Le TRL – Technology Readiness Level

TRL - Technology Readiness Level.

TRL - Technology Readiness Level.

Le TRL (Technology Readiness Level) est un indicateur très utilisé en R&D. Il traduit la plus ou moins grande maturité technique d’un produit, d’une technologie ou d’un process et sa proximité d’une application commerciale ou industrielle future.

L’échelle de maturité technologique de 1 à 9

Le Technology Readiness Level est une échelle de 1 à 9 qui quantifie la maturité d’un produit ou d’une technologie. Une technologie à TRL bas (> 3) signifie que cette dernière n’est pas encore sortie des laboratoires et est encore loin d’un produit opérationnel. Inversement, un TRL élevé (> 7) permet d’envisager une commercialisation proche avec peu de verrous techniques encore à lever.

Avantages et limitations du TRL

Comme tout instrument d’évaluation, cet indicateur de maturité techniologique présente des avantages et des limitations. Parmi les avantages du TRL, on peut citer la vision commune de l’état d’une la technologie, la gestion des risques, l’utilité pour prendre des décisions concernant le financement d’une technologie ou la représentation des transitions technologiques. Mais l’échelle de TRL a aussi des limites. Ainsi, une technologie mature peut ne pas être applicable à un besoin alors qu’une autre moins mature peut être en meilleure adéquation. En effet, de nombreux facteurs peuvent entrer en ligne de compte que le concept, assez simple, de TRL ne permet pas de juger correctement.

L’invention du TRL par la NASA

NASA - TRL - niveau de maturité technologique.
NASA – TRL – niveau de maturité technologique.

La notion de TRL a été inventée par Stan Sadin aux Etats-Unis à la NASA en 1974 et formalisée en 1989. Les premiers TRL comprenaient 7 niveaux mais ont été portés à 9 dans les années 90. Les services de R&D la NASA ont estimés qu’un indicateur synthétique leur serait utile pour appréhender l’évolution des projets spatiaux. Les définitions de la NASA sont donc très orientées aéronautique.

Ainsi le niveau de TRL 8 qualifie une technologie qui a été testée et « qualifiée en vol » et est prêt à être mise en œuvre dans un système déjà existant. Une fois qu’une technologie a été « éprouvée en vol » lors d’une mission réussie, elle peut être qualifiée de TRL 9 selon la NASA.

Le TRL en Europe via l’ESA et les programmes H2020

TRL et recherche fondamentale et démonstrateur.
TRL et recherche fondamentale et démonstrateur.

L’ESA (European Space Agency), a quant à elle, adoptée l’échelle TRL en 2008 et l’Union Européenne à partir de 2010. Puis, l’utilisation généralisée de l’échelle TRL dans la politique de l’UE a été mise en œuvre en 2013 dans le programme-cadre de l’UE, appelé H2020, pour évaluer toutes les technologies, de l’informatique aux biotechnologies.

La norme ISO 16290

Les neuf niveaux de TRL selon l'ISO 16290.
Les neuf niveaux de TRL selon l’ISO 16290.

La norme ISO 16290 (2013 et révision en 2019) définit plus précisément le TRL (ou NMT pour Niveau de Maturité Technologique) pour les systèmes spatiaux et les critères d’évaluation du TRL. Dans de nombreux cas, les définitions de cette norme peuvent être utilisées dans un domaine plus large. Cette norme précise par exemple la notion de maquette (« modèle physique conçu pour soumettre à essai la fonctionnalité et adapté au besoin de la démonstration ») ou de fonction critique d’un élément (« fonction obligatoire exigeant une vérification spécifique de la technologie ») qui sont utilisés dans le TRL.

Le MRL, un TRL process

Manufacturing Readiness Level, un TRL pour le process.
Manufacturing Readiness Level, un TRL pour le process.

Le TRL appliqué au développement de process extrapole les notions de TRL produit et laisse certaines questions majeures sans réponse : le niveau de performance est-il reproductible ? Quel sera le coût de production ? Peut-on les fabriquer dans un environnement de production par quelqu’un qui n’a pas de doctorat ? Les matériaux et composants clés sont-ils disponibles ?

Pour cette raison a été développé le MRL (Manufacturing Readiness Level) indicateur créé initialement par le DOD (United States Department of Defense) pour les technologies de fabrication. Le MRL est beaucoup moins connu et utilisé que le TRL et a peu percé au niveau industriel, ni académique à ce jour.

La vallée de la mort (TRL 4-6)

Vallée de la mort dans le développement des innovations et TRL.
Vallée de la mort dans le développement des innovations et TRL.

La recherche scientifique fondamentale (TRL < 3) se traduit par des études « sur le papier » pour cerner les propriétés de base d’une technologie, autour d’un concept spéculatif, afin d’envisager des applications. Puis se développe une recherche appliquée en laboratoire pour valider des hypothèses et fournir une preuve expérimentale du concept.

