver l’enregistrement final et immuable de toutes les transactions dans une base de données répartie sur un réseau d’ordinateurs – plutôt que dans un système centralisé. Elle permet la validation de tous types de transactions sans avoir besoin d’un intermédiaire. En un mot, la DLT représente la « désintermédiation » de toutes les transactions. Elle peut être utilisée pour améliorer les opérations d’une entreprise, les services d’une industrie ou encore la qualité des services publics. Elle fournit une expérience transactionnelle de haut niveau. Pour certains, la DLT n’est rien d’autre qu’un blockchain ; pour d’autres, les systèmes de registre distribué ne reposent pas nécessairement sur une chaîne de blocs (linéaires) permettant d’assurer avec succès l’exécution d’un consensus distribué

À l’origine, les crypto monnaies

L’idée de créer une monnaie numérique anonyme sans système de contrôle centralisé, à l’origine un rêve de « Cyberpunk » cité par Tim May dans son Manifeste Crypto-Anarchiste, nécessitait une ou plusieurs technologies sous-jacentes permettant d'assurer la fabrication d’une monnaie numérique, la sécurisation du registre et l'authentification des propriétaires. La monnaie numérique est une série de bits stockés dans la mémoire d’une ou plusieurs machines. Comme toutes les autres ressources numériques, elle peut être copiée, reproduite et – ce qui est plus dangereux – truquée. Sans centrale de compensation ou autres intermédiaires capables de valider les transactions et de mettre à jour les soldes des comptes, toute personne en possession d’une unité de monnaie numérique aurait la possibilité d’envoyer simultanément des fonds à deux bénéficiaires, créant ainsi un problème de double dépense.

Techniquement, chaque système de paiement en ligne décentralisé doit résoudre ce problème de double dépense sans recourir à un intermédiaire centralisé. Dans le même temps, le montant total de la monnaie en circulation à un moment donné doit être fixé ou contrôlé par un logiciel, afin d’empêcher toute tentative visant à générer des fonds supplémentaires non autorisés et qui aboutirait à une dévaluation de la monnaie. L'enregistrement sécurisé des transactions est également nécessaire, afin d'assurer le suivi de toutes les devises numériques circulants dans le système. En l'absence d'une autorité de confiance ou d'une chambre de compensation, tous ces éléments sont essentiels pour permettre de connaître les bénéficiaires ou possesseurs de monnaie numérique en circulation. Un mystérieux développeur, nommé Satoshi Nakamoto a résolu le problème en 2008 en créant le « Bitcoin » : Nakamoto présente son invention comme « une monnaie numérique décentralisée qui pourrait fonctionner sans avoir besoin d’un intermédiaire centralisé ». Son système repose sur un réseau d’ordinateurs permettant de valider et de conserver les enregistrements de toutes les transactions en bitcoins, dans une base de données, éliminant ainsi la contrainte d'un contrôle centralisé.

De la blockchain à la fabrication additive

Le protocole Nakamoto pourrait être étendu à tous les systèmes utilisant ou échangeant des éléments numériques, par exemple à la production ou – ce qui nous intéresse le plus – à la chaîne de valeur de la fabrication additive. Tous les processus de conception additive commençant par la création et / ou la modification d’un fichier généralement au format Standard Triangulation Language (.stl), 3D Manufacturing Format (.3mf), ou encore fichier pour la fabrication additive (.amf), la blockchain prend tout son sens et permet d'envisager les évolutions futures.

La fabrication additive est l’une des technologies de production les plus révolutionnaires, avec une croissance annuelle de 21 %, selon le rapport 2018 de Wohlers. Basée sur le transfert de fichiers et de données, plus que sur la simple fabrication physique, elle nécessite des réseaux numériques solides et fiables. Par conséquent, des réseaux de fabrication numérique à plus grande échelle et sécurisés sont nécessaires pour permettre la progression des applications actuelles – déjà couronnées de succès – en particulier dans des secteurs d'importance tels que l'automobile, l’aéronautique ou encore le médical.

