Essais & Simulations n°133

DOSSIER 46
Spécial
Eurosatory :
quels moyens
d’essais pour
la défense ?
Essais et modélisation 16
La sécurité :
le mot d’ordre dans le nucléaire
MESURES 34
Focus sur Ateslab 2018
et les moyens de mesure dans la mécanique
N° 133 • Mai-Juin 2018 • 25 €

Inventé au 19ième siècle. Optimisé pour aujourd’hui.
Distribution des contraintes de von Mises dans le carter d’un moteur à
induction avec prise en compte des effets électromécaniques.
Au 19ème siècle, deux scientifiques ont inventé séparément
le moteur à induction AC. Aujourd’hui, c’est un composant
commun en robotique. Comment y sommes nous arrivé, et
comment les ingénieurs d’aujourd’hui peuvent-ils continuer
d’améliorer ces moteurs?
Le logiciel COMSOL Multiphysics® est utilisé pour simuler des
produits, des systèmes et des procédés dans tous les domaines
de l’ingénierie, de la fabrication et de la recherche. Découvrez
comment l’appliquer pour vos designs.
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éditorial
La France bien décidée à prendre
de nouveaux virages technologiques
Olivier guillon
Rédacteur en chef
Tout n’est pas encore clairement défini mais la construction formelle d’une « Europe
de la défense », est en marche. Concrètement, ce qui devrait revenir à la France,
c’est le développement et la production conjoints avec l’Allemagne d’un nouvel
avion de chasse visant à remplacer les flottes des Eurofighter et autres majestueux
Rafale ; dans le viseur, Airbus bien sûr mais également Dassault. Une nouvelle
opportunité pour les sous-traitants du secteurs et tout particulièrement dans les
domaines des essais puisque ces programmes devront repousser – s’ils sont définitivement
actés – les limites technologiques. Même chose pour les autres secteurs
d’activité en matière de défense et d’armement, à commencer par Thales Alenia
Space (d’autant que Galileo est – enfin – entré en service) ou encore les fabricants
de véhicules militaires, lesquels attendront, du reste, beaucoup des annonces officielles
qui seront faites sur le salon Eurosatory en juin prochain.
« Très différent du secteur de la défense,
le véhicule autonome a fait le mois
dernier l’objet de toutes les attentions »
Autre domaine en cours, le véhicule
autonome. Très différent
du secteur précédemment cité
(encore que…), le véhicule autonome
a fait le mois dernier l’objet
de toutes les attentions avec
les conclusions du rapport d’Anne-Marie
Idrac sur la stratégie adoptée par la France et le lancement d’une trentaine
de chantiers. Avec la ferme intention pour l’Hexagone de développer ses véhicules
autonomes de niveau 3 pour 2020. Inscrite dans le cadre de la Loi d’orientation des
mobilités (LOM), cette stratégie sera clairement explicitée à l’occasion des journées
du 25 et 26 juin de la SIA, à Paris, intitulées « Regards croisés et dialogue sur les
véhicules autonomes », suivies d’une journée (le 27 juin) portant sur le thème de
la validation par la simulation et les essais. Un beau programme en perspective ! ●
olivier Guillon
@EssaiSimulation
ÉdIteUR
mRJ Informatique
Le Trèfle
22, boulevard Gambetta
92130 Issy-les-Moulineaux
Tel : 01 73 79 35 67
Fax : 01 34 29 61 02
/Facebook.com/
EssaiSimulation
/@EssaiSimulation
direction :
Michaël 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 :
85 € / 4 numéros
Étranger :
100 €
Règlement par chèque
bancaire à l’ordre de MRJ
RÉALISAtIOn
conception graphique :
Eden Studio
maquette :
Géraldine Lepoivre
Impression :
Rivadeneyra, sa
Calle Torneros, 16
Poligono Industrial de Los Angeles
28906 Gerafe - Madrid
n°ISSn :
1632 - 4153
commission paritaire :
0 414 T 83 214
dépôt légal : à parution
Périodicité : Trimestrielle
numéro : 133
date : mai-juin 2018
RÉdActIOn
Ont collaboré à ce numéro :
Étienne Cavro (Airbus Defence
& Space), Matthieu Cayuela
(Adetests), Salim Chaki (IMT Lille
Douai - TPCIM), Paul-Éric Dupuis
(Airbus Defence & Space),
Jean-Michel Courzereaux (Socitec),
Pierre Duchène (IMT Lille Douai
- TPCIM), Gilles Girard (EDF),
Benjamin Goursaud (EDF), Eilin
Guillot (EDF), Patricia Krawczak
(IMT Lille Douai - TPCIM), Fannie
Meyer (EDF), Jennifer Seguy
(Comsol), Erwan Smetryns
(Socitec), Jean-Pierre Tartary
(Socitec), Pierre Thomas (EDF),
Florian Vidal-Mata (Airbus Defence
& Space), Chiara Zorni (EDF)
comité de rédaction :
Olivier Guillon (MRJ), Alain
Bettacchioli (Thales Aliena Space),
Patrycja Perrin, Yohann Mesmin
(Siemens Industry Software)
membre du réseau RePm-emPn
PhOtO de cOUveRtURe :
iStock - Crédit photo : yuran-78
Toute reproduction, totale ou
partielle, est soumise à l’accord
préalable de la société MRJ.
Partenaires du magazine
essais & Simulations :
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I1

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23/05/18 16:25
sommaire
misé pour aujourd’hui.
es de von Mises dans le carter d’un moteur à
pte des effets électromécaniques.
scientifiques ont inventé séparément
AC. Aujourd’hui, c’est un composant
. Comment y sommes nous arrivé, et
rs d’aujourd’hui peuvent-ils continuer
rs?
ultiphysics® est utilisé pour simuler des
s et des procédés dans tous les domaines
brication et de la recherche. Découvrez
our vos designs.
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dossier
DOSSIER 46
Spécial
Eurosatory :
quels moyens
d’essais pour
la défense ?
Essais et modélisation 16
La sécurité :
le mot d’ordre dans le nucléaire
MESURES 34
Focus sur Ateslab 2018
et les moyens de mesure dans la mécanique
DOSSIEr DéFENSE
46
46 Eurosatory s’ouvre dans un contexte de réflexion
sur l’Europe de la défense
47 Vers des essais sur les missiles de plus en plus complexes
52 Une approche multi-technique non destructive pour le monitoring
de l’état de santé des matériaux composites structuraux
58 Simulation des chocs pyrotechniques en laboratoire :
comparatif entre deux moyens différents
57 Greenmot veut devenir un acteur majeur des essais de véhicules militaires
et industriels
N° 133 • Mai-Juin 2018 • 25 €
© Groupe Renault Communication - Tous droits réservés
Actualités
06 HBM et BKSV fusionnent
leurs activités et créent HBK
06 Un hexapode non magnétique
Symetrie pour l’université
de Sydney
08 le Forum Teratec revient
les 19 et 20 juin à Palaiseau
Essais
et modélisation
congrès de la SIA
véhicule autonome
10 Le véhicule autonome désormais
une priorité en France
12 Véhicule autonome : l’enjeu
de l’intelligence artificielle
pour décrypter les chemins
de compréhension chez l’humain
14 La course au véhicule autonome
se gagnera par la sécurité
© Groupe
Spécial Wne - nucléaire
16 Rétablir la confiance grâce
aux essais
18 Validation expérimentale
de la simulation numérique
du contrôle par sonde tournante
transverse des tubes
de générateur de vapeur
22 Évaluation de l’intégrité
structurelle des machines
de fusion nucléaire à haute
performance pour la production
d’électricité
26 Relever les défis du nucléaire
par les essais
28 Suspension par des amortisseurs
à câble d’un onduleur
en condition de séisme
30 La simulation numérique,
levier de performances dans
le nucléaire
© EDF
Mesures
Astelab
focus sur la mesure mécanique
34 Astelab organise chez EDF Lab
ses Journées nationales
de l’environnement mécanique
36 Intervenir sur des problématiques
de sûreté, de durée de vie
et de performance des parcs,
les priorités d’EDF
40 Mesures et analyse de microvibrations
a très basse fréquence
Outils
61 Vie de l’ASTE
62 Formations
63 Agenda
64 Sommaire du prochain numéro
64 Index des annonceurs
et des entreprises citées
64 Le chiffre à retenir
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I3

nos dossiers en un clin d’œil
© DR © Preussen Elektra © Volvo
© DR
dossier
essais et modélisation
spécial nucléaire
mesures
Zoom sur le secteur
de la défense p. 46 à 60
Dans le spectre d’une nouvelle coopération européenne portée
par l’indissociable couple franco-allemand, le salon Eurosatory
ouvrira ses portes du 11 au 15 juin à Paris-Nord Villepinte.
L’occasion pour Essais & Simulations de revenir sur les projets
et les travaux en cours en France en matière d’essais,
avec l’interview exclusive de Philippe Dessendier, directeur
de l’ingénierie et des essais chez MBDA.
Le véhicule autonome au centre
de toutes les attentions p. 10 à 15
Le message d’Emmanuel Macron envoyé à Anne-Marie Idrac
(faire de la France un leader dans le véhicule autonome), puis
le rapport de cette dernière en mai et maintenant, un congrès
entièrement dédié à ce nouveau phénomène qui bouleversera
l’automobile dans les années à venir… tant de raisons pour faire
intervenir deux acteurs majeurs de la simulation numérique.
Redonner des couleurs au
nucléaire par les essais p. 16 à 32
Bien souvent dans le collimateur des instances
gouvernementales, de l’opinion publique et des médias, le
nucléaire est pourtant une énergie incontournable – du moins
pour le moment. Bien conscients des dangers qu’un souci de
qualité de pièces ou de conception peut provoquer, les acteurs
de la filière, donneurs d’ordres et sous-traitants de pièces ou
d’équipements ne cessent de durcir leurs opérations d’essais.
La mécanique à l’honneur
chez Astelab p. 34 à 44
L’événement annuel organisé par l’ASTE revient cette année
chez son co-organisateur EDF Lab, comme en 2012 mais
dans de nouveaux locaux implantés désormais à Palaiseau.
L’occasion pour la revue Essais & Simulations, partenaire
presse de ces deux journées (qui auront lieu les 5 et 6 juillet
prochains) de revenir sur des problématiques techniques en
matière de mesure dans le domaine de la mécanique, un sujet
déterminant pour EDF Lab lors de ses phases d’essais.
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I5

