En juillet 2016, le développeur de jeux vidéo Niantic lance Pokémon Go!, son application mobile qui va devenir le phénomène de l’été 2016 : personne ne peut échapper à la déferlante de joueurs qui envahissent les lieux publics, ni à la couverture faite par les médias qui rapportent chaque jour les records et faits divers générés par l’incroyable popularité du jeu.

Comment expliquer un tel succès ? Au-delà des aspects ludiques et nostalgiques inhérents à la franchise Pokémon, c’est en faisant du monde réel un terrain de jeu et en brouillant ainsi la frontière entre le monde physique et le monde numérique que le jeu va marquer les esprits : les joueurs sont obligés de se déplacer physiquement dans leur environnement pour y attraper des créatures modélisées à travers l’appareil photo de leur smartphone.

Le succès de Pokémon Go! va alors permettre de populariser auprès du grand public le concept de « réalité augmentée » sur lequel il repose en donnant un exemple concret de ses applications et de ses apports.

Mais le domaine de la réalité augmentée ne se limite pas qu’au grand public par le biais d’applications mobiles : nombre de secteurs comme celui de l’industrie ou de la santé s’y intéressent, et il est estimé que d’ici 2020, le marché de la réalité augmentée pourrait représenter jusqu’à 60 milliards de dollars.

Cela fait sens : nous vivons dans un monde de plus en plus bardé de capteurs, recueillant un nombre de données sans précédent comme en témoigne le développement de l’Internet des objet (« Internet of Things », IoT) et du Big Data.

Mais à cette accumulation de données se pose la question de leur utilisation : comment parvenir à transcrire ces données numériques au monde réel pour parvenir à les rendre utilisables et créatrices de valeur ? Comment parvenir à rendre de grandes masses de données et d’informations facilement assimilables par les humains pour guider leurs actions et leurs prises de décisions ? C’est à ce type de problématiques que la réalité augmentée vise à répondre en cherchant à faire le lien entre des données numériques en deux dimensions et un monde réel en trois dimensions.

La première partie de cet article visera alors à définir la réalité augmentée et ses modalités d’applications, tandis que la seconde partie montrera les applications existantes de la réalité augmentée et les changements qu’elle amorce sur la chaîne de valeur des entreprises.

I – La réalité augmentée – qu’est-ce que c’est ?

a. Conceptualisation de la réalité augmentée

La réalité augmentée est « un paradigme permettant de rendre des informations numériques complétant la perception du réel. Elle a pour objectif l’enrichissement de la perception de l’utilisateur de son environnement réel par des augmentations visuelles, sonores ou haptiques ». La réalité augmentée a vocation à compléter la réalité en temps réel mais n’a pas vocation à la remplacer comme sa proche cousine la réalité virtuelle.

Les premières conceptualisations de la réalité augmentée apparaissent au début des années 1900, mais ont vraiment commencé à se développer à partir des années 1960. C’est ensuite dans les années 1990 que ces concepts se concrétisés grâce à l’évolution des moyens techniques et scientifiques : développement de l’informatique et de la microinformatique permettant de rendre ces technologies plus facilement adoptables et portables par les utilisateurs (On parle alors de « wearable technologies »).

Reste que le domaine de la réalité augmentée ne repose pas que sur le champ de l’informatique et repose aussi sur d’autres disciplines telles que :

L’électronique,
L’ergonomie,
La psychologie expérimentale,
La psychologie cognitive.

La réalité augmentée vise par l’exploitation de l’informatique et d’interfaces matérielles à créer un monde mixte où le réel est enrichit d’éléments artificiels issus des ensembles de données numériques avec lesquels sont possibles des interactions en temps réel pour mettre l’utilisateur en situation de « pseudo-immersion ».

Les applications de la réalité augmentée doivent alors permettre une perception et/ou une action augmentée dans l’environnement réel, ou permettre la création d’un environnement augmenté.

