GENX: Approche d’innovation paramétrique pour la conception de bouteilles compostables

L’impact environnemental des emballages plastiques est l’un des défis les plus urgents à relever. Alors que leur production continue d’augmenter, les emballages restent la principale source de déchets plastiques, exerçant une pression croissante sur les écosystèmes et les systèmes de gestion des déchets. Si les polymères biodégradables comme le PLA et les PHA offrent des alternatives prometteuses, leur adoption à grande échelle demeure freinée par des contraintes techniques liées aux performances, à la fabrication et à la maîtrise de leur dégradation.

Dans le même temps, concevoir des produits véritablement durables ne se résume pas au remplacement d’un matériau par un autre. Cela nécessite une approche systémique intégrant, dès les premières étapes de conception, la science des matériaux, le design, les procédés de fabrication et l’impact environnemental. Sans cette approche globale, la durabilité reste une contrainte ajoutée a posteriori plutôt qu’un véritable moteur de conception. Combler cet écart est essentiel pour accélérer la transition vers une économie circulaire.

Développé au sein du laboratoire Industry Innovation | Circular Economy (I²CE) du Georgia Institute of Technology, dirigé par Ingeborg Rocker, le programme GENX Parametric Innovation Framework rassemble recherche et enseignement au sein d’une plateforme interdisciplinaire unique. Le projet associe des expertises en ingénierie, science des matériaux, architecture, design computationnel et analyse du cycle de vie afin de proposer un nouveau modèle de développement de produits durables, dans lequel les performances environnementales sont évaluées au même titre que la faisabilité technique dès les premières phases de conception.

Le projet est né d’une question à la fois simple et urgente, soulevée lors d’échanges entre le laboratoire I²CE et des représentants des Family Islands aux Bahamas : comment concevoir une bouteille d’eau entièrement compostable qui ne pollue pas les écosystèmes fragiles des îles et des milieux aquatiques, mais contribue au contraire à restaurer leur valeur environnementale ? Dans le cadre du programme GENX, plus de 100 étudiants issus de différentes disciplines ont collaboré à la conception de bouteilles biodégradables. Allant au-delà d’un simple exercice académique, les étudiants ont été confrontés à une problématique complexe du monde réel, dans laquelle performances techniques, impact environnemental et contexte sociétal sont indissociables.

Au cœur du programme se trouve l’ambition de rendre possible une conception circulaire pilotée par les données. Cette approche permet aux designers et aux ingénieurs d’explorer différents scénarios de conception, d’optimiser les performances des produits et d’évaluer leur impact environnemental en temps réel. Le projet constitue également une plateforme pédagogique permettant aux étudiants d’aborder les défis complexes de la durabilité à travers un apprentissage pratique fondé sur la recherche. GENX Parametric Innovation Framework contribue ainsi à former une nouvelle génération d’ingénieurs capables de concevoir des solutions non seulement robustes sur le plan technique, mais aussi responsables sur les plans social et environnemental, en passant d’une logique de réduction des impacts à une approche régénérative favorisant des écosystèmes circulaires et résilients.

Avec le soutien de La Fondation Dassault Systèmes aux États-Unis, le programme GENX Parametric Innovation Framework s’appuie sur des outils avancés d’ingénierie numérique, notamment les technologies de jumeaux virtuels, pour transformer la manière dont les produits durables sont conçus et développés. En créant un fil numérique reliant propriétés des matériaux, géométrie, contraintes de fabrication et indicateurs environnementaux, le projet permet de mettre en œuvre un processus de conception entièrement intégré et itératif.

Cette approche doit permettre de développer une nouvelle génération de bouteilles compostables à partir d’un biocomposite à base de PLA, d’alginate et d’enzymes, conçu pour répondre aux normes alimentaires et industrielles tout en permettant une décomposition accélérée en moins de 14 jours dans des conditions de compostage optimisées, grâce à une activité enzymatique contrôlée. Grâce à la modélisation paramétrique et à la simulation, l’équipe peut analyser l’influence des variations de composition des matériaux et des paramètres de conception sur les performances structurelles, la fabricabilité et le comportement de dégradation des produits. Cette combinaison entre innovation matériau et simulation 3D constitue une avancée majeure pour le développement de solutions circulaires à grande échelle.

En créant des passerelles entre recherche et enseignement, le projet génère des impacts concrets à plusieurs niveaux. Les étudiants évoluent dans un environnement d’apprentissage de pointe leur permettant d’acquérir une expérience pratique en conception circulaire, analyse du cycle de vie et fabrication numérique. Cette approche immersive prépare une nouvelle génération d’ingénieurs et de designers à répondre aux défis environnementaux complexes.

Dans le même temps, le projet fait progresser l’innovation scientifique et technologique à travers l’exploration de nouveaux matériaux biodégradables et de leurs applications. Le développement de solutions d’emballage compostables capables de répondre aux standards industriels tout en réduisant significativement leur impact environnemental démontre le potentiel de cette approche intégrée. Au-delà du monde académique, l'approche GENX a également vocation à associer des organisations locales et des partenaires industriels afin de garantir que les solutions développées répondent à des conditions réelles d’usage et puissent être déployées à grande échelle.

À ce stade, le projet GENX a permis de mettre en place un cadre de recherche pleinement opérationnel intégrant l’évaluation des matériaux biodégradables, la conception paramétrique de bouteilles, l’analyse des procédés de fabrication et l’analyse du cycle de vie au sein d’une architecture système fondée sur des modèles. Les premiers résultats incluent le développement d’outils de conception paramétrique, l’identification de familles de polymères biodégradables prometteuses ainsi que les premiers modèles d’analyse du cycle de vie démontrant une réduction significative de l’impact environnemental par rapport aux matériaux conventionnels.

La prochaine phase du projet sera consacrée au prototypage, à la validation expérimentale et à l’intégration plus poussée de plateformes numériques avancées. Des prototypes physiques de bouteilles seront produits et testés, tandis que l’environnement de jumeau virtuel sera enrichi afin de simuler avec davantage de précision les conditions réelles d’utilisation. À terme, le projet vise à proposer une boîte à outils accessible à tous et évolutive pouvant être adoptée à l’échelle internationale afin d’aider enseignants, chercheurs et industriels à accélérer la transition vers des systèmes de produits circulaires et régénératifs.

Adopté par l’ensemble des États membres de l’Organisation des Nations unies, l’Agenda 2030 constitue un plan d’action commun en faveur de la paix et de la prospérité pour les populations et la planète, aujourd’hui et demain. Ce plan s’articule autour de 17 objectifs de développement durable (ODD), qui constituent un appel urgent lancé à l’ensemble des pays développés et en voie de développement dans le cadre d’un partenariat mondial. La Fondation Dassault Systèmes soutient le projet GENX Parametric Innovation Framework qui répond à huit des ODD : Éducation de qualité, Travail décent et croissance économique, Industrie, innovation et infrastructure, Villes et communautés durables, Consommation et production durables, Mesures relatives à la lutte contre les changements climatiques, Vie aquatique, et Partenariats pour la réalisation des objectifs.