Materials Genome Intiative : bilan à 3 ans

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En Juin 2011, le Président des Etats-Unis, Barak Obama, alors en visite à l’Université Carnegie Mellon tenait le discours suivant : "Pour aider les entreprises à découvrir, développer et déployer des nouveaux matériaux deux fois plus vite, nous lançons ce que nous appelons l’Initiative pour le Génome des Matériaux. L’invention des circuits en silicium et les batteries lithium-ion ont rendu possible la création des ordinateurs, des iPods et des iPads - toutefois des années ont été nécessaires pour que ces technologies passent de la planche à dessin au marché grand public. Nous pouvons le faire plus rapidement." [1] Cette déclaration exprime parfaitement le concept de l’Initiative pour le Génome des Matériaux, ou Materials Genome Initiative en anglais (MGI), dont l’objectif est de diminuer le cycle de développent des matériaux de 20-30 ans actuellement à 2 ou 3 ans tout en divisant les coûts de développement par un facteur deux. [2,3]


Crédits : Kentoh


L’Initiative pour le Génome des Matériaux : Principe

Par le lancement du MGI, le gouvernement américain reconnaît le caractère essentiel des matériaux avancés pour la sécurité économique du pays et le bien-être de l’homme. Il est vrai que les matériaux avancés - matériaux à propriétés spécifiques souvent façonnés par l’homme - ont des applications dans de nombreuses industries, y compris celles qui visent à relever les défis en matière d’énergie propre, de sécurité nationale, la santé ou tout simplement pour le bien-être des personnes. Accélérer le rythme des découvertes et le déploiement des systèmes à base de matériaux avancés sera donc crucial pour rester compétitif au niveau mondial au 21ème siècle.

L’important intervalle de temps entre la découverte d’un matériau et sa mise sur le marché s’explique par différents facteurs :
- La dépendance des programmes de R&D sur l’intuition des chercheurs et le tâtonnement dans le cadre d’expériences scientifiques (méthode expérimentale "d’essais et d’erreurs").
- Un continuum de développement des matériaux - c’est-à-dire l’ensemble des processus allant de la conception au déploiement sur ​​le marché - trop linéaire. Les étapes sont réalisées par des équipes expérimentées parfois différentes à chaque étape du processus, et souvent avec peu de possibilités de rétroaction entre les étapes.
- Le manque de bases de données normalisées (sur les propriétés physiques des matériaux, sur les mécanismes physiques et chimiques sous-jacents, sur les algorithmes prédictifs et sur les méthodes de calculs) sur lesquelles les chercheurs peuvent fonder leurs modèles, afin de fournir ainsi une image plus complète des caractéristiques du matériau étudié.

S’inspirant d’une étude de 2008 publiée par le Conseil national de recherches intitulée "Ingénierie des matériaux par la modélisation intégrée : une discipline de transformation pour l’amélioration de la compétitivité et de la sécurité nationale," [4] la réponse du MGI peut ainsi se résumer en quatre points :

1- Encourager les innovations parmi les systèmes de calculs, les sciences de l’information sur données et l’expérimentation. En effet, certaines expériences scientifiques pourraient être réalisées virtuellement avec des outils de calculs puissants et précis permettant un gain de temps très appréciable.

2- Faire évoluer la culture de la communauté scientifique vers un continuum de développement des matériaux moins linéaire et permettre des interactions entre les différentes étapes de ce continuum.

3- Favoriser les données ouvertes et les accès à des outils informatiques. Cela implique le développement de bases de données mais également d’une norme dans la gestion des bases de données, le développement d’outils informatiques performants répondant au besoin de la communauté des chercheurs en science des matériaux, le développement d’algorithmes adaptés mais également permettre l’accès de ces outils au plus grand nombre.

4- Le tout en structurant les partenariats public-privé.