actualités
en breF
Le groupe gMB Invest
reprend le projet Cademce
Le groupe GMB Invest / ICM, fondé
par Claude Marquet, a acquis le
projet Cademce (Caractérisation
dynamique et environnementale de
moyens de captage electrique). Celuici
constitue une plateforme innovante
de trois bancs d’essais pour tester
l’intensité et la qualité du captage
du courant entre les pantographes
et la caténaire, et en améliorer
les performances. ●
Partenariat stratégique
dans la simulation
des systèmes entre ESI
et Modelon
ESI ITI, la filiale d’ESI Group
spécialisée dans la simulation
systèmes, et le Suédois Modelon ont
décidé de s’allier. Les nombreuses
bibliothèques de Modelon en langage
Modelica, référence dans le domaine
de la simulation systèmes, seront
progressivement intégrées dans
SimulationX. Dans un premier
temps, la version SimulationX 3.9.3,
comprendra la bibliothèque de
systèmes de carburant de Modelon,
dédiée au secteur aérospatial. ●
fUSIOn
hBM et BKSV réunissent
leurs activités et créent hBK
Les sociétés Hottinger Baldwin
Messtechnik GmbH (HBM) et
Brüel & Kjær Sound & Vibration
A / S (BKSV), toutes deux détenues
par Spectris plc au Royaume-Uni,
vont fusionner leurs activités. La fusion
entrera en vigueur le 1 er janvier 2019.
Les activités de préparation se poursuivront
jusqu’à la fin de 2018.
BKSV et HBM sont tous deux des
leaders mondiaux dans leurs domaines
respectifs. La force de BKSV réside
dans le son, le bruit et les vibrations,
tandis que HBM se concentre sur la
fiabilité, l’endurance, l’efficacité de la
propulsion, les propriétés électriques,
le contrôle des processus industriels et
le pesage.
La fusion s’appuiera sur le meilleur
de chaque entreprise et leurs capacités
propres. Et ce reflètera également
dans le nom de la nouvelle société -
HBK (Hottinger, Brüel & Kjær). ●
Søren Holst, Président de Brüel & Kjær (left),
et Andreas Hüllhorst, Président de HBM
en SAvOIR PLUS > www.hbm.com
SOLUtIOn
Un hexapode non magnétique
Symetrie pour l’université
de Sydney
Le laboratoire A+
métrologie de Bièvres
(Trescal) étend pour quatre
ans son accréditation Cofrac
en accélérométrie
Cette accréditation est étendue aux
basses fréquences ce qui permet de
réaliser dorénavant des prestations
sur une gamme de 5 Hz (au lieu de
10 Hz) à 10 kHz et couvrant une plage
d’amplitude comprise entre 5 et 750
m/s². Cette extension était de plus en
plus demandée par les industriels
car peu de prestataires en métrologie
peuvent aujourd’hui opérer à ces
fréquences. ●
Symetrie a livré un hexapode non
magnétique pour permettre de
réaliser des expériences sur des
ions piégés au Laboratoire de contrôle
quantique de l’université de Sydney
en Australie. Conçu pour positionner
une charge de 80 kg, cet hexapode
non magnétique customisé positionne
une chambre à vide UHV selon les
6 degrés de liberté pour aligner des ions
dans l’axe de symétrie d’un aimant de
2 teslas afin de les piéger électromagnétiquement.
Cet hexapode offre une répétabilité
de ± 0.6 µm au centre de rotation, qui
est situé ici à 600 mm de l’hexapode,
là où les ions seront piégés. Pour être
compatible avec le champ magnétique
de 2 teslas à proximité immédiate et
atteindre les performances de précision
attendues, des moteurs non-magnétiques
à ultrasons et des codeurs
linéaires absolus ont été intégrés. ●
en SAvOIR PLUS > www.symetrie.fr
6I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Température
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actualités
en bref
Mines ParisTech et Safran
inaugurent la Salle
de mécanique
Installée dans un espace
d’enseignement de 120 m 2 au cœur
des locaux de Mines ParisTech,
la nouvelle Salle de mécanique,
fluides, solides et matériaux
permettra aux étudiants de mettre
en pratique leur savoir théorique
en mécanique et matériaux, en
proposant dans un même lieu des
activités de démontage de moteur,
d’essais mécaniques sur éprouvette
et des structures, des observations
microstructurales des matériaux,
de l’impression 3D et de la simulation
numérique. ●
Institut de Soudure
reprend l’activité CND d’Orys
Le groupe Institut de Soudure et
le groupe Ortec ont signé un accord
pour la reprise à compter du 1 er avril
dernier de l’activité CND, END et
métrologie d’Orys, filiale du groupe
Ortec. Cette reprise confirme
la volonté du groupe Institut de
Soudure de poursuivre sa stratégie
de développement sur le marché
nucléaire. ●
Conférence Technologique
Altair : rendez-vous à Paris
du 16 au 18 octobre
Altair organisera à la mi-octobre
sa Conférence Technologique 2018
à Paris, au Palais des Congrès d’Issy.
Cette conférence internationale
sera axée cette année sur des
présentations d’applications basées
sur la Simulation-Driven Innovation
par des leaders technologiques ainsi
que des dirigeants de l’industrie
mondiale. Des sessions techniques
approfondies et des présentations
des dernières tendances
technologiques telles que l’IoT,
l’e-mobility, la conception
de véhicules électriques seront
dispensées. ●
Événement
le Forum Teratec revient
les 19 et 20 juin à Palaiseau
Le rendez-vous des experts internationaux
de la Simulation et du
Big Data se tiendra les mardi 19
et mercredi 20 juin prochains à l’École
Polytechnique, à Palaiseau (Essonne).
L’occasion pour la communauté Teratec
de regrouper à travers son Forum
annuel les meilleurs experts internationaux
du HPC, de la simulation et du
Big Data, mais aussi de confirmer une
nouvelle fois l’importance de ces technologies
dans le développement de la
compétitivité et des capacités d’innovation
des entreprises.
En réunissant plus de 1 300 professionnels,
le Forum Teratec illustre le dynamisme
technologique et industriel du
HPC et le rôle important que joue la
France dans ce domaine. La participation
et les témoignages de grands
industriels, les présentations des entreprises
technologiques leaders dans le
domaine, la diversité et le niveau des
ateliers techniques, la représentativité
des exposants et l’innovation des offres
présentées, sont autant d’atouts qui
rendent incontournable le rendez-vous
Calculateur Genci
de tous ceux qui sont concernés par la
conception et la simulation numérique
à haute performance.
Le mardi 19 juin, les sessions plénières
donneront la parole à des utilisateurs
et des fournisseurs de technologies,
illustrant parfaitement la richesse et la
diversité des sujets abordés. À l’issue de
cette journée, les champions de la simulation
numérique seront récompensés
pour la 4 e fois lors de la remise des
Trophées de la Simulation. Le mercredi
20 juin, les ateliers techniques et applicatifs
feront état des nouveaux secteurs
d’application du HPC, de la simulation
et du Big data dans le choix de leurs
thématiques.
Durant les deux jours, une exposition
de soixante-dix stands présentera les
dernières innovations et nouveautés
produits des principaux acteurs de la
simulation, du HPC et du Big Data. Des
espaces thématiques (Café européen de
la recherche, espace Projets collaboratifs…)
viendront compléter l’offre sur
le salon. ●
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www.teratec.eu/forum/fr
8I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

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Essais et modélisation
Événement
Le véhicule autonome
désormais une priorité
en France
En matière de véhicule autonome, « la France doit être
à la pointe de l’expérimentation et de l’industrialisation
». La volonté d’Emmanuel Macron est lancée, les
mots sont lâchés et il ne reste plus qu’à… mais les défis sont
importants, pour ne pas dire colossaux. Car si les technologies
avancent à pas de géants et que des acteurs français ont
été identifiés par le rapport remis à la mi-mai par Anne-Marie
Idrac, Haute responsable chargée du pilotage de la stratégie
sur le véhicule autonome, il n’en est pas de même pour le
cadre législatif, les infrastructures et l’environnement de ces
millions d’engins qui sillonneront nos routes, encore moins
de l’acceptation des usagers, qu’ils soient utilisateurs ou non.
C’est en ce sens qu’à la suite de l’important congrès organisé
par la Société des ingénieurs de l’automobile (SIA) les
25 et 26 juin à Paris, une journée sera entièrement consacrée
à la simulation numérique, aux solutions existantes mais
aussi aux attentes des industriels (constructeurs et sous-traitants),
ainsi que l’utilisation de ces outils afin de multiplier
les scénarios et atteindre un niveau ultime de sécurité. Car
la sécurité est bien au cœur des débats et par là même, au
centre de tous les développements, comme en témoignent
d’une part Jérôme Boudonnet, Automotive Account Manager
de Mentor, société récemment acquise par Siemens PLM
Software, et d’un spécialiste de la réalité virtuelle et des équipements
embarqués dans les véhicules autonomes, Serge
Laverdure d’ESI Group. L’un promeut l’interopérabilité de sa
large gamme d’outils, l’autre l’usage de l’intelligence artificielle
pour mieux prendre en compte le comportement parfois
très singulier du conducteur. Des objectifs certes différents
mais qui concourent à un même objectif : s’appuyer sur un
niveau de sécurité absolu pour mieux faire accepter le véhicule
autonome aux yeux de tous. ●
Olivier Guillon
Démonstrateur Symbioz de Renault
Un congrès exceptionnel
et un programme de conférences chargé !
Le Congrès Simulation de la SIA se poursuivra sur trois jours
intenses de tables rondes et d’annonces en tout genre, entre
lancements de partenariats de recherche, rencontres d’affaires
et déclarations officielles, de façon à entériner l’engagement
de l’Hexagone dans le véhicule autonome. En matière de
conférences techniques organisées sur le congrès de la SIA,
les sujets seront pour le moins nombreux et variés.
EN SAVOIR PLUS > www.sia.fr/evenements/
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10I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

