Essais & Simulations n°127

dOSSIEr 42 46
spécial
jec World
prendre
la mesure
des essais dans
les composites
Essais et modélisation 10
Événements : Congrès Simulation SIA
et Paris Space Week à l’honneur !
Mesures 30
Quelles avancées en matière
de mesure thermique ?
N° 127 • janvier-février 2017 • 25 E

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éditorial
Faire des essais et de la simulation
une composante de l’industrie 4.0
On parle beaucoup de l’industrie du futur au niveau de la production.
Élément incontournable de la nouvelle révolution industrielle dans
laquelle nous sommes aujourd’hui plongés, l’usine connectée a pour
but de faire dialoguer, à travers des capteurs, logiciels et autres outils de supervision,
un ensemble d’équipements,
de machines et de robots afin d’automatiser
l’ensemble du process.
Mais l’industrie du futur, telle qu’on
la nomme en France, ce n’est pas
que ça.
Les PME/PMI restent trop souvent
persuadées que la simulation
numérique reste inaccessible
Olivier guillon
Rédacteur en chef
La participation par exemple de l’association Teratec (regroupant une myriade
d’entreprises et d’industriels autour du calcul haute performance) sur le salon
Smart Industries témoigne à elle seule de l’importance du HPC, du big data et
de la simulation numérique pour récolter et traiter des informations de plus en
plus nombreuses et complexes. Surtout, la volonté de l’industrie 4.0 de prendre
en compte, dès le design du produit l’ensemble de son cycle de vie (de sa conception
à sa maintenance en passant par le process de fabrication) impacte inévitablement
les essais et les outils de simulation.
Dans ce domaine, un nombre croissant d’éditeurs de solutions logicielles cherchent
à élargir le champ d’application de la simulation vers des secteurs d’activité – autres
que l’aéronautique et l’automobile notamment – encore peu utilisateurs de tels
systèmes, tout comme les PME/PMI, trop souvent persuadées que la simulation
numérique reste inaccessible. Enfin, les regards sont tournés vers l’impression 3D,
dont l’intérêt de la simulation du design dès la conception est vu comme une
évidence. ●
olivier Guillon
/@EssaiSimulation
éditeur
mrj informatique
Le Trêfle
22, boulevard Gambetta
92130 Issy-les-Moulineaux
Tel : 01 73 79 35 67
Fax : 01 34 29 61 02
www.essais-simulations.fr
/facebook.com/
EssaiSimulation
/@EssaiSimulation
direction :
Michael Lévy
directeur de publication :
Jérémie Roboh
rédacteur en chef :
Olivier Guillon
commercialisation
publicité :
Patrick Barlier
p.barlier@mrj-corp.fr
diffusion et abonnements :
vad.mrj-presse.fr
Prix au numéro :
25 €
Abonnement 1 an :
58 € / 4 numéros
Étranger :
100 €
Règlement par chèque
bancaire à l’ordre de MRJ
réalisation
conception graphique :
Eden Studio
maquette :
Nord Compo
impression :
Pauker holding KFT
11-15 Barros Utca
H -1407 Budapest - Hongrie
n°issn :
1632 - 4153
dépôt légal : à parution
périodicité : Trimestrielle
numéro : 127
date : janvier-février 2017
rédaction
ont collaboré à ce numéro :
J. Adam (Adam-Research),
Alain Bettacchioli
(Thales Alenia Space),
Olivier Braillard (CEA Cadarache),
Sabrina Habtoun (DSI),
Karim Hallak (DSI),
F. Monsallier
(ENSEIRB-MATMECA),
Jean-Marie Pinquier (Kayme),
Anis Ziadi (DSI)
comité de rédaction :
Olivier Guillon (MRJ)
Commission Revue de l’ASTE :
André Coquery (responsable - MBDA France),
Jean-Claude Frölich,
Michel-Roger Moreau,
Patrycja Perrin,
Jean-Paul Prulhière (Metexo),
Alain Bettacchioli (Thales Alenia Space),
Yohann Mesmin (Siemens Industry Software),
Bernard Colomies (Sopemea)
Membre du réseau REPM-EMPN
photo de couverture :
JEC World © Foucha Muyard
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 1

sommaire
Spécial jEc World 2017
46
dossier
DOSSIER 42 46
Spécial
JEC World
Prendre
la mesure
des essais dans
les composites
Essais et modélisation 10
Événements : Congrès Simulation SIA
et Paris Space Week à l’honneur !
Mesures 30
Quelles avancées en matière
de mesure thermique ?
46 Le grand rendez-vous des composites, en mars, à Villepinte !
48 Transférer le savoir et les compétences dans le domaine des composites
50 Une grande avancée en matière d’essai de traction avec la tomographie
à rayon X
53 Land Rover BAR en route pour la Coupe de l’America avec Siemens
56 Des projets déterminants pour les essais sur les thermoplastiques
58 Plateforme QSP : l’aventure ne fait que commencer !
N° 127 • Janvier-Février 2017 • 25 E
Actualités
6 7,4 M€ pour le projet de Centre
d’essais pour les véhicules
autonomes
6 V2i reçoit le prix Essais
& Simulations sur l’AVE 2016
8 Comsol dévoile
ses développements
à la Conférence Comsol 2016
8 Une nouvelle activité autour
des systèmes de mesure
embarquée pour Emitech
Essais
& modélisation
Paris Space Week à l’honneur !
10 Paris Space Week : l’événement
international du spatial, en mars
à Orly
12 Quelques informations à retenir
sur l’actualité dans le spatial…
16 Filtrage des voies de mesure
pour la simulation des essais
en vibration des satellites
Spécial Congrès Simulation SIA
20 La simulation, l’outil
indispensable pour lever
les verrous technologiques
de l’automobile
22 La simulation doit s’adapter
aux nouveaux besoins
de l’automobile
23 Des nanocomposites de fibres
de carbone « dynamiques »
26 Le champ d’application
de l’optimisation topologique
s’élargit
28 La simulation numérique face
aux enjeux de l’automobile
Mesures
Spécial Mesures thermiques
30 Les essais et la mesure
thermiques à l’honneur
32 Vers plus de capteurs sans fil
et intelligents
33 Mesure rapide de température
par thermocouple
36 Capteur de mesure
du coefficient d’échange
convectif entre un écoulement
et une paroi
38 Simulated and Experimental
Component Temperature
on the Intersil ISL8240
Evaluation Board
Un point sur la CEM
42 Microwave RF, le grand
rendez-vous de la CEM
43 Un couplage d’ondes
ultrasonores au service
d’une caractérisation fine
des matériaux
44 Combattre la dangerosité
des ondes au travail
vie de l’ASTE
60 Bonne tenue du dernier
Astelab Mécanique de Paris
62 Programme des formations
de l’ASTE
Outils
63 Agenda
64 Index
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I3

nos dossiers en 1 Clin d’Œil
sPatial
le spatial
à l’honneur à orly p. 10 à 19
© ESA/NASA 2011
À trois mois du salon SIAE du Bourget, Orly accueillera un
autre grand rendez-vous d’envergure internationale, le Paris
Space Week. L’occasion pour la revue Essais & Simulations
de revenir sur quelques grandes tendances du secteur du
spatial, un domaine essentiel pour l’économie française et
européenne.
© ESI Group
automoBile
le congrès simulation
de la sia fait son retour p. 20 à 29
Deux ans après le succès de sa première édition, le congrès
organisé par la Société des ingénieurs de l’automobile (SIA)
revient cette fois au sein de l’Estaca, grande école d’ingénieur
située à Saint-Quentin-en-Yvelines. Au programme :
nouveaux matériaux, systèmes pour véhicules autonomes et
électriques, et optimisation des moyens de simulation pour
réduire les coûts de développement.
© Flir
mesures
applications
de mesures thermiques p. 30 à 40
Les mesures thermiques font l’objet de beaucoup d’attention
au sein même des laboratoires d’essais industriels. Objets
connectés et sans fil – évitant notamment les milliers de
kilomètres de câbles –, miniaturisation, précision ou encore
consommation et autonomie… les problématiques sont
nombreuses mais trouvent aujourd’hui des réponses grâce
l’innovation.
© Foucha Muyard
dossier
spécial jec World 2017
p. 46 à 59
L’édition parisienne de ce carrefour mondial des acteurs des
composites s’annonce sous de bons augures, au regard du
succès des années précédentes et d’un marché toujours en
croissance. Au cœur de ce dossier : des projets innovants,
tant dans l’automobile que dans le secteur de l’aéronautique,
mais également un cas de bateau de compétition engagé
dans la prochaine Coupe de l’America.
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I5

aCtualités
en BreF
Le laboratoire
g-Scop et grenoble INp
inaugurent le plus petit
mini-cave du monde
Ce mini-cave (Automatic Virtual
Environment) a pour but de donner
accès à la fonction d’immersion
totale en environnement virtuel
dans des conditions d’un bâtiment
standard. Avec cette installation de
ce nouveau mini-cave, le laboratoire
G-Scop et Grenoble INP disposent
ainsi d’une salle unique pour toutes
les fonctions de visualisation impliquées
en réalité virtuelle et augmentée
à disposition des chercheurs, des
étudiantes et des industriels. ●
Un colloque pour
répondre aux enjeux
de la modélisation
L’Académie des technologies et le
CNRS ont organisé le 6 décembre
dernier le colloque intitulé « Modélisation
: succès et limites » sur le
Campus Gérard Mégie. Ce colloque
a permis de faire le point sur les
développements récents, les succès
et les limites de la modélisation, en
les illustrant par des exemples dans
divers secteurs (industrie, agriculture,
santé, environnement, science
du numérique, économie…). ●
jean-Luc beylat
réélu à la présidence de
Systematic paris-région
Les membres de Systematic
Paris-Région ont réélu à l’unanimité,
le 23 novembre 2016, Jean-
Luc Beylat à la présidence pour
les trois années à venir (2017-
2019). Jean-Luc Beylat est également
le vice-président chargé des
écosystèmes innovants chez Nokia
et président de Nokia Bell Labs
France. ●
appel À projets
7,4 M€ pour le projet
de centre d’essais pour
les véhicules autonomes
Porté par l’Utac Ceram, le projet de
Centre d’essais pour les véhicules
autonomes (Ceva) va bénéficier
d’une aide de 7,4 millions d’euros
via le Programme d’investissements d’avenir
(PIA), opéré par Bpifrance. Soutenu par
la filière automobile française, ce projet vise à
doter la France d’un outil de premier plan pour
le développement des véhicules autonomes.
Placé au cœur de l’autodrome de
Linas-Montlhéry, ce centre d’essais sera
opérationnel début 2018. Il contribuera à
propulser l’industrie automobile française
au rang d’acteur majeur de la conception
et de la mise au point des véhicules autonomes
et connectés. Il s’agira principalement
d’infrastructures et de compétences
offrant aux constructeurs et aux équipementiers
la possibilité de développer et de
tester en toute confidentialité les systèmes
récompense
Intervenant à l’occasion de l’édition
2016 du colloque Analyse vibratoire
expérimentale (AVE), qui
s’est déroulé à Blois, V2i a reçu le
prix Essais & Simulations décerné par le
Pr Roger Serra et la rédaction du magazine.
Ce prix a été décerné à MM. Hoffait,
Marin, Simon et Golinval, de la société V2i
spécialisée dans les essais et la mesure de
vibrations. La présentation portait sur le
« Virtual shaker testing », soit le développement
et l’utilisation de cet outil de simulation
numérique de tests vibratoires en
vue d’améliorer la stratégie de contrôle.
d’intelligence embarquée en conditions
d’utilisation urbaine, routière et autoroutière.
Selon Laurent Benoit, P-DG de
l’Utac Ceram, « Ces nouvelles installations
seront un atout de poids pour accompagner
la révolution de l’automobile autonome
et connectée ».
en savoir plus >
www.utacceram.com
v2i reçoit le prix Essais &
Simulations sur l’AVE 2016
© Olivier Guillon
Il existe une volonté générale de mutualiser
des moyens d’essais dédiés aux véhicules
autonomes
La faisabilité des tests vibratoires ne
pouvant pas être uniquement évaluée
à partir des capacités du pot vibrant, le
couplage entre la structure testée, le vibrateur
électrodynamique et le système de
contrôle peut induire des comportements
inattendus. Ce travail a pour but de développer
un outil de simulation numérique
des tests vibratoires sur le moyen d’essai
installé dans les locaux de V2i. L’article
technique sera publié dans un prochain
numéro d’Essais & Simulations.
en savoir plus > www.v2i.be
6 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

Réalisez vos rêves avec
l’ingénierie du futur.
Simcenter : l’analyse prédictive vous ouvre
les portes d’une nouvelle ère d’innovations.
Faire avancer ses rêves n’a jamais été si stimulant. Des produits plus
intelligents. Des procédés de fabrication plus complexes. Des cycles
de conception plus courts que jamais. Le logiciel Simcenter peut
vous aider. En combinant la simulation multidisciplinaire, les essais
avancés et l’analyse de données, Simcenter vous permet d’explorer
rapidement différentes alternatives, de prédire les performances
avec plus de précision… et d’innover en toute confiance.
siemens.com/plm/simcenter
*L’ingéniosité au service de la vie

aCtualités
en BreF
Siemens acquiert
Mentor graphics
Avec l’acquisition de Mentor
Graphics, spécialisé dans le
domaine des logiciels d’automatisation
de la conception, Siemens
devient le seul acteur du domaine
de la digitalisation industrielle à
proposer sur une même plateforme
intégrée des fonctionnalités
de conception mécanique, thermique,
électrique et électronique,
et de développement de logiciels
embarqués. ●
ESI group lance
une nouvelle version
de Simulationx
L’éditeur a lancé sur le marché la
dernière version de SimulationX
(3.8), logiciel de modélisation
système. Cette nouvelle version
offre des améliorations significatives
et des fonctionnalités supplémentaires
pour la simulation des
systèmes de transmission, électromécaniques,
hydrauliques, mécaniques
et pneumatiques dans de
multiples industries, y compris le
transport, l’énergie, la machinerie
industrielle et mobile ainsi que
l’exploitation minière. ●
Un livre blanc sur
les modèles éléments
finis
L’éditeur de logiciels de simulation
numérique MSC Software a rédigé
– en la personne de Cornelia
Tieme – un livre blanc portant sur
la manière de concevoir un bon
modèle Éléments Finis (MEF).
Méthode de plus en plus utilisée
pour le calcul de structures,
la MEF s’ouvre aujourd’hui à de
multiples domaines d’activités.
Encore faut-il bien s’y prendre… ●
logiciels
comsol dévoile
ses développements à la
Conférence Comsol 2016
Comsol, éditeur leader de solutions
logicielles pour la simulation
multiphysique, la
conception d’applis et leur
déploiement, a présenté aux participants
de la 12 e conférence annuelle Comsol à
Munich, la récente mise à jour des logiciels
Comsol Multiphysics et Comsol
Server. Avec cette version, le logiciel
Comsol accroît son efficacité et la famille
des modules associés au Structural Mechanics
Module s’enrichit du Rotordynamics
Module.
La récente mise à jour du logiciel Comsol
apporte des améliorations significatives de
performance. Elles concernent notamment
le prétraitement beaucoup plus rapide des
modèles de grande taille, comportant des
milliers de sous-domaines. Cela correspond
stratégie
Dans le cadre du développement
de l’activité ingénierie
mécanique d’Emitech, ses
équipes instrumentent véhicules
prototypes, caisses et moteurs de
ses clients afin de caractériser le comportement
dynamique de ces systèmes. Les
objectifs sont de fournir des données de
recalage aux bureaux d’études (analyse
modale) ou de valider les environnements
vibratoires qui ont été choisis à l’origine
des projets (fiabilité et robustesse).
Les outils d’analyse (endommagement,
durée de vie…) et de modélisation (calcul
L’avenir de la simulation se joue
sur la conception et le déploiement d’applis
à l’ambition de Comsol de proposer l’environnement
multiphysique le plus puissant
et le plus efficace sur une large gamme de
simulations électriques, mécaniques, acoustiques,
fluidiques, thermiques et chimiques.
en savoir plus > www.comsol.com
Une nouvelle activité autour
des systèmes de mesure
embarquée pour Emitech
EF) complètent les résultats obtenus expérimentalement.
Enfin ces mesures peuvent
mettre en évidence des situations vibratoires
inattendues qui sont susceptibles
de dépasser les conditions de validation
des équipements. Dans ce cas, Emitech
propose un complément d’essai de qualification
pour tenir compte de ces situations.
Les mesures embarquées sur véhicule
permettent de construire un modèle d’endurance
spécifique associé à un profil de
vie conforme à l’utilisation prévue.
en savoir plus > www.emitech.fr
8 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

LE SALON
DES TECHNOLOGIES
POUR LES INNOVATIONS
DE DEMAIN
ÉLECTRONIQUE / EMBARQUÉ / IOT / MESURE / VISION / OPTIQUE / BIG DATA
15 & 16
MARS 2017
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essais et modélisation
événement
paris Space Week : l’événement
international du spatial, en mars à Orly
À trois mois du coup d’envoi du plus grand salon mondial de l’aéronautique et
du spatial (le SIAE du Bourget), l’aéroport d’Orly accueillera début mars, durant deux jours,
un événement certes plus discret mais tout aussi stratégique pour le secteur du spatial :
le Paris Space Week.
Organisé les 8 et 9 mars prochains à Orly, Paris
Space Week est le seul événement dédié à l’espace.
Il réunira des participants exigeants en
termes de retour sur investissement et d’optimisation
du temps. 100 % des réunions sont préparées à
l’avance : une méthodologie qualitative et organisationnelle
prouvée depuis dix-sept ans, et un réseautage entre pairs.
Deux jours de réunions d’affaires très ciblées, des opportunités
de réseautage premium pour un événement concentré
sur le temps.
Airbus Group, Boeing, GE Aviation, la Nasa, Safran, TAI,
Alenia Aermacchi, le Cnes, Dassault Aviation, Thales,
sans oublier l’Agence spatiale européenne (ESA), MBDA,
Zodiac Aerospace ou encore Lockheed Martin… Les grands
donneurs d’ordres dans le domaine de l’aérospatial se donneront
rendez-vous à Orly début mars pour d’intenses échanges
ponctués par des rendez-vous d’affaires et des conférences
de haut vol, à travers un espace de rencontres et d’exposition
rassemblant pas moins de 400 exposants. Ces derniers seront
répartis sur 6 000 m 2 et trois zones d’exposition : l’industrie
spatiale (de la conception à la réalisation de composants et
de sous-ensembles) les applications spatiales (exposition
des solutions applicatives et de services issus des technologies
spatiales) et la R&D spatiales (présentation de l’offre
de R&D et d’ingénierie contractuelle publique, privée et
universitaire).
Un vILLAge cONSAcré aux ESSAIS
Pas moins de six villages thématiques constituent l’offre de
cet événement hors du commun : Grands comptes (agences
spatiales et grands groupes), Smart Manufacturing (impression
3D, capteurs, contrôle, plateformes, modèles pour
manufactures, efficacité intelligente, analyses big data),
© ESA/NASA 2011
L’ATV Johannes Kepler amarré à la Station spatiale internationale
mais également un village Essais ; celui-ci mettra en avant
les nouvelles technologies de test, de mesure et d’analyse
des données.
Enfin, les autres villages thématiques concerneront l’Optique
& Photonique (technologies optiques, optroniques et photoniques),
les Technologies embarquées (technologies de l’embarqué,
hardware et software) et, enfin, les Composites & matériaux
innovants : dans cet espace seront traités les domaines des
composites, des textiles techniques, des alliages métalliques
ou encore des céramiques, des traitements et des rev êtements
de surface etc. ●
Olivier Guillon
10 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
panorama
quelques informations à retenir
sur l’actualité dans le spatial…
L’édition 2017 du Paris Space Week, événement qui se déroulera à Orly en mars prochain,
réunira de nombreux acteurs français, européens et internationaux du secteur spatial.
L’occasion de revenir sur quelques informations marquantes en matière d’essais
et de simulation dans ce domaine d’activité.
Un accord de parTENArIAT entre l’Onera
ET SopEMEA
Bruno Sainjon, P-DG de l’Onera et Stéphane Torrez, président
de Sopemea, ont signé le 8 novembre dernier, au siège de
Sopemea (à Vélizy-Villacoublay), un accord de partenariat
visant à mettre en synergie leur expertise en analyse modale
afin de répondre aux besoins des industriels du domaine aéronautique
tant sur le plan national qu’international.
Onera et Sopemea réalisent des essais d’identification modale
au profit d’avionneurs. Ces essais de vibrations au sol ou GVT
(Ground Vibration Testing) sont primordiaux dans la vie d’un
avion puisqu’ils précèdent son vol inaugural. Pour ce check-up
structural, l’avion fortement instrumenté est soumis à des sollicitations
vibratoires suivant plusieurs directions, de façon à
identifier son comportement dynamique. Les données acquises
au cours de ces tests sont ensuite analysées et transmises à
l’avionneur qui pourra recaler ses modèles numériques et
ainsi vérifier que l’avion est effectivement prêt à voler en toute
sécurité.
Opération de GVT sur Rafale
Bruno Sainjon (à gauche), P-DG de l’Onera
et Stéphane Torrez, président de Sopemea
Les deux entités disposent d’expertises complémentaires dans
le domaine des essais de vibrations au sol. L’Onera développe
et met en œuvre des moyens et des méthodes propres à la réalisation
d’essais de vibrations pour tous types d’avions et selon
les finalités attendues (recalage de modèles structuraux, détermination
du domaine de stabilité aéroélastique des configurations
testées…). Quant à Sopemea, le laboratoire réalise des
essais de vibrations d’aéronefs et également des essais d’identification
modale dans d’autres domaines : ferroviaire, énergie…
Ce partenariat permettra de proposer aux industriels une prestation
complète, performante et compétitive grâce à la mise
en commun de moyens humains et de ressources techniques.
Bruno Sainjon a déclaré à cette occasion : « Grâce à ce partenariat,
nous avons l’ambition de reconstituer l’Équipe de France de
l’analyse modale des aéronefs. ». De son côté, Stéphane Torrez a
indiqué que « cet accord de coopération va apporter aux industriels
de l’aéronautique mais également aux industriels du ferroviaire,
du nucléaire et de la défense la réalisation de prestations
de haute technicité et de très haute qualité. »
12 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
Plus de précision sur ce partenariat
avec Bernard Colomies, directeur
technique de Sopemea
à partir de qUELLES probléMATIqUES l’idée de
ce parTENArIAT a vu le jour ? qui en a été à
l’INITIATIve ?
L’Onera et Sopemea travaillent depuis de nombreuses années
dans le domaine des analyses modales expérimentales d’avions
(dénommé GVT « Ground Vibration Test ») en utilisant des
méthodes assez similaires. Le GVT consiste à déterminer, de
façon expérimentale, les modes de l’avion afin de recaler le
modèle numérique ; il est obligatoire car il fait de la certification
de l’avion. Le détail de ce type d’essai a fait l’objet d’un
article dans la revue Essais & Simulations n° 121 de juin 2015.
Compte tenu des importants investissements à la fois matériel
Analyse modale sur un Falcon 8X
(plus de 500 voies de mesure et environ quinze excitateurs) et
humain (travail en équipe 2X8) pour réaliser ce type d’essai et
du marché actuel, il nous a semblé évident que les équipes de
L’interlocuteur majeur des grands acteurs
de la R&D aéronautique, défense et espace
Principal domaine de compétences : l’acoustique et les vibrations
Un groupe et des ressources dédiées :
L’acquisition récente de Kilonewton, spécialisée dans les moyens
d’essais vibratoires, a marqué l’arrivée dans le groupe AVNIR de la
sixième filiale à vocation aéronautique. Les activités des cinq autres
portent sur la mécanique et l’électromagnétisme,
pour AVNIR ENGINEERING ; les innovations
aéroportuaires, pour AVNIR AIRPORT ; la
fissuration dans les matériaux pour Metal’in ;
la formation au pilotage et les essais en vol,
pour AVNIR AVIATION.
Ces filiales totalisent 65 employés, dont 40
ingénieurs. 60% d’entre eux sont affectés à des activités de R&D. Le
groupe dispose de laboratoires CEM et vibratoire, ainsi que d’un accès
aux moyens de l’Institut Carnot@Lyon, représentant un total de 13
laboratoires.
DES CONTRATS SIGNIFICATIFS
Parmi les plus récents contrats significatifs dont bénéficie le Groupe
AVNIR, on peut noter : la fourniture à l’ONERA d’un pot vibrant d’une
capacité de 20 KN ; l’utilisation du logiciel « SPECTRE » par l’École
Centrale de Lyon dans le cadre du projet Equipex « Phare » afin d’acquérir
les comportements des futures motorisations aéronautiques ;
une reconnaissance de Partenaire de l’année par National Instruments.
DES PROJETS COLLABORATIFS
AVNIR Engineering est aujourd’hui engagé dans
cinq projets collaboratifs de R&D d’intérêts majeurs,
représentant un budget total de 12 M€
dans le cadre de dispositifs d’accompagnement
tels que les FUI, le CORAC ou RAPID, pilotés par
des industriels de renom.
DES CLIENTS DE RÉFÉRENCE
Dassault, Airbus, MBDA, la DGA, Safran, Thales, Zodiac
AVNIR Engineering
91, rue Faubourg Saint-Honoré – 75008 PARIS
Contact : Mr ULRICH
06 24 48 00 90 – www.avnir.fr
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 13

