L'IA aide à la substitution de matériaux
Il existe de nombreuses raisons pour lesquelles les entreprises doivent remplacer certaines matières premières ou matériaux par d'autres. La recherche d'alternatives est fastidieuse et n'aboutit souvent à aucun résultat. Une équipe de recherche du Fraunhofer IPA a développé un outil de substitution de matériaux assisté par l'IA.
Le cobalt est utilisé dans les batteries lithium-ion des véhicules électriques et joue donc un rôle important dans la transition énergétique. Mais ce métal gris argenté fait partie des matières premières critiques pour plusieurs raisons : Le cobalt est rare. Il ne représente que 0,004 % de l'ensemble de la croûte terrestre. Les réserves mondiales connues de cobalt sont estimées à 7,2 millions de tonnes. Plus de la moitié de ces réserves, soit environ quatre millions de tonnes, se trouvent sur le territoire de la République démocratique du Congo. Les conditions de travail dans les mines de ce pays instable d'Afrique centrale sont souvent mauvaises et les dommages environnementaux causés par l'extraction du minerai sont importants.
Qu'il s'agisse d'un manque de sécurité d'approvisionnement, de prix trop élevés sur le marché mondial, de préoccupations éthiques, d'interdictions ou d'innovations de produits avec de meilleures propriétés de matériaux : Les entreprises ont de nombreuses raisons de rechercher des matériaux alternatifs. "Il existe certes des bases de données auxquelles les développeurs de produits peuvent se référer pour leurs recherches. Mais elles ne fournissent souvent pas de résultats utilisables, car elles ne tiennent pas compte du cas d'application précis dans l'entreprise", explique Charlotte Schmidt de l'équipe de recherche Sustainability and Material Compliance Management à l'Institut Fraunhofer pour les techniques de production et l'automatisation IPA à Stuttgart.
L'IA passe au crible les publications scientifiques
Afin de faciliter la recherche et d'obtenir des résultats plus appropriés, Schmidt a développé avec deux collègues un outil de substitution de matériaux assisté par IA. Par le biais d'un masque de saisie, les utilisateurs doivent d'abord fournir des détails spécifiques sur le matériau ou la matière première qu'ils souhaitent remplacer, puis indiquer les propriétés requises du matériau de substitution ainsi que des informations sur le contexte de l'utilisation souhaitée du matériau. S'ensuit une recherche d'IA qui permet d'explorer la base de données "Semantic Scholar" en fonction des données spécifiques et des exigences des utilisateurs. En comparant les données de l'utilisateur avec les informations disponibles dans la base de données, l'IA identifie les matériaux alternatifs appropriés.
La connexion IA pour la substitution de matériaux n'est qu'une des nombreuses composantes avec lesquelles les chercheuses aident les entreprises à trouver des matières premières, des matériaux ou des substances chimiques de substitution. En effet, une fois que l'IA a rempli sa mission, elle soumet les substituts proposés ainsi que les matériaux de base à une évaluation complète dans laquelle elle prend en compte les aspects juridiques, écologiques et sociaux ainsi que la sécurité d'approvisionnement. Dans le cadre d'un échange étroit avec l'entreprise concernée, les scientifiques vérifient ensuite dans quelle mesure les matériaux proposés répondent exactement aux exigences spécifiques. Un rapport est rédigé à la fin du processus. Celui-ci présente les substituts les plus appropriés ainsi que l'évaluation des différents critères. Les scientifiques offrent ainsi aux entreprises une base de décision fondée.
Les premiers tests le montrent : La connexion à l'IA est prometteuse
Comme alternative au cobalt, l'outil de substitution de matériaux assisté par IA propose notamment du fer. "Ce n'est certes pas une découverte récente que l'oxyde de lithium-nickel-manganèse-cobalt peut être remplacé par du phosphate de lithium-fer pour les cathodes des batteries", explique Schmidt. "Mais ce résultat et d'autres nous ont montré que la connexion IA est prometteuse dans la recherche de matériaux alternatifs".
À propos du projet de recherche
L'outil de substitution de matériaux assisté par l'IA a été créé dans le cadre du projet de recherche "Usine ultra-efficace - Deep Dive", qui a débuté en avril 2024 et se poursuivra jusqu'à fin août 2025. Le projet de recherche est soutenu par le ministère de l'environnement, du climat et de l'énergie du Bade-Wurtemberg avec un total de 1,4 million d'euros. D'autres partenaires économiques et scientifiques sont également impliqués dans le projet.