Des billions de données

Les bases de données sont les épines dorsales de chaque plate-forme, site web, application et autres services en ligne. Elles sont généralement maintenues par des intermédiaires centralisés, tels que les grandes entreprises d’Internet ou les opérateurs de cloud computing comme Amazon, Microsoft et Google. Une étude IDC Data Age 2025 montre qu’environ 25 zettabytes de données (un zettabyte – ZB – est égal à un billion de gigabytes) existent, aujourd’hui, dans le monde de la « datasphere ». Le groupe IDC prédit une forte hausse des données, notamment avec les caméras de sécurité, les compteurs intelligents, les vêtements portables, les implants médicaux, etc. La prévision est de 163 ZB d’ici 2025.

La blockchain offre une infrastructure innovante pour le stockage des données et la gestion des logicielles, réduisant ainsi le besoin d’« intermédiaires centralisés ». Pour le cabinet Gartner, la blockchain est l’une des technologies émergentes clés (comme on le voit sur le cycle de hype ci-dessous), tout comme l’intelligence artificielle et la réalité augmentée, qui se situent à « dix ans de l’adoption générale, mais dont le potentiel pourrait créer un marché de plusieurs milliards de dollars ».

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Pouvons-nous faire confiance aux blockchains ?

Les blockchains modifient les dynamiques traditionnelles en profondeur. Soutenues par une nouvelle génération d’applications, elles permettent de stocker durablement des données non reproductibles, de manière transparente. La plupart des réseaux basés sur les blockchains, sinon tous, proposent des systèmes pouvant être utilisés pour coordonner des personnes ou des machines. Ces derniers, lorsqu'ils sont combinés, permettent le déploiement de logiciels autonomes. Les « chaînes de blocs » constituent un nouvel outil puissant, offrant une activité économique et sociale qu'il serait difficile de réaliser dans d’autres contextes. Lorenzo 

Foti, célèbre expert de la blockchain, explique pourquoi les utilisateurs sont rassurés.  Avec la Blockchain, le registre – qui ne se situe pas sur un seul serveur, mais sur un réseau d'ordinateurs hébergeant chacun une copie du registre lui-même – se retrouve sur Internet et peut être consulté par tout le monde. Une personne souhaitant falsifier une transaction devrait le faire sur tous les ordinateurs du réseau. La blockchain offre ainsi les mêmes garanties qu'une autorité centrale, ce qui rassure les utilisateurs.

La différence entre les plates-formes existantes et les blockchains

Aujourd’hui, les services en ligne sont principalement fournis via un modèle client-serveur. Pour interagir sur Internet, les utilisateurs s’appuient sur des autorités de confiance ou des intermédiaires, qui assument différents rôles. Certains de ces intermédiaires sont chargés de créer des marchés entre acheteurs et vendeurs, comme eBay ou encore Uber. D’autres sont chargés de stocker et de conserver des référentiels d’informations collectées sur des sites web, comme Facebook, YouTube et Wikipedia. Les blockchains, qui sont supportés par un réseau d’ordinateurs reliés entre eux par un protocole logiciel global, fonctionnent sous une structure hiérarchique différente. Ces bases de données, dont la maintenance ou le fonctionnement ne dépend pas d'une autorité centrale, fonctionnent à l’échelle mondiale et s’étendent au-delà des frontières nationales. Toute personne disposant d’une connexion Internet peut récupérer des informations stockées sur une chaîne de blocs simplement en téléchargeant des logiciels en open source. Les blockchains peuvent prendre en charge des services de plus en plus « désintermédiés » et globaux : les fournisseurs de services peuvent s’appuyer sur une blockchain pour stocker des informations, transférer de la valeur ou coordonner des activités sociales, politiques ou économiques, sans avoir besoin de passer par des systèmes centralisés.

Comment la blockchain peut-elle soutenir la fabrication additive ?

Si la blockchain est aujourd'hui bien connue et fortement documentée, son implication dans la fabrication additive est encore moindre. Elle offre pourtant des opportunités à analyser en profondeur. Dans le cadre d'une étude récente du comité ITRE (la Commission de l’industrie, de la recherche et de l’énergie du Parlement européen) et d'une recherche financée par l’EASME (l’Agence exécutive pour les petites et moyennes entreprises de la CE), la Commission européenne a évalué certains des principaux défis pouvant compromettre le la fabrication additive et l’impression 3D. La blockchain permettrait de lever ces obstacles.