essais et modélisation
Sopemea et d’Onera, devaient mettre en commun leurs expériences,
savoir-faire et moyens pour répondre au mieux aux
avionneurs français, mais aussi étrangers.
En quoi cONSISTE préciséMENT cet accord
et pourquoi cES deux étabLISSEMENTS SONT
concernés ?
Cet accord consiste à répondre aux demandes d’essais d’analyse
modale sur les aéronefs (GVT) en mettant nos moyens
en communs et ce, dès 2017. Sopemea et Onera sont les deux
seuls établissements en France qui réalisent ce type d’essais.
Onera étudie et met en œuvre les méthodes d’essais d’analyse
modale, comme la méthode par appropriation et la méthode dite
« globale ». Sopemea les met en œuvre pour les avionneurs depuis
de nombreuses années (premier essai GVT effectué en 1962).
Les ambITIONS de cette offre complète
s’orIENTENT-elles AUSSI vers d’autres
dOMAINES d’activité et vers l’export ?
Sopemea utilise ses méthodes dans d’autres domaines d’activité
comme le ferroviaire, le spatial et l’énergie. Comme le système
est mobile, nous pouvons nous déplacer dans le monde entier
comme nous l’avons déjà fait en Italie, en Angleterre (pour le
Concorde), en Espagne (Casa)…
Propos recueillis par Olivier Guillon
Airbus Safran Launchers et dASSAULT Systèmes
de nouveau parTENAIres sur ArIANE 6
« The 3DExperience Company » vient de confirmer sa collaboration
de longue date avec Airbus Safran Launchers (ASL),
développeur et fournisseur de solutions pour lanceurs spatiaux
civils et militaires, et maître d’œuvre industriel d’Ariane 6, le
lanceur de nouvelle génération de l’Agence spatiale européenne
(ESA). Plus de 700 ingénieurs participent au développement
d’Ariane 6 dans plusieurs sites en Europe – y compris chez des
partenaires – et utilisent les solutions de Dassault Systèmes
pour l’architecture des systèmes, la définition détaillée de la
conception et la validation des systèmes de propulsion et du
véhicule spatial. La solution « Winning Program » de Dassault
Systèmes a joué un rôle capital en permettant d’exécuter de
nombreuses études comparatives, en facilitant l’étude d’un plus
grand nombre d’alternatives et en accélérant le processus décisionnel
qui a abouti au choix des configurations les plus compétitives
pour Ariane 6. L’architecture choisie, un actif numérique
d’Airbus Safran Launchers, sera optimisée et validée en permanence
tout au long des phases de développement.
De tels actifs numériques sont créés et validés à partir d’une
maquette numérique collaborative qui permet d’éviter les
erreurs, de limiter le nombre de modifications et de réduire
de plusieurs mois la durée des phases de développement et
de lancement industriel. Les applications Dassault Systèmes
sont utilisées pour la conception dans le cadre des processus
contextuels, des revues de coconception internes et transnationales,
ainsi que des revues de programmes, en utilisant la réalité
virtuelle pour définir avec précision les différentes opérations de
fabrication complexes. « Dans le cadre du programme Ariane 6,
Airbus Safran Launchers continue à s’appuyer sur les succès enregistrés
et la valeur générée avec les solutions de Dassault Systèmes
et qui ont contribué à la conception d’Ariane 5, déclare Alain
Charmeau, CEO d’Airbus Safran Launchers. Ces solutions, qui
reposent sur une maquette numérique fidèle à la réalité et partagée
à l’ensemble des partenaires, demeurent au cœur du modèle
industriel que nous utilisons pour développer ce nouveau lanceur
à travers l’Europe ».
Ariane 6
© ESA Ducros David – 2016
Orme désigné « 3 e MEILLEUr projET »
dANS LE progrAMME cLEAN Sky
Avec son projet de plateforme logicielle Flip, chargée de tester
les performances du futur FMS (Flight Management System)
de Thales Avionics, Orme s’est distingué, lors des Clean Sky
Awards, en se hissant à la troisième place des projets européens
de l’année sur 500. Cette distinction récompense plusieurs
mois de travail collaboratif entre Thales, Orme et Atmosphère.
D’ici à 2020, l’Europe s’est fixé quatre objectifs à atteindre
concernant le secteur du transport aérien : réduire de 50 % les
émissions de CO 2
par passager par kilomètre, réduire de 80 %
les émissions d’oxyde d’azote (NO x
), réduire de 50 % les émissions
sonores et l’impact environnemental de l’industrie aéronautique
tout en améliorant ses performances. Pour répondre
14 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
Le FMS est un logiciel critique embarqué dans l’avion qui calcule la trajectoire de celui-ci
à ces challenges, l’Europe a mis en place depuis quelques années le projet collaboratif
Clean Sky qui rassemble les industriels majeurs du secteur (Airbus, Thales…). C’est
dans ce contexte que la société Orme, spécialiste du traitement de l’image et du signal,
a remporté l’appel à projet européen
Flip (partie intégrante du programme
Clean Sky) concernant le futur Flight
Management System (FMS) de Thales
Avionics.
La société toulousaine a conçu, en
partenariat avec la société Atmosphère,
un logiciel testant en conditions
réelles le futur FMS mis au point par
Thales Avionics sur l’optimisation de
la trajectoire des avions. Cette révision
des trajectoires permettra de réduire
les émissions de CO 2
et améliorera la
performance des avions. Le logiciel
test permet ainsi de définir des critères
pour sélectionner des plans de vols réels
provenant du monde entier, d’injecter
ces plans de vols dans le FMS, d’en créer
de nouveaux et de les modifier si nécessaire
pour les besoins de tests. ●
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essais et modélisation
développement
filtrage des voies de mesure
pour la simulation des essais en vibration
des satellites
Les essais en vibration des satellites font partie intégrante
de la qualification des satellites. Cependant, des phénomènes
de battements apparaissent systématiquement
au voisinage de certains modes très faiblement amortis.
Pour anticiper les réglages du système de pilotage du vibreur,
Thales Alenia Space a développé un simulateur qui fonde ses
prédictions sur une identification des fonctions de transfert à
partir d’essais de très bas niveaux. Une telle approche est certes
tolérante au bruit de mesure lorsqu’il est assimilable à un bruit
blanc mais en l’occurrence, il peut arriver que certaines voies de
mesure soient localement perturbées et posent problème pour
l’identification. Nous présentons donc un type de filtrage qui
Références
[1] Roy N. & Girard A. (2012). Revisiting the Effect
of Sine Sweep Rate on modal identification
(CD-ROM) 12th European Conference
on Spacecraft Structures, Materials &
Environmental Testing, ESTEC, Noordwijk,
Netherlands.
[2] Nali, P., Bettacchioli, A. (2014) Beating
phenomena in spacecraft sine test and
an attempt to include the sine sweep rate
effect in the test-prediction (CD-ROM),
13th European Conference on Spacecraft
Structures, Materials & Environmental Testing,
Braunschweig, Germany.
[3] Naisse, C. & Bettacchioli, A. (2012), Simulation
des essais en vibrations de satellites à partir
de l’analyse modale d’une réponse bas niveau,
A.S.T.E. n° 111, p. 42-46.
[4] Bettacchioli, A. (2014) Simulation of satellite
vibration test (CD-ROM), 13th European
Conference on Spacecraft Structures,
Materials & Environmental Testing,
Braunschweig, Germany
permet d’éradiquer l’effet de telles perturbations et de reconstituer
localement le premier harmonique du signal sans altération
de la phase.
cONTExte
Les essais en vibrations des satellites permettent de simuler
les agressions mécaniques que subissent les satellites au
cours de leur lancement. Ils sont en cela une étape obligée à
la fois pour la qualification mais également pour vérifier les
modèles prévus et utilisés au cours de la campagne d’essais
par les analystes mécaniques. Les tests se font sur pot vibrant
pour l’axe longitudinal du satellite (voir photo) ou sur une
table couplée au pot pour les axes transverses. La rampe sinusoïdale
balaie généralement la plage de 5 à 100 ou 150 Hertz
à raison de 3 ou 4 octaves par minute.
Si de tels essais sont relativement simples lorsque les amortissements
des modes de structure sont supérieurs à 1 %, ils présentent
de réelles difficultés de mise en œuvre lorsque certains modes
sont très faiblement amortis. En l’occurrence pour les satellites,
le premier mode de structure et les modes de réservoirs occasionnent
des battements particulièrement marqués. Quelques
articles relativement récents [1] [2] ont décrit ces phénomènes
et montré comment la vitesse de balayage en fréquence pouvait
contribuer à l’augmentation de leur amplitude.
C’est bien évidemment le contrôle du vibreur qui, s’il présente
l’avantage d’une grande simplicité, ne permet pas d’éradiquer
lesdits battements, et dans ces conditions, Thales Alenia
Space développe un simulateur des essais en vibration qui
permet, à partir de résultats d’essai de bas niveau, de prédire
les niveaux supérieurs [3] [4] pour ajuster au mieux leurs
stratégies de test.
Une telle démarche qui se fonde sur l’identification de fonctions
de transfert comme si l’ensemble du système « satellite
+ interface mécanique + vibreur + amplificateur » était
une simple boîte noire, requiert évidemment des mesures
correctes, c’est-à-dire, exemptes de perturbations autres que
celles assimilables à un bruit blanc inhérent à l’instrumenta-
16 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
4-7 AVRIL 2017
EUREXPO LYON
Satellite sur pot vibrant pour un essai selon l’axe Z
tion. Cependant, la réalité se révèle parfois différente et les
mesures peuvent accuser localement des distorsions sévères.
Si la courbe du bas ne fait apparaître que quelques valeurs
aberrantes, celle du haut présente un signal qui est visiblement
le résultat de l’addition du signal réel à mesurer (relativement
proche d’une sinusoïde comme le montre la courbe
au-dessous) avec une réponse dont l’allure est proche d’une
décharge dans un circuit RLC.
Influence d’une distorsion de signal sur l’identification
Sans entrer dans les détails du traitement du signal inhérent
à l’identification (voir [4] pour cela), le fait qu’elle repose de
façon classique sur la minimisation d’un critère quadratique la
rend particulièrement susceptible aux types de perturbations
qui viennent d’être présentés. Pour nous en convaincre sans
une démonstration rigoureuse, il suffit de considérer qu’une
seule mesure s’écartant de sa valeur de 100 fois l’écart type de
du bruit augmente la valeur du critère d’environ 1002 = 10 000
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ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 17

essais et modélisation
La détection de rupture de modèle liée l’apparition d’une perturbation
peut donc être faite de façon simple en comparant, à
chaque pas d’échantillonnage, la mesure yk+1 avec son estimée
ŷk+1 . Cette dernière est obtenue simplement en utilisant
un filtre de Kalman dont la covariance d’erreur de mesure R et
la matrice de covariance d’erreur de modélisation Q est l’identité
: R = 1 et Q = [10 01].
Dans ces conditions, le filtre de Kalman s’écrit :
Figure 1: Exemples
de distorsions
importantes du signal
fois cet écart type. En conséquence de cela, cette mesure erronée
devient prépondérante dans le voisinage considéré et l’estimation
des paramètres s’en trouve fortement affectée. Compte
tenu de ces éléments, l’identification doit donc être précédée
d’un filtrage qui conserve strictement les mesures non perturbées
mais qui substitue des données cohérentes aux zones
dégradées. Pour cela, le modèle étant linéaire, une reconstruction
du premier harmonique sans déphasage semblait la
meilleure solution pour traiter des problèmes très localisés.
Algorithme de fILTrage
Lorsque les perturbations n’apparaissent qu’exceptionnellement
comme dans le cas qui nous intéresse, des considérations
simples en traitement du signal montrent qu’il faut éviter de
filtrer le signal inutilement et que seules les zones dégradées
doivent être traitées. Pour détecter ces zones à l’instant exact
où survient la perturbation, nous procédons à une détection
de rupture de modèle : la fréquence fondamentale du signal
étant quasiment constante dans chaque voisinage, c’est-à-dire,
sur un intervalle d’échantillons correspondant à une période,
nous pouvons considérer le modèle localement stationnaire
et correctement modélisé par oscillateur simple. Autrement
dit, dans une représentation dans l’espace des états, le signal
y k peut s’écrire :
ω k désignant la pulsation en cours, T s la période d’échantillonnage
et k l’instant échantillonné.
La détection d’une perturbation se manifeste lorsque le critère
⎪ŷ k+1 − y k+1 ⎪> C est satisfait, C étant une fonction de la variance
de l’erreur liée au bruit et aux mesures du signal étudié.
Lorsqu’une perturbation est détectée, c’est la période entière
contenant le défaut qui est remplacée par une sinusoïde de
même phase. On suppose alors que, sur une période entière
de signal, les mesures perturbées résultent de l’addition d’un
offset au signal vrai à évaluer, bruité avec un bruit blanc v(t) :
y(t) = A sin(ω.t + ) + offset + v(t)
Un tel exercice se résout facilement en considérant la décomposition
de la réponse :
y(t) = A [sin(ω. T s ) cos() + cos (ω. T s ) sin ()] + offset + v(t)
L’estimée ^θ du vecteur [Acos() A sin () offset] T , par la technique
des moindres carrés, permet de reconstruire simplement
la période de signal la plus vraisemblable :
ŷ(t) = ^θ(1) cos(ω t)+ ^θ(2) sin(ω t)
RéSULTATS
Ce filtre a été appliqué aux mesures d’un essai en vibration bas
niveau d’un satellite. Si à titre d’exemple nous appliquons ce type
de filtre au signal localement dégradé présenté sur le graphique
en page suivante, nous constatons que le critère de détection de
rupture de modèle décèle la perturbation au moment même où
18 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
Signal à traiter (en bleu) et signal filtré (en rouge)
elle apparaît. Le signal localement reconstruit présente les caractéristiques
de moyenne nulle recherchée.
dIScUSSION
Il paraît légitime de s’interroger sur la pertinence de substituer
une période complète filtrée au signal réel, indépendamment
de la qualité des autres mesures de l’horizon traité
car ce qui apparaît comme du bruit contient aussi des harmoniques
et des informations relatives aux modes situés à d’autres
fréquences que celle unique relative à l’excitation. En réalité,
ce filtre présente deux avantages. D’une part, il ne change
pas la totalité du signal mais seulement les zones ponctuellement
endommagées. D’autre part, à ce que lesdites substitutions
sont telles qu’elles correspondent à la fois aux estimées
les plus vraisemblables pour le premier harmonique (si l’on
tient compte du rapport signal à bruit) et qu’elles évitent au
critère d’erreur quadratique inhérent à l’identification des
modèles d’être trop influencé par les plus fortes dégradations
du signal, en particulier lorsqu’il s’agit d’un offset largement
plus important que l’amplitude de la fréquence fondamentale.
Enfin, la suppression d’un profil « de décharge » tel que celui
(en bleu), du graphique ci-contre évite l’estimation d’un mode
qui n’appartient qu’au phénomène parasite et absolument pas
au modèle mécanique recherché.. ●
Bettacchioli A. 1 , Monsallier F. 2
1 Spécialiste Thales Alenia Space
Simulation et Contrôle Essais
F-06156 Cannes-la-Bocca Cedex, France
2 Elève ingénieur
ENSEIRB-MATMECA – Bordeaux INP
F-33400 Talence, France
Congrès Simulation
La simulation numérique au cœur de
l’innovation automobile
15 & 16 mars 2017 // esTaCa // Campus paris-saClay
Aveclaparticipationde:
Karim Mikkiche, Directeur DEA-T testing &CAE | Renault
Laurent Declerck, Directeur architecture physique et
fonctionnelle | Groupe PSA
40 conférences techniques
de Renault, Groupe PSA, Faurecia, Valeo, Continental,
AVL, SiemensPLM, ESI… et un espace d’exposition
et de discussions entre experts.
www.sia.fr // contact : marie-claude.buraux@sia.fr

essais et modélisation
tendances
La simulation, l’outil indispensable
pour lever les verrous technologiques
de l’automobile
Le Congrès Simulation organisé par la Société des
ingénieurs de l’automobile (SIA) ouvrira ses portes
les 15 et 16 mars prochains dans les locaux de l’Estaca,
à Saint-Quentin-en-Yvelines. L’objectif de cet
événement, qui devrait « surfer » sur le succès de la première
édition (voir article de la page suivante) est de faire le point
sur les tendances et les nouveautés méthodologiques de la
simulation numérique afin de répondre aux nouveaux enjeux
de l’automobile. Plus précisément, tous les domaines ayant
– de près ou de loin – un lien avec les enjeux actuels de l’automobile
tels que l’allègement des structures, la réduction de
la consommation et de l’impact environnemental, l’utilisation
de nouveaux matériaux (comme les composites et leurs
interactions avec les matériaux « traditionnels »), l’autonomie
des batteries pour les véhicules électriques et hybrides ou
encore les systèmes embarqués et les performances des véhicules
autonomes (en particulier en matière de sécurité), seront
évoqués à travers des interventions et conférences particulièrement
techniques et pointues.
Autodesk chez une société d’ingénierie italienne spécialisé
dans les nanocomposites pour la Formule 1, l’intervention de
Benoit Guillaume, Expert au sein du Groupe PSA qui nous
parle de l’utilisation de l’optimisation topologique et, enfin,
divers développements logiciels avec ESI Group, montrant que
les éditeurs prennent de plus en plus de place aux côtés des
constructeurs et du monde de la recherche ; et jouent désormais
un rôle incontournable dans les développements liés à
l’automobile de demain. ●
Olivier Guillon
La revue Essais & Simulations se devait d’être un partenaire à
part entière d’un tel événement. Ainsi, à l’image du colloque
congrès Automotive NVH Comfort qui s’est déroulé au Palais
des congrès du Mans les 19 et 20 octobre derniers, un dossier
spécial est consacré et vient occuper les colonnes de votre magazine.
Au programme de ce numéro : un point sur le congrès
« événement », un cas d’application de la solution logicielle
lE DoSSiEr EN DétAil
22 La simulation doit s’adapter aux nouveaux besoins de l’automobile
23 Des nanocomposites de fibres de carbone « dynamiques »
26 Le champ d’application de l’optimisation topologique s’élargit
28 La simulation numérique face aux enjeux de l’automobile
20 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