Ces applications doivent permettre de favoriser la compréhension ou la maitrise du réel et de proposer un environnement nouveau ou imaginaire.

b. Les modalités d’application de la réalité augmentée

Comme indiqué précédemment, l’augmentation réalisée par la réalité passe par l’augmentation d’un sens. Dans ce cadre, la recherche en réalité augmentée s’est concentrée sur l’augmentation de trois sens en particulier :

La vision (réalité augmentée visuelle)
L’ouïe (réalité augmentée sonore) : Elle est utilisée pour créer une ambiance sonore particulière en fonction de la localisation d’un individu ; c’est par exemple un système parfois utilisé dans le cadre de visites assistées de musées ou monuments.
Le toucher (réalité augmentée haptique) : Elle sert à guider un utilisateur en manifestant par un retour de force mécanique des informations numériques recueillies par des capteurs. Ce champ est globalement peu exploré car une interaction physique dans le monde réel est déjà possible avec les objets tangibles ; les apports de la RA ne sont pas alors les plus significatifs bien qu’ils offrent certaines opportunités dans la réalisation de gestes demandant une grande dextérité telle que des assemblages complexes ou des opérations chirurgicales.

Aujourd’hui, c’est surtout le domaine de la réalité augmentée visuelle qui est exploré, pour plusieurs raisons :

La première est que le cerveau humain est particulièrement doué pour traiter de l’information visuelle : le cortex visuel est le système le plus imposant du cerveau humain. Certains estiment que 80% à 90% de l’information que l’on perçoit provient de la vision. Un adage en anglais dit « une bonne image vaut mille mots », le but de la réalité augmentée est alors de jouer sur cette composante.

Comment cela fonctionne ? Lorsque nous consommons de l’information, il est important de prendre en compte les facteurs de « charge cognitive » et de « distance cognitive ». La charge cognitive est l’énergie mentale dépensée pour décrypter et conceptualiser une information : lire une instruction consiste à comprendre les mots pour en comprendre le sens qui permettra d’imaginer la procédure à suivre pour réaliser une action.

La distance cognitive consiste elle en la distance qu’il existe entre le support d’une information et l’utilisation de cette information dans le monde réel : lire en carte routière pour se guider sur la route va demander de comprendre la carte, de retenir les informations pertinentes, de les mettre en relation avec l’environnement réel autour de soi pour ensuite pouvoir prendre la bonne décision ; prendre la bonne sortie d’un rond-point par exemple.

Le but de la réalité augmentée est alors de diminuer cette charge et distance cognitive en intégrant dans le champ visuel des informations directement assimilables, demandant peu d’interprétation et peu de recourt à la mémoire.

La seconde s’explique par la hausse de la puissance des smartphones et tablettes, et de leur ubiquité. La popularité des filtres Snapchat ou du jeu Pokémon Go! montre qu’aujourd’hui, la réalité augmentée visuelle est accessible à tous car une grande partie de la population est en possession d’un outil permettant de faire l’expérience de cette réalité augmentée.

c. Les dispositifs de la Réalité Augmentée visuelle

Les tablettes et smartphones permettent de faire l’expérience de la réalité augmentée, mais il ne s’agit pas d’un moyen exclusif ; il existe aussi d’autres dispositifs.

Lorsque l’on parle de réalité augmentée visuelle, il convient de faire la distinction entre la réalité augmentée en vision directe et indirecte.

Dans la réalité augmentée indirecte, le monde réel est capté par un capteur qui va ensuite enrichir l’image captée des données numériques pour offrir une « fenêtre augmentée » sur le monde réel. Les tablettes et smartphones sont des dispositifs de réalité augmentée indirecte.
Avec la réalité augmentée directe, l’utilisateurs perçoit directement le monde réel qui est ensuite augmenté des informations numériques en surimpression des éléments réels. Les lunettes de réalité augmentée type « Google Glass » sont des dispositifs de réalité augmentée directe.

