L'industrie manufacturière a connu un été important. La loi CHIPS et Science Act, promulguée en août, représente un investissement massif dans l'industrie manufacturière américaine. Cette loi vise à développer radicalement l'industrie américaine des semi-conducteurs, à renforcer les chaînes d'approvisionnement et à investir dans la recherche et le développement de nouvelles avancées technologiques. Selon John Hart, professeur de génie mécanique et directeur du Laboratory for Manufacturing and Productivity au MIT, la loi CHIPS n'est que le dernier exemple en date de l'intérêt accru porté à l'industrie manufacturière au cours des dernières années.
"De multiples forces se conjuguent : l'impact de la pandémie sur les chaînes d'approvisionnement, la situation géopolitique mondiale et l'urgence et l'importance de la durabilité", explique M. Hart. "Cela a permis d'aligner les incitations des gouvernements, de l'industrie et de la communauté des investisseurs afin d'accélérer l'innovation dans la fabrication et la technologie industrielle.
Cette attention accrue portée à la fabrication s'accompagne de la nécessité d'accorder la priorité à la durabilité.
Environ un quart des émissions de gaz à effet de serre provenait de l'industrie et de la fabrication en 2020. Les usines peuvent également épuiser les réserves d'eau locales et générer de grandes quantités de déchets, dont certains peuvent être toxiques.
Pour résoudre ces problèmes et favoriser la transition vers une économie à faibles émissions de carbone, de nouveaux produits et processus industriels doivent être développés parallèlement à des technologies de fabrication durables. Pour M. Hart, les ingénieurs en mécanique jouent un rôle crucial dans cette transition.
"Les ingénieurs en mécanique peuvent résoudre de manière unique des problèmes critiques qui nécessitent des technologies matérielles de nouvelle génération, et savent comment mettre leurs solutions à l'échelle", déclare M. Hart.
Plusieurs entreprises à croissance rapide fondées par des professeurs et des anciens élèves du département d'ingénierie mécanique du MIT proposent des solutions au problème environnemental de la fabrication, ouvrant la voie à un avenir plus durable.
Gradiant : Solutions pour l'eau propre
L'industrie manufacturière a besoin d'eau, et de beaucoup d'eau. Une usine de fabrication de semi-conducteurs de taille moyenne utilise jusqu'à 10 millions de litres d'eau par jour. Dans un monde de plus en plus frappé par la sécheresse, cette dépendance à l'égard de l'eau constitue un défi majeur.
Gradiant propose une solution à ce problème d'eau. Cofondée par Anurag Bajpayee SM '08 PhD '12 et Prakash Govindan PhD '12, l'entreprise est pionnière en matière de projets durables - ou "cleantech" - dans le domaine de l'eau.
En tant que doctorants au sein du laboratoire de transfert thermique Rohsenow Kendall, Bajpayee et Govindan partageaient le même pragmatisme et le même penchant pour l'action. Ils ont tous deux travaillé sur la recherche en matière de dessalement - Bajpayee avec le professeur Gang Chen et Govindan avec le professeur John Lienhard.
Inspiré par une enfance passée lors d'une grave sécheresse à Chennai, en Inde, Govindan a développé une technologie de déshumidification qui imite les cycles naturels de précipitations pour son doctorat. C'est avec cette technologie, qu'ils ont baptisée Carrier Gas Extraction (CGE), que le duo a fondé Gradiant en 2013.
La clé de l'EGC réside dans un algorithme exclusif qui tient compte de la variabilité de la qualité et de la quantité des eaux usées. Au cœur de l'algorithme se trouve un nombre non dimensionnel, que M. Govindan propose d'appeler un jour "nombre de Lienhard", du nom de son directeur de thèse.
"Lorsque la qualité de l'eau varie dans le système, notre technologie envoie automatiquement un signal aux moteurs de l'usine pour qu'ils ajustent les débits afin de ramener le nombre non dimensionnel à une valeur de un. Une fois qu'il est ramené à une valeur de un, le système fonctionne de manière optimale", explique M. Govindan, qui est directeur de l'exploitation de Gradiant.
Ce système permet de traiter et de nettoyer les eaux usées produites par une usine de fabrication en vue de leur réutilisation, ce qui permet d'économiser des millions de litres d'eau chaque année.
Au fur et à mesure de la croissance de l'entreprise, l'équipe de Gradiant a ajouté de nouvelles technologies à son arsenal, notamment l'extraction sélective des contaminants, une méthode rentable qui n'élimine que des contaminants spécifiques, et une méthode de concentration de la saumure appelée osmose inverse à contre-courant. Elle propose désormais une gamme complète de solutions de traitement de l'eau et des eaux usées à des clients issus de secteurs tels que l'industrie pharmaceutique, l'énergie, l'exploitation minière, l'alimentation et les boissons, ainsi que l'industrie des semi-conducteurs, qui ne cesse de croître.
"Nous sommes un fournisseur de solutions pour l'eau de bout en bout. Nous disposons d'un portefeuille de technologies exclusives et nous puisons dans notre "carquois" en fonction des besoins du client", explique M. Bajpayee, PDG de Gradiant. "Les clients nous considèrent comme leur partenaire en matière d'eau. Nous pouvons prendre en charge leur problème d'eau de bout en bout afin qu'ils puissent se concentrer sur leur cœur de métier."
Gradiant a connu une croissance explosive au cours de la dernière décennie. Avec 450 usines de traitement de l'eau et des eaux usées construites à ce jour, elle traite l'équivalent de 5 millions de foyers par jour. De récentes acquisitions ont permis à l'entreprise de compter plus de 500 employés.
La diversité des solutions de Gradiant se reflète dans sa clientèle, qui comprend Pfizer, AB InBev et Coca-Cola. Elle compte également parmi ses clients des géants des semi-conducteurs tels que Micron Technology, GlobalFoundries et TSMC.
"Au cours des dernières années, nous avons vraiment développé nos capacités et notre réputation dans le domaine des eaux usées et de l'eau ultra-pure des semi-conducteurs", explique M. Bajpayee.
Les fabricants de semi-conducteurs ont besoin d'une eau ultra-pure pour la fabrication. Contrairement à l'eau potable, dont la teneur totale en solides dissous est de l'ordre de quelques parties par million, l'eau utilisée pour la fabrication de puces électroniques est de l'ordre de quelques parties par milliard ou quadrillion.
Actuellement, le taux de recyclage moyen dans les usines de fabrication de semi-conducteurs - ou fabs - à Singapour n'est que de 43%. Grâce aux technologies de Gradiant, ces usines peuvent recycler 98 à 99% des 10 millions de gallons d'eau dont elles ont besoin chaque jour. Cette eau réutilisée est suffisamment pure pour être réintroduite dans le processus de fabrication.
"Ce que nous avons fait, c'est éliminer le rejet de cette eau contaminée et presque éliminer la dépendance de l'usine de semi-conducteurs à l'égard de l'approvisionnement public en eau", ajoute M. Bajpayee.
Avec l'introduction de nouvelles réglementations, la pression augmente pour que les usines améliorent leur utilisation de l'eau, ce qui rend la durabilité encore plus importante pour les propriétaires de marques et leurs parties prenantes.
Alors que l'industrie nationale des semi-conducteurs se développe à la lumière du CHIPS et du Science Act, Gradiant voit une opportunité d'apporter ses technologies de traitement de l'eau des semi-conducteurs à un plus grand nombre d'usines aux États-Unis.
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