AVL Electrification Testing Solutions
AVL provides customer oriented solutions for the development
and testing of the complete range of electrified powertrains.
AVL Powertrain
World App
www.avl.com, info@avl.com

essais et modélisation
événement
La simulation doit s’adapter
aux nouveaux besoins
de l’automobile
Apporter à l’ingénierie des méthodologies de simulation
afin de relever les nouveaux défis de l’industrie automobile,
tel est le fil conducteur du Congrès Simulation de la SIA
organisé en mars prochain à l’Estaca. Cette nouvelle édition
permettra de faire le point sur les tendances et les nouveautés
méthodologiques de la simulation numérique pour répondre
aux nouveaux enjeux de l’automobile.
éric Landel
Coprésident du comité d’organisation
du Congrès Simulation,
l’expert leader en modélisation
et en simulation numérique
au sein de Renault, est également
responsable de la Section Technique
« Simulation et méthodologies
associées » de la SIA.
Devant le succès de sa première édition,
le Congrès Simulation organisé par la
Société des ingénieurs de l’automobile
(SIA) se devait de renouveler l’expérience
réussie de 2015. Ce rendez-vous est désormais
programmé pour avoir lieu tous les deux ans,
une périodicité justifiée par un nombre déjà important
d’événements de toutes sortes portant sur la
simulation numérique, qu’il s’agisse de congrès,
colloques, séminaires ou autres clubs utilisateurs
d’éditeurs de solutions logicielles de simulation
numérique. « Il y a deux ans, la première édition
avait réuni près de 200 personnes et s’était révélée
comme une véritable réussite », confirme Éric
Landel, expert leader en modélisation et en simulation
numérique chez Renault, également coprésident
du comité d’organisation du congrès.
Le marché
automobile
est très
concurrentiel
et amène les
industriels
à fortement
innover pour
élargir l’offre
« produit » et
optimiser les
coûts…
Cette première édition avait notamment fait
intervenir deux éminences dans le domaine
de la recherche automobile en France : Gaspar
Gascon-Abellan, directeur de l’Ingénierie chez
Renault, et Gilles Le Borgne, directeur R&D de
PSA Peugeot Citroën. Deux interventions de haut
vol qui, associées à un programme particulièrement
riche en conférences, n’ont pas tardé à forger
la réputation de ce rendez-vous de la simulation
numérique dans le domaine automobile.
des nouvelles méthodes pour
répondre aux bESOINS émergENTS
Spécifiquement tourné vers les nouvelles méthodes
de simulation destinées à répondre aux nouveaux
besoins de l’industrie automobile, le Congrès
Simulation de la SIA justifie ce thème par l’évolution
rapide que subit aujourd’hui – et plus
que jamais – la filière, en raison de l’allègement
nécessitant l’utilisation de nouveaux matériaux,
des nouvelles technologies liées notamment aux
capteurs et à la connectivité des véhicules, mais
aussi des contraintes réglementaires et des changements
dans les usages.
Ainsi, l’appel à contributions portait sur trois
grands thèmes généraux : l’intégration de
nouveaux matériaux, le développement des
véhicules de demain (hybride, autonome et
22 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
… Ces évolutions impactent lourdement
les méthodes d’ingénierie et la simulation
numérique qui doit sans cesse s’adapter.
connecté) et la réduction des coûts de développement. « Face
à ces nouveaux besoins, les méthodes de conception se doivent
de s’adapter et vite, insiste Éric Landel. C’est la raison pour
laquelle ce congrès est axé vers la nouveauté. » Toutefois, si
le nombre de propositions de sujets d’intervention a explosé
les compteurs – « nous avons été contraints de refuser près
de 40 % des propositions » –, les retours des intervenants se
sont davantage manifestés non pas seulement sur les problématiques
liées aux véhicules électriques mais, contre toute
attente, sur les motorisations thermiques, équilibrant la répartition
des deux sujets.
élargir l’AUdIENce vers les jEUNES
Du côté de l’événement en lui-même, le congrès aura lieu
cette année sur le campus de l’Estaca à Saint-Quentinen-Yvelines
; une volonté exprimée par la SIA en tant que
société savante et de sa section technique « Simulation et
méthodologies associées » d’organiser l’événement au sein
une école et d’ouvrir davantage le congrès aux jeunes, d’autant
que « les locaux de l’établissement s’y prêtent parfaitement,
souligne Éric Landel. Un espace sera ainsi réservé
aux étudiants désireux de présenter leurs travaux à travers
des posters et d’entrer en contact avec des professionnels de
l’automobile. » ●
Olivier Guillon
Matériaux
des nanocomposites
de fibres de carbone
« dynamiques »
La structure des voitures de Formule 1
est souvent composée de nanocomposites
comme la fibre de carbone, également
qualifiée de super-matériau. Le châssis
représente alors à lui seul, 20 millions de
dollars. La science des matériaux est donc
un secteur qui a le vent en poupe. Pour ce
faire, la société italienne d’ingénierie et de
fabrication Bercella a fortement investi dans
un laboratoire dédié aux matériaux.
Bercella a produit à ce jour plus de 500 monocoques et
compte parmi ses clients des géants de la Formule 1
comme le constructeur Dallara. Mais ce qui fait
de cette entreprise d’une cinquantaine d’employés
un précurseur, se démarque pour avoir investi dans la création
d’un laboratoire de pointe dédié aux matériaux. « Lors
du développement de nos services d’ingénierie entre 2011 et
2012, nous avons réalisé que la création d’un laboratoire de
matériaux serait une première dans le secteur, et nous nous
sommes lancés, déclare Massimo Bercella, vice-président du
développement commercial chez Bercella. C’est une chance
unique de pouvoir concevoir et tester des matériaux en interne,
et ce laboratoire représente une aide précieuse pour les ingénieurs
chargés de la simulation des structures et de la conception
des procédés. »
Bercella cherchait un spécialiste des matériaux avec une solide
expérience dans le domaine de la recherche et a ainsi embauché
Laura Marchini. Cette dernière a proposé de créer un matériau
innovant en collaboration avec l’IMEM (Institute of Materials
for Electronics and Magnetism) en Italie, où elle avait travaillé
comme chercheuse. Pour qualifier cette innovation, elle parle de
« matériau dynamique », en raison de sa capacité à s’adapter aux
conditions extérieures. Cette invention, en instance de brevet,
relève de la propriété intellectuelle de Bercella, qui explore divers
marchés en vue de la signature de contrats de licence. « Il s’agit
d’un programme de recherche que je développe actuellement
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 23

essais et modélisation
L’entreprise italienne abrite un immense autoclave
chez Bercella, confie Laura Marchini. Après quelques années de
recherche sur les matériaux, j’ai décidé de travailler dans l’industrie.
Je cherchais l’entreprise idéale et je suis tombée sur Bercella.
Lorsque j’ai commencé à travailler ici, Franco Bercella [P-DG de
Bercella] m’a donné une grande liberté dans le choix des thèmes
de recherche. Je suis la première scientifique au sein d’une équipe
qui compte de nombreux ingénieurs mécaniques et aéronautiques
[…]. L’idée est de développer un capteur vraiment minuscule pour
que la structure ne soit pas affectée par sa présence à l’intérieur
de l’élément composite », poursuit Laura Marchini. « Sachant que
les capteurs embarqués nuisent généralement aux performances
du composant, je me suis intéressée à la fibre de carbone. »
Les effets néfastes évoqués par Laura Marchini peuvent être
liés à la taille ou au poids des matériaux, parfois trop lourds.
En plus de réduire ces effets, l’utilisation de la fibre de carbone
permet au capteur de « suivre » la structure qui « l’héberge »
en termes de contraintes thermiques et mécaniques. Laura
Marchini rend les fibres de carbone fonctionnelles à l’aide de
nanostructures qui créent des propriétés piézoélectriques, ou
des charges électriques en réponse aux contraintes mécaniques.
D’après la spécialiste, si de nombreux groupes de recherche
manipulent des nanotubes, Bercella préfère miser sur les nanostructures,
qui sont moins coûteuses à produire et ne requièrent
pas de systèmes à ultravide. « Ces capteurs peuvent enregistrer
tout ce qui se passe au niveau du fuselage d’un avion ou du
châssis d’une voiture, confie-t-elle. La température, la pression
et la résistance aux contraintes sont quelques-unes des variables
qui peuvent être suivies et mesurées. La surveillance continue
du composant permet d’anticiper les anomalies. Si la structure
a été exposée à un grand nombre de contraintes tout au long de
Miser sur les NANOSTructures
Bercella rend les fibres de carbone fonctionnelles
à l’aide de nanostructures
24 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
son cycle de vie, vous pouvez l’éliminer avant qu’une rupture ou
une panne ne se produise. » « Vous n’avez pas besoin d’ajouter
des composants étrangers – comme les fibres optiques actuellement
utilisées – ni d’autres poids », ajoute Massimo Bercella.
Techniquement, cette invention en instance de brevet de
Bercella porte sur un dispositif piézoélectrique à base d’oxyde de
zinc, pouvant à la fois servir de capteur (surveillance active de
la structure) et d’actionneur (changement de forme des objets).
Il comprend au moins deux fils croisés de fibre de carbone, à
l’intersection desquels se trouve une couche d’oxyde de zinc
en forme de nanotige. Chacun des deux fils est connecté à un
ordinateur. L’utilisation du matériau ou du dispositif piézoélectrique
pourrait révolutionner des secteurs comme l’automobile,
l’aérospatiale ou l’aéronautique. Sans parler des clients, qui
bénéficieraient de produits plus sûrs, capables de détecter et
de corriger les anomalies. Comme le souligne Bercella dans sa
demande de brevet : « Les acteurs du secteur de l’aéronautique
pourraient placer notre capteur sur des éléments de leurs structures
de base (longerons, nervures, panneaux, etc.) pour détecter
les contraintes. Le dispositif piézoélectrique peut également
être utilisé comme actionneur pour autoriser un changement
morphologique des surfaces mobiles d’un avion, en particulier
la géométrie des ailes, afin de modifier les forces aérodynamiques
pour un meilleur pilotage de l’appareil. »
des fibres de carbone au cœur d’une nouvelle
révOLUTION INdUSTrIELLE
Bercella sait que la plupart de ses clients sont en quête de solutions
plus efficaces pour concevoir et fabriquer des voitures, des
trains et des avions. Travaillant dans des secteurs à la pointe
de la technologie, ces derniers cherchent également à collecter
davantage de données et à obtenir des retours sur leurs structures
et leurs équipements. Grâce à ces matériaux adaptatifs,
ils ont toutes les chances de conserver une longueur d’avance
sur leurs concurrents.
« Je pense que ce matériau suivra les traces des composants ultrahigh-tech,
déclare Massimo Bercella. Les premières applications
se feront dans les secteurs de la défense et de l’aérospatiale, avant
de s’étendre à l’aéronautique, à la Formule 1, voire aux véhicules
grand public. D’une manière générale, les acteurs du secteur de
l’automobile s’intéressant à l’industrie des composites représenteront
un formidable marché pour Bercella d’ici trois à cinq ans. »
Ces fibres de carbone sont au cœur d’une nouvelle révolution
industrielle, alimentée par de nouvelles technologies comme
la « conception générative » (ou design génératif) et la fabrication
additive. Des champs que Bercella connaît bien et dans
lesquelles l’entreprise investit beaucoup. Ainsi, celle-ci travaille
autour de la conception liée à la fabrication additive. L’évolution
des matériaux et des solutions transforme les modes de
production. Il s’agit pour Bercella d’être prêt lorsque la partie
composite entrera dans un mode industriel.
Une forte implicATION de l’édITEUr de logicIELS
AUTOdESk
Cette nouvelle façon de créer des objets ne serait possible sans
l’impression 3D. Au-delà de cette technique de fabrication, le
concept d’Industrie 4.0 prend tout son sens dans l’évolution des
différents outils de travail qui accompagnent les ingénieurs et
les designers de demain. Ces évolutions vont donc également
avoir un impact sur le logiciel en lui-même. Les systèmes traditionnels
de CAO entrent dans cette nouvelle ère, apportant ainsi
un nouveau souffle aux machines via notamment l’intelligence
artificielle. « Grâce au design computationnel, nous souhaitons
apprendre la conception à la machine, puis avoir des matériaux
qui peuvent communiquer directement avec l’opérateur, explique
Massimiliano Moruzzi, expert en recherche scientifique chez
Autodesk. Il s’agit de la véritable mission de l’Internet des Objets.
Cela va bien au-delà du contrôle d’un thermostat via un simple
téléphone mobile. »
L’éditeur de logiciels pour les professionnels de la conception
et de l’ingénierie, Autodesk, collabore avec des dizaines d’entreprises
telles que Bercella avec son programme Dreamcatcher.
Des systèmes sont testés pour savoir s’ils sont capables
d’absorber et de saisir des contraintes externes, puis d’explorer
des centaines de combinaisons qui pourraient satisfaire
les exigences de conception imposées par le designer. « Nous
souhaitons que la plate-forme trouve des solutions de conception
sans pour autant lui expliquer comment les différents composants
doivent être faits », ajoute Moruzzi. Autodesk et Bercella sont
d’ailleurs impliqués dans le projet Hack Rod, la première voiture
au monde créée via l’intelligence artificielle grâce aux données
recueillies sur un véhicule bardé de capteurs, puis « digérées »
dans le cloud. Analyse de données à l’appui, les ordinateurs ont
conçu un nouveau châssis (forme, matériaux…) qui optimise
le poids et la robustesse. ●
Laboratoire dédié aux matériaux
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 25

essais et modélisation
méthode
Le champ d’application
de l’optimisation topologique
s’élargit
Il y a quelques semaines, le groupe thématique « Optimisation »
de la SIA organisait un colloque au sujet de l’optimisation
topologique. une méthode qui, loin des idées reçues, s’ouvre
à un nombre croissant d’applications chez les industriels de
l’automobile comme l’explique Benoît Guillaume (de PSA) qui était
également intervenu sur ce sujet au Congrès Simulation de 2015.
Si l’optimisation topologique s’appuie sur des méthodes
de calcul datant d’une trentaine d’années, celle-ci reste
encore largement confinée à des applications plutôt
classiques sur pièces massives. Cette technique numérique
reposant sur des éléments finis permet d’identifier de
manière itérative la forme optimale d’une structure en proposant
le meilleur compromis entre le poids et les différentes
exigences de performances, de design… Ainsi, la forme optimale
répond à une répartition de matière idéale en fonction
d’un volume donné. « L’avantage de partir d’un volume d’encombrement
et non d’une forme imposée réside dans le fait
d’aller au-delà du savoir-faire et de l’intuition de l’ingénieur
– parfois source d’erreurs – et d’obtenir des formes totalement
innovantes auxquelles on n’aurait jamais pensé », souligne
Benoît Guillaume, expert en techniques numériques pour l’optimisation
et la robustesse au sein du groupe PSA, et animateur
du groupe thématique « Optimisation » à la SIA.
Ainsi, l’optimisation topologique permet de s’affranchir de
l’étape de dessin initial pour concevoir la forme d’une pièce
et élimine de nombreuses boucles de validation successives
entre les architectes (données de volume), les designers
(définition de la pièce en fonction des critères mécaniques)
et tous ceux responsables du respect du cahier des charges
du système étudié ; « tous ces échanges se révèlent souvent
improductifs ; dans le cas de l’optimisation topologique, on
évalue tout de suite l’adéquation des volumes de conception
au regard de la faisabilité produit-process et des contraintes
de performances, il ne reste plus alors qu’à définir la pièce
dans son encombrement ».
Une place crOISSANTE dans l’industrie
benoît guillaume
Diplômé de l’UTC Compiègne, Benoît
Guillaume intègre le groupe PSA
en 1999 pour développer la partie
modélisation numérique NVH avant
d’évoluer vers l’optimisation comme
spécialiste puis en tant qu’expert
en 2015 dans les techniques
numériques pour l’optimisation et
la robustesse. Au sein de la SIA,
Benoît Guillaume anime le groupe
thématique « Optimisation »
process de forge et de fonderie. En revanche, cette méthode
n’est pas adaptée aux pièces embouties, pliées ou
soudées ; « si l’on cherche à l’appliquer pour obtenir une
définition détaillée, c’est voué à l’échec, avertit Benoît Guillaume.
En revanche, pour orienter la conception d’une pièce
dans un volume fonctionnel en identifiant les principales
voies d’efforts, c’est parfait. » Ainsi, les champs d’application
de l’optimisation topologique ne cessent de s’étendre
et présentent un intérêt croissant dans d’autres domaines
que la mécanique où elle est historiquement appliquée,
comme la CFD (fluide) ou encore l’électromagnétisme.
De plus, si on part aujourd’hui d’un volume fonctionnel
figé que l’on optimise de façon à trouver la bonne topologie
de pièce, il est tout naturel de vouloir demain paramétrer
ce volume pour tester divers scénarios d’architecture
en couplant ainsi optimisation topologique et optimisation
de forme.
Historiquement, l’optimisation topologique s’applique
princi palement sur de grosses pièces faisant appel à des
Positionnement de la démarche
dans le schéma de développement véhicule
26 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
En outre, cette technique trouve parfaitement sa place
dans les procédés de fabrication additive, « au point même
d’être devenue indissociable ; on transmet ainsi directement
les données de la forme dans l’imprimante 3D ». Et si
aujourd’hui ce procédé demeurait confronté aux faibles
vitesses de cadence, les verrous technologiques se lèvent
progressivement et tendent vers de la production en
grande série ; dans ce contexte, les besoins en optimisation
topologique se font de plus en plus pressants.
Une démarche pas si compliquée à faire
accepter
Malgré l’intérêt croissant des industriels vis-à-vis de l’optimisation
topologique, celle-ci souffre encore d’a priori, au
premier rang desquels celui d’être difficilement applicable.
Dans le cas de PSA, la méthode s’est pourtant révélée être un
succès à part entière. Mais cela n’a pu se faire qu’au prix d’une
première expérience – ou « sucess story ». Concrètement, en
2014, sous l’impulsion du maître-expert Laurent Di Valentin,
Benoît Guillaume s’est lancé dans l’aventure, se mobilisant
deux jours par semaine sur un an afin de travailler, à partir
de cette nouvelle approche, sur la plateforme de la prochaine
Peugeot 208. « Ce ne fut pas totalement un succès mais les
résultats étaient suffisants pour en tirer une première expérience,
laquelle était absolument nécessaire pour faire accep-
Limites d’architecture pour la construction du design space
ter l’optimisation topologique sur un deuxième projet mené
en 2015 et portant sur la conception d’une superstructure de
véhicule. L’ensemble des services y a immédiatement trouvé
un intérêt commun. Aujourd’hui, la méthode est complètement
acquise ».
Des solutions matures mais
bousculées par une nouvelle
méthode
Si elle s’appuie sur des méthodes mathématiques
traditionnelles mises au point à la fin des
années 1980, l’optimisation topologique semble
connaître une nouvelle révolution. Les outils
de simulation numérique, à commencer par le
plus répandu – OptiStruct d’Altair – mais aussi
les solutions de Genesis ou encore de Dassault
Systèmes, ont naturellement connu des évolutions
significatives. Mais les travaux du Pr Grégoire
Allaire, de l’École Polytechnique, abordent
aujourd’hui une nouvelle approche permettant,
à l’inverse des autres méthodes, de bien identifier
les zones où il est nécessaire d’ajouter ou non de
la matière et ainsi d’optimiser les résultats. En
se confrontant aujourd’hui, ces deux approches
devraient restimuler la recherche dans ce domaine
particulier des mathématiques.
Éléments complémentaires de construction
pour les opérations de transformation
La principale limite de cette technique réside pour l’essentiel
dans le manque de compétences dans le domaine. Si les
constructeurs français, en particulier le centre technique de
PSA à Vélizy-Villacoublay – abritent chacun plusieurs spécialistes
en la matière, il reste très compliqué de recruter des ingénieurs
suffisamment formés dans l’optimisation topologique.
« Dans les écoles d’ingénieurs, les étudiants savent de quoi il
s’agit mais sont rarement en mesure de mettre en pratique cette
technique, concède Benoît Guillaume. C’est donc à nous de
les former ». Au niveau des compétences justement, les outils
développés aujourd’hui rendent tout à fait accessible cette
approche pour toutes sortes d’applications sur des pièces relativement
simples – moyennant une formation – mais l’appliquer
sur des systèmes complexes demande encore un fort
savoir-faire. Autre limite de l’optimisation topologique, le
périmètre du crash en raison notamment des phénomènes
non linéaires de grandes déformations générés par les chocs.
D’autres approches sont alors nécessaires. ●
Olivier Guillon
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 27