Progrès à trois ans

Depuis son lancement en 2011, un montant de plus de 250 millions de dollars a été investi par le gouvernement fédéral américain dans des infrastructures de l’innovation et la R&D. Cette somme n’est pas entièrement un apport nouveau de financements mais s’inscrit plutôt dans le cadre d’une meilleure rationalisation des fonds déjà existants notamment par l’intermédiaire du Département de la défense (Department of Defense ou DOD), du Département de l’énergie (Department of Energy ou DOE) ou de la Fondation nationale des sciences (National Science Foundation ou NSF). A eux trois, ces entités soutiennent plus de 500 scientifiques dans 200 institutions de recherche et entreprises.

Parmi les différentes réussites du MGI, nous pouvons citer la création du Centre d’Excellence de l’Institut national des normes et technologies (National Institut of Standards and Technology ou NIST). Ce centre se focalise sur les matériaux avancés assez matures pour l’industrie dans les domaines tels que les biomatériaux auto-assemblés, les matériaux photovoltaïques organiques, les céramiques avancées et les nouveaux polymères et alliages métalliques pour des applications structurelles. La place des partenariats public-privé s’est également vue renforcée en particulier dans le cadre des trois nouveaux Institut pour l’innovation manufacturière (America Makes, the Lightweight and Modern Metal Innovation Institute et Next Generation Power Electronics) et l’institut des matériaux critiques du DOE. Ainsi, le bilan de ce programme à trois ans peut être considéré comme positif.

Quel avenir pour le MGI

A l’occasion de l’anniversaire du lancement du MGI, le Gouvernement du Président Obama a annoncé la mise en place de trois nouvelles mesures :
- L’investissement de plus de 150 millions de dollars par cinq agences fédérales dans le cadre du MGI ;
- La sortie du Plan stratégique du MGI sous forme de document de travail et ouvert à la critique publique ;
- L’investissement de 1 millions de dollars par an par le NIST pour de la recherche à haut retour sur investissement.

D’autre part, le secteur privé et les partenaires académiques se sont également engagés auprès du MGI. On peut citer par exemple le lancement d’un "Materials Data Facility Pilot" dont le but sera de permettre un partage et l’accès aux données. Il est créé par un consortium d’universités de recherche de laboratoires nationaux et de maisons d’éditions académiques. Le Materials Data Facility Pilot fera partie du National Data Service. Un autre exemple est la création d’un nouveau Centre pour les matériaux avancés aux Renssalaer Polytechnic Institute. Ce nouveau centre qui fait partie d’un plan d’investissement de 15 millions de dollars dédié aux matériaux ("Materials by Design") sera utilisé en partie à l’analyse "Big Data" des matériaux grâce à l’utilisation de super-ordinateurs.

Toutefois, les engagements des partenaires non-gouvernementaux peuvent prendre différentes formes. Par exemple, la création de workshops locaux partout aux USA afin d’engager les discussions sur les matériaux et l’accélération de la sortie des matériaux des laboratoires ou enfin l’engagement de la Société des minéraux, métaux & matériaux (Minerals, Metals & Materials Society - TMS) de trouver des représentants locaux pour le MGI.

Sources :


- [1] Site de la Maison Blanche : http://www.whitehouse.gov/mgi (visité le 10 septembre 2014)
- [2] "Materials Genome Initiative for Global Competitiveness", publié par le National Science and Technology Council, Executive Office of the President, 24 juin 2014. Disponible sur le site ref. 1.
- [3] Présentation du Materials Genome Initiative à TechConnect Word 2012 par le Dr. Cyrus Wadia, assistant Directeur pour la R&D sur les énergies propre et les matériaux, Bureau de la Maison Blanche pour la politique scientifique et technologique. Disponible sur le site ref. 1
- [4] Site de l’université GeorgiaTech : http://materials.gatech.edu/mgi/materials-genome-initiative (visité le 10 septembre 2014)

Rédacteurs :


- Christian Turquat, Attaché Scientifique, Consulat de France, Houston, attache-phys@ambascience-usa.org ;
- Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

Voir en ligne : http://www.bulletins-electroniques….