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ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I11

Essais et modélisation
Serge Laverdure
Responsable de la partie Simulation pour les véhicules autonomes (branche autrement
appelée Autonomous Driving Solution) chez ESI, Serge Laverdure est entré chez l’éditeur
français en 2013 au moment où celui-ci a commencé à investir dans la simulation embarquée.
Aujourd’hui, l’ingénieur diplômé en électronique et ses équipes concentrent leur travail
sur la création de solutions de rupture pour accélérer les processus de mise au point
de produits intelligents et connectés.
Recherche & développement
Véhicule autonome : l’enjeu de l’intelligence artificielle
pour décrypter les chemins de compréhension
chez l’humain
Dans le prolongement de son partenariat avec l’IFSTTAR, l’éditeur ESI Group s’appuie sur l’intelligence
artificielle pour faire de la « conception centrée sur l’humain ». Une manière de rendre les véhicules de demain
plus interactifs et plus intelligents en comprenant mieux les comportements humains.
L’intelligence artificielle se définit comme une brique
technologique incontournable dans le développement
des véhicules autonomes, comme dans de nombreux
domaines de l’industrie à venir d’ailleurs. Comme l’a démontré
Cédric Villani dans son rapport publié ce printemps et
qui agrège tout ce qui peut donner lieu à une utilisation de
l’intelligence artificielle, le potentiel de l’IA est gigantesque,
encore faut-il s’en donner les moyens ; « il s’agit d’une brique
essentielle mais il reste encore beaucoup de travail à faire pour
que les développements liés à l’IA soient réalisés aussi en France
et pas seulement aux États-Unis ou en Chine, avertit Serge
Laverdure, responsable de la branche Autonomous Driving
Solution chez ESI. Ce rapport va dans le bon sens car il fait
prendre conscience que nous devons fédérer les acteurs de l’IA
et accélérer dans la recherche ».
Si, dans l’industrie, l’intelligence artificielle n’a jusqu’à présent
été utilisée que pour des tâches connues, le véritable enjeu
aujourd’hui est de l’appliquer à des développements en cours,
à l’image du véhicule autonome qui, on le sait, n’a rien de
simple. De gros utilisateurs comme Uber, dont l’avenir dépend
de l’aboutissement technologique et de l’acceptation du véhicule
autonome dans la société, le savent très bien. L’accident
survenu en mars en Arizona provoquant la mort d’un passant
marque durablement les esprits. D’où le double défi pour les
constructeurs – mais aussi les autres gros acteurs de ce marché
en devenir, à commencer par les Gafa* – qui repose d’une
part sur la sécurité des systèmes et leur capacité à analyser
l’environnement pour prendre la meilleure décision, d’autre
part sur la gestion des phases de transition ; Serge Laverdure
s’explique : « si les informations envoyées au système ne sont
pas suffisantes pour que le véhicule prenne lui-même sa décision,
ce dernier redonnera de fait la main au conducteur, qui
ne s’y attendra pas forcément. Cette phase est critique car le
conducteur devra d’un seul coup reprendre conscience de l’environnement
de conduite dans lequel son véhicule se déplace ! ».
La plateforme ESI Pro-SIVIC permet de mettre l’humain
dans la boucle pour mieux comprendre ses prises de décision
Mieux comprendre l’humain pour améliorer
la sécurité
Pour ces raisons, le directeur de la branche Autonomous
Driving Solution confirme qu’on est encore loin du degré 3
de l’autonomie du véhicule, degré qui prévoit une première
délégation de conduite (en d’autres termes, le conducteur est
mis hors de la boucle de décision). C’est d’ailleurs ici que l’on
parle véritablement de « safety », un sujet crucial pour faire
accepter le véhicule autonome par le législateur mais aussi
et surtout aux yeux des utilisateurs, conducteur, passagers
ainsi que tout ce qui environne le véhicule (piétons, autres
véhicules, obstacles, conditions climatiques, etc.).
12I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Essais et modélisation
Mais ce sont les réactions humaines, très variables d’un
conducteur à l’autre, parfois incompréhensibles, qui sont au
cœur des développements d’ESI, en partenariat avec l’IFST-
TAR. Créée en 2015 avec l’acquisition par ESI de Civitec, une
spin-off du laboratoire de recherche Livic, la branche Autonomous
Driving Solution d’ESI a mis au point une plateforme
innovante dédiée aux systèmes avancés d’aide à la conduite
(ADAS). La plateforme ESI Pro-SiVIC présente l’avantage de
s’appuyer sur la modélisation de capteurs en y intégrant beaucoup
de données physiques – comme les phénomènes météorologiques
– et l’absorption de matériaux (rayons optiques
du soleil par exemple, ondes envoyées par les radars…) afin
d’être le proche du réel. Mais au-delà de cette plateforme, ESI
a voulu aller plus loin en intégrant l’intelligence artificielle
dans le but de « prendre en compte les nouveaux phénomènes
physiques à la place du conducteur, avec sa propre expérience
et sa propre intelligence »… et donc ses propres réactions face
aux aléas de la route.
> ESI Group exposera sur le Congrès de la SIA et présentera
ses derniers développements dans le domaine cognitif
L’accident impliquant un véhicule autonome Uber et un piéton,
survenu en Arizona, modélisé en conditions réelles
dans la plateforme ESI Pro-SiVIC
Avec la conception centrée sur l’humain (« Virtual Human
Central Design »), ESI, dans la continuité de son partenariat
avec le laboratoire Lescot de l’Ifsttar, entend développer
à partir de cette approche dite non-déterministe un modèle
prenant en compte la compréhension humaine de l’environnement,
l’analyse, l’appel à l’expérience puis la prise de décision.
ESI Group ambitionne ainsi de lancer sur le marché un
nouveau modèle conducteur d’ici la fin de l’année. ●
Olivier Guillon
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publi reportage
CFD-Numerics, un bureau d’ingénierie spécialisé
en simulation numérique en mécanique des fluides,
transferts thermiques, combustion et optimisation
Avec 250 projets industriels traités en 10 ans d’existence dans des secteurs d’activités variés, CFD-Numerics propose, sur la
base de son expertise numérique et sa maîtrise des phénomènes physiques, des prestations techniques à haute valeur ajoutée
sur lesquelles ses partenaires peuvent s’appuyer pour comprendre, améliorer et optimiser leurs produits ou procédés.
CFD-Numerics utilise et adapte des logiciels commerciaux ou libres (ANSYS-
Fluent, ANSYS-CFX, STAR-CCM+, OpenFOAM) avec ses propres ressources
informatiques (450 CPU et 3.5 To de RAM) pour réaliser ses prestations dans le
respect de la norme ISO9001.
Outre ses activités d’ingénierie, CFD-Numerics développe en interne une solution
innovante d’aide à la conception appelée SmartOptim® basée sur l’optimisation
topologique. Cette solution, validée dans un cadre industriel, permet
d’obtenir rapidement et automatiquement une forme optimisée d’un dispositif
(conduit, répartiteur…).
Partenaire de grands groupes industriels (Safran, Renault, Valéo, EDF, Rio Tinto,
GE, Liebherr…) et du projet européen H2020 « Siderwin® », CFD-Numerics
supporte aussi bien les PME/ETI dans leurs travaux de développement pour les
secteurs des équipements (Marini-Ermont, Hasler group, Réel…) ou du médical
(Novacap, Nemera…) que des start-up telle que Notilo+ et son drone sous-marin
autonome iBubble.