essais et modélisation
applications
La simulation numérique face aux enjeux
de l’automobile
dans ce dossier réalisé autour de l’événement de la sia en mars prochain, la rédaction a
tenu à présenter l’offre d’un fournisseur de solutions logicielles, entreprises de plus en plus
nombreuses à participer au congrès bisannuel sur la simulation. déjà très présent dans le
secteur automobile, esi Group, par le témoignage de Caroline Borot, nous expose plusieurs
solutions et réalisations répondant aux problématiques des constructeurs.
caroline borot
En charge du business
development et
de la stratégie marketing
pour les nouvelles solutions
d’ESI Group, Caroline Borot
a longtemps travaillé du côté
des procédés de fabrication
puis sur les aspects liés
à la performance.
Le spécialiste français de logiciels et de services d’ingénierie lié
au prototypage virtuel a, comme de nombreux autres éditeurs,
répondu à l’appel à papiers – à contribution en d’autres termes –
lancé par la Société des ingénieurs de l’automobile (SIA) en
envoyant un « abstract », lequel concernait un sujet plutôt
porteur et dans l’air du temps : le véhicule électrique. Mais
celui-ci, s’il aborde l’éternelle problématique de l’autonomie
Simulation du réservoir lors d’un crash avec la solution Water Flow
d’ESI Virtual Performance Solution
Mis au point par la société EPTender (située à Poissy, dans les
Yvelines), cette remorque permet à un véhicule électrique de
format « citadine » (une Renault Zoé par exemple), d’augmenter
de 400 km et ainsi d’aborder un voyage de longue distance
autour de 100 km/h. « EPTender s’est servi du module Water
Flow afin de simuler ses opérations de crash-tests, indique Caroline
Borot. Les solutions de simulation classiques ne permettaient
pas à la société de savoir vraiment ce qui se passerait au niveau
du réservoir en cas d’accident sur le véhicule et sa remorque ».
L’AUTONOMIE AU cœUr dES prObLéMATIqUES
Système de prolongateur d’autonomie
tracté par une Renault Zoé. Image EP Tender.
– principal facteur faisant aujourd’hui défaut à cette technologie
–, montre une application pour le moins originale puisqu’il
s’agit d’une remorque attachée à l’arrière d’un véhicule électrique
et contenant un générateur thermique, encore appelé « prolongateur
d’autonomie » ; à l’avenir, un générateur électrique est
également envisagé.
Outre cette application un peu particulière, même si elle correspond
à l’un des cœurs de savoir-faire d’ESI (la simulation de
crash test), les problématiques des constructeurs automobiles
Autonomie, allègement et étanchéité
des véhicules font partie des axes
de développement prioritaires
28 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation
et de leurs équipementiers concernent pour l’essentiel l’allègement
des structures. Naturellement, les regards se tournent
rapidement vers les composites mais, comme le rappelle Caroline
Borot, « le 100 % composites, y compris dans les véhicules
haut de gamme, n’est guère possible. La vraie solution réside dans
l’usage des multi-matériaux et plus particulièrement dans le
choix du bon matériau – en fonction de chaque pièce – au bon
endroit » ; il ne faut donc pas hésiter à remettre en question le
design et les procédés d’assemblage de matériaux aussi divers
que variés, qu’il s’agisse d’aciers, d’aluminium, de composites
ou de plastiques… Il en est de même pour les performances et
leur tenue en fatigue que ce soit au niveau vibro-acoustique ou
en cas de choc. « Il est désormais nécessaire de travailler sur du
multi-échelle, à la fois sur la zone assemblée ou soudée puis tout
autour ». Des travaux de recherche sont d’ailleurs menés à ce
sujet, à l’exemple de ComMUnion, un projet européen H2020
portant sur l’assemblage entre alliage métallique et composites
thermoplastiques, ou encore le projet USAMP, réunissant Ford,
GM et Chrysler : ce partenariat de recherche vise à mettre au
point un pare-chocs 100 % composites. Enfin, Honda travaille
sur la question du soudage des aciers avec des aciers emboutis
à chaud et de l’impact sur la tenue de l’ensemble assemblé
en cas de choc.
Autre levier d’autonomie et de gains directs sur la consommation
: la gestion thermique de la cabine – autrement dit, à l’intérieur
de l’habitacle. L’idée est la suivante : alors que la mise
en route du chauffage ou de l’air conditionné va diffuser de l’air
chaud ou froid dans tout l’habitacle, il va nécessairement générer
une surconsommation, en particulier lorsque le conducteur
est seul à bord du véhicule. De plus, si le conducteur souhaite
mettre la climatisation sans indisposer les passagers (le cas des
taxis par exemple), il ne peut le faire qu’à l’aide d’un système
de sièges dotés de systèmes ventilés (ou chauffants), systèmes
qui existent également sur le volant. « ESI propose un produit
appelé Virtual Seat Solution aidant à concevoir des technologies
permettant de mieux gérer les systèmes classiques de chauffage
et de climatisation sur les sièges. Les essais montrent que le
refroidissement de l’habitacle uniquement par la climatisation
peut faire perdre jusqu’à 40 % d’autonomie aux véhicules électriques
; ce qui peut être considérablement amélioré par l’usage
d’un siège ventilé. ».
S’ATTAQUER À L’ÉTANCHÉITÉ DE LA CAISSE
Autre axe de développement auquel répondent les solutions
d’ESI, l’étanchéité, encore appelé « water flow ». L’enjeu ? Aller
plus loin que les essais classiques, en particulier ceux effectués
dans des tunnels, à l’intérieur desquels le véhicule est immergé
et que l’on asperge d’eau. « Face à l’explosion du nombre de
capteurs et d’électronique embarqué dans la voiture, mais aussi
et surtout pour assurer une étanchéité parfaite de la caisse
pour les véhicules électriques, ces moyens d’essais classiques ne
parviennent plus à répondre aux besoins des constructeurs »,
souligne Caroline Borot.
Les jets d’eau ne représentent pas suffisamment les
conditions réelles d’une route inondée, d’une pluie battante
ou simplement d’une flaque de boue et des éclaboussures
d’eau pouvant atteindre certains composants, à commencer
par la batterie, y compris à faible vitesse. Intégré à l’outil
Simulation obtenue grâce au module Water Flow d’ESI Virtual
Performance Solution.
Autre problématique des industriels de
l’automobile : les multi-matériaux
Virtual Performance Solution (VPS), le module Water Flow
permet de s’assurer que les multiples capteurs – de plus en
plus nombreux et complexes – n’entrent jamais en contact
avec l’eau, que le design prenne bien en compte l’étanchéité
du véhicule (évitant d’ajouter a posteriori l’ajout de joints
disgracieux) mais également d’anticiper d’éventuelles
réglementations à venir en matière d’étanchéité ; on n’est
jamais trop prudent… ●
Olivier Guillon
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 29

sur la modélisation et la simulation et
plus particulièrement sur la plateforme
d’innovation Fahrenheit (Epsilon-Alcen),
les « Transient Refrigeration Cycles » et
leurs résultats de simulation (ESI France),
l’identification numérique de fonctions de
transfert thermique (CEA Cesta) et enfin
l’automatisation des calculs thermomécaniques
sur une antenne de satellite (Thales
Alenia Space / Siemens).
La troisième session concernant la caractérisation
expérimentale et les méthodes
d’essais, avec des interventions portant
sur la caractérisation électrique, thermique
et fluidique de modules de puissance
de nouvelle génération (Icam / IRT
Saint-Exupéry / aPSI 3D ), la caractérisation
expérimentale de grandeurs thermesures
Compte-rendu
Les essais et la mesure thermiques
à l’honneur
l’association pour le développement des sciences et techniques de l’environnement (aste) a
organisé du 22 au 23 septembre derniers à toulouse dans les locaux de l’institut catholique
d’arts et métiers (icam) et la participation de la plateforme d’innovation thermique
Fahrenheit, une conférence sur le thème de la virtualisation de la conception et tests
thermiques des systèmes.
La thermique est un domaine
par nature transversal à de
nombreuses applications industrielles
et les problèmes qui lui
sont associés constituent bien souvent des
freins ou des verrous aux avancées technologiques.
Le colloque a eu pour objectif
de traiter des liens fondamentaux entre les
essais industriels et la simulation. Environ
soixante personnes représentant le monde
universitaire et industriel ont participé à ce
premier rendez-vous prometteur de tous
les leaders, ingénieurs et techniciens des
essais thermiques.
Quatre sessions au cœur
des défis industriels
L’événement a rassemblé des professionnels
des essais thermiques, des étudiants
et des chercheurs. Quatre sessions ont eu
lieu dans le cadre de ce premier « Astelab
Thermique ». La première portait sur
les capteurs et les moyens d’essais mesure
rapide de température par thermocouple
avec l’entreprise DSi (voir article page 33),
l’évolution des tests thermiques dans le
domaine aérospatial (Alliantech / ACS
– ATT), un capteur de mesure du coefficient
de transfert entre l’action d’un
fluide et d’une paroi (Kayme / CEA) et,
enfin, sur un dispositif de contrôle thermique
: exemple d’une boucle diphasique
avec une pompe mécanique (Atmostat-Alcen).
La deuxième session portait
miques (IRT Saint-Exupéry), la « Thermal
characterization of a dissipative component
and associated model correlation »
(Airbus), les améliorations de l’efficacité
des essais vide-thermique (Intespace) ou
encore la visualisation de la conception et
les tests thermiques des systèmes (Liebherr
Aerospace Toulouse). Enfin, la quatrième
et dernière session concernant les CND et
l’imagerie ; les interventions ont d’abord
dressé l’état de l’art des méthodes de
caractérisation thermique, de CND par
thermographie infrarouge et leurs applications
industrielles (Thermoconcept),
avant d’aborder les solutions d’imagerie
pénétrante multispectrale 2D/3D pour le
contrôle et l’analyse des matériaux isolants
opaques (NeTHIS).
30 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesures
Un espace
dédié aux exposants
Les participants du colloque ont également
pu découvrir les dernières nouveautés
technologiques en parcourant les stands
des onze sociétés présentes sur l’espace
« salon » (ACS – Alliantech, Climats,
Dewefrance, DSi, Intespace, Kimo Instruments,
Neotim, NeTHIS, Thermoconcept,
Texys International et Weiss Technik). Le
dîner de gala associé à une croisière sur
la Garonne et le canal du Midi a permis
aux participants d’échanger dans une
atmosphère détendue et d’assister à une
présentation de Daniel Pons d’Airbus sur
la philosophie de la vérification thermique
des satellites du programme Oneweb. ●
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ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I31

mesures
entretien
vers plus de capteurs sans fil
et intelligents
Il existe aujourd’hui un besoin évident de capteurs de
nouvelle génération, qu’il s’agisse de capteurs intelligents,
capables de communiquer entre eux, et sans fil ; le
problème du câblage étant de plus en plus présent dans les
laboratoires d’essais. Et le domaine de la thermique n’échappe
pas à la règle, d’autant que, dans les applications d’essais industriels
en particulier, les contraintes peuvent être extrêmes en
raison des fortes montées – ou des descentes – en température.
Lors des journées toulousaines d’Astelab portant sur les tests
thermiques des systèmes, Intespace a notamment fait part à
l’auditoire de sa problématique quant à la mise en réseau des
capteurs de température sans fil.
Quelles technologies voit-on apparaître
aujourd’hui sur le marché ?
Au cœur de l’actualité médiatique, en partie grâce à la visite du
président Hollande dans ses locaux de Labège (Haute-Garonne),
la société Sigfox, spécialisée dans l’Internet des objets (IoT) et le
« Machine to Machine » (M2M), fait de la mesure à distance ;
en somme, il s’agit de capteurs de mesure à basse vitesse et à
faible débit et capables de communiquer entre eux. Pour le
domaine des essais, c’est encore insuffisant, mais les développements
vont aujourd’hui dans ce sens. L’intérêt du capteur « sans
fil » est évident, à l’exemple de l’aéronautique où, pour réaliser
des mesures sur l’Airbus A350 XWB par exemple pour des
essais statiques, on a besoin, en fonction du modèle, de 10 000
à 20 000 capteurs, soit plus de 1 000 km de câbles ! De même,
les nanotechnologies – à l’exemple de Nanolike – lesquelles
permettent de mettre au point des jauges de contraintes à très
haute résistance pour un encombrement et une consommation
électrique plus réduits. On se dirige inévitablement vers
une miniaturisation des produits. En effet les capteurs sans fil
ne doivent pas perturber leur environnement de mesures, ils
se doivent donc d’être « petits », mais ces derniers doivent intégrer
une batterie, des pistes d’amélioration s’orientent vers des
capteurs capables de générer leur propre énergie, mais aussi des
possibilités de communiquer d’où TM-TC, conversion analogique-numérique,
systèmes de sécurité…
Qu’en est-il des smart sensors ?
Le capteur intelligent n’a plus seulement la vocation à n’être
qu’un capteur. Il doit contenir, outre l’ensemble des informations
joseph Merlet
Actuellement vice-président de l’ASTE, Joseph Merlet était
l’ancien directeur technique de la société toulousaine Intespace
de 2009 à 2014
le concernant (nom-modèle, numéro de référence, sensibilité,
courbe et planning d’étalonnage…), des capacités à communiquer
: le smart sensor doit pouvoir dialoguer avec la chaîne
de mesure, lui envoyer une trame de télémesure, gérer (grâce
à une mémoire de tests et une mémoire tampon) l’information
montante et descente, être capable de s’éteindre et se rallumer
seul, etc. Mais ces solutions d’avenir devront lever certains
verrous technologiques tels que les interférences et les perturbations
électromagnétiques de même que les impératifs de confidentialité
des mesures. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
32 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesures
optimisation
Mesure rapide de température
par thermocouple
les thermocouples permettent une mesure thermique économique, rapide, mais souffrant
d’une faible précision à cause de leur importante sensibilité au bruit. nous avons appliqué
la théorie de l’estimation optimale pour créer un filtre numérique dédié à la mesure par
thermocouple. les résultats en simulation et mesure nous ont permis de concevoir le prototype
fonctionnel d’une centrale de mesure utilisant ces techniques pour une mesure précise et rapide
de température (0,2 °C et 2 ms) au moyen de thermocouples classiques : la centrale mimecor.
La mesure de température représente 80 % des capteurs
dans les laboratoires d’essai. Les thermocouples (TC)
sont des capteurs économiques, rapides et à large
gamme de mesure, au détriment de leur précision
réduite par de forts niveaux de bruits. Nos travaux R&D, en
particulier le projet MIMECOR-VT 1 , visent à remplacer les
méthodes traditionnelles de traitement du signal, basées sur
le conditionnement analogique, par des techniques de filtrage
numérique issues de la théorie d’estimation optimale. Nous
avons ainsi développé la centrale Mimecor, qui assure une
mesure de température précise, rapide, et économique.
principe de mesure de température par tc
dispositif de mesure de température par tc
Un thermocouple (TC) est constitué de deux fils de métaux
différents soudés. Un potentiel est généré entre ses bornes en
présence d’un gradient de température, d’après l’effet Seebeck
[1]. La mesure de température par TC est sujette à des perturbations
causées par l’interaction du capteur avec son milieu
ou les signaux parasites. Des précautions de mise en œuvre
permettent de réduire le bruit de mesure [2].
Bruit de mesure d’un VI en fonction de la vitesse d’acquisition
1. MIMECOR-VT :« Méthodes Innovantes pour la mesure et le contrôle des
caissons d’essais Vide Thermique » est un projet mené par : DSi, Intespace,
LAAS-CNRS, TSR et EREMS. Lauréat de l’appel à projet IRIS 2010 de la
DIRECCTE Midi-Pyrénées, il est cofinancé par l’UE avec le FEDER.
performances et limitations
La mesure de tension est classiquement réalisée par un voltmètre
intégrateur (VI) qui mesure la valeur moyenne de la
tension d’entrée sur une durée T int
, la période d’intégration.
Lorsque T int
est longue, le bruit de mesure est réduit pour un
cas stationnaire. Cependant, quand la variation de température
est rapide par rapport à T int
, le VI donne une mesure
biaisée (figure ci-après).
centrale mimecor de mesure thermiQue
rapide
La centrale Mimecor remplace le VI par un filtre optimal
numérique pour une mesure rapide et précise par TC. De
plus, la chaîne de conditionnement du signal (amplification,
multiplexage, échantillonnage et numérisation) est optimisée
pour cette application.
le filtrage optimal
Le problème d’estimation dynamique consiste à reconstruire
un processus stochastique à partir de son observation partielle
et bruitée. Le filtrage optimal détermine le meilleur estimateur
de l’état courant à partir des mesures, selon un critère de
performance (ici, le minimum de variance, minimisant l’erreur
quadratique moyenne).
La résolution du problème de filtrage optimal peut être obtenue
récursivement en 2 étapes :
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I33

mesures
• La prédiction, selon l’équation de dynamique (équation de
Chapman-Kolmogorov).
• La correction, au vu de la nouvelle observation (règle de
Bayes).
filtre de Kalman
Kalman a proposé un filtre ne nécessitant pas de signaux
stationnaires mais basé sur un modèle d’état linéaire. Ce filtre
étant récursif, sa réponse en chaque instant n’est fonction que
du signal observé et de sa réponse à l’itération précédente.
L’optimalité de ce filtre dépend de la linéarité du système dynamique
d’état. Or, celui-ci n’est pas linéaire dans la plupart des
cas réels. Le filtre de Kalman étendu consiste à l’approcher en
linéarisant les équations d’état et de mesure. Il suit ensuite l’algorithme
du filtre classique. D’autres solutions existent dans
la littérature (Unscented Kalman Filter, Interactive multiple
model, filtres particulaires… [3], [4]).
application à la mesure de température par tc
Modélisation du problème : l’application des techniques de
filtrage optimal à la mesure de température par TC a débuté
par une modélisation, de l’équation de dynamique (modèle
discret à partir d’un bilan thermique), de l’équation d’observation
(fonction polynomiale d’interpolation entre tension
et température) et des bruits de mesure (afin de les intégrer
au filtrage).
Étude comparative de techniques de filtrage optimal : les
performances de 5 techniques de filtrage ont été comparées en
simulation à un VI, avec comme indicateurs l’Erreur Quadratique
Moyenne (EQM), le biais de mesure (erreur moyenne)
et le temps de calcul (pour l’application temps-réel). Cette
étude a permis de sélectionner le meilleur ratio performance/
temps de calcul, ici le filtre de Kalman étendu.
Implémentation : la centrale Mimecor se compose de 3
modules :
• Acquisition : conditionnant le signal TC (amplification,
multiplexage, numérisation)
• Traitement : intégrant le microprocesseur dédié au traitement
numérique du signal TC (logiciel de filtrage, mémoires).
• Communication : son microcontrôleur gère les périphériques
et les communications (USB, ETH…).
• Benchmark temps-réel avec une station classique
• Benchmark temps-réel du prototype
Performances en simulation : la simulation des performances
de filtrage a comparé notre filtrage en acquisition
rapide à un VI. Indépendamment du bruit de mesure, nous
obtenons une EQM jusqu’à 5 fois plus faible, même face à un
VI à période d’acquisition 5 fois plus lente. En acquisition
lente, notre solution conserve sa supériorité, notamment en
régime transitoire. L’EQM en régime permanent de notre
technique est équivalente à celle délivrée par un VI à période
d’acquisition de 5 s.
Validation métrologique sur données réelles : La validation
métrologique sur données réelles se base sur un banc
de test certifié COFRAC, qui permet l’enregistrement des
tensions mesurées sur des paliers de température. Ces données
ont ensuite été traitées par le filtre numérique et les résultats
comparés à ceux obtenus par la station classique du banc. Les
mesures (Fig. 4), confirment les simulations : les signaux du
VI à 20 ms (en bleu ciel) et à 100 ms (en noir) sont plus bruités
que ceux de Mimecor (courbe violette). La précision en
performances
Quatre phases ont démontré les performances de notre centrale,
en acquisition rapide (20 ms/voie) ou lente (1 s/voie) :
• Test en simulation
• Validation métrologique sur données réelles, traitement
différé
Résultats d’essai de validation sur données réelles :
MIMECOR-VT (20 ms) vs VI (20 ms et 100 ms)
34 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesure rapide est de 3 à 5 fois meilleure qu’un VI, et équivalente
en mesure lente.
Benchmark temps-réel avec une station classique : Un
benchmark (Fig. 5), a été réalisé avec le module d’acquisition
Mimecor et un traitement temps-réel sur PC, en comparaison
avec une centrale d’acquisition classique. La référence de
température provient d’une station de mesure dédiée à sonde
PT100. Les résultats du benchmark confirment la supériorité de
notre solution, avec une précision de mesure 10 fois meilleure
(EQM de 0,1 °C) pour une vitesse d’acquisition 30 fois supérieure
à une station classique de mesure (1,7 contre 50 ms/voie).
Test du prototype : notre prototype intégré à 2 voies de
mesure a été testé dans les mêmes conditions. Nous avons
obtenu des performances similaires, avec un temps de traitement
de 2,3 ms et un écart-type d’environ 0,2 °C.
Perspectives
Développements de la centrale Mimecor
Perspectives produits : le prototype de 15 voies sera adapté
pour les grandes stations de mesure (128 et 300 voies), adapté
aux bancs d’essai et contrôlable par PC.
Compensation du courant de mode commun : la validation
métrologique sur données réelles a montré la robustesse
de la centrale Mimecor aux perturbations du mode commun
par rapport au VI (erreur de 4 °C contre 14 °C). Nous avons
étudié une compensation active du courant de mode commun
qui montre des résultats très encourageants sur la précision sans
engendrer une augmentation rédhibitoire du temps de calcul.
Projet rcti
Le projet RCTI 2 est une évolution de MIMECOR-VT, où les
mêmes solutions d’acquisition et de filtrage sont intégrées et
miniaturisées pour une mesure rapide et précise au plus près
de l’échantillon. L’alimentation, le contrôle et l’acquisition sont
réalisés par Ethernet avec un PC unique. L’objectif est de réaliser
des mesures thermiques rapides dans un caisson de tests
pour satellite (sous vide, de -200 à +200 °C). Cette application
sous conditions extrêmes peut être élargie à tout type de
test thermique. Nous sommes actuellement en phase de test
et d’assemblage du prototype prévu fin 2016.
Conclusion
Nous avons présenté ici un nouveau dispositif de mesure de
température par TC basé sur une technique de filtrage optimal,
la centrale Mimecor, dont un prototype opérationnel a été
fabriqué. Elle permet d’améliorer à la fois la vitesse de mesure
(jusqu’à 2 ms/voie) et sa précision (0,2 °C). Ces performances
inédites permettent d’étendre l’usage des TC à la mesure rapide
de température tout en améliorant les mesures existantes. De
plus, un projet basé sur les mêmes techniques de filtrage optimal
nous permettra d’intégrer le traitement de la mesure au
plus près de l’échantillon, améliorant ainsi les performances
comme la facilité d’utilisation. ●
Karim Hallak, Sabrina Habtoun, Anis Ziadi
DSi, Service Recherche & Développement,
17, rue Raymond-Grimaud,
BP 50116 31704 Blagnac Cedex
Références
[1] G. BONNIER et E. DEVIN, « Couples
thermoélectriques Caractéristiques et mesure
de température », Éditions T.I., 2014.
[2] G. ASCH et al., Acquisition de données
du capteur à l’ordinateur, Dunod, 2003.
[3] B. D. O. ANDERSON et J. B. MOORE, Optimal
Filtering, Prentice-Hall, 1979.
[4] A. ZIADI, « Particules Gaussiennes
Déterministes en Maximum de Vraisemblance
Non-linéaire : Application au Filtrage Optimal
des Signaux RADAR et GPS », 2007.
2. RCTI : Réseaux de Capteurs Thermiques Intelligents, est un projet porté par
DSi, en partenariat avec Intespace, Connit, Widesens et le LIRMM, financé
par la DIRECCTE Midi-Pyrénées.
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I35