De manière plus spécifique, les dispositifs de réalité augmentée se divisent en trois catégories :

Les « handheld displays » ou « handheld devices » qui correspondent aux tablettes et smartphones. Ils reposent sur la combinaison des technologies de caméra, GPS, accéléromètres et autres gyromètres, baromètres … Ils sont en vision indirecte et sont adaptés à une utilisation nomade. Ils peuvent en revanche posséder certains inconvénients comme celui de limiter la liberté d’interaction ou d’immersion avec l’environnement car ils doivent être constamment tenus et pointés dans la direction que l’utilisateur souhaite augmenter, ou encore d’être limités en termes de puissance de calcul … Ces dispositifs s’adressent alors plus à un usage grand public.

• Les « headworn displays » qui correspondent aux dispositifs portés sur la tête, en vision directe tel que les lunettes de réalité augmentée ou des dispositifs mixtes en vision indirecte. Si ces dispositifs sont encore assez peu développés car représentant de nombreux défis techniques (comme en témoigne l’échec des Google Glass), ils sont voués à terme à se développer pour venir remplacer les « handheld displays » car ils permettent aux usagers de conserver une liberté de mouvement, un large champ de vision et permettront des augmentations plus complexes grâce à une plus grande puissance de calcul embarquée. Le développement de ces solutions est un enjeu majeur pour les applications industrielle de la réalité augmentée.

Enfin, de manière encore très expérimentale, existent les « projective displays » dont la finalité est de projeter sur des éléments réels des informations supplémentaires d’origine numérique. Il s’agit alors d’augmentation spatiale dans le sens où ce n’est pas la vue d’un utilisateur qui est augmentée mais la surface d’un objet donné : tableaux de bord ou tableaux de commandes projetés, surimpression d’éléments non visibles tels que des câblages derrière une paroi, projection géométrique pour vérifier et corriger la forme d’une surface …

II – Les applications de la réalité augmentée

a. L’impact de la réalité augmentée sur la chaine de valeur des entreprises

Si la réalité augmentée peut créer de la valeur en enrichissant les fonctions d’un produit donné, nous nous intéresserons ici plutôt aux impacts de la réalité augmentée sur la chaine de valeur en termes de performance industrielle.

La réalité augmentée influence et pourrait influencer les domaines :

Du développement de produit : La réalité augmentée permet de dépasser le concept de CAO où les modèles sont affichés en 2D sur un écran pour créer des modèles virtuels qui peuvent se manifester dans le monde réel. De cette manière, les ingénieurs peuvent observer et se déplacer autours de leurs maquettes virtuelles qui s’affichent en réalité augmentée pour en vérifier l’ergonomie et corriger certaines erreurs de conception.

Ces maquettes virtuelles peuvent aussi se projeter en superposition d’un produit réel ou d’un prototype pour vérifier que celui-ci est bien conforme à la maquette, et si ce n’est pas le cas, identifier rapidement les différences.