Essais et modélisation
Jérôme Boudonnet
Diplômé Ingénieur ESIEE Paris promotion 2003, spécialité
électronique et microélectronique, Jérôme Boudonnet fait
ses premières armes en électronique chez Safran (R&D défense),
puis Atos (R&D pour le High Performance Computing, notamment
dans le monde de la modélisation & simulation), STMicroelectronics
(R&D téléphonie mobile). Ensuite, il lance et coordonne l’activité
parisienne d’une PME de prestation de service en électronique,
EASii IC. Jérôme Boudonnet rejoint finalement Mentor Graphics
en 2014 en tant que manager des comptes clefs français de Mentor
dans le domaine de la mobilité, la défense, et l’énergie,
puis rapidement l’automobile, une activité en forte croissance.
Entretien
La course au véhicule autonome
se gagnera par la sécurité
Deux ans après avoir rejoint Siemens PLM Software, la société Mentor, spécialiste américain des outils FDA)
poursuit d’importants développements dans le domaine du véhicule autonome, comme en témoigne Jérôme
Boudonnet, Automotive Account Manager de l’entreprise. Pour lui, les acteurs français sont bien placés dans
cette course pourtant fortement investies par les Gafa*. Mais de nombreux progrès en matière de « safety »
et de « security » restent à faire.
Rappelez-nous ce qu’est Mentor,
au sein du groupe Siemens
Créé en 1981, Mentor est un leader
historique fournisseur d’outils EDA
(Electronic Design Automation, c’està-dire
la conception assistée par ordinateur
de systèmes électroniques et
semiconducteurs). La société emploie
5 500 personnes réparties sur 85 sites
dans le monde pour un chiffre d’affaire
d’1,3Md$. Celle-ci a été achetée par
Siemens en avril 2016 pour compléter
l’offre de la branche « Digital Factory »
du groupe allemand et son activité
outils Siemens PL, représentant près
de 15 500 employés dans le monde et
développant des outils de conception
et de validation mécanique & système.
Quelle était la stratégie de Siemens
en reprenant Mentor ?
Elle était de fournir les outils nécessaires
à la conception mécanique, électronique,
système et son digital twin,
ainsi qu’à la production et sa digital
factory, la connexion au Cloud, etc.
Dans ce cadre, l’automobile est un
marché clef pour Siemens PL et Siemens
DF. Grace à notre portfolio, nos clients
peuvent modéliser, architecturer, concevoir,
valider, produire, superviser tout
le cycle de vie d’une voiture ! Et l’acquisition
de Mentor a permis l’intégration
toute la complexité électronique
(conception de puces sensor-fusion,
fourniture d’OS embarqué, structures
HW et SW de sécurité, méthodologie
ISO26262…).
Quel est le rôle de votre service
et ses activités dans le domaine
automobile
Nous exerçons une activité de conseil
et de vente de services et solutions logicielles
dans le domaine automobile ;
Mentor Graphics possède un portfolio
d’outils de modélisation, conception,
validation, vérification très conséquent.
L’un des objectifs est de développer
pour nos clients des solutions
standardisées (« out of the box ») répondant
à une majorité de leurs besoins.
Mon service participe à de plus en
plus de salons autour de l’électronique
HW/SW dans le domaine du transport
comme l’ERTS, les évènements SIA.
Par exemple, lors de la première journée
autour de la simulation numérique
en juin 2018, nous aurons la participation
de notre directeur Marketing MED
(Emulation de puces) qui expliquera
14I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Essais et modélisation
© Capture d’écran - Mentor
l’intégration de plusieurs technologies
Mentor et Siemens pour la validation
d’une puce dans le but d’atteindre des
niveaux de certification élevés. Enfin,
mon organisation travaille autour d’un
évènement Mentor focalisé sur les technologies
Automobile ; nous faisons
notre possible pour qu’il ait lieu au mois
de juin 2018 en région parisienne.
Le véhicule autonome fait beaucoup
parler de lui. Où en sommes-nous
aujourd’hui, en particulier en France ?
Énormément de réflexions et de développements
sont menés par les grands
groupes mondiaux. Le véhicule autonome
devient le nouvel Eldorado des
Gafa et le phénomène est intéressant car
beaucoup de nouveaux acteurs tentent
leur chance. Je suis curieux de voir les
premiers prototypes de Dyson ! Il s’agit
donc d’un sujet très nouveau pour les
leaders mondiaux, qui les force à se
restructurer, devenir plus agiles. Le
business model lui-même peut être
amené à changer, les revenus étant
concentrés sur la vente de services –
n’oublions pas que l’Apple store est
le plus gros générateur de revenus
d’Apple… Mais la production en masse
de véhicules n’est pas chose facile (Tesla
et son Model 3 en est un bon exemple).
Quand on voit le virage impressionnant
de Nvidia il y a dix ans et ses résultats
aujourd’hui, ou encore Intel (15Md$),
c’est excitant !
Du côté français, nous ne sommes pas
en reste : Renault, PSA, bien sur, mais
aussi Safran, Alstom, Airbus, Thales et
bien d’autres se lancent dans l’aventure.
Ils expriment des besoins en électronique
auxquels de nombreux fournisseurs
répondent. Et ça va de Valeo à
STMicro, en passant par de multiples
start-up en acquisition ou en traitement
d’images. Notre vivier R&D
est impressionnant. Mentor fournit
aux plus grands groupes mondiaux
des outils de conception de puces de
machine learning, et nous devrions
travailler à accompagner l’initiative
nationale autour de l’intelligence artificielle.
Quant aux grands groupes, ils
annoncent des véhicules autonomes à
l’horizon 2020/2025. C’est encore assez
flou de par la complexité de validation
d’un véhicule level 5 (full autonomous).
À quels enjeux le véhicule autonome
doit-il répondre aujourd’hui ?
Avant tout, la sureté (safety). Cela passe
par la validation de l’ensemble des
scénarios. Avec les techniques actuelles
de validation sur route, cent ans, 24
heures sur 24 seraient nécessaires alors
que le digital twin permet une validation
en quelques semaines. Autre enjeu,
la sécurité (sécurity) ; celui-ci est similaire
finalement aux problématiques
du téléphone portable (protection de
données, hacking...). Enfin viennent les
enjeux de la qualité, laquelle impacte la
sureté et la sécurité.
> Siemens exposera sur le Congrès de la SIA
En matière de sécurité, quel est votre
sentiment vis-à-vis du récent accident
qui produit en Arizona ?
Le problème de safety rencontré
démontre la difficulté de valider l’ensemble
des scénarios possibles d’un
ECU de traitement de données des
capteurs du véhicule. On est encore
loin du level 5 !
Comment travaillez-vous au sein
de Siemens, et plus particulièrement
chez Mentor Graphics ?
Nous fournissons une large gamme
d’outils pour répondre aux enjeux de
qualité, sécurité, et sureté de conception
et validations des véhicules autonomes.
Amesim, Polarion, ESD, PreScan, Capital,
Catapult, Tessent, Questa, Veloce,
Nucleus, DRS360, Calibre, pour ne
citer qu’eux parmi tant d’autres, sont
autant de logiciels EDA et IP que nous
fournissons à nos clients afin d’adresser
ces challenges autour du véhicule
autonome. Nous travaillons à assurer
interopérabilité de nos outils. Nous
dévoilerons par exemple en juin au SIA
une plateforme de conception et validation
complète d’un ECU via son digital
twin. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
* Google, Apple, Facebook, Amazon
© Architecture - Mentor
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I15

Essais et modélisation
Événement
Rétablir la confiance
grâce aux essais
World Nuclear Exhibition (WNE), la biennale française du nucléaire, va ouvrir ses portes du 26 au 28 juin
prochain à Villepinte. L’occasion pour les industriels de rencontrer les acteurs majeurs du secteur, de nombreux
sous-traitants et, parmi eux, des prestataires d’essais et des fournisseurs de solution en matière de tests,
de mesure et de simulation… avec un mot d’ordre : la sécurité. Ce dossier montre à ce titre comment
la filière a su se mettre en ordre de marche pour renouer la confiance avec l’opinion.
© WNE 2016 - Photos Bruno des Gayets / Christian Bamale
Sept ans déjà se sont écoulés. Il n’en reste pas moins que le
drame de Fukushima est dans tous les esprits lorsqu’on
évoque aujourd’hui le nucléaire. Autre sujet polémique,
cette fois aucunement en lien avec la sécurité des centrales
ou la santé des populations : les dérapages financiers dans
la construction de centrales à commencer par l’EPR, dont
les chantiers finlandais et français prennent un retard considérable
et ne cessent de creuser une dette désormais abyssale.
Pourtant, le nucléaire présente encore de nombreux
avantages, tant en termes de puissance que d’indépendance
énergétique ou d’émissions polluantes, en particulier dans
les agglomérations et dans les transports. Des atouts qui ont
fait de cette énergie une priorité faisant l’objet d’une accélération
des projets dans les années 60.
Gérard Kottmann, président de WNE,
lors de la Cérémonie des Awards il y a deux ans
Qu’en est-il de la sécurité ? Au-delà des coûts de l’installation,
de l’exploitation ou encore de la gestion des déchets
nucléaires et du démantèlement des centrales, c’est le sujet le
plus critique. Or les grands exploitants et producteurs d’électricité,
au premier rang desquels EDF, renforcent en permanence
leurs exigences en la matière, impactant en première
ligne leurs sous-traitants pour le développement d’équipements
intégrant les centrales mais aussi leurs propres moyens
d’essais, comme en témoigne ce dossier spécial. ●
> Rendez-vous les 26, 27 et 28 juin prochains sur le salon
WNE au parc des expositions de Paris-Nord Villepinte
au sommaire de ce dossier
18 Validation expérimentale de la simulation
numérique du contrôle par sonde tournante
transverse des tubes de générateur
de vapeur
22 Évaluation de l’intégrité structurelle
des machines de fusion nucléaire à haute
performance pour la production d’électricité
26 Relever les défis du nucléaire par les essais
28 Suspension par des amortisseurs à câble
d’un onduleur en condition de séisme
30 La simulation numérique, levier
de performances dans le nucléaire
Olivier Guillon
16I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

3 e
édition
Rejoignez la première communauté
mondiale du nucléaire civil
26-28 juin 2018
Paris Nord Villepinte - Hall 7
22 000 participants internationaux
800 exposants valorisant l’excellence nucléaire
4 000 rendez-vous d’affaires
10 tables rondes avec des intervenants
internationaux de renom
63 pays représentés
SPOTLIGHTS
Digitalisation et Déconstruction
& Démantèlement
(visites-guidées d’une heure)
SMR et Réacteurs avancés,
GEN IV et au-delà
(déjeuners-débats)
Exhibition _WNE
wne@reedexpo.fr
WNE-World Nuclear Exhibition
www.world-nuclear-exhibition.com