• Sécurité des réseaux. De la conception à la production finale en fabrication additive, les fichiers sont facilement transmis et téléchargés, en un clic de souris. La nature numérique de la technologie implique que les pièces et les produits sont plus faciles à partager et à transmettre, ce qui permet la création de réseaux d’approvisionnement numériques. Cependant, en l’absence d’un cadre solide de protection des données, un tel processus de conception et de fabrication numérique implique également un risque de vol ou d’altération des données. La Distributed Ledger Technology(DLT), avec son bon niveau de cryptage et d'automatisation, introduit un paradigme informatique qui, en assurant la transparence et la confiance mutuelle ainsi que la sécurité et la protection des consommateurs et de l’environnement, pourrait jeter les bases d'une véritable démocratisation des données.

• Développement et protection des droits de propriété intellectuelle. Les DPI ont été identifiés comme des obstacles actuels à l’adoption de la fabrication additive, en particulier dans les secteurs des moules et de l’automobile ; où les principaux problèmes de propriété intellectuelle concernent les dessins et les droits d’auteur (les conceptions pouvant être volées, et les pièces, ou les outils, facilement reproduits). Le secteur dentaire, la mode, les biens de consommation, les constructions 3D, les produits de décoration... sont également des domaines exposés aux problèmes de DPI. La blockchain pourrait jouer un rôle important en permettant d'assurer la protection de la propriété intellectuelle ainsi que la gestion des licences, des paiements, et par là même la sécurisation des données personnelles. Autre avantage lié à la blockchain : la réduction notable des délais d'octroi de brevets et des coûts d'enregistrement, qui affectent particulièrement les PME européennes et les petits centres de R&D.

• L’accès aux bons investisseurs et aux finances, qui représente un défi pour les industries européennes, les PME et surtout les start-up. Selon Carlos Moedas, commissaire européen à la recherche, à l'innovation et à la science, « en Europe, nous avons un problème d’échelle, de fragmentation et de manque de fonds privés dans le capital-risque. En 2014, les investissements en capital-risque dans l’Union européenne se sont élevés à environ cinq milliards d’euros. Aux États-Unis, vingt-six milliards d’euros ! La taille moyenne d’un fonds de capital-risque en Europe était de soixante millions d’euros alors qu’aux États-Unis, il est du double, cent vingt millions d’euros ». Ce sont là les principales raisons qui ont conduit au lancement du programme de fonds paneuropéens de capital-risque, à hauteur de 1,6 milliard d’euros, par l’intermédiaire du Fonds européen d’investissement. Si elles sont utilisées de manière stratégique, les cryptomonnaies, activées par la blockchain pourraient également fournir une nouvelle source de financement, qui permettrait d'affecter plus rapidement davantage de capitaux de manière plus ciblée. Sur ce point, au niveau de l’UE, des initiatives spécifiques ont été lancées pour l’exploration des DLT, notamment « Blockchain4EU », « EU Blockchain Observatory Forum », « Blockchains for Social Good » et l’« Étude sur l’opportunité et la faisabilité d’une infrastructure de blockchain de l’UE ».

• Développement de fichiers nécessitant un support multiple. Les fichiers et les applications de fabrication additive, ainsi que l’optimisation des fichiers pour l’utilisation des différents systèmes, nécessitent souvent une approche coopérative et une série d’interventions de différents professionnels. Le logiciel open source à la base de la blockchain permet des interventions multiples, une optimisation collective et la finalisation du fichier de base.

• L’utilisation contextuelle de plusieurs imprimantes dans différents endroits. La fabrication additive est parfaite pour la personnalisation de masse et pour la fabrication de petites séries de pièces. La production de masse et la répétabilité du processus sont une des limites de la technologie. La blockchain permettrait de faire fonctionner plusieurs imprimantes, toutes connectées, en même temps. Ce système pourrait impacter les chaînes d'approvisionnement en ouvrant la voie à la fabrication de plus grandes séries de pièces en répondant ainsi à une demande plus large au niveau mondial.