De la production : La production d’un produit est souvent faite en de nombreuses étapes, rendant le processus complexe. De cette complexité peut apparaitre des erreurs qui représentent des coûts pour les entreprises. En donnant aux travailleurs l’accès aux informations dont ils ont besoin lors de la réalisation d’une tâche, la réalité augmentée permet alors de mieux les guider, de réduire le nombre d’erreurs et d’augmenter la productivité. Elle peut aussi aider à afficher les informations issues de certains capteurs de la chaine de production pour aider à un meilleur suivi et diagnostique des problèmes éventuellement rencontrés. La réalité augmentée peut aussi servir d’outil de suivi du respect des normes et processus de production : certaines étapes de la production pourront demander une confirmation visuelle qui sera localisée et horodatée pour s’assurer que certaines précautions relatives à la sécurité de travailleurs ont été prises.
De la logistique : Les coûts de logistique sont des coûts importants pour les entreprises, et la réalité augmentée peut aider à faire diminuer ceux-ci. Par exemple, les employés travaillant dans des entrepôts de stockage peuvent être guidés par réalité augmentée afin de savoir quels éléments ils doivent récupérer, à quels endroits se trouvent ces éléments et obtenir une confirmation que les éléments récupérés sont bien les bons, plutôt que de suivre une liste papier avec tous les désavantages et la place à l’erreur qu’elle offre.
Du marketing et des ventes : La réalité augmentée permet de concevoir des showrooms virtuels où les clients potentiels peuvent consulter des maquettes virtuelles des produits, offrant la possibilité d’apprécier certaines caractéristiques spécifiques en les rendant plus tangibles, de visualiser différentes options proposées, de pouvoir visualiser un produit même s’il n’est pas en stock, et peut-être à terme d’éliminer le besoin même des entreprises d’avoir des showrooms physiques pour présenter leurs produits, réduisant alors les charges d’immobilier et les frais de personnels dédiés à la vente.
Du service après-vente : De la même manière qu’elle aide les ouvriers à mieux produire, la réalité augmentée peut aider les clients à résoudre plus facilement les problèmes rencontrés avec certains produits en affichant directement les consignes à respecter, en affichant visuellement les étapes à suivre pour effectuer une opération de maintenance, ou en permettant l’intervention d’un ingénieur/expert à distance dans le cas où les étapes précédentes auraient échoué.
Des ressources humaines : La réalité augmentée peut aider à mieux gérer les compétences des employés en permettant d’une part de réduire les temps de formations ; les employés étant formés en même temps qu’ils suivent les instructions données par les dispositifs de réalité augmentée. Elle peut aussi permettre de mieux gérer les compétences des employés en imaginant qu’une entreprise mette à disposition des moyens de réalité augmentée aux employés éprouvant des difficultés dans la réalisation de certaines tâches : l’employé pourrait alors être à nouveau formé en continu et s’améliorer sur les axes où il estime en avoir besoin.

Ces enjeux de la réalité augmentée ne sont pas inconnus des entreprises :

b. Des premières applications prometteuses

L’intégration de la réalité augmentée par certaines entreprises au sein de leur chaine de valeur a permis l’obtention de résultats significatifs, petit tour d’horizon :

Newport News Shipbuilding qui réalise les navires de l’U.S Navy utilise la réalité augmentée à la fin de la fabrication pour marquer les structures d’aide à la construction qui doivent ensuite être retirées avant la livraison. Traditionnellement, les ingénieurs devaient comparer les plans du bateau avec ce qui était présent sur le chantier pour savoir quelles structures étaient à démonter et lesquelles devaient être conservées. Grâce à la réalité augmentée, la maquette virtuelle finale du navire est superposée au navire pour réaliser cette tâche qui peut maintenant être effectuée en 90 minutes contre 36 heures auparavant.

Globalement, grâce à la réalité augmentée, Newport News Shipbuilding a pu diminuer ses coûts de production d’environ 25%.

Chez Boeing, grâce à la réalité augmentée, les coûts de formation ont pu diminuer tout en permettant une hausse de la productivité et de la qualité. Dans une étude sur l’assemblage en 50 étapes d’une aile d’avion, les nouvelles recrues assistées de la réalité augmentée ont pu construire ces ailes en 35% de temps en moins et avec beaucoup moins de difficultés que ceux qui ne bénéficiaient pas de la réalité augmentée. Avec la réalité augmentée, ces nouvelles recrues ont aussi pu réaliser correctement l’assemblage du premier coup ce qui n’était pas le cas des recrues ne bénéficiant pas de ces dispositifs.

La Lee Company qui propose des « systèmes de construction » utilise la réalité augmentée pour guider les opérations de maintenance à distance et peut ainsi réduire ses coûts en évitant les frais de déplacement et le temps perdu par les ingénieurs à se rendre sur site. Elle estime qu’elle bénéficie d’un retour sur investissement de 20 dollars pour chaque dollar investi dans la réalité augmentée.

General Electric utilise la réalité augmentée sous forme de commande vocale pour le câblage de certaines turbines ce qui lui permet un gain de 34 % de productivité.