Essais et modélisation
En application
Validation expérimentale de la simulation
numérique du contrôle par sonde tournante
transverse des tubes de générateur de vapeur
Le voisinage de la plaque support
des tubes (PST) de générateur de
vapeur (GV) est particulièrement
complexe pour le contrôle non destructif
(CND) par courants de Foucault
(CF). En effet, chaque tube a été fixé
à la PST par dudgeonnage, opération
consistant à le gonfler mécaniquement
pour l’encastrer dans la plaque. La
déformation du tube induite dans cette
« zone de transition de dudgeonnage »
(ZTD) rend plus complexe le signal CF.
Or, cette zone présente un risque d’apparition
de dégradation (fissures de
corrosion sous contrainte, dépôts…),
c’est pourquoi on a conçu une sonde
CF adaptée, appelée « sonde tournante
transverse » (STT), dont le capteur reste
plaqué contre la paroi interne du tube,
ce qui a pour intérêt d’atténuer au maximum
le signal de la ZTD. Cette sonde
est en outre opérée à deux fréquences
pour éliminer, par combinaison, le
signal de la PST.
Par ailleurs, la simulation numérique
est abondamment utilisée en appui à la
qualification des procédés de contrôle
CF, en particulier celui par sonde STT.
La méthode des éléments finis tridimensionnels
(EF-3D), telle que mise en
œuvre dans l’outil C3D-CND, permet
de modéliser sans difficulté toute déformation
du tube (avec la résolution
permise par le maillage) et de prendre
en compte les très fortes perméabilités
magnétiques des PST par le biais
des éléments d’impédance de surface.
Par contre, la modélisation de l’acquisition
du signal en ZTD met en difficulté
la majorité des outils de simulation,
dès lors que la STT reste en contact
avec le tube déformé, générant ainsi
une trajectoire hélicoïdale complexe
à définir. Cette difficulté a été résolue
en implémentant dans C3D-CND
un modèle original simulant le basculement
de la STT dans la ZTD, et ce
modèle a été validé expérimentalement
sur une maquette de ZTD comportant
une entaille circonférentielle interne.
Les trois composants du modèle
numérique
1. La STT : c’est l’une des sondes les
plus complexes à modéliser en raison
des particularités de sa conception (voir
Figure 1). En effet, pour intensifier et
concentrer le champ de la bobine émettrice,
cette dernière est logée dans un
pot de ferrite lui-même blindé par un
anneau conducteur.
Les deux bobines réceptrices sont
quant à elles alignées sur une génératrice
du tube, afin de détecter fissures
circonférentielles (en mode différentiel).
Comme précisé plus haut, les trois
bobines restent constamment plaquées
contre la paroi interne du tube afin de
réduire le signal de ZTD. Pour ce faire,
elles sont insérées dans un sabot mobile
pouvant se déplacer en translation et
en rotation.
2. La ZTD : on a considéré la maquette
d’une ZTD réaliste constituée de deux
dudgeonnages mécaniques successifs
appelés respectivement « intégral »
(DMI) et « amélioré » (DMA), procédé
minimisant la contrainte mécanique à
l’encastrement du tube. En entrée de
la zone de DMI se trouve une entaille
circonférentielle interne électro-érodée
(voir Figure 2 à gauche). Cette
maquette bénéficie par ailleurs de relevés
dimensionnels extrêmement précis
(tolérance de 3 mm) pour le diamètre
interne et l’épaisseur du tube sur toute
Figure 1
Modèle de CAO de la STT (gauche), maillage EF-3D éclaté (milieu), vue du sabot mobile (droite)
18I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

essais et modélisation
la longueur de la ZTD (Figure 2 à
droite). Malgré la distorsion notable
des sections du tube (visible sur les
courbes en trait pointillé) et la corrélation
entre le diamètre et l’épaisseur
(illustrant la conservation du volume
dans le dudgeonnage du tube), l’hypothèse
classique du tube axisymétrique
reste suffisante pour notre modèle
de basculement et seules les valeurs
moyennées ont été utilisées (courbes
en trait plein).
3. Le modèle de basculement :
à partir du déplacement du sabot
mobile de la STT et de la géométrie
de ZTD décrite finement (et supposée
axisymétrique), on a élaboré un modèle
de contact sabot-tube basé sur les hypothèses
cinématiques suivantes :
- la position des bobines est obtenue
par la somme du déplacement
et de la rotation du corps de
sonde (c’est le balayage classique des
sondes tournantes) et de deux paramètres
supplémentaires : la translation
radiale du sabot et sa rotation
tangentielle, qui dépendent du profil
de la ZTD (courbes rouge et bleue
de la Figure 3) ;
- la ZTD est décomposée en une
succession de troncs de cône (courbe
noire de la Figure 3) constituant une
discrétisation linéaire, en quelques
dizaines de points, du diamètre
interne mesuré de la Figure 2 ;
Figure 2
Maquette de ZTD avec entaille circonférentielle (gauche) et relevé dimensionnel (droite)
- le contact sabot-tube s’effectue en deux
points seulement, points qui doivent
nécessairement encadrer le milieu
du sabot afin d’assurer son équilibre
statique en rotation (pour cela, l’extension
axiale du sabot doit être connue
précisément).
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I19

Essais et modélisation
Figure 3
Positions du sabot mobile, radial = rouge (mm),
rotation = bleu (%) et rayon du tube = noir (mm)
La dernière hypothèse implique la mise
en œuvre d’un schéma itératif qui fournit
une solution unique, excepté dans
quelques rares cas où la rotation diminue
très brutalement. Ces cas nécessiteraient
idéalement un modèle
dynamique du sabot et les CF associés,
trop complexe à mettre au point.
Comparaison avec la mesure
Une acquisition du signal de STT a
été menée sur la maquette décrite plus
haut, à la fréquence de 600 kHz, au
pas de 1 mm en axial et 1.8° en angulaire.
Ces mesures sont illustrées sur la
Figure 4 après étalonnage. Le passage
de la STT au droit de l’entaille en entrée
de DMI est marqué par plusieurs pics
qui doivent pouvoir donner une bonne
indication de la position axiale de l’entaille
et de son ouverture angulaire, à
la condition que les pics ne soient pas
noyés dans le signal de ZTD. Pour s’en
assurer, seule la simulation permet de
discriminer le signal d’entaille et le
signal de ZTD.
Le signal de ZTD est prépondérant en
voie X (partie réelle). Sur la Figure 5, on
trace ce signal le long des génératrices
du tube qui ne coupent pas l’entaille. On
doit mettre en rapport la dispersion de
ces tracés (courbes grises) avec celle
des diamètres du tube de la Figure 2.
Avec cette représentation, on identifie
très bien les pics d’entrée et de sortie des
deux zones DMI et DMA et surtout, on
obtient un très bon accord du signal
mesuré moyenné (courbe jaune) avec
le signal simulé (courbe rouge), obtenu à
partir du modèle de ZTD axisymétrique
décrit plus haut.
Figure 4
Signal STT temporel étalonné (mV), voie X = bleu, voie Y = rouge
Figure 5
Signal STT en voie X (mV) par génératrice (gris), en moyenne (jaune) et calculé (rouge)
Figure 6
Signal d’entaille en voie Y (mV) mesuré (trait pointillé) et calculé (trait plein)
20I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

essais et modélisation
Sur la Figure 6, on moyenne la voie Y (partie imaginaire) du
signal mesuré sur toutes les génératrices coupant l’entaille, le
signal retrouve précisément le positionnement axial de cette
entaille (trait pointillé) fourni dans les spécifications de la
maquette, ce positionnement étant également très bien prédit
par la simulation (trait plein). Un léger désaccord en amplitude
doit être mis sur le compte d’une définition géométrique
de l’entaille moins précise que celle du tube (pas de relevé
dimensionnel pour l’entaille).
* Références
« La simulation des procédés de CND-CF complexes
à la portée des ingénieurs »
Pierre Thomas, Benjamin Goursaud, Eilin Guillot,
Fannie Meyer, présentation JE.2.B3,
Les Journées COFREND 2017, 30 mai 2017
CONCLUSION
À l’aide de l’outil C3D-CND dédié à la simulation par
EF-3D des CND-CF des tubes de GV, on a calculé le signal
de contrôle par STT d’une configuration réaliste d’entaille
circonférentielle placée dans la ZTD d’un tube. Ce type de
configuration constitue un véritable challenge de modélisation
en raison de la complexité de la sonde et de son
déplacement dans la ZTD. On a traité ce cas avec un modèle
cinématique de basculement de la STT dans la ZTD qui a
fourni des résultats en très bon accord avec les mesures,
notamment pour le signal de la ZTD. Le signal calculé pour
l’entaille pourra être amélioré en abandonnant l’hypothèse
d’une ZTD axisymétrique, ce qui ne pose aucun problème
pour la modélisation par EF-3D, mais conduira à un modèle
de basculement beaucoup plus complexe. ●
pierre thomas, Fannie meyer, benjamin Goursaud,
Gilles Girard, eilin Guillot, chiara Zorni – du groupe edF
EXPERTISE, INNOVATION ET SOLUTIONS
INGÉNIERIE
DES CHOCS, VIBRATIONS ET SÉISMES
ÉVÉNEMENTS À VENIR
DU 11 AU 15 JUIN 2018 À VILLEPINTE
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EXHIBITION 2018
STAND HALL7 - N° F186
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I21