mesures
innovation
capteur de mesure du coefficient d’échange
convectif entre un écoulement et une paroi
le Cea et la société Kayme ont développé un capteur appelé « coef h ». Ce capteur est conçu
pour mesurer en local, dans les écoulements turbulents, les caractéristiques thermiques
de l’échange convectif en paroi avec une grande dynamique. des micro-thermocouples sont
insérés et soudés dans le corps du capteur et un thermocouple mesure la température de
l’écoulement. un algorithme spécifique basé sur une méthode de conduction inverse traite
les mesures de températures et détermine le flux de chaleur, la température pariétale et
le coefficient d’échange. les caractéristiques thermiques de l’échange sont proposées en
représentations temporelle et spectrale. Ce document décrit la conception du capteur, son
champ d’application dans l’industrie pour les différents secteurs d’activités.
Les caractéristiques des transferts
thermiques entre un écoulement
et une paroi ne peuvent
pas toujours être estimées par
calcul avec des corrélations d’échange, qui
sont en général limitées à des applications
simples, en régime permanent non fluctuant,
avec des fluides homogènes, assez
loin des réelles applications de l’industrie.
C’est précisément pour répondre à un cas
particulier que le CEA a conçu un capteur
appelé « coef h » pour étudier les chargements
thermiques en paroi dans les structures
où siègent des zones de mélanges en
régime turbulents à grand écart de température.
L’objectif a été de développer un
outil capable de mesurer expérimentalement
les flux thermiques, les fluctuations de
température, et le coefficient d’échange dans
un composant de type té de mélange avec
une grande dynamique. L’acquisition de
ces paramètres constitue la source d’entrée
pour effectuer les calculs mécaniques avec
des données thermiques précises et évaluer
la tenue à la fatigue des composants.
La connaissance du coefficient d’échange
est essentielle dans l’amélioration des
systèmes existants, pour l’aide à la conception,
pour la qualification et la mesure de
performance post-conception.
Dans une démarche de valorisation, ce
capteur breveté par le CEA avec son algorithme
de résolution peut également s’appliquer
à d’autres problématiques thermiques,
sa forme et son gabarit peuvent être adaptatifs.
La société Kayme assure la conception
en fonction d’un cahier des charges du
client, l’adaptation à l’application, la fabrication
et la distribution commerciale.
présentation du capteur coef
h et de son algorithme
De très petite taille (∅ 6 mm et 8 mm
de hauteur) (Figure 1 et Figure 2), il est
Le capteur « coef h »
avec son système de fixation
– vue de la face active
équipé de 3 micro-thermocouples (∅
25 µm) soudés à l’intérieur du corps
de mesure (cellule de flux) pour acquérir
la température à différentes distances
de la paroi et d’un thermocouple externe
(∅ 0,3 mm) qui mesure la température
dans l’écoulement. Le matériau constitutif
des éléments du capteur est identique à la
paroi réceptrice support, limitant ainsi les
flux parasites transverses. Un algorithme
de conduction inverse basé sur la loi de
Fourier (milieux semi-infinis) utilise un
maillage de 160 éléments et permet de
remonter au flux de chaleur q(t) et à la
température pariétale Tp(t). À l’aide de
Le capteur « coef h » avec son système de fixation
– vue de profil
36 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesures
la mesure de température dans l’écoulement Tf(t), le coefficient
d’échange est déterminé en représentation temporelle
ou selon trois méthodes de représentation spectrale. Le temps
de réponse des micro-thermocouples de 30 µs offre une dynamique
très élevée.
Les distances des micro-thermocouples sont mesurées avec précision
(vernier et mesure sous binoculaire : Tolérance 5 µm) à
respectivement 300 µm, 1 400 µm et 2 500 µm pour le troisième.
L’incertitude de la mesure du coefficient d’échange est de l’ordre
de 4 %, elle est directement liée à la connaissance précise des
distances à la paroi.
Le thermocouple dans l’écoulement, dimensionné à 0,3 mm
pour un compromis robustesse mécanique/performance
thermique permet un temps de réponse sans atténuation
jusqu’à 20 Hz bien au-delà de la gamme des fluctuations
thermiques. Il mesure à environ 2 mm la température légèrement
au-delà de la couche limite proche de la vitesse débitante
de l’écoulement.
Le coefficient d’échange est le paramètre dimensionnant pour
les transferts de chaleur des écoulements vers une paroi.
En conception sa connaissance est déterminante pour le dimensionnement
des échangeurs. Sur un appareil existant, il permet
de caractériser les performances du transfert thermique. Le
capteur coef h peut précisément mesurer ce paramètre et apporter
son concours dans de nombreuses activités de l’industrie :
aide à la conception et au dimensionnement, caractérisation
d’un échange, qualification sur matériel existant et amélioration
ou encore suivi et process de fonctionnement (exemple :
mesure et suivi de l’encrassement).
Dans les problèmes usuels rencontrés par l’ingénieur, le coefficient
d’échange peut être déterminé avec des corrélations basées
sur le calcul du nombre de Reynolds, du Nusselt, et du Prandtl.
Ces corrélations sont calculées avec des paramètres (vitesse du
fluide, viscosité) qui sont souvent inconnus localement dans
les applications industrielles.
applications
Capteur coef h dans une paroi – position des Thermocouples
P1, P2, P3 et Tf
Exemple de coefficient d’échange (normalisé) dans un mélange pour
2 valeurs de Reynolds en représentation spectrale
Dans de nombreux cas, il est impossible d’estimer correctement
le coefficient d’échange, les corrélations étant inadaptées. Le
recours à la mesure est indispensable dans les cas : de mélange
de fluides de nature différente, de fluides de même nature mais
à température différente, de fluides en diphasiques, de fluides
chargés de particules ou de singularités géométriques générant
des grosses structures turbulentes dans le fluide.
Tous ces domaines représentent les cas d’application du capteur
« coef h » où il apporte expérimentalement et localement une
réponse précise avec une grande dynamique. Ce petit capteur non
intrusif, qui se comporte fidèlement un peu comme un caméléon
est au cœur des transferts d’énergie entre un écoulement et une
paroi qui constitue une des préoccupations des industriels toujours
à la recherche d’une meilleure efficacité pour leurs appareils. ●
Olivier Braillard – Ingénieur chercheur
(CEA Cadarache – DEN/DTN/STCP/LHC 13108 Saint-
Paul-Lez-Durance – olivier.braillard@cea.fr)
Jean-Marie Pinquier – Directeur de la société Kayme
(KAYME – 6, rue Georges-Guynemer 78280 Guyancourt
– jean-marie.pinquier@kayme.eu)
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I37

mesures
case Study
Simulated and Experimental
component Temperature on the
Intersil ISL8240 Evaluation Board
There is not that much material public available
comprising a consistent set of fabrication data and
experimental results from which thermal board
models can be built and compared. In a recent article
Intersil’s J.Johnston [3] described the thermal behavior of a
QFN package on a 4-layer evaluation board based on the vertical
thermal resistance of the layer stack and the copper cladding
in vias. Although we do not agree with his assumptions
and conclusions a subsequent search for more data led us to
a fine set of files and reports. Using them we created a ther-
mal board model with TRM software and the results seem to
fit quite nicely.
The board under consideration is called ISL8240MEVAL4Z and
can be found on Intersil’s home page at www. intersil.com. There
is also a sister board with name ISL8240MEVAL3Z.
The material
The website [2] http://www.intersil.com/en/tools/referencedesigns/
isl8240mevalxz.html contains lots of documents and
resources. Important for us are production data in “Design Files”
The board under consideration. Size is 4” by 3” (Taranovich, 2015).
The artwork Gerber files around the component look like this
Download items.
Thumbnails of the artwork.
Search in the internet for ISL8240MEVAL4Z is leading to a
report by Taranovich [4] where power considerations and
(uncoated) infrared images of the board can be found.
38 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesures
board modeling
We just paste some TRM input panes or output frames. Most of the input will be obvious.
Board size is 4” by 3”.
The finest structures in the layout are
around 0.1mm. This is the lateral resolution
which we demand for the results.
No special materials are used.
Taranovich is claiming 2 oz outer layers
and 1 oz inner layers.
The user guide claims 2 oz in all layers.
Gerber files come from Cadence Allegro.
1 mil hole plating.
Though-hole technology only. 957 drills.
Excellon header has non-standard tools
defi-nition and we corrected the header
manually (in inch).
For a graphical placement the Gerber file
of the silk screen can be used.
Gerber artwork of top layer 1 and outline
of the component.
A bulk material with k=10W/mK
(“Comp_diel_loc$TRM”) is used.
Component size is 18.8mm × 18.8mm.
Summary of the model-build in TRM.
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I39

mesures
Transparent 3D view of our board model.
Watch the drills underneath the package.
component modeling
The focus of TRM is to calculate the thermal
behavior of the printed board. Components
are treated as simple as possible, also
because no information about the complex
inner structure is available. Common practice
is to create a rectangular volume and
to assign a bulk conductivity together with
a thermal power value. As a material definition
for this type of QFN package we
chose the entry “comp_diel_loc$TRM”
from the TRM material database. The
power dissipation for the experiment in
Fig. 4 can be estimated from the data sheet
and the text for Fig. 1 in Taranovich [4]:
“The first test was as follows: Vin=12V,
Vout=1V, Fsw=500kHz, Iout=40A with the
board configured in a two-phase parallel
single output mode (Mode 5A). Thermal
imaging test results showed a maximum
temperature of 99.6 C. See Figure 1.”
When we look into the Data Sheet [1] we
find on p.27 the graph shown in Fig. 7.
Unfortunately the combination Vout=1V,
Fsw=500kHz cannot be found. From
other graphs in the Data Sheet [1] we infer
that the efficiency at 500 kHz must be close
to that at 300kHz.
We decide to use a power loss of 8 Watts
on the blue line at 40 A.
Environment conditions
Any thermal calculation needs as a reference
temperature the external air temperature
plus the cooling conditions. The
Taranovich report [4] says:
“Tests were performed using the evaluation
board at room temperature with zero
air flow.”
Unfortunately he does not tell the mounting
situation precisely: was the board
placed vertically or horizontally and
held within free air flow or did it lie on
Graph for power dissipation from Data
Sheet of ISL8240 [1]
the table, etc. nor he gave the value of the
room temperature (we wouldn’t believe
that is was 39.6 C Fig. 1). In our thermal
calculation we just assume an air room
temperature of 20 C plus a heat transfer
coefficient h=13W/m²K. To get this
value is quite complicated. There are two
fundamentals: first, semi-empirical formulae
that describe the heat transfer by free
convection air flow over the surface of a
plate and, second, the Stefan-Boltzmann
law of radiation. Both laws together lead to
an equilibrium temperature of a homogeneously
heated plate and from this the
effective total heat exchange coefficient
can be deduced. The procedure is coded in
the TRM Heat Transfer Assistant module.
basic result
Fig. 8 shows the simulation result for a
2,1,1,2 oz board with an 8 Watt component
at 20 C air temperature in free convection
in steady-state.
The maximum value in the calculated
temperature field is around 99 C in a spot
somewhere in the center of the component
model. More or less this temperature can
be interpreted as the surface temperature
because of the choice of the bulk conductivity,
with some uncertainties.
Component.
Maximum
is 99.5 C
Top layer.
Maximum is
99 C
40 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 126 • octobre - novembre 2016

mesures
Bottom layer,
viewed from
top.
Maximum is
95 C
Simulated temperature of ISL8240MEVAL4Z with our basic parameters.
Apart from the maximum temperature also
features in shape and look of the infrared
image are nicely reproduced. Edges and
corners are caused by the artwork of the
layers, which is the same in simulation
and experiment. However, the infrared
image is that of an uncoated board i.e.
metallic surfaces have low emission and
appear blue. TRM assumes coated board
(emissivity 0.9) and component surfaces
in order to be able to compare simulation
with infrared imaging. This makes a strict
quantitative comparison difficult. However,
we can adapt the same color bar as was
used in the thermograph.
In TRM we can show the layout as a background picture. This
was done (right) using the top layer. We may wonder why the
yellow isotherms end abruptly at coordinate x=30mm (s. Fig. 8).
This is caused by the insulation in the inner layer L2.
Variations
There are some major uncertainties in the data:
• The unknown room temperature and heat transfer
• The ambiguous thickness of the inner layers (1 oz or 2 oz?)
• The unknown power dissipation of the component
• The unknown case-to-board thermal resistance of the component
• The unknown and non-uniform emissivity of the infrared
image.
How does the temperature change if we change parameter
values? Table 1 gives values for the maximum temperature
relative to the ambient air temperature.
Table 1: Parametric study. Temperature above ambient in K.
Parameter 1
Parameter 2
2,1,1,2 oz
6 oz
2,2,2,2 oz
8 oz = 6+30%
15W/m²K
6 oz
8W 80K (Fig. 8) 72K –
10.5W (8+30%) 105K 94K –
6W (8-30%) 62K 57K –
8W 80K (Fig. 8) – 74
• The maximum temperature relative to ambient is proportional
to dissipated power. This implies that the thermal resistance
to ambient does not change much with power.
• Increasing the total thickness of layers by 30% leads to a
decrease of relative temperature of -10% only. This is not
predictable in a back-of-the-envelope calculation and a
genuine 3D simulation result.
• As in the theory of point like heat sources the maximum temperature
relative to ambient is proportional to the square root of
the heat exchange coefficient. ●
J. Adam, Adam-Research, Leimen, Germany
Acknowledgement
We thank Intersil Corp. for permission to use the
information and files found on their website for this
article and on our websites.
References
[1] Data Sheet: http://www.intersil.com/content/dam/
Intersil/documents/isl8/isl8240m.pdf
[2] Intersil Corp. http://www.intersil.com/en/tools/
reference-designs/isl8240mevalxz.html
[3] Johnston, J.: “Carrying the Heat Away from
Power Module PCB Designs” in http://www.
powerelectronictips.com/carrying-the-heat-awayfrom-power-module-pcb-designs/
(2015) and
similar material in http://www.intersil.com/content/
dam/Intersil/whitepapers/power-module/carryheat-away-from-power-module.pdf
[4] Taranovich, S.: “Unique Intersil thermal design
removes heat from encapsulated, compact
50A power modules” in http://www.edn.com/
electronics-products/electronic-product-reviews/
other/4439182/Unique-Intersil-thermal-designremoves-heat-from-encapsulated--compact-50Apower-modules
(2015)
[5] User Guide: http://www.intersil.com/content/dam/
Intersil/documents/an19/an1922.pdf
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I41

mesures
événement
Microwave rf, le grand rendez-vous de la CEM
rendez-vous des experts, la sixième
édition du salon microwave & rF est
une manifestation entièrement dédiée
aux secteurs des radiofréquences, des
hyperfréquences, du wireless, de la Cem
et de la fibre optique. Cet événement
permettra durant deux jours d’obtenir une
vision à 360° de ces marchés.
Par ailleurs, une exposition rassemblant près de quatrevingts
sociétés présentera aux plus de 1 900 visiteurs
professionnels attendus un panorama complet de
produits et applications : composants actifs, composants
passifs, instrumentation de mesure/test, CEM, antennes,
logiciels de simulation, équipements, systèmes, services,
sous-traitance, packaging microélectronique.
Parallèlement se tiendront neuf sessions de conférences qui
traiteront des sujets suivants : objets wireless connectés, la
CEM de terrain, nouvelles méthodes de mesures ou tests en
CEM, la connectivité en CEM, architectures et technologies
des fonctions hyperfréquences appliquées aux drones, réseau
de backhaul à 94GHz pour la 5G, tendances sur le RAN de
la 5G, les défis et les opportunités des ondes millimétriques
pour la 5G, ou encore le futur des amplificateurs de puissance :
flexibilité, linéarité, 5G et Internet des objets…
une forte orientation vers la cEM
Selon une étude réalisée par Frost & Sullivan, le marché européen
de la compatibilité électromagnétique, comprenant les
essais, les mesures et les services, atteindra les 557,8 M$ en
2020, avec une demande importante sur les récepteurs de mesure
EMI (Electromagnetic Interference) rapides. Parallèlement
MarketsandMarkets estime que Le marché mondial de la CEM
évalué à 3,51 milliards de dollars en 2014 devrait atteindre
5,01 milliards de dollars d’ici 2020, à un TCAC d’environ
6,09 % de 2015 à 2020.
Parmi les neuf sessions de conférences de l’événement, quatre
sont totalement dédiées à la CEM. Elles seront l’un des
moments forts et particulièrement attendus de la 6 e Édition de
Microwave & RF et aborderont différents thèmes. Le mercredi
22 mars, Gilles Delcourt (APEI) dressera un tableau de « la
CEM de terrain » puis Pascal Champaney (Always Wireless)
traitera des objets wireless interconnectés. Le lendemain, c’est
la connectivité en CEM qui fera l’objet d’une intervention
donnée par Alain Charoy (AEMC). Enfin, l’expert en CEM
Michel Mardiguian ouvrira le champ des nouvelles méthodes
de mesures ou tests en compatibilité électromagnétique. •
© Pôle Élopsys
42 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

mesures
mesure sans contact
Un couplage d’ondes ultrasonores au service
d’une caractérisation fine des matériaux
rheaWave est une start-up spécialisée dans la mesure non invasive et non destructive de la
texture de produits en cours de fabrication. elle développe et commercialise un dispositif de
mesure sans contact, le rheaonline, qui s’installe directement sur la canalisation des chaînes
de production industrielles.
La mesure d’acoustoélasticité dynamique est une
technologie ultrasonore brevetée. Celle-ci permet
de mesurer les variations des propriétés viscoélastiques
des matériaux au moyen de deux ondes
acoustiques. L’une, basse fréquence, de quelques kHz, agit
comme une palpation volumique sur le produit testé, tandis
que des impulsions ultrasonores sont émises simultanément,
à une cadence de tir relativement élevée, de façon
à sonder le produit sous les différents états de compression
basse fréquence subis. Les variations des propriétés
de propagation des impulsions ultrasonores (temps de vol
et amplitude) sont directement reliées à celles des propriétés
viscoélastiques du produit et renseignent ainsi sur l’état
de texturation ou la présence de microdéfauts. Les niveaux
de pression acoustique maximaux ne dépassent pas 50 kPa,
induisant de faibles amplitudes de déformation dans les
produits (de l’ordre de 10 -5 dans l’eau à 10 -7 dans l’acier),
toutefois suffisantes pour mesurer des variations sensibles
de leurs modules viscoélastiques.
Des « rhéogrammes acoustiques (voir image ci-dessus) représentant
les paramètres TOFM (Time-Of-Flight Modulation)
et RAM (Relative Amplitude Modulation) en fonction des
niveaux de pression basse fréquence subis par le produit
permettent une lecture directe du comportement viscoélastique
de compression du produit.
Le RheaOnline est un capteur adapté aux industries de
l’agroalimentaire et de la cosmétique pour le suivi de texturation
de crèmes ou d’émulsions aérées. Il se fixe autour des
canalisations des chaînes de production et offre un contrôle
non destructif et sans contact de la texture du produit. Une
évolution du dispositif, en cours de développement, permettra
d’élargir le spectre des applications aux problématiques
de suivi de fabrication des polymères et élastomères, notamment
pour le suivi de polymérisation.
applications au cnd
Initialement développée pour le contrôle non destructif de
matériaux solides, la méthode d’acoustoélasticité dynamique
Principe de la palpation basse fréquence (gauche)
qui vient successivement comprimer et dilater le produit testé
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I43