Les niveaux 4 et 7 représentent le passage du concept au produit, c’est-à-dire le développement d’une technologie jusqu’à sa validation dans un environnement réel. Cette étape indispensable pour transmettre l’innovation aux industriels repose sur des plateformes technologiques et des lignes-pilotes souvent très onéreuses. Franchir cette « vallée de la mort » implique souvent de mutualiser les moyens (partenariats publics-privés) et d’être soutenu financièrement.

Technology Readiness Pathway Matrix

Technology Readiness Pathway Matrix.
Technology Readiness Pathway Matrix.

Pour les technologies complexes qui intègrent plusieurs étapes de développement, un schéma plus détaillé appelé « Technology Readiness Pathway Matrix » a été élaboré, allant des unités de base aux applications dans une entreprise. Cet outil vise à montrer que le niveau de préparation d’une technologie est basé sur un processus moins linéaire et un parcours plus complexe à travers son application dans l’entreprise. À titre d’exemple (figure 3), voici la méthodologie appliquée à une technologie complexe dans le cadre du projet européen ALISE de Leitat sur une batterie au lithium-soufre pour véhicule électrique hybride (HEV), financé par l’appel H2020-NMP-GV-2014-NMP17.

Dans ce projet, ALISE a débuté par l’exploration de nouveaux matériaux (RL3 ou Readiness Level) avant leur mise à l’échelle au niveau pilote (RL7). Les matériaux ont ensuite été intégrés dans les composants des cellules (électrolyte, cathode). Pour ce faire, leur intégration a été adaptée à partir de RL3 avant d’être produite étape par étape à l’échelle pilote (RL7) afin de construire la première génération de plus de 100 cellules. Puis un module lithium-soufre construit pour la toute première fois est considéré comme un démonstrateur de laboratoire avec une gestion électronique entièrement nouvelle adaptée à cette nouvelle électrochimie (système opérationnel au RL3). Des tests sont en cours pour évaluer le comportement réel du module avec des tests de cycles de conduite réels simulés propres aux PHEV et BEV (système opérationnel RL5). Comme on peut le voir, la progression du projet peut faire reculer temporairement le TRL en fonction du niveau d’intégration dans un système de plus en plus complexe.

TRL et IRL d'un système avec 2 modules.
TRL et IRL d’un système avec 2 modules.

Autres métriques de mesure pour une nouvelle technologie

De nombreux auteurs ont étendu les classifications TRL pour tenir compte des effets de l’intégration de plusieurs technologies pour créer un système unique plus complexe. Ils ont introduit par exemple une autre métrique appelée Integrated Readiness Level (IRL) pour compléter le TRL pour l’intégration des applications.

Ils ont également développé un protocole pour mesurer l’état de préparation technologique global d’un système, le System Readiness Level (SRL), en combinant les métriques TRL et IRL de toutes les technologies impliquées dans la fabrication d’un système complexe.

TRL ne veut pas dire technologie très répandue

Si le TRL d’une technologie de production est à 9, cela signifie qu’elle est déjà opérationnelle et permet une production industrielle d’objets manufacturées. En revanche, cela ne signifie pas que cette technologie soit très répandue. Ainsi, dans le domaine de la fonderie, certaines technologies ont un TRL de 9 mais restent peu utilisées pour différentes raisons (marché de niche, technologie pointue, process concurrents déjà bien implantés, …). On peut ainsi citer le Pore-Free, technologie de fonderie sous pression, utilisée quasi-exclusivement au Japon dans quelques fonderies, et qui consiste à injecter l’aluminium dans un moule rempli d’oxygène. L’avantage est de supprimer tout risque de défauts internes de type soufflures dans la pièce car l’aluminium réagit avec l’oxygène qu’il consomme entièrement pour former des oxydes. De la même manière, le V-Process est utilisé mondialement dans certaines fonderies et consiste à utiliser un sable sans liant. La cohésion du sable est assurée grâce à un film plastique en surface et par un système de sous vide. Le recyclage du sable est ainsi grandement facilité mais la gestion du vide s’avère complexe industriellement et ce process de production est très peu développé.

Conclusions

La notion de Technoloy Readiness Level est largement utilisée en R&D avec des critères plus ou moins fins et détaillés. Dans tous les cas, l’échelle de 1 à 9 permet de quantifier les avancements technologiques. D’autres développements ont été réalisés plus récemment pour préciser l’échelle initiale en lui ajoutant d’autres indicateurs (IRL, SRL) ou avec des stratégies évolutives (Technology Readiness Pathway Matrix). Mais le TRL reste le seul indicateur largement utilisé en pratique. Le TRL est en particulier utilisé systématiquement dans quasiment tous les dossiers de financement de l’innovation au niveau hexagonal (ANR, …) ou Européen pour renseigner les décideurs. Le TRL est devenu un standard de Metric de l’avancement de projets de R&D technologique.

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