Essais et modélisation
Jeffrey Doody
Jeffrey Doody est ingénieur en mécanique
au MIT Plasma Science and Fusion
Center. Il est photographié ici à la Comsol
Conference 2015 à Boston, où il a remporté
un prix pour son travail de simulation.
Étoiles artificielles
Évaluation de l’intégrité structurelle des machines
de fusion nucléaire à haute performance
pour la production d’électricité
Les chercheurs du MIT Plasma Science and Fusion Center utilisent la simulation numérique pour évaluer
et optimiser la conception envisagée de l’expérience « Advanced Divertor » - un dispositif compact de fusion
nucléaire qui reflète la puissance d’un réacteur à taille réelle dans un banc d’essai de R&D.
La fusion nucléaire se produit naturellement au cœur
du soleil, libérant d’énormes quantités d’énergie rayonnantes
au fur et à mesure que la masse diminue et
que les noyaux d’hydrogène fusionnent pour former de plus
grands atomes d’hélium. Nous recevons cette énergie sur
Terre sous forme de lumière, malgré une distance moyenne
de 149 millions de kilomètre.
La démonstration que la fusion de l’hydrogène peut être
une source d’énergie propre, sûre et presqu’illimitée, a été
l’objectif principal de plus de cinquante ans de recherches
internationales. Au MIT, les recherches se sont concentrées
principalement sur une approche avec un champ magnétique
très intense. Au Plasma Science and Fusion Center (PSFC)
du MIT, expérimentation, théorie et simulation numérique
ont été combinées pour identifier et comprendre les sciences
et les technologies qui peuvent rendre l’énergie de fusion
disponible plus tôt.
L’Advanced Divertor eXperiment (ADX) est une expérience
de fusion nucléaire, et plus particulièrement un tokamak,
proposé par des chercheurs du PSFC pour fournir des flux
de chaleur, des densités et des températures similaires à ce
que nous nous attendons à observer dans un réacteur de
fusion, avec seulement de courtes décharges de plasma (voir
la Figure 1).
Figure 1
Schéma du projet de tokamak ADX du MIT PSFC.
22I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Essais et modélisation
Dans un tokamak, des températures supérieures à 150
millions de degrés Celsius provoquent la séparation des
électrons des noyaux, ce qui forme un plasma surchauffé
entièrement ionisé à partir d’un combustible hydrogène
gazeux. Le cœur du plasma est contenu dans un récipient
sous vide toroïdal ou en forme d’anneau et est maintenu
à haute pression pour produire un plasma dense avec une
probabilité élevée de collision. Les champs magnétiques
externes confinent et contrôlent le plasma d’une manière
analogue aux champs gravitationnels intenses au cœur du
soleil, produisant ainsi une fusion nucléaire. « Les progrès
récents dans les supraconducteurs à haute température pourraient
nous permettre de concevoir un tokamak qui fonctionne
à des champs magnétiques plus élevés, hissant ainsi
les performances du plasma à celles du niveau des réacteurs,
explique Jeffrey Doody, ingénieur en mécanique au PSFC.
L’objectif des recherches passera ensuite de l’amélioration de
la performance du plasma aux systèmes de support dans le
tokamak. »
À l’aide de la simulation numérique, Jeffrey Doody et ses
collègues conçoivent la structure ADX pour obtenir et maintenir
des flux de chaleur et des champs magnétiques au
niveau de celui des réacteurs, ce qui en fait un banc d’essai
adapté pour les systèmes d’échappement et les interactions
plasma-matériau. Tout ceci afin de permettre la prochaine
étape de développement des machines à fusion.
Figure 2
Schéma du tokamak ADX proposé par le PSFC du MIT.
« Pour évaluer la conception du récipient ADX proposé,
nous effectuons une simulation numérique dans le logiciel
Comsol Multiphysics afin de prévoir les champs magnétiques,
les courants de Foucault et les forces de Lorentz qui résultent
d’une perturbation du plasma, explique Doody. Les charges
calculées sont ensuite appliquées à un modèle mécanique du
récipient, afin de prévoir les contraintes et les déplacements. »
La Figure 3 montre la géométrie d’un modèle magnétique
à symétrie cyclique de l’ADX, dont le récipient, le plasma et
les bobines magnétiques poloïdales, nécessaires pour maintenir
le plasma dans sa position d’équilibre.
Survivre au plasma
La conception proposée pour le récipient sous vide ADX est
innovante dans le sens où il est composé de cinq enveloppes
axisymétriques distinctes, comme le montre la figure 2, au
lieu d’un seul cylindre. La conception modulaire permet
d’échanger les bobines magnétiques et de tester différentes
configurations du divertor. Le divertor est un composant qui
sert de système d’échappement pour retirer les cendres de
fusion du tokamak. Lorsque les ions échappent au confinement
des champs magnétiques qui contrôlent le plasma, le
divertor les récupère et les conduit hors du récipient.
Le récipient modulaire doit non seulement supporter les flux
thermiques élevés et les champs magnétiques nécessaires
pour produire la fusion nucléaire, mais doit aussi survivre
aux perturbations du plasma, qui sont une autre source de
contraintes dans l’enveloppe sous vide du réacteur, générées
par l’effondrement du plasma.
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I23

Essais et modélisation
Le pire scénario apparait pour des perturbations du plasma
en déplacement vertical (VDE), où le plasma dérive vers le
haut avec 1,5 million d’ampères de courant, cesse de bouger
après 10 millisecondes et perd tout son courant en une seule
milliseconde. Les champs magnétiques, qui changent rapidement
autour du plasma perturbé, produisent des courants
de Foucault dans l’enveloppe du récipient sous vide. Des
forces de Lorentz s’appliquent alors sur le récipient lorsque
les courants de Foucault rencontrent à la fois les champs
magnétiques poloïdaux et les champs magnétiques toriques
plus forts du tokamak qui confinent le plasma.
Figure 4
En haut, la géométrie du modèle structurel de l’ADX montre les surfaces violettes où la structure
est encastrée.
Figure 3
À gauche, la géométrie du modèle utilisée pour déterminer les courants de Foucault
dans les parois du récipient sous vide ADX, à droite.
Au cours d’une VDE, les courants de Foucault ont une amplitude
plus importante en raison de la proximité du plasma
avec la paroi du récipient, et la VDE constitue donc le cas
test de choix dans le modèle de calcul de l’ADX. La Figure 3
montre la répartition du courant de Foucault calculée à partir
du modèle numérique. Un second modèle a été développé
pour déterminer les forces de Lorentz dues aux champs
magnétiques toroïdaux du tokamak, là où seuls les champs
poloïdaux étaient inclus dans un premier modèle de l’ADX.
Renforcement du récipient sous vide ADX
Les perturbations du plasma entraînent d’importantes forces
de Lorentz qui agissent sur les parois de l’ADX, en particulier
dans les poches supérieures et inférieures du récipient sous
vide pendant une VDE. Dans un modèle mécanique du récipient
ADX, représenté dans la figure 4, les limites supérieures
et inférieures sont attachées au couvercle du récipient et ne
peuvent pas être déplacées pendant la simulation. Les chargements
correspondant à la force de Lorentz exercée sur le
récipient sont appliqués aux surfaces concernées. Dans ce cas
test, la force de Lorentz a été déterminée pour un tokamak
qui fonctionnait avec un courant de plasma de 1,5 million
d’ampères et un champ toroïdal de 6,5 Tesla.
Les résultats de simulation de contrainte et de déplacement
indiquent que la conception nécessite un renforcement. En
bas, la géométrie du modèle montre une surface encastrée
supplémentaire correspondant à un bloc de support ajouté à
la conception initiale de l’ADX. Les composants modulaires
du récipient sont faits en Inconel 625, un alliage à base de
nickel très résistant au courant et qui réduit au maximum
les courants de Foucault. La limite d’élasticité du matériau
est de 460 MPa, mais les critères de conception de l’ADX
stipulent que les parois du récipient ne doivent pas subir de
contraintes supérieures à 306 MPa, soit les deux tiers de la
limite d’élasticité.
La simulation numérique montre que, sans aucune modification
de conception, la force de Lorentz due à une VDE
conduit à de grandes contraintes dans le récipient en s’approchant
de la valeur de la limite d’élasticité et provoque des
déflexions d’1 centimètre dans la structure. Pour stabiliser
la paroi du récipient sous vide, un bloc de support est ajouté
pour immobiliser une surface supplémentaire, comme indiqué
dans la 2 e rangée de la figure 4. Les résultats de simulation,
obtenus avec le bloc de support en place, démontrent
des contraintes et des déplacements considérablement réduits
de la paroi, ce qui indique que le récipient sous vide stabilisé
peut survivre à une perturbation du plasma et répondre
aux essais envisagés avec l’ADX.
Prochaine étape de la fusion nucléaire
et au-delà
La conception par simulation de l’ADX lui permettra de fonctionner
avec le maximum de performance en toute sécurité
au PSFC, où elle deviendra la machine de fusion la plus
récente à servir de plate-forme R&D pour tester les concepts
de divertor nécessaires à un réacteur de fusion. ●
Jennifer Seguy (traduction : Comsol)
24I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Assurer la stabilité
des équipements
La simulation et les essais sont une réponse à la problématique
de tenue au séisme des équipements des centrales nucléaires.
• Définition du cahier des charges en fonction des sollicitations sismiques
• Essais sismiques sur table bi-axiale permettant des accélérations
de sollicitation jusqu’à 5 g, sur des ensembles pesant jusqu’à 2000kg
• Calculs de dimensionnement au séisme pour les structures et équipements
sous pression couverts par les codes et normes en vigeur
• Conseil pour améliorer les performances de vos structures et équipements
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Une équipe pluridisciplinaire vous apporte son expertise et ses moyens
dédiés pour caractériser, qualifier ou fiabiliser le comportement au séisme
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I25