mesures
présente une grande sensibilité pour la détection de microdéfauts
(microfissures, délamination…). Son application aux
élastomères, en cours d’évaluation dans le cadre d’une collaboration
avec le Centre d’Étude et de Recherche sur les Matériaux
Élastomères de Tours, permettra d’apporter à terme
un paramètre prédictif de l’accumulation de micro-endommagement
dans le suivi d’essais de fatigue des élastomères.
RheaWave propose également un dispositif de spectroscopie
ultrasonore, l’InPulse, dont le logiciel d’analyse dédié à
chaque problématique client offre une caractérisation fine
de la micro- ou macrostructure de matériaux polymères
simples ou composites. •
L’équipe de RheaWave autour de son dispositif de mesure de texture,
le RheaOnline
réglementation
combattre la dangerosité des ondes au travail
emitech apporte son expertise sur les emF dans le cadre de la nouvelle réglementation sur la
dangerosité des ondes électromagnétique sur les lieux de travail, applicable en janvier 2017.
Emitech, laboratoire accrédité Cofrac en France pour
les essais EMF (pour ElectroMagnetic Field) dont les
normes du marquage CE, effectue des mesures et des
calculs sur site pour toutes les entreprises concernées
par la nouvelle directive 2013/35/UE. Cette réglementation,
en vigueur à partir de janvier 2017 définit les règles de
prévention contre les risques pour la santé et la sécurité des
travailleurs exposés aux champs électromagnétiques, notamment
contre leurs effets biophysiques directs et leurs effets
indirects connus.
« Accrédité Cofrac pour les essais EMF, les réseaux 50 Hz et
selon le protocole ANFR, Emitech met en œuvre les mesures
sur les antennes relais GSM et autres émetteurs fixes comme
les stations FM, TV, radars, etc., explique Éric Coeuret, directeur
technique de la branche électrique chez Emitech. Au
sein des laboratoires, Emitech réalise des mesures de densités
de flux magnétique, de champs électriques et de DAS sur
les équipements électriques et électroniques requises dans le
cadre du marquage CE ».
La nouvelle réglementation sur la dangerosité des ondes sur les
lieux de travail, définie par la directive européenne 2013/35/
UE est obligatoire depuis juillet 2016. Le décret d’applicaéric
coeuret
Directeur
technique de la
branche électrique
chez Emitech
tion, qui présente les modalités pour respecter les exigences
de la directive a été publié en août 2016 et est applicable dès le
1 er janvier 2017. Selon la directive, l’employeur se doit d’évaluer
tous les risques pour les travailleurs dus aux champs électromagnétiques
sur le lieu de travail et, si nécessaire, de mesurer
ou calculer les niveaux des champs électromagnétiques
auxquels ils sont exposés. •
44 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

6ème
édition
Le salon des radiofréquences, des hyperfréquences,
du wireless, de la CEM et de la fibre optique
22 et 23 mars 2017
Paris Expo
Porte de Versailles
EXPOSITION - CONFÉRENCES - ANIMATIONS
www.microwave-rf.com
@Microwave_RF

dossier
événement
Le grand rendez-vous
des composites, en mars,
à Villepinte !
Après avoir quitté l’an dernier la Porte de Versailles,
le JEC World reviendra du 14 au 16 mars à Paris-
Nord Villepinte, lieu jugé plus vaste et mieux à
même d’accueillir des visiteurs étrangers toujours
plus nombreux dans cette manifestation résolument tournée
vers l’international. Issus de multiples secteurs d’activité, allant
l’aéronautique à l’automobile en passant par la construction ou
encore des transports, les quelque 37 000 visiteurs (environ) à
la recherche des toutes dernières innovations et de nombreux
contrat auront l’opportunité d’échanger de précieuses informations,
d’être mis en relation avec des professionnels du
secteur, venus de tous horizons, mais également d’assister à de
nombreuses conférences et visiter les « Innovation Planets ».
Introduites en 2016, les Planètes sont des zones d’exposition
dédiées à toute l’innovation et la production composite,
ouvertes à tous et gratuitement. L’objectif est que chaque entreprise
travaillant dans le domaine des composites puisse présenter
et mettre en avant grâce à une scénographie spécifique, ses
dernières innovations. Organisées autour de quatre secteurs
d’activité (aéronautique, automobile et transport terrestre,
construction et bâtiment et Better Living – sport et loisir, médical,
énergie…), ces Planètes permettent aussi de s’identifier
comme une entreprise innovante dans son secteur d’application.
Ces zones ont pour but de présenter les possibilités des
matériaux composites via des produits finis ou des pièces stratégiques,
mais aussi pour montrer aux OEMs les performances
et l’intérêt des composites dans leurs secteurs d’application.
Comme chaque année, les Innovations Awards récompenseront
des entreprises pour leur réussite dans le domaine de l’innovation
composite. Lors de cet événement, une dizaine de prix
sont remis à des entreprises qui se sont, par leurs travaux et
leurs développements, particulièrement illustrées dans l’innovation
composite et ont, par la même occasion, participé à la
progression et à l’évolution du secteur. Ces prix seront décernés
dans des catégories aussi variées que l’aéronautique, l’automobile,
le recyclage, l’équipement, les matières premières…
et concerne toute la chaîne de valeur, comme en témoigne ce
nouveau dossier d’Essais & Simulations, consacré aux essais
dans les composites. ●
Olivier Guillon
© Foucha Muyard
46 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier - Février 2017

dossier
lE dossiEr EN déTail
48 Transférer le savoir et les compétences dans le domaine des composites
50 Une grande avancée en matière d’essai de traction avec la tomographie à rayon X
53 Land Rover BAR en route pour la Coupe de l’America avec Siemens
56 Des projets déterminants pour les essais sur les thermoplastiques
58 Plateforme QSP : l’aventure ne fait que commencer !
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier - Février 2017 I47

dossier
entretien
Transférer le savoir
et les compétences dans
le domaine des composites
nommé en juillet dernier à la direction du Critt mécanique et Composites, Guillaume Cohen
revient sur les missions de cette structure de transfert technologique créée en 1988 ainsi
que sur les défis que l’établissement s’engage à relever avec les industriels.
rappelez-nous quelle est la fonction
dU crITT ?
La vocation première du Critt Mécanique et Composites est
d’être une passerelle entre la recherche académique et le monde
industriel. Créé à l’initiative de l’université et l’IUT de Génie
mécanique Paul-Sabatier ainsi que l’Insa Toulouse et le Cetim,
le Critt Mécanique industrielle a, onze ans plus tard, été rebaptisé
Mécanique et Composites. Certifié ISO 9001 et Centre
de ressources technologiques (CRT), cet établissement s’est
rapproché de l’Institut Clément-Ader pour finalement occuper
les mêmes locaux depuis 2014, disposant ainsi des mêmes
moyens de production, d’essais et de mesure.
Pour quels types de prESTATIONS
LES INdustriels vous sollicitent-ILS ?
En tant qu’organisme public, nous accompagnons les industriels
dans le développement de leurs produits et process en y intégrant
par exemple les technologies les plus innovantes. Nous menons
également avec eux des projets collaboratifs en leur mettant à
disposition nos compétences humaines ainsi que nos moyens
d’essais et de fabrication afin de les rendre plus compétitives. La
deuxième problématique de nos clients réside dans la forma-
guillaume Cohen
Directeur du Critt Mécanique et composites,
Guillaume Co hen est également professeur
agrégé de génie mécanique au sein
de l’université Paul-Sabatier de Toulouse
et professeur à l’institut Clément-Ader.
Il est titulaire d’une thèse de doctorat
en génie mécanique.
tion du personnel aux matériaux et au travail des composites,
qu’il s’agisse de la formation des pièces à l’usage et des moyens
de contrôle non destructif (CND) qui y sont rattachés comme la
tomographie X et la mesure par ultrasons ou optique.
Quels équipEMENTS et compétences
LEUr METTEz-vous à dispOSITION ?
Tout ce qui relève par exemple de la caractérisation de matériaux
(santé de la matière), qu’il s’agisse de caméras infrarouges
ou encore de systèmes de tomographie à rayons X pour l’analyse
de porosité (sans détériorer la pièce), mais également de la
caractérisation de structure grâce à des moyens d’essais statiques
Rupture de poutre en composite
Atelier de fabrication comprenant une machine autoclave
et une presse
48 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier - Février 2017

dossier
Dimensionnement d’une coque de bateau
Scan 3D
(torsion, flexion…), dynamiques (grâce notamment à deux pots
vibrants pour la mesure de support de sièges d’avion), d’impacts
(éprouvettes) ou de fatigue…
Les sollicitations croissantes des entreprises en matière d’essais
nous ont permis de renforcer notre savoir-faire et de devenir
une référence à part entière, en grande partie dans l’aéronautique
bien sûr, mais aussi dans d’autres domaines d’activité tels
que l’électronique ou encore le spatial. Enfin, nous sommes en
mesure de produire des pièces en composites avec salle blanche
et étuve haute température (jusqu’à 450°). Par ailleurs, outre nos
prestations liées à la caractérisation et aux essais (mécaniques
– essais de traction allant de moins d’1 kN à 1 500 kN), nous
abritons un bureau d’études capable d’analyser un dysfonctionnement
et d’apporter des solutions aux niveaux conception et
calculs. Au total, notre objectif, en tant que laboratoire public,
est de mettre toutes nos compétences en adéquation avec les
exigences des industriels, et ce en toute indépendance de choix
technologique. Nous souhaitons également ouvrir davantage le
laboratoire vers l’automatisation des process afin d’étendre ses
champs d’application. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon

dossier
laboratoires
Une grande avancée
en matière d’essai de traction
avec la tomographie à rayon X
dans le cadre d’un projet mené entre les mines de douai,
l’inra nantes et l’ensta Paristech, un essai de traction a
été réalisé in situ sous synchroton à l’esrF de Grenoble
en tomographie à rayon x avec une acquisition continue
sur un nouvel équipement mis au point la société novitom
(Grenoble). Cette expérience en acquisition continue sous
synchrotron sur un composite polyamide renforcé de
fibre courte est une première. résultats et explications
avec le Pr Frédéric roger, des mines de douai.
frédéric roger
Frédéric Roger est professeur
à l’école des Mines de Douai,
au sein du département
Technologie des polymères
et composites et ingénierie
mécanique.
pouvez-vous brièvement nous rappeler
le rôle de vOTrE labOrATOIrE au sein des
Mines de dOUAI ?
Le département Technologie des polymères et composites et
ingénierie mécanique (TPCIM) a pour fonction d’assurer la
formation des élèves ingénieurs de l’école mais aussi de mener
des recherches appliquées dans le domaine de la plasturgie et
des composites. Les points forts du laboratoire concernent la
mise en œuvre et la caractérisation physique et mécanique des
matériaux polymères et composites.
Je suis professeur de l’Institut Mines-Télécom depuis 2013.
Auparavant, j’étais professeur à l’Ensta Paristech. J’ai obtenu
mon doctorat en mécanique de l’École Polytechnique en 2000
en partenariat avec l’entreprise Sollac – aujourd’hui Arcelor-
Mittal – ainsi que mon Habilitation à diriger des recherches
de l’université Pierre et Marie Curie en sciences de l’ingénieur
en 2012.
jection produit des pièces avec une distribution de fibre très
hétérogène autour des obstacles du moule ou des nervures des
pièces. La matrice est en polyamide 6-6 dont les performances
mécaniques sont très sensibles à la température et à l’humidité.
Ce composite PA66GF35 répond néanmoins très bien au
besoin des constructeurs automobiles de réaliser des pièces
légères supportant des cycles sévères de pression, température
et humidité. L’entreprise PSA Peugeot Citroën (Ida Raoult,
centre de recherche de Vélizy) a suivi notre projet avec intérêt
et nous a fourni les premiers échantillons de pièces pour
démarrer nos investigations.
parlez-nous de ce prOjet démarré il y
a TrOIS ans et cONSISTANT en un ESSAI de
traction. En quoi est-il innovANT ? Sur
quel type de MATériau pOrTAIT-il et pour
répondre à quels bESOINS ?
Ce projet a démarré en septembre 2013 avec le lancement d’une
thèse de Doctorat (A. Ayadi, Mines Douai). Le comportement
thermomécanique et la fatigue des composites renforcés de
fibres de verre courtes sont des sujets très complexes car l’in-
Le comportement thermomécanique et la fatigue
des composites renforcés de fibres de verre courtes sont des sujets
très complexes
50 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017

dossier
Les industriels ont besoin de connaissances
et de méthodes de simulation pour
estimer la durée de vie de ces composants.
Pour mener à bien un tel challenge,
je me suis entouré de collègues spécialistes
de la caractérisation expérimentale
des matériaux composites (Hedi Nouri,
École nationale d’ingénieur de Sfax), de
la modélisation du comportement mécanique
des matériaux hétérogènes basée
sur l’imagerie à rayon X (S. Guessasma,
INRA de Nantes), de l’étude du comportement
en fatigue des composites (H.
Maitournam, Institut des sciences de la
mécanique et applications industrielles,
Ensta Paristech). C’est d’ailleurs l’Ensta
Paristech qui a financé la campagne d’essais
à l’ESRF*.
Nous avons décidé en commun d’aborder
l’étude de l’endommagement de ce composite
en réalisant des acquisitions d’images ultrarapides lors d’une
traction continue sous tomographie à rayon X. Habituellement,
l’acquisition d’images sous tomographe se fait en maintenant
Le projet a démarré en septembre 2013
avec le lancement d’une thèse de Doctorat
(A. Ayadi, Mines Douai)
constant le chargement de l’éprouvette avec
un essai interrompu ce qui provoque une
relaxation du matériau et une redistribution
de l’endommagement avec des fermetures
de fissures et cavités.
C’est la société Novitom située à Grenoble
qui nous a aidés à trouver la solution en
nous accompagnant lors des essais à
l’ESRF et en nous proposant d’utiliser leur
platine de traction portative qui est ellemême
placée sur une plateforme de rotation
lui permettant de tourner à 1 tr/s en
continu pendant la traction de l’échantillon.
Cet échantillon est soumis au bombardement
par des rayons X sur la ligne ID19
du synchrotron de l’ESRF de Grenoble.
Après traitement d’images, nous obtenons
une visualisation 3D des distributions de
fibres et de fissures. Ceci nous permet de
déterminer quelles conditions de chargement,
de distribution et d’orientation de fibre sont critiques
et conduisent à l’initiation et à la propagation de l’endommagement.
Conception et suivi en service
des ESP composites
et hybrides
Prenez un virage technologique innovant grâce
à l’offre du Cetim !
Recherche de solutions pour répondre à votre cahier des charges
Faisabilité technico-économique des concepts sélectionnés
Conception et dimensionnement de la solution retenue
Réalisation d’un prototype, essais de qualification
Accompagnement à l’industrialisation
Conditions d’utilisation en service de l’équipement
© Cetim
1611-027
Service Question Réponse
Tél. : 03 44 67 36 82
sqr@ cetim.fr
La recherche
CARNOT
pour les entreprises

dossier
L’acquisition d’images ultrarapide in situ en continu est une
première. Ce type d’expérience permet d’explorer l’évolution
continue de l’endommagement à l’échelle de la microstructure
et constitue une base de données formidable pour développer
et valider des modélisations des mécanismes d’endommagement.
Quel éTAIT l’équipement utilisé ?
L’équipement de traction in situ a été installé dans la station
d’expériences de la ligne de lumière ID19 du synchrotron de
Grenoble ESRF. Il s’agit d’une platine de traction in situ de Novitom
adaptée à cet usage. Le faisceau de rayons X est calibré à
19 keV. La platine est équipée d’une cellule de force de 4.5kN et
le déplacement est contrôlé avec une précision de 1 µm. Nous
avons fixé la vitesse de déplacement de traction à 1,5 µm/s ce
qui permet de s’affranchir des effets dynamiques. Un oscillateur
convertit les rayons X en lumière visible, l’acquisition d’images
se fait alors à l’aide d’une caméra CCD rapide (PCO Dimax)
qui peut enregistrer 1 279 images par seconde avec une résolution
de 2016 ´ 2016 pixels. La vitesse de rotation de la platine
est fixée à un tour par 2 secondes ce qui nous permet d’acquérir
2 000 images pour reconstituer chaque volume d’intérêt dans
un temps extrêmement court.
Quels en sont les réSULTATS et quelles
sont les avancées significATIves pendant
les TrOIS annéES ?
Le traitement des images issues de la tomographie à rayons
X permet de mettre en évidence la distribution des fibres
et l’initiation et la propagation des fissures aux interfaces
et dans la matrice. La fibre de verre courte a un diamètre
de 10 microns et une longueur moyenne de 250 microns,
le volume d’un voxel (pixel 3D) est de 1,1 ´ 1,1 ´ 1,1 µm 3 ce
qui permet d’observer l’endommagement aux interfaces. En
faisant varier le taux d’humidité des éprouvettes et l’orientation
de découpe par rapport à la direction d’injection, nous
étudions la cinétique de l’endommagement en lien avec la
distribution des fibres par rapport à la direction de chargement.
L’humidité modifie le comportement du polyamide
qui devient plus ductile ce qui modifie les mécanismes d’endommagement.
re au bénéfice dE L’usager
En MATIère de SIMULATION, comment avez‐vous
travaillé ? Avec quels OUTILS ?
Pour extraire la distribution des fibres et de l’endommagement,
il faut traiter de très gros volumes d’images brutes 16 bits repré-
Modification microstructurale en cours de traction d’un composite
renforcé par des fibres de verre
sentant plus de 30 milliards de voxels en niveau de gris avec
des zones d’observation en mouvement pendant l’essai de traction.
Un scan de l’échantillon et donc un point de la courbe de
traction, c’est 54 Go de données ! C’est donc d’abord un gros
travail de traitement d’images qui a été réalisé à l’aide du logiciel
libre Image J. Pour la partie simulation par éléments finis
de l’endommagement, là encore nous nous appuyons sur l’expérience
et les moyens informatiques de l’Inra de Nantes qui
utilise Ansys.
Quelles sont les prOchaines éTApES
dU prOjet et quelles en SErONT
LES rETOMbées au niveau indUSTrIEL ?
L’exploitation complète des données d’essais permettra de
développer des modèles d’endommagement dans les composites
à fibres courtes qui pourront prendre en compte l’effet
de l’humidité et de l’orientation des fibres. Ces modèles
pourront être implantés dans des codes éléments finis du
commerce pour permettre aux industriels d’évaluer les
risques d’endommagement dans les zones critiques des
pièces injectées. Pendant ces trois ans, nous nous sommes
aussi intéressés aux zones de soudures dans les pièces injectées,
l’utilisation combinée de la tomographie à rayons X,
de la corrélation d’images numériques et de la modélisation
par éléments finis montre des fortes variations de rigidité
dans ces zones de mélanges de fibres. C’est une zone
critique, avec des champs de déformation très hétérogènes,
qu’il convient de mieux connaître à l’échelle de la microstructure
pour pouvoir évaluer son impact sur la durée de
vie de la pièce industrielle. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
* ESRF, European Synchrotron Radiation Facility > http://www.esrf.eu
52 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017