Le Département Américain de la Sécurité Intérieure utilise un système de réalité mixte (réalité virtuelle et réalité augmentée) pour former son personnel aux situations de crises telles que des explosions. L’entreprise pétrolière BP utilise aussi un système de réalité virtuelle pour former ses équipes à l’utilisation des outils de réalité augmentée dans des forages aux conditions spécifiques : cela leur permet de faire varier des facteurs tels que la température, les courants marins ou la topographie et d’être déjà formé à ces conditions sans pour autant exposer le matériel ou les employés aux risques de ces types de forages.

Volkswagen utilise la réalité augmentée pour que les ingénieurs puissent rapidement comparer différents designs de produits, et rapidement identifier leurs différences. Cela leur permet aussi de comparer l’alignement de certaines pièces 5 à 10 fois plus rapidement que lorsque cette tache devait être réalisée en comparant les schémas en 2D au prototype en 3D.

DHL utilise la réalité augmentée pour guider ses employés au sein des entrepôts. De cette manière, elle a pu faire diminuer le nombre d’erreur, rendre les salariés plus impliqués et réaliser des gains de productivité de l’ordre de 25%.

La réalité augmentée permet aussi à DHL d’éliminer presque totalement le temps de formation de ses employés, ce qui est bien utile dans les périodes où son activité connait un pic comme lors des fêtes de fin d’année : le personnel employé de manière temporaire est opérationnel de suite et sa formation n’est pas une perte sèche pour l’entreprise une fois le pic passé.

De la même manière, Intel utilise la réalité augmentée dans ses entrepôts ce qui lui permet de réduire le temps de collecte de 29% et d’éliminer presque tout risque d’erreur.

Chez Xerox, la réalité augmentée sert à créer une passerelle entre les ingénieurs sur le terrain et les ingénieurs experts se trouvant à distance qui permet de remplacer les manuels d’aide et le support téléphonique utilisé auparavant. Grâce à cela, le taux de clôture des incidents à la première opération de résolution est de 67%, la productivité des ingénieurs a bondi de 20% et le diagnostic des incidents prend en moyenne 2 heures de moins.

Conclusion :

Bien que les applications de la réalité augmentée au secteur industriel soient prometteuses et offrent déjà des gains significatifs, elles n’en sont qu’à leurs balbutiements à cause de deux goulets d’étranglements dont le premier est l’absence de dispositifs adaptés à leurs emplois dans un milieu industriel : bien qu’elles soient en développement, les lunettes de réalité augmentée en restent aujourd’hui au stade de prototype.

Le second facteur limitant se trouve dans la conception même des expériences en réalité augmentée : ces expériences doivent être construites à partir de zéro par des individus en ayant les compétences, or ces compétences se font très rares sur le marché du travail. A cette rareté des « talents » de la réalité augmentée s’ajoutent les prérequis de la création de telles expériences : existence de maquettes numériques des produits manufacturés, bonne connaissance des process, données et connaissances impliquées dans le processus de production, mise en place de moyens techniques de mapping de l’environnement de l’usine … autant d’éléments qui demandent des investissements conséquents de la part des entreprises.

Mais malgré ces freins, les entreprises montrent un fort intérêt dans la réalité augmentée qui est à replacer dans un paradigme plus large, celui de « l’Industrie 4.0 » centrée autour de l’automatisation grâce aux robots et la création d’espaces de travail virtuels ou semi-virtuels grâce à la réalité virtuelle et augmentée.

Si Internet grâce à son développement a permis de rendre les informations parfaitement mobiles, la réalité augmentée semble se placer dans ce continuum en permettant de pré-interpréter les informations offertes par les bases de données pour rendre la connaissance mobile : plus besoin de manuels de dépannage, plus besoin de former la nouvelle main d’œuvre aux gestes techniques, tout cela est remplacé par un affichage numérique en temps réel des actions à suivre pour chaque situation donnée sur la base d’informations recueillies par les capteurs toujours plus nombreux et performants.

Par Benoit Fournier, promotion 2017-2018 du M2 IESCI

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La réalité augmentée – enjeu de la prochaine révolution industrielle ?