Essais et modélisation
Alexandra Backelandt
Responsable du suivi des essais pour
le secteur nucléaire chez Sopemea,
Alexandra Backelandt est diplômée de l’Insa
de Lyon (promotion 2010). Elle a mené
un doctorat chez EDF R&D aux Renardières
portant sur l’étude des réparations
des tours aéro-réfrigérantes des centrales
nucléaires.
Tendances
Relever les défis du nucléaire par les essais
Afin de répondre aux nouveaux défis du nucléaire, les grands prestataires d’essais ont dû s’adapter avec
pour mot d’ordre : miser avant tout sur la sécurité tout en répondant à la volonté des exploitants de prolonger
la durée de vie des centrales. Un impact évident sur les opérations d’essais, comme l’explique Alexandra
Backelandt, responsable du suivi des essais pour le secteur nucléaire chez Sopemea.
Chez Sopemea, il n’y a pas que la
défense qui occupe les équipes
de techniciens et d’ingénieurs
d’essais. Chargée du suivi des nouveaux
projets dans le domaine du nucléaire,
Alexandra Backelandt peut témoigner
de la bonne tenue de ce marché dans le
chiffre d’affaires du groupe. Il faut dire
qu’outre EDF et Areva – avec qui elle
travaille en direct – Sopemea réalise des
prestations d’essais pour une myriade
de sous-traitants et de fabricants de
vannes et de capteurs de température
par exemple, ou encore des assembliers
d’armoires électriques pour des essais
de qualification notamment. « Pour
EDF en revanche, les prestations sont
plus étendues, précise Alexandra Backelandt.
Pour installer un matériel dans
une centrale nucléaire, EDF doit justifier
aux Autorités de sûreté nucléaire
que celui-ci doit et devra assurer sa fonction,
y compris en cas d’accident. Avant,
le matériel était vieilli pour simuler une
durée de vie d’installation sur site de
quarante ans. Toute une batterie de
tests de qualification est alors effectuée
afin de simuler ce vieillissement. Dans le
cadre du programme “grand carénage”
visant à allonger la durée d’exploitation
des centrales nucléaires, la durée de vieillissement
des matériels est aujourd’hui
étendue à soixante ans ».
Enceinte de 20 m 3 abritant un essai
climatique sur vannes HMD
© Bernard Control
On distingue plusieurs procédures de
qualification (AG, K1, K2, K3, K3ad),
dont le nombre et le type d’essais
dépendent de l’emplacement de l’équipement
dans la centrale nucléaire. Ainsi,
pour des matériels installés à l’intérieur
de l’enceinte confinement, la procédure
de qualification à appliquer est celle de
niveau K1. Pour les matériels situés à
l’extérieur de l’enceinte de confinement,
la procédure de qualification K3 est
applicable. En effet, pour ces matériels
il faut, également, pouvoir démontrer
qu’ils pourront assurer leur fonction
aux conditions normales de fonctionnement
et sous sollicitation sismique.
Forte évolution des essais
vers le sismique
Les procédures de qualification AG
(Accident Grave) et K1 sont celles dont
les sévérités d’essais sont le plus élevé dans
le secteur du nucléaire. Outre les essais
de vieillissement, elles comprennent les
essais d’irradiation d’accident et les essais
26I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Essais et modélisation
© Areva
LOCA (Loss Of Cooling Accident). Ces
derniers doivent permettre de vérifier que
le matériel est apte à remplir la fonction
qui lui est assignée dans les conditions
d’ambiance en température et en pression
représentant un accident interne à
l’enceinte de confinement.
Déjà réalisés à l’époque des premières
centrales, ces essais connaissent une
recrudescence, en raison notamment
de la montée importante du niveau de
sévérité des essais sismiques ; « ceux-ci
ont beaucoup augmenté ces dernières
années », précise Alexandra Backelandt,
avant d’ajouter que « depuis le drame de
Fukushima, de nouveaux types d’essais
sont apparus nécessitant la mise en place
de nouveaux moyens d’essais ou l’adaptation
des moyens existants ».
Table bi-axiale 3 m x 3 m
Les exigences ultimes de sécurité mises
à part, l’idée n’est autre aujourd’hui
que d’augmenter la durée de vie des
centrales nucléaires. Peu de nouvelles
qualifications en vue mais plutôt des
équipements prélevés sur des centrales
en exploitation ; « l’objectif pour EDF est
de refaire des essais de qualification sur
ces différents matériels installés depuis 30
ou 40 ans pour s’assurer qu’ils puissent
résister durant vingt à trente années
supplémentaires ! ».
Ce type d’essais est fortement sollicité
chez Sopemea, dont les prestations
débutent par les essais initiaux
qui consistent à faire un point zéro du
matériel avant essais, puis sont suivis
par les essais de vieillissement mécaniques
sur pot vibrant pour simuler
le vieillissement d’un matériel situé à
proximité d’une machine tournante par
exemple, et les essais de vieillissement
thermiques (essais de froid, de chaleur
sèche, de chaleur humide, de variation
rapide de température, éventuellement
de brouillard salin), sans oublier les
essais de fonctionnement prolongé ; à
ce titre, Sopemea développe des bancs
d’essais spécifiques aux différents matériels
à qualifier. Dernier type d’essais, les
essais dits d’accidents, dont les essais
sismiques font partis et pour lesquels
Sopemea possède deux tables dotées de
vérins électrohydrauliques : « ces tables,
l’une de 3 m x 3 m, bi-axiale avec des
vérins de 300 kN de force nous permet
de réaliser les essais sismiques au
niveaux « ensemble » avec une accélération
maximale de 4 g, l’autre d’1mx1m,
bi-axiale avec des vérins de 40 kN de
force nous permet de réaliser les essais
sismiques au niveaux « composants »
avec une accélération maximale de 7 g ».
Par ailleurs, Sopemea réalise les essais
LOCA (Loss Of Cooling Accident) et
les essais CEM (Compatibilité Electromagnétique)
lorsque cela est nécessaire
à la qualification.
Enceinte Loca
Des investissements
en permanence
pour répondre
aux nouveaux défis
Ainsi, dans le domaine du nucléaire,
mis à part les essais d’irradiation réalisés
en sous-traitance, Sopemea intervient
en soutien aux clients dès la phase
de réalisation du programme d’essais.
Pour les essais de qualification, le
spécialiste met à disposition une équipe
avec un chef de projets et des techniciens
projets chargés de suivre le matériel
durant chaque phase de test ainsi
que son évolution au cours de la qualification.
Une méthode de travail éprouvée
depuis de nombreuses années et qui
s’avère efficace d’autant que les défis à
venir sont de taille pour les prestataires
d’essais : prolongation de la durée de vie
des centrales, nouveaux projets comme
ITER à Cadarache ou encore le nouvel
EPR à Hinkley Point en Grande-Bretagne.
« Nous serons toujours obligés de
mener des essais afin de justifier la sécurité
des équipements auprès de l’Autorité
de sûreté nucléaire ; on nous demande
ainsi toujours plus de contrôles fonctionnels
et la sévérité des essais sismiques ne
fait qu’augmenter. C’est d’ailleurs pourquoi
nous investissons en permanence,
à l’exemple de notre table bi-axiale
1 m x 1 m qui sera prochainement dotée
de nouveaux vérins de 55 kN de force ». ●
Olivier Guillon
© DR
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I27

Essais et modélisation
En application
Suspension par des amortisseurs
à câble d’un onduleur en condition
de séisme
Pour assurer la protection contre le séisme d’un onduleur utilisé au sein d’une centrale nucléaire,
Socitec a proposé un système de découplage par amortisseurs à câble et justifié leur choix par calculs
et essais de caractérisation. L’équipement complet a été qualifié au séisme chez Sopemea en février 2018.
Voici les résultats de mesures obtenus et leur corrélation avec les calculs de définition.
La catastrophe survenue à Fukushima en 2011 a provoqué
une sévérisation de certains spectres de séismes
pris en compte pour le dimensionnement des centrales
nucléaires, en particulier pour le calcul de la tenue des
équipements électriques permettant le bon fonctionnement
du circuit de refroidissement. Revus à la hausse, ces
niveaux atteignent parfois 10 ou 15 g, rendant ainsi impossibles
les montages rigides ou des montages sur éléments
souples tels que les boites à ressorts utilisées habituellement.
Ces dernières ne permettent pas de garantir des durées
de vie suffisantes au regard des nouvelles exigences prises
en compte dans le domaine nucléaire (durées de vie supérieures
à 50 ans).
Il est donc nécessaire de trouver une solution alternative qui
permette de protéger des séismes les différents équipements
présents dans ces établissements tout en ayant une durée de
vie suffisamment élevée. Cet article présente la mise en place
d’une solution de découplage par suspension élastique assurant
l’isolation d’un onduleur fabriqué par RIELLO UPS,
depuis le choix du modèle de suspension jusqu’à la réalisation
d’essais sismiques.
Le choix d’une suspension adaptée
La solution qui a été choisie pour cette application est l’amortisseur
à câble. Le câble enroulé en forme de spire possède
à la fois des capacités d’élasticité et d’amortissement importantes.
Les spires ont de grandes capacités de déformation
et la dissipation est assurée par le frottement interne des
brins métalliques. Cette solution tout inox a une durée de
vie identique au matériel et est insensible à la température,
à l’humidité et aux agents chimiques.
Figure 1 Modèle HH16-70
Ces amortisseurs permettent de filtrer fortement les séismes
et de limiter les accélérations transmises à moins de 1 ou 2 g,
garantissant ainsi la fonctionnalité de ces équipements après
le séisme. Ce type de montage génère toutefois des débattements
importants, de l’ordre de plusieurs dizaines de millimètres.
Cela nécessite, lors de la phase de calcul, la prise en
compte des non-linéarités dans les lois de comportement des
amortisseurs. Une approche temporelle est de ce fait indispensable
car les calculs harmoniques ne permettent pas la
prise en compte des non-linéarités.
Le modèle d’amortisseur choisi est le HH16-70, incliné à 45°.
Cette inclinaison permet d’augmenter la capacité de débattement
dans les suspensions et d’obtenir des caractéristiques
de raideur identiques suivant les axes Y et Z (Figure 1).
Modélisation non-linéaire de la suspension
Le modèle dynamique de la suspension de l’onduleur évoqué
précédemment a été réalisé avec le logiciel SYMOS ; ce logiciel
permet de modéliser des équipements montés sur des
amortisseurs représentés par des liaisons élastiques aux
propriétés de raideur et d’amortissement non-linéaires. Différents
types de modèles d’amortissement (visqueux, frottement
sec, structural…) peuvent être intégrés afin d’obtenir
assez facilement des modèles très élaborés.
28I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Essais et modélisation
Campagne d’essais et validation des calculs
Figure 2 Modélisation SYMOS (gauche) - Modèle 3D (droite)
Les amortisseurs à câble ont été intégrés en utilisant des
caractéristiques de raideur non-linéaires issues de mesures et
d’un modèle de frottement sec dont les paramètres ont également
été identifiés à partir de caractérisations expérimentales.
Le modèle utilisé est le modèle de Dahl, souvent utilisé
et adapté à la friction de par sa simplicité et sa robustesse. La
force de restitution d’un amortisseur est donc décomposée
en une composante élastique et une composante dissipatrice
fonction du déplacement dans l’amortisseur.
L’onduleur conçu par RIELLO UPS a été qualifié en Février
2018 sur un excitateur électrohydraulique au laboratoire Sopemea
situé à Vélizy-Villacoublay. Dans un premier temps, une
recherche de fréquences de résonance est effectuée par un
balayage sinus. S’ensuivent deux essais sismiques : le premier
à niveau réduit de 50% et le deuxième au niveau nominal.
Chacun de ces essais est réalisé suivant deux configurations :
lors de la première, les axes OX et OZ sont excités simultanément.
Lors de la deuxième, ce sont les axes OY et OZ (Figure 5).
Figure 5 Dispositif d’essai
L’excitation utilisée pour la recherche de fréquences est un
balayage sinus dans la bande 1-55Hz et d’amplitude constante
valant 0.2 g. Cette recherche a également été menée de manière
numérique via Symos en effectuant un calcul transitoire pour
chaque fréquence étudiée. La figure 6 montre la superposition
calcul-mesure pour la recherche de la fréquence verticale.
Figure 3
Essai
de caractérisation
des amortisseurs
Figure 4 Courbes force-déflexion
La bonne corrélation au stade de la recherche de fréquences
atteste de la pertinence du modèle en raideur et en amortissement.
Les signaux temporels synthétisés à partir des spectres
de séisme ont été récupérés et utilisés en entrée du modèle
Symos. Robuste, le modèle a une capacité à reproduire des
accélérogrammes sur des signaux complexes.
Performances de la suspension
Un des objectifs de la suspension est de filtrer une partie des
fréquences présentes dans le spectre d’entrée. Afin de valider
la performance des amortisseurs au regard de cet objectif, les
spectres de réponse des signaux d’entrée et de sortie ont été
calculés. D’après les résultats obtenus à partir de mesures effectuées
suivant l’axe Y, l’entrée est relevée sur la table d’excitation et
la sortie au niveau du centre de gravité de l’ensemble suspendu.
La fréquence de coupure est d’environ 2Hz. Cela signifie que
la suspension permet de diminuer fortement les niveaux
vibratoires correspondant à des fréquences supérieures à
2Hz, montrant ainsi la capacité des amortisseurs à câble à
atténuer les secousses pouvant survenir lors d’un séisme. ●
Erwan Smetryns, Jean-Pierre Tartary et Jean-Michel Courzereaux
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I29