dossier
Application
Land rover BAr en route pour la Coupe
de l’America avec Siemens
land rover Bar (Ben ainslie racing) a fait confiance aux logiciels de siemens Plm
software pour l’aider à concevoir un voilier pour la Coupe de l’america 2017. la solution de
siemens Plm software a permis de réaliser des conceptions et des analyses complexes
afin d’aider à optimiser les performances du voilier, en compétition pour l’un des trophées
les plus convoités dans le monde de la voile.
Mi-2014, l’équipe Land Rover BAR s’est lancée dans
un projet de deux ans et demi visant à concevoir,
évaluer et tester un catamaran de type Class
America. L’une des grandes règles de la compétition
stipule que les équipes n’ont pas le droit de lancer leurs
catamarans plus de 150 jours avant le début des qualifications
pour la Coupe de l’America 2017. La majeure partie du travail
de conception, d’analyse, et de test des performances doit donc
être réalisée sur des modèles d’essai à échelle très réduite. Pour
ce faire, l’équipe Land Rover BAR utilise les logiciels NX et
Teamcenter de Siemens PLM Software, le spécialiste du PLM
(gestion du cycle de vie des produits). NX et Teamcenter offrent
un environnement virtuel intégré de modélisation et de simulation
numériques. Les services de mise en œuvre, de formation
et d’assistance sont fournis par Majenta PLM, un partenaire
Platinum de Siemens PLM.
Les chances de gagner la Coupe de l’America ne sont pas en
faveur des nouveaux concurrents, mais pour Land Rover BAR
ce genre de statistiques ne compte pas. Ce qui importe, c’est la
perspective de ramener la coupe en Grande-Bretagne pour la
première fois depuis la course originelle de 1851. Ben Ainslie,
médaillé olympique et vainqueur de la 34 e édition, ne sous-estime
pas l’ampleur de la tâche : « à tous les égards, il s’agit vraiment
d’un grand défi. Nous avons créé une équipe à partir
de rien, nous avons la bonne philosophie et les bons outils de
conception, et nous sommes en train de rattraper les équipes
existantes. Cependant, nous travaillons avec une énorme pression
due au délai. C’est cela le plus difficile. »
À la pointe de la techNOLOgie nautique
Martin Whitmarsh, président-directeur général de Land Rover
BAR, souligne l’importance du défi technique : « pour faire
la différence en matière de performances, il faut généralement
donner à la coque une forme qui permette de réduire
sa traînée, faire en sorte que la quille et les gouvernails créent
un meilleur moment de redressement, et utiliser les voiles
de manière à obtenir une poussée maximum. Ces principes
restent valables pour la Coupe de l’America, mais seul 1 % de
la surface des bateaux se trouve immergé pendant la course.
Les considérations aérodynamiques revêtent donc une importance
primordiale, d’autant plus que les bateaux peuvent aller
2,8 fois plus vite que le vent. »
Les concepteurs doivent produire un système léger et efficient,
capable de résister à des charges énormes tout en restant dans
les limites de sécurité. Pour Land Rover BAR, NX et Teamcenter
sont indispensables pour simuler les performances des hydrofoils
(dérives rétractables), évaluer les capacités aéroélastiques
de l’aile, définir le comportement des matériaux composites,
modéliser les systèmes hydrauliques, optimiser les processus
de développement et rationaliser les flux de travail.
« Nous utilisons nos outils sophistiqués pour élargir
le champ des possibles. » – Martin Whitmarsh,
PDG de Land Rover BAR.
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017 I 53

dossier
Pour Ben Ainslie, responsable de l’équipe et skipper de Land
Rover BAR, la seule manière de valider le processus de
conception est d’aller naviguer. « Pour les concepteurs, l’équipe
navigante est un outil de mise en œuvre. Nous peaufinons
en permanence les réglages du bateau en naviguant et en
communiquant nos remarques aux concepteurs. »
Le vainqueur est le bATEAU le pLUS rapide
Début 2016, les essais avaient commencé et le catamaran de
classe AC à foils était en cours de développement. « L’objectif
numéro un de nos concepteurs est de lancer le bateau, ce que
nous aurons le droit de faire à la fin de l’année, commente
Andy Claughton, directeur technique que l’équipe. D’ici là,
nous devrions avoir mis au point plusieurs jeux de foils, adaptés
à différentes conditions de course. »
La forme d’un foil détermine son efficacité à convertir un
mouvement vers l’avant en poussée vers le haut ; Land Rover
BAR s’appuie donc beaucoup sur la capacité de NX à produire
des centaines de géométries sur simple pression sur une touche.
« Les fonctionnalités de création automatique de géométries
et de création rapide de formes sont particulièrement importantes
pour nous quand nous travaillons sur les foils, explique
Simon Schofield, concepteur chez Land Rover BAR. Elles nous
permettent d’évaluer rapidement différentes formes, de confirmer
l’amplitude des mouvements et de détecter les collisions
éventuelles. » De même, la voile fixe en forme d’aile, qui joue
le rôle de moteur pour le bateau, est essentielle pour la vitesse.
Les règles de la compétition stipulent que l’aile doit peser au
minimum 450 kg et qu’elle doit avoir une forme particulière
lorsque le bateau est à quai. Les déformations passives, qui
peuvent parfois améliorer les performances, ne sont acceptées
que sur l’eau, et certaines conditions
de navigation nécessitent
une aile rigide. Les concepteurs
de Land Rover BAR doivent
donc bien appréhender les
limites de ce qui est souhaitable
et de ce qui est possible. C’est
pourquoi, à l’aide de NX, ils ont
couplé un modèle 3D complet
de l’aile avec un modèle poutre général développé à l’aide du
logiciel Femap et un modèle composite détaillé créé à l’aide de
Fibersim, la gamme de logiciels d’ingénierie des composites (le
jeu d’outils de modélisation et de drapage de stratifiés intégré
dans NX). Cette combinaison de modèles est utilisée avec les
outils de mécanique des fluides numériques (CFD, Computational
Fluid Dynamics) de Siemens PLM Software.
Simon Schofield explique : « Les fonctionnalités de scriptage
de NX nous ont permis de créer une interface utilisateur pour
la programmation CFD ainsi qu’un processus de simulation
« La capacité de NX à générer des géométries
rapidement et facilement est capitale, car
chaque question que nous nous posons relève
de la géométrie. » – Andy Claughton, directeur
technique de Land Rover BAR.
aéroélastique, le tout dans l’environnement de NX. NX offrant
des fonctionnalités de conception de géométries, d’optimisation
aéroélastique et d’analyse structurelle, nous pouvons utiliser
NX Nastran pour lancer un balayage sur des formes déformées
imaginaires et repérer les tendances qui correspondent à
ce que nous voulons obtenir. NX nous permet de savoir s’il est
possible de produire une forme donnée, qui respecte les règles
de la course. Disposer de tous ces outils dans un même environnement
nous permet vraiment d’augmenter notre productivité,
car nous ne perdons pas de temps à transférer nos fichiers
d’un logiciel à un autre. »
prévoir la réponse ET LA résilience
Land Rover BAR utilise également les fonctionnalités de
scriptage de NX pour faciliter la simulation du comportement
des couches de composites et comprendre comment
elles se dégradent sous l’effet des contraintes. Andy Claughton
explique : « Notre processus d’analyse des stratifiés nous
permet d’obtenir des réponses
très rapidement. Nous l’améliorons
en permanence, en utilisant
la puissance du scriptage et
des fonctionnalités ouvertes de
NX pour personnaliser les flux
de travail, supprimer les clics
inutiles et gagner en efficience.
Résultat, nous avons réussi à
améliorer la façon dont nous transmettons les informations à
notre atelier. Nous pouvons envoyer des dessins de stratifiés, ou
bien des schémas à plat qui permettent au fabricant d’utiliser la
génération de schémas automatique et de découper directement,
ce qui garantit la précision. »
Créer le bATEAU idéal
La combinaison de NX et de Teamcenter permet d’élaborer un
processus de développement complet et global, depuis la créa-
54 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017

dossier
« Teamcenter regroupe tout dans un seul et même
environnement. » – Andy Claughton.
tion des concepts jusqu’à la mise à l’eau. « La capacité de NX
à générer des géométries rapidement et facilement est capitale,
car chaque question que nous nous posons relève de la
géométrie, ajoute Andy Claughton. Chaque élément du bateau
a pour origine un modèle CAO robuste. Ces modèles nous sont
indispensables pour analyser le poids et le comportement des
pièces, pour produire des images de synthèse afin de montrer
à l’équipe navigante les commandes et les affichages, ou pour
imprimer des modèles en plastique aux fins de validation par
l’équipage et par nos techniciens à terre. »
Les outils d’analyse intégrés dans NX permettent aux concepteurs
d’optimiser la structure des pièces métalliques produites
par fabrication additive. « Nous utilisons un flux de travail de
fabrication additive. Au lieu de concevoir un composant en vue
d’un usinage classique, nous le planifions spécialement pour
l’impression 3D. Pour ce faire, nous partons d’une enveloppe de
matière sur laquelle nous indiquons l’emplacement des zones
limites et des broches de fixation. Mais même avec ce type d’optimisation
topologique, le résultat final peut être très complexe.
Heureusement, NX inclut des outils de lissage grâce auxquels nous
pouvons affiner les modèles afin de permettre leur fabrication. »
En ajoutant aux modèles 3D des annotations PMI
(données relatives au produit et à la fabrication) dans NX,
les concepteurs peuvent communiquer avec précision les
exigences de fabrication de ces modèles aux partenaires
situés en aval. Ces directives détaillées sont également
incluses dans les dessins destinés aux fournisseurs qui
travaillent en 2D.
Un contrôle et une cohérence rASSUrANTS
Land Rover BAR utilise Teamcenter pour gérer tous les fichiers
et documents techniques, afin que les spécifications, les calculs
de conception, les données d’analyse, les résultats des simulations
et les caractéristiques des matériaux soient correctement
classés et associés aux modèles CAO appropriés. Teamcenter
permet également à l’équipe de contrôler le processus de révision
et de maîtriser tous les flux de travail qui mènent à la fabrication.
15 à 20 personnes peuvent ainsi collaborer étroitement
sur le même modèle.
« Teamcenter effectue toutes les tâches dans lesquelles il excelle :
gérer un référentiel CAO sécurisé, contrôler la publication des
dessins et transmettre ces derniers à la chaîne d’approvisionnement,
commente Andy Claughton. Teamcenter regroupe tout
dans un seul et même environnement. Maintenant que nous
disposons d’une bibliothèque de pièces et de flux de travail éprouvés,
nous ne sommes pas toujours obligés de travailler à partir
de rien. Chaque nouveau bateau est une évolution du précédent,
et nous utilisons souvent l’outil de clonage pour cloner des pièces
ou des sous-systèmes spécifiques afin d’essayer rapidement une
autre approche. À partir d’une même base, nous pouvons suivre
simultanément deux ou trois chemins de développement différents
avant de les fusionner. »
Il n’y a pas que la forme des pièces qui change en permanence ;
les méthodes d’analyse varient également, en fonction des
exigences propres à chaque étape du développement. Comme
Teamcenter permet à Land Rover BAR de contrôler le flux
des données d’ingénierie, l’équipe est en mesure de surveiller
l’avancement du projet, et donc de savoir exactement ce qui a
été accompli à chaque étape. « Nous pouvons revenir en arrière
d’une manière parfaitement fiable et étudier précisément l’origine
d’une conception ou comprendre une décision d’analyse. »,
commente Andy Claughton. Teamcenter contient l’historique
complet de chaque composant et de chaque configuration du
bateau. Chacune des pièces du bateau de test 2016 disposera
d’une nomenclature complète. « Il est extrêmement important
de bien contrôler les nomenclatures, et ce pour plusieurs raisons.
Tout d’abord, les bateaux sont constitués d’un très grand nombre
de composants ; ensuite, nos techniciens à terre doivent pouvoir
assurer le suivi de chacune des différentes configurations des
bateaux ; et enfin, et peut-être surtout, nous devons avant chaque
course soumettre des documents qui prouvent que nos conceptions
respectent les règles de la classe AC. »
Des manœuvres rapides
Dans l’environnement piloté par la technologie mise en place
par Land Rover BAR, c’est l’équipe d’ingénierie qui détermine les
tests que l’équipe navigante doit réaliser. Le centre de contrôle
de mission dispose d’une liaison vidéo en temps réel avec le
bateau de test. Elle permet aux concepteurs de voir clairement
ce qui se passe tout en étudiant les données transmises par les
capteurs installés sur le bateau. Chaque test de navigation peut
ainsi être suivi d’une réunion d’analyse complète et informative
pour l’équipe navigante et les ingénieurs.
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017 I 55

dossier
« Nous rationalisons en permanence nos processus pour éviter
de dupliquer nos efforts et permettre à nos ingénieurs de se
concentrer sur leur travail de conception. NX est constamment
au cœur de nos activités ; il nous permet de continuer à affiner
nos géométries et nos systèmes pendant que nous développons
les composants. », conclut Andy Claughton. Martin Whitmarsh
ajoute : « Nous utilisons nos outils sophistiqués pour élargir le
champ des possibles, ce qui signifie souvent que les conceptions
se complexifient à mesure que nous cherchons à améliorer les
performances. » À propos de la recherche du compromis entre
vitesse et stabilité, Ben Ainslie est catégorique sur ce qui importe
à l’équipage : « Il existe un juste milieu, et lorsque nous aurons
trouvé la bonne configuration pour le bateau, nous le saurons.
Nous en sommes encore loin, et si nous atteignons 100 % de nos
possibilités avant le début de la course, c’est que nous n’aurons pas
suffisamment repoussé les limites. Notre objectif est de pouvoir
trouver les 5 % supplémentaires qui feront la différence quand
on en aura vraiment besoin. » ●
r&d
des projets déterminants
pour les essais sur
les thermoplastiques
Tanguy Moro
Responsable R&T Simulation
des structures et procédés à
l’IRT Jules Verne, Tanguy Moro
a longtemps travaillé dans
l’industrie, notamment en tant
que chef de projets R&D chez
Faurecia puis consultant expert
en mécanique et fiabilité chez
Assystem, avant de rejoindre
l’IRT en 2013.
la région de nantes (loire-atlantique) a largement favorisé l’essor de compétences
hors du commun dans le domaine des matériaux composites, tant en matière de
production que de conception, d’essais* et de r&d ; à l’exemple de l’institut de recherche
technologique (irt) Jules verne qui mène de nombreux projets en la matière, notamment
dans les thermoplastiques.
À
l’image des matériaux composites et de leur utilisation
croissante et diversifiée dans l’industrie, l’IRT
– l’un des huit instituts de recherche technologique
créés en 2011 – a le vent en poupe. L’effectif
(à hauteur d’une centaine de personnes à ce jour) n’a cessé de
croître et les projets de recherche vont bon train. La particularité
de cet établissement réside dans le fait d’être multifilières.
Implanté dans le bassin industriel nantais, l’IRT Jules Verne est
bercé entre des géants tels qu’Airbus et Daher pour l’aéronautique,
STX et DCNS dans le domaine du naval ou encore PSA,
Renault, Faurecia et Plastic Omnium pour la filière automobile
Mais l’avantage de cet IRT, c’est aussi de pouvoir travailler
avec les laboratoires aux expertises très avancées, en particulier
dans les matériaux composites, à commencer par le Cetim,
le Cemcat et le pôle EMC2, regroupant d’importants acteurs
dans le secteur.
56 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017

dossier
Thermo-estampage pièce automobile sur Commando_Stamp
Surmoulage pièce automobile Commando_Stamp
Une OrIENTATION claire vers l’industrie
du futur
Positionné sur trois éléments clef (la R&D, la formation et le
transfert de technologies), l’établissement se compose de quatre
plateformes technologiques : Ocean, Acoustic, Smart Factory et
Composites ; ces derniers occupent d’ailleurs une place majeure
dans les orientations de travail de l’IRT Jules Verne. Résolument
tourné vers l’industrie du futur, l’établissement mobilise
ainsi ses efforts autour de trois grands axes : les procédés métalliques
et composites, les systèmes flexibles et intelligents et,
enfin, la conception intégrée de produits et des process, partie
qui rassemble aujourd’hui deux équipes : l’une travaillant sur la
caractérisation, l’autre sur les essais et la simulation. « Au niveau
des relations avec les industriels, notre rôle consiste à leur apporter
des réponses afin de lever les verrous technologiques et de livrer des
démonstrateurs », précise Tanguy Moro, responsable R&T Simulation
des structures et procédés au sein de l’IRT Jules-Verne.
Parmi la soixantaine de projets significatifs de l’institut de
recherche, figure une quinzaine de projets portant sur la simulation
numérique. Spécialisé dans la simulation des structures et
des procédés, Tanguy Moro met notamment en avant un projet
portant sur la simulation d’opération d’estampage de composants
thermoplastiques par éléments finis, tout particulièrement destiné
à répondre à des problématiques de recyclabilité ; « ce projet a le
mérite d’être original dans la mesure où, à l’image de l’IRT, celui-ci
aborde plusieurs secteurs d’activités aux exigences et aux contraintes
bien distinctes, à savoir l’automobile et l’aéronautique ».
Un prOjet voué à être industrialisé
Baptisé Commando_Stamp, ce projet démarré l’an passé (et
s’achèvera fin 2018) a vu le jour grâce à la formation d’un
consortium réunissant plusieurs établissements de recherche
parmi lesquels le Laboratoire de mécanique des contacts et
des structures (LaMCoS) de Lyon ; il réunit également le
Laboratoire de thermocinétique de Nantes (LTN), l’Institut
de recherche en génie civil et mécanique (GEM) ou encore le
laboratoire 3SR (Sols, solides, structures, risques) de Grenoble.
Les travaux menés par les différents laboratoires ont permis
d’aboutir à une meilleure compréhension thermocinétique et
mécanique de la matière mais aussi de sa caractérisation afin
de déterminer des lois de comportements dans les conditions
d’estampage de ce procédé, à savoir entre 200° et 350° pour les
résines à vocations automobiles et aéronautiques. Les équipes de
l’IRT Jules Verne ont utilisé un outil permettant de simuler les
comportements de la matière, Plasfib (développé par le Lamcos),
pour le compte des deux filières, lesquelles utilisent naturellement
des matériaux de typologie radicalement différentes : des
thermoplastiques d’entrée de gamme conçus à partir de fibres de
verre pour l’automobile, des thermoplastiques haut de gamme
à base de fibres de carbone pour des acteurs majeurs de l’aéronautique
tels que Safran Composites, le tout à partir d’un même
type de procédé. « En 2017, notre réflexion portera désormais sur
le moyen d’industrialiser ce projet, dévoile Tanguy Moro. Cela
devrait passer par la création de sociétés ou de start-up ou par le
rapprochement avec des grands éditeurs de logiciels ».
Un deuxième projet remarquable portant sur ces mêmes matériaux
a pour objectif de reprendre les résultats du premier obtenus
avec Solvay et le groupe PSA et les intégrer dans un environnement
100 % automobile. Mené en partenariat avec Renault,
Faurecia et Plastic Omnium et les laboratoires GeM et LEM3, ce
projet doit mener à la validation des matériaux thermoplastiques
lors des crashs de véhicules ainsi que leur tenue en fatigue dans
le but de répondre aux nouveaux critères d’endommagement ;
« l’enjeu réside dans la production de pièces structurelles avec ce
type de matériaux nécessitant une approche multi-échelles afin
d’obtenir la représentation la plus fine possible des matériaux. Les
principaux défis concernent les temps de calculs supplémentaires,
évalués à 30 voire 40 % pour des couplages directs ». ●
Olivier Guillon
* Vous référer au numéro 116 d’Essais & Simulations paru en mars 2014
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier- Février 2017 I 57

dossier
entretien
plateforme qSp :
l’aventure ne fait que commencer !
il y a un an, le Cetim et ses partenaires Pei, Compose
et loiretech lançaient une plateforme de production capable
de produire des pièces automobiles en composites en moins
de 90 secondes. retour sur cette technologie innovante
et pleine de promesses qui devrait trouver de nombreuses
applications dans les années, dans l’automobile bien sûr mais
aussi dans l’aéronautique.
Un an après le lancement
dE LA pLATEforme qSp, à quelle phase
de dévELOppEMENT en est-ON ?
Christophe Champenois
Responsable du pôle
« Ingénierie des Polymères
et des composites » au sein
du Centre technique
des industries mécaniques
(Cetim), Christophe Champenois
est responsable du projet portant
sur la plateforme QSP.
Le 3 novembre 2015, nous avons démontré que le procédé
QSP développé par le Cetim et ses partenaires était en mesure
de produire des pièces automobiles en composites en moins
de 90 secondes. À partir d’une conception adaptée, ces pièces
sortent de production « Net Shape » et prêtes à être assemblées,
ce qui permet d’obtenir une équation Qualité-Coûts-Cycle optimale.
Depuis, nous avons engagé plusieurs axes d’amélioration
touchant à l’augmentation de la fiabilité industrielle du procédé,
à l’optimisation des temps, à l’intégration du contrôle intégré,
de manière à mieux répondre aux nombreuses sollicitations
des clients qui évaluent cette ligne.
Mais nous pouvons surtout mettre en avant nos développements
concernant l’assemblage multimatériaux avec QSP. En
effet nos collaborations avec la société Bollhoff nous ont amenés
à innover à nouveau en intégrant des inserts métalliques dans les
pièces composites qui présentent l’avantage d’assurer le montage
de la pièce dans son environnement mais surtout en assurant
une transmission d’efforts améliorée de plus de 75 % par rapport
aux solutions existantes (cf. graphe joint).
Parallèlement, le Cetim travaille sur l’axe majeur de réduction
des coûts qui repose sur la conception des pièces composites.
En effet, notre expérience sur les matériaux avec notre laboratoire
nous permet d’appréhender les modèles de conception
qui apporteront des solutions robustes pendant toute la durée
de vie du composant mais ceci au moindre coût de production.
Pour permettre aux clients du QSP de bénéficier de cette
approche Process – Produit – Matériaux, nous avons lancé le
projet QSD pour « Quilted Stratum Design » qui donnera les
clés d’un prédimensionnement optimisé des pièces composites
multimatériaux. En substance, nous nous rapprochons chaque
La plateforme QSP est capable de sortir une pièce composite toutes
les 90 secondes
Le QSP occupe une place à part
car il « casse les codes » habituels
par une approche orientée production.
© Cetim
58 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier - Février 2017