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Applications pratiques de la blockchain et de la fabrication additive

3D-TOKEN

Le projet 3D-TOKEN, porté par l’entreprise italienne Politronica Srl, est une étude de cas intéressante. Il a pour but d’intégrer la blockchain et la fabrication additive, ou impression 3D, afin de créer une usine numérique en ligne, reliant plusieurs imprimantes à travers le monde. Dans ce projet, un centre de réseau d’imprimantes 3D de bureau géré par blockchain pourrait être à la base d’une fabrication numérique de petite et moyenne échelle. Politronica Srl dispose actuellement d’un réseau de 100 imprimantes 3D ; la société prévoit pour 2019 3 000 unités connectées, 1 000 membres au sein du réseau et une capacité de production pouvant atteindre 300 tonnes de bioplastiques. Un accord a été signé avec la chaîne de design Flying-Tiger Copenhagen, qui gère 600 magasins à travers le monde. Le projet 3D-TOKEN utilisera une cryptomonnaie, basée sur l’Ethereum Blockchain (ETH).  Politronica Srl commencera bientôt à étendre son réseau de nouveaux Workforce Network Robots, d’abord dans le nord de l’Italie, puis en Europe.

Cubichain Technologies et CalRAM

La blockchain a également été utilisée par Cubichain Technologies et CalRAM avec le déploiement d’un réseau blockchain décentralisé et immuable pour faciliter le transfert et le stockage des données nécessaires à la distribution de pièces aéronautiques en titane imprimées en 3D. 

Le réseau blockchain open source Multichain utilisé par Cubichain Technologies et CalRAM étend le protocole Bitcoin en permettant aux start-up, aux développeurs et aux utilisateurs de stocker plus de données dans la structure transactionnelle, en dehors des informations financières. Pour les cas d’utilisation commerciale, la taille des blocs et la capacité des métadonnées établissent la quantité de données qui peuvent être déposées puis stockées dans un bloc connecté à une chaîne. Afin de souligner les avantages en termes de sécurité, l’objectif final de CalRAM et de Cubichain Technologies est de faire disparaître la contrefaçon dans le secteur de l'industrie aéronautique.

La ville de Turin

La ville de Turin s’intéresse également à la blockchain et aux technologies innovantes, qui pourraient avoir un impact sur l’administration publique. À l’occasion de sa fête patronale le 24 juin 2018, Turin a organisé un spectacle insolite avec deux cents drones volant dans le ciel de la ville. Ce Drone Show, produit par Intel, s’est terminé par un message délivré par les machines : « Turin : le futur est là ». Pour la maire de Turin, Chiara Appendino, il est important que la ville soit « un laboratoire d’innovation, ce qui signifie offrir aux industries technologiques l’opportunité de développer leurs projets ».

Cette initiative a été coordonnée par Paola Pisano, adjointe à la mairie de Turin en charge de l’innovation et de la Smart City, qui a également porté un projet d’analyse sur la blockchain et un appel aux entreprises. « Depuis juin 2017, la ville de Turin aborde la blockchain en étudiant ses avantages, ses risques et ses domaines d’application », a expliqué Mme Pisano. Le 15 décembre 2017, le premier événement en Italie sur la blockchain a été organisé : la conférence Blockchain for Social Good, qui a rassemblé de nombreux intervenants : des administrations publiques, des universités, des entreprises privées, des organisations à but non lucratif et des organismes de recherche. « À cette occasion, un concours pour développer des solutions innovantes, à fort impact social et utilisant la technologie blockchain, a été lancé. Le gagnant recevra un montant de cinq millions d’euros, remis par la Commission européenne. Dans ce sens, la ville de Turin a lancé deux applications expérimentales sur la blockchain : CRIO, un outil pour la lutte contre la cyber-intimidation sur les réseaux sociaux, et Co-City, un projet favorisant de nouvelles formes d’administration partagée avec les citoyens. La ville de Turin cherche à intégrer pleinement la blockchain dans sa stratégie d’innovation pour attirer les entreprises et les starts-up », conclut Paola Pisano.

Contenu Encadré

GE dépose un brevet pour appliquer la blockchain à la fabrication additive

Un brevet a été publié en juin 2018, au nom de GE, dans l’Office des brevets et des marques des États-Unis. Celui-ci met en avant qu'un registre basé sur une technologie blockchain permettrait de contrôler la qualité et la provenance des pièces imprimées en 3D. Selon la description du brevet de GE, elle permettrait d’enregistrer diverses informations : l’auteur de l’impression, les paramètres, les matériaux utilisés, etc., et ainsi de pister et certifier les objets. Elle offrirait notamment la possibilité de vérifier qu’une pièce de rechange a bien été fabriquée en utilisant le bon fichier, les bons supports de fabrication ainsi qu'un dispositif de fabrication additive correctement configuré.

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