dossier
Le fait d’avoir été primé aux États-Unis et en
Allemagne ouvre de réelles perspectives pour
tout client à la recherche de solutions composites
innovantes.
jour un peu plus de la mise en série de pièces composites…
Rendez-vous aux JEC World 2017 où Cetim illustrera le niveau
de maturité du QSP, que ce soit lors de la conférence « Thermoplastiques
» que sur son stand « Composite in Action ».
© Cetim
Trou renforcé
La pLATEforme a reçu pLUSIEUrs
récompenses, en particulier à l’étranger.
quelles perspectives cela doit-il vous
ouvrir ?
Cette innovation a été saluée par un nouvel Award au Salon
Experience Composite de Augsburg en Allemagne en septembre
dernier. QSP dispose d’une large visibilité internationale. Le fait
d’avoir été primé aux États-Unis et en Allemagne en témoigne et
cela ouvre de réelles perspectives pour tout client à la recherche
de solutions composites innovantes. Les affaires que nous traitons
sont toutes couvertes par des accords de confidentialité
drastiques.
vOUS espériez NOTAMMENT UN déclic
EN 2016 dE LA part dE L’AUTOMObile
pour adOpTEr votre techNOLOgie
sur dE LA Série. S’est-il prodUIT ?
Les acteurs de l’automobile sont tous à la recherche d’allègement
de leur véhicule mais avec des ambitions adaptées à leurs
stratégies. L’évolution de la maturité technologique du QSP
rend possible des applications série à l’horizon 2020 pour de
nombreux acteurs français ou étrangers. La technologie française
peut aussi s’exporter lorsqu’elle est innovante et performante.
D’autres secteurs industriels autres
que l’AUTOMObile se sont-ils montrés
intérESSés par votre techNOLOgIE ?
© Cetim
De gauche à droite : Robert Ebeling et Jérôme Hubert de Pinette Emideceau
Industrie, puis Franck Bordellier et Pierre Chalandon du Cetim
L’ensemble des applications mécaniques de notre environnement
est concerné. Certains industriels recherchent une meilleure
tenue aux environnements corrosifs, d’autres souhaitent
augmenter la tenue à la fatigue de leurs équipements tout en
réduisant leur masse pour moins consommer d’énergie ; tous
ces objectifs sont compatibles avec les matériaux composites
thermoplastiques. Cela ouvre de réelles perspectives de déploiement
sur l’industrie française.
Cependant, la tendance la plus avérée vient de l’industrie aéronautique
qui cherche de nouvelles solutions pour réduire les
cycles et les coûts de production des pièces qui sont, pour
certaines, déjà en composites thermodurcissables. Avoir recours
aux thermoplastiques ouvre de nouvelles voies de performance
et de coûts sous l’impulsion des leaders mondiaux. Dans cet
environnement, le QSP occupe une place à part car il « casse
les codes » habituels par une approche orientée production. Ces
nouveaux concepts sont appréhendés par le Cetim en collaboration
avec l’Onera de manière à offrir une nouvelle piste pour
les avions et les moteurs de demain ou d’après-demain… L’aventure
ne fait que commencer ! ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier - Février 2017 I59

vie de l’aste
compte rendu
Bonne tenue du dernier Astelab Mécanique
de Paris
L’Association pour le développement des Sciences et Techniques de l’Environnement (ASTE) a
organisé les 19 et 20 octobre derniers le colloque et le salon Astelab mécanique 2016 à l’hôtel
mercure du 15 e arrondissement, juste en face de la Porte de Versailles.
Astelab Mécanique 2016 a rassemblé environ 80
professionnels et chercheurs de la vibration, du
choc et des essais d’environnement mécanique et a
été un véritable succès. La journée du 19 octobre a
été consacrée à un atelier sur les méthodes de synthèse de l’environnement
mécanique et climatique, organisé dans le cadre
de la 66 e réunion semestrielle du CEEES (Confederation of
European Environmental Engineering Societies). Le thème
de la seconde journée concernait l’innovation au service de la
prise en compte de l’environnement mécanique des systèmes.
Après les présentations de l’ASTE et du CEEES réalisées par
leurs présidents respectifs, lesquels ont ouvert l’édition 2016
d’Astelab, trois sociétés leaders développant et commercialisant
des logiciels de personnalisation des essais en environnement
mécanique ont exposé leurs solutions. Il s’agissait de
HBM Prenscia software (par Frédéric Kihm de Ncode), Mission
Synthesis (par Bart Peeters de Siemens Industry Software) et de
Dynaworks (par Étienne Cavro d’Intespace). Leurs interventions
ont été suivies par deux communications des membres
du CEEES : « Highlights of the Updated UK Environmental
Test Standard Def Stan 00-35 », par Dave Richards de SEE
(Grande-Bretagne), et « How test programs and methods evolve
and how to deal with that? », par Harry Roossien, de Plantronics
(Pays-Bas).
L’après-midi a été consacré à la présentation de l’avancement
des travaux sur les normes Afnor NFX 50144-1 à 6 par Pascal
Lelan (DGA TT), Bruno COLIN (Nexter Systems) et Alexis
Banvillet (CEA Cesta) et du Round Robin Climatique et Mécanique
par Henri Grzeskowiak (HG Consultant).
Au cours du dîner de gala qui a eu lieu sur la péniche Le Signac
sur la Seine, les participants ont pu prolonger leurs échanges et
assister à une présentation de Jean Marc Le Peuvedic (responsable
de Programme R&D chez Dassault) sur le soutien aux
études de pannes par la méthode des arbres de défaillance.
La première session de la journée du 20 octobre, présidée par
Étienne Cavro d’Intespace, avait pour thème « Mesure et moyens
d’essais ». Les communications suivantes ont été présentées :
• Mesure par stéréocorrélation d’image (Carole Treffot et
Floriane Soulas – Sopemea)
• Design and Selection Criteria of high temperature Accelerometers
for Aerospace (Philippe Briquet – PCB Piezotronics)
• Mesure dynamique des efforts dans les assemblages vissés
par ultrasons et vis (Jean-Philippe Godin – Polymesure)
• Validation de la méthode d’excitation acoustique en champ
60 IESSAIS & SIMULATIONS • N°127 • Janvier-Février 2017

vie de l’aste
direct (DFAX – Direct Field Acoustic Excitation) pour les
essais de qualification des structures spatiales (Raphael
Hallez et Alex Carrella – Siemens Industry Software)
• Guide d’aide à l’estimation et la validation de la fiabilité automobile
(Paul Schimmerling de la SIA et Renault et Ghislaine
Delafosse de Lapeyre Sector)
La seconde session, présidée par Pascal Lelan (DGA TT) a été
consacrée aux « Essais spéciaux et analyses ». Les conférences
suivantes ont été présentées :
• Faisabilité de vibrations multiaxes pour équipements de
missiles. Quel intérêt pour les missiles ? (Anthony Fouchard
– MBDA France)
• Exemple industriel d’application avec une solution 3D
(Martin Engelke – IMV – Alliantech)
• Big Data gestion des données importantes Vibrations
Contraintes chez un motoriste aéronautique (Christophe
Marcadet – HGL Dynamics)
• Spécification d’essai transitoire à partir de l’analyse couplée
satellite/lanceur par une nouvelle technique de synthèse de
choc (Étienne Cavro – Intespace)
Associé à ce colloque, un salon des exposants et les ateliers
applicatifs gratuits ont également eu lieu. Ils ont permis aux
fabricants et/ou vendeurs d’équipements et de services pour les
essais d’environnement mécaniques, aux laboratoires d’essais,
ainsi qu’aux éditeurs et vendeurs de logiciels de simulations et
aux entreprises de services en calcul mécanique de mieux faire
connaître leurs produits et leurs services.
Dix sociétés, leaders dans leurs domaines d’activité, étaient
présentes. Il s’agissait d’Alliantech, HGL Dynamics, Intespace,
Kilonewton, M+P International, Oros, PCB Piezotronics,
Polymesure et Siemens. Les participants au colloque ont
pu découvrir les dernières nouveautés technologiques et échanger
avec les fabricants et les laboratoires d’essais, autour des
sujets des conférences.
Les échanges entre orateurs, auditeurs et industriels exposants
ont été très fructueux. Quelques contacts très prometteurs
entre les exposants et de futurs clients ont été noués.
La majorité des sociétés présentes a été très satisfaite de l’organisation.
●
ESSAIS & SIMULATIONS • N°127 • Janvier-Février 2017 I61

Formation
formations
PROGRAMME DES FORMATIONS
2017
THEMES
INTERVENANT ET LIEU
DUREE
JOURS
PRIX HT
DATES PROPOSEES
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires (Niveau 1)
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires (Niveau 2)
Mécanique vibratoire : application au domaine industriel
Chocs mécaniques : mesures, spécifications, essais et analyses de risques
Acquisition et traitement des signaux : principes de base et caractérisation
des signaux
Traitement du signal avancé des signaux vibratoires
IUT du Limousin
INTESPACE (31)
SOPEMEA (78)
Christian LALANNE, Henri GRZESKOWIAK
et Yvon MORI (78)
30 mai-1er juin et 12-14 sept
6-8 juin
3-5 oct
3 1 540 € 14-16 nov
IUT du Limousin 3 1 540 € 27-29 juin
Pierre-Augustin GRIVELET et Bruno COLIN
(78)
2 ou 3
1 140 ou
1 540 €
3 1 540 €
11-13 avril et 5-7 sept
3 1 540 26-28 sept
Pilotage des générateurs de vibrations - principes utilisés et applications SOPEMEA (78) 4 1 850 21-24 nov
Analyse modale expérimentale et initiation aux calculs de structure et essais
INTESPACE (31)
13-15 juin
3 1 540 €
SOPEMEA (78)
28-30 nov
Principes de base et mesure des phénomènes acoustiques INTESPACE (31) 3 1 540 € 21-23 nov
Principes de base et mesure des phénomènes thermiques IUT du Limousin 3 1 540 14-16 nov
Climatique : application au domaine industriel INTESPACE (31) 3 1 540 € 5-7 déc
Sensibilisation à la compatibilité électromagnétique IUT du Limousin 3 1 540 13-15 juin
Application à la prise en compte de la CEM dans le domaine industriel
INTESPACE (31) 3 1 540
3-5 oct
Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM) Exploitation des normes EMITECH (78) 2 1 140 € 10-11 oct
Prise en compte de l’environnement électromagnétique EMITECH (78) 3 1 540 19-20 avril
Maitrise de la CEM pour les câblages de mesure en environnement industriel
NOUVEAU
Jean-Paul PRULHIERE (78) 1 870 € 2 oct
Personnalisation du produit à son environnement : prise en compte de
l'environnement dans un programme industriel (norme NFX-50144-1)
Henri GRZESKOWIAK (78) 2 1 140 € 19-20 sept
Prise en compte de l’environnement mécanique (norme NFX-50144-3)
Bruno COLIN - NEXTER et Pascal
LELAN -DGA TT (78)
3 1 540 € 10-12 oct
Prise en compte de la norme NFX-50144 dans la conception des systèmes Bruno COLIN - NEXTER (78) 3 1 540 7-9 nov
Prise en compte de l’environnement climatique (norme NFX-50144-4)
Henri GRZESKOWIAK et Henri
TOLOSA (78)
3 1 540 € 19-21 sept
Extensomètrie : collage de jauge, analyse des résultats et de leur qualité Raymond BUISSON (78) 3 1 540 € 6-8 juin et 5-7 déc
Concevoir, réaliser, exploiter une campagne de mesures Pascal LELAN - DGA TT (78) 2 1 140 € 5-6 déc
Caractérisation métrologique des systèmes de mesure et essais Marc LE MENN (78) 2 1 140 € 19-20 avril
Mesure tridimensionelle NOUVEAU IUT du Limousin 1 870 € 19 avril et 15 novembre
Conception et validation de la fiabilité - dimensionnement des essais pour la
validation dela conception des produits
Alaa CHATEAUNEUF (78) 3 1 540 € Dates à définir
Fiabilité, déverminage, essais (accélérés, aggravés) Alaa CHATEAUNEUF (78) 2 1 140 € 12-13 oct
Construire la robustesse de vos produits par la méthode HALT & HASS EMITECH (78) 1 870 € 18 sept
Fiabilité dans les projets : méthodologies et processus David DELAUX - VALEO (78) 2 1 140 € Dates à définir
Calcul de la fiabilité : analyse Weibull David DELAUX - VALEO (78) 2 1 140 € Dates à définir
Comment estimerles coûts de garantie David DELAUX - VALEO (78) 2 1 140 € Dates à définir
Comment identifier et améliorer la compétence de fiabilité dans une
organisation industrielle ?
David DELAUX - VALEO (78) 2 1 140 € Dates à définir
La simulation numérique et les essais : complémentarités - comparaisons Jean-Paul PRULHIERE (78) 2 1 140 € 19-20 sept
Analyses Physico-Chimiques et Matériaux : techniques Spectroscopiques 2 1 140 € 4-5 juillet
Techniques de Caractérisation de composés Organiques
IUT du Limousin ou 78
2 1 140 € 26-27 sept
Contrôles non Destructifs 2 1 140 € 7-8 nov
Qualité et Métrologie : Gestion d’une Salle blanche - application dans un
Centre d’Essais
2 1 140 € 25-26 sept
Suivi de la contamination : application aux salles blanches et aux essais sous
vide
INTESPACE (31)
2 1 420 € 28-30 mars
Gestion des risques liés aux essais d’environnement : application aux
domaines spatial et aéronautique
3 1 540 € 20-22 juin et 5-7 décembre
Evaluation des incertitudes, étalonnage, vérification, ajustage, OPPERET IUT du Limousin 2 1 140 € 7-8 février
L’assurance qualité dans les laboratoires d’essais selon le référentiel EN
ISO/CEI 17025
EMITECH (78) 2 1 140 € 26-27 sept
CONTACT : Patrycja PERRIN - Tél. 01 61 38 96 32 - info@aste.asso.fr
62 IESSAIS & SIMULATIONS • N°127 • Janvier-Février 2017

aGenda
Les 8 et 9 mars 2017
paris space Week
Paris Space Week est le seul événement
dédié à l’espace réunissant des participants
exigeants en termes de retour sur
investissement et d’optimisation du temps.
100 % des réunions sont préparées à
l’avance : une méthodologie qualitative et
organisationnelle prouvée depuis dix-sept
ans, et un réseautage entre pairs. Deux
jours de réunions d’affaires très ciblées, des
opportunités de réseautage premium pour
un événement concentré sur le temps.
À orly
www.paris-space-week.com
Les 15 et 16 mars 2017
congrès simulation de la sia
Devant le succès de sa première édition,
le Congrès Simulation organisé par
la Société des ingénieurs de l’automobile
(SIA) permettra de faire le point
sur les tendances et les nouveautés
méthodologiques de la simulation
numérique pour répondre
aux nouveaux enjeux
de l’automobile.
À l’estaca de saint-Quentin-en-yvelines (78)
www.sia.fr
retrouvez toutes les dates
de manifestations sur :
www.maintenanceandco.com/agendas
Les 14 au 16 mars 2017
jec World 2017
La plus importante édition des JEC
(celle de Paris) posera ses valises au parc
des expositions de Paris-Nord Villepinte.
Plus de 1 300 exposants se retrouveront
sur 62 000 m2 afin de présenter aux 37 000
(environ) visiteurs d’un salon qui n’en finit
pas de grandir et qui couvre toute la chaîne
de valeur des composites des matières
premières aux produits intermédiaires
ainsi que les industries utilisatrices finales
telles que l’aéronautique, l’automobile,
le BTP, l’énergie ou encore les sports
et loisirs.
À paris-nord villepinte
www.jeccomposites.com
Les 15 et 16 mars 2017
analyse industrielle
Événement de référence annuel
des solutions en analyse industrielle
pour tous en France et en Europe,
le salon Analyse Industrielle accompagne
les spécialistes de la mesure à l’émission,
du contrôle de process, l’instrumentation,
la réglementation, la détection,
des risques industriels
et de la microanalyse.
À l’espace grande arche – paris la défense
www.analyse-industrielle.fr
du 21 au 23 mars 2017
sifer 2017
Rendez-vous international des fournisseurs
de produits, technologies et services
ferroviaires destinés aux besoins complexes
des réseaux urbains et grandes lignes.
À Lille Grand Palais
www.sifer2017.com
les 22 et 23 mars 2017
microwave rf
6 e édition du salon Microwave & RF,
manifestation dédiée aux secteurs des
radiofréquences, des hyperfréquences, du
wireless, de la CEM et de la fibre optique.
À paris – porte de versailles
www.microwave-rf.com
les 22 et 23 mars 2017
mtom & embadded systems
Durant deux jours, La 12 e édition de MtoM
& Objets Connectés et La 25 e édition
d’Embedded Systems réuniront sur 4 000 m 2
d’exposition 120 sociétés.
À Paris – Porte de Versailles
www.Embedded-MtoM.com
du 4 au 7 avril 2017
industrie lyon
Le salon leader des technologies de
production proposera une large sélection de
solutions pour rendre l’usine plus productive
et compétitive.
À Lyon
www.industrie-expo.com

index
Au sommaire du prochain numéro :
dossier
• Spécial Industrie Lyon 2017 : Quels
moyens de mesure et de contrôle en
production pour améliorer la qualité des
produits (essais statiques, dynamiques,
cnd…) ?
essais et modélisation
mESuRES
• Mesure mécanique : couvrir
toute la chaîne de mesure
de l’environnement mécanique
des systèmes
• Les essais et la
simulation à l’heure de la
fabrication additive et de
l’impression 3d
Automobile : solutions
pour alléger les véhicules
Liste des entreprises citées et index des annonceurs
Airbus Safran Launchers.................................... 14
ANSYS............................................................................. 52
ASTE................................................................. 15, 30 et 15
ASTECH........................................................................... 60
AUTODESK..................................................................... 23
AVNIR ENGINEERING (PUBLI-COMMUNIQUÉ) ......... 13
AVL FRANCE.................................................................. 21
BERCELLA...................................................................... 23
BPIFRANCE...................................................................... 6
CEA.................................................................................. 36
CETIM..................................................................... 51 et 58
COMPOSE....................................................................... 58
cnrs................................................................................. 6
COMSOL.......................................... 8 et 4 e de couverture
CRITT MÉCANIQUE ET COMPOSITES................. 48 et 49
DASSAULT SYSTÈMES.................................................. 14
db vib............................................................................... 2
dsi................................................................................... 33
ÉCOLE DES MINES DE DOUAI...................................... 50
EDA EXPERT.................................................................. 38
EMITECH.................................................................. 8 et 44
ENOVA STRASBOURG .................................................... 9
ESI GROUP................................ 2 e de couverture, 8 et 28
FAURECIA....................................................................... 56
GL EVENTS..................................................................... 17
GROUPE PSA......................................................... 26 et 56
IMPLEX............................................................................. 4
INTESPACE..................................................................... 32
IRT JULES VERNE......................................................... 56
JEC WORLD........................... 3 e de couverture, 45 et 46
LAND ROVER BAR......................................................... 53
LOIRETECH..................................................................... 58
M + P INTERNATIONAL................................................. 31
MENTOR GRAPHICS........................................................ 8
MICROWAVE RF............................................................. 45
MSC SOFTWARE.............................................................. 8
ONERA............................................................................ 14
ORME.............................................................................. 15
PARIS SPACE WEEK............................................. 10 et 12
PEI................................................................................... 58
PLASTIC OMNIUM......................................................... 56
REHAWAVE..................................................................... 43
RENAULT............................................................... 22 et 56
sia.......................................................................... 19 et 20
SIEMENS PLM SOFTWARE................................ 7, 8 et 53
SOPEMEA....................................................................... 14
SOLVAY............................................................................ 56
TECHNINNOV................................................................. 11
THALES ALENIA SPACE............................................... 16
UTAC CERAM.................................................................... 6
V2I...................................................................................... 6
LE chIffrE
à rETENIr :
40 %
ce taux correspond aux temps de calculs supplémentaires,
évalués à 30 voire 40 % pour des couplages directs dans
le domaine des matériaux composites thermoplastiques
(essentiellement à destination de l’automobile). c’est ce qu’a
constaté l’institut de recherche technologique (irt) jules
verne au cours de projets mené – en partenariat avec plusieurs
laboratoires ainsi que des industriels renommés que sont
psa, solvay, renault, faurecia et plastic omnium – et portant
notamment sur la validation des matériaux thermoplastiques
lors des crashs de véhicules. un levier de progression important,
que relèvera en partie la simulation numérique.
64 IESSAIS & SIMULATIONS • N°127 • Janvier-Février 2017
▲ Retrouvez notre reportage exclusif en pages 40-42

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15% Services
32% Equipment, tools,
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Sports and
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17% Processors
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LA MULTIPHYSIQUE POUR TOUS
L’évolution des outils de simulation
numérique vient de franchir un cap
majeur.
Des applis spécialisées sont désormais
développées par les spécialistes en
simulation avec l’application Builder de
COMSOL Multiphysics ® .
Une installation locale de COMSOL
Server, permet de diffuser les applis
dans votre organisme et dans le
monde entier.
comsol multiphysics ®
application builder
application
Faites bénéficier à plein votre
organisme de la puissance de l’outil
numérique.
comsol.fr/application-builder
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