essais et modélisation
Thomas grand
Vice-président Énergie et procédés
au sein de Dassault Systèmes,
Thomas Grand a passé quinze ans
dans le secteur de l’énergie et du nucléaire
avant de rejoindre Dassault Systèmes.
entRetIen
La simulation numérique, levier de performances
dans le nucléaire
Vice-président énergie et procédés au sein de dassault systèmes, l’un des douze secteurs d’activités couverts
par dassault systèmes, thomas Grand revient sur le nucléaire et les nombreuses problématiques qui se posent
aux laboratoires d’essais. pour lui, les professionnels bénéficient de grandes avancées en matière d’outils
de simulation, encore faut-il en maîtriser la densité d’informations.
Depuis combien de temps DS travaille
dans le domaine du nucléaire
et comment a évolué l’usage
de la simulation numérique ?
Les outils de simulation numérique
de Dassault Systèmes sont utilisés
dans l’industrie nucléaire depuis plus
de vingt ans. Le précurseur est né en
1978. Il s’agit d’un outil de simulation
par éléments fini nommé Abaqus, largement
utilisé dans l’industrie nucléaire,
notamment aux Etats Unis mais également
en France, en Russie, en Inde ou
en Corée du Sud par exemple. Cet outil
permet d’assurer des études mécaniques
poussées sur les composants clefs d’une
installation nucléaire.
À l’issue d’une époque pionnière où
seuls de grands laboratoires publiques
avaient accès à de tels outils de pointe,
leur démocratisation a suivi celle
des moyens informatiques, et ils ont
équipé les grandes ingénieries, puis les
bureaux d’études indépendants. Il est
par ailleurs aujourd’hui possible aux
acteurs de toute taille d’avoir accès à
des moyens de calculs déportés chez
nous, et d’utiliser la simulation en tant
Réacteur
que service facturé en fonction des
ressources machines utilisées. Dans
les prochains mois, Dassault Systèmes
étendra le périmètre de sa place de
marché en permettant la mise en relation
entre offreurs et demandeurs de
services d’ingénierie, dont ceux liés à
la simulation.
30I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

LE RENDEZ-VOUS INTERNATIONAL
CONFÉRENCES | ATELIERS | EXPOSITION
THE INTERNATIONAL MEETING
CONFERENCES | WORKSHOPS | EXHIBITION
ÉCOLE POLYTECHNIQUE
PALAISEAU-FRANCE
HPC
BIG DATA
SIMULATION
PLATINUM SPONSORS
GOLD SPONSORS
SILVER SPONSORS
PARTENAIRE
CAFÉ EUROPÉEN
DE LA RECHERCHE

Essais et modélisation
Quelles solutions en matière d’essais et de simulation
apporte aujourd’hui la société aux acteurs du nucléaire ?
Qu’allez-vous présenter concrètement sur le salon WNE
(si vous êtes exposant ; sinon, quelles solutions
leur apportez-vous) ?
Nous avons aussi d’autres classes d’outils de simulation utilisés
dans l’industrie nucléaire tant en ingénierie qu’en maintenance,
comme ceux dédiés à la simulation cinématique,
utilisés aux depuis une dizaine d’années aux États-Unis également,
ainsi qu’en Russie et dans le cadre de plusieurs projets
internationaux (Inde, Chine, Turquie…). L’utilisation de ces
outils permet d’optimiser les séquences de montage durant
les grands chantiers de construction ou de rénovation.
matiques est de maîtriser le foisonnement d’information,
parfois hétérogène, produite par ces outils, entre des organisations
toujours plus nombreuses du fait d’un recours accru
à la sous-traitance. C’est la raison principale qui a motivé
Dassault Systèmes à développer sa plateforme 3DExperience
permettant de gérer le cycle de vie des simulations durant
toute la durée de vie des projets et des installations, entre
acteurs de différentes organisations, en promouvant les standards
d’interopérabilité ouverts comme le FMI (Functional
Mockup Interface).
Cette approche est aujourd’hui une réalité dans certaines
industries ayant des plateaux projets très fragmentés comme
l’aéronautique ou l’automobile. L’objectif est bien de la transposer
au secteur nucléaire, et nous déployons aujourd’hui
notre plateforme de gestion du cycle de vie des simulations
au sein de l’industrie nucléaire chinoise.
Comment voyez l’avenir du nucléaire et du couplage
essais et simulation dans le secteur ?
Seismic
Nous proposons aussi des outils de simulation fonctionnelle,
utilisés par exemple dans la filière nucléaire française
depuis de nombreuses années afin d’assurer la modélisation
multiphysique du comportement de tous les systèmes, tant
en phase d’ingénierie que pour l’étude d’optimisation de l’exploitation
et de la maintenance. Ces outils s’appuient sur un
langage de programmation ouvert nommé Modelica facilitant
la collaboration entre acteurs.
Ces outils permettent également la conception et la validation
de logiciels de contrôle/commande de sûreté, et une meilleure
maîtrise de leur qualification en ramenant les essais très en
amont des projets. Les écarts et demandes de modifications
sont largement réduits lors des phases de qualification/validation
du fait de la correction des défauts en amont. Enfin,
la formation des utilisateurs peut également se faire au plus
près du fonctionnement réel et faciliter leur certification.
Quels sont ces acteurs et quelles sont leurs problématiques ?
Ces acteurs sont des ingénieristes, des architectes-ensembliers
ou encore des opérateurs. Du fait de la démocratisation
des outils de simulation numérique, une de leurs problé-
La maîtrise du cycle de vie des procédures métier et les standards
ouverts permettent non-seulement de gérer l’enchainement
de simulations entre les outils de différents éditeurs,
mais également de garantir la traçabilité des méthodes et des
données. La démocratisation de processus complexes précédemment
réservés à des spécialistes comme la co-simulation
ou l’expérimentation automatique permet aujourd’hui leur
mise à disposition auprès d’un plus grand nombre d’utilisateurs
très opérationnels.
Scénario-mode-result
Ces outils de simulation bénéficient également d’un d’accès
toujours plus aisé aux données de mesure via le couplage à
l’instrumentation procédé, aux outils de tests non destructifs,
ou même à des capteurs temporaires sans fil. Le développement
de ce couplage mesure-simulation joue un rôle important
afin d’assurer une plus grande robustesse des essais,
évitant de nombreuses ressaisies manuelles ou transmissions
de données non maîtrisées. Ceci réduit la présence de
travailleurs en zones dangereuses et augmente donc l’efficacité
et la sûreté, tant sur les chantiers qu’en exploitation. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
32I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

mesures
ÉvÉnement
Astelab organise chez EDF Lab ses Journées nationales
de l’environnement mécanique
l’association pour le développement des sciences et techniques de l’environnement (aste) organise les 5 et 6
juillet prochains, en partenariat avec edF r&d et sur le site d’edF lab à palaiseau (essonne) un colloque
sur le thème de « l’innovation au service de la prise en compte de l’environnement mécanique des systèmes ».
Depuis longtemps l’ASTE s’est
attachée à défendre l’idée de la
personnalisation des spécifications
des systèmes en environnement
mécanique tant pour leur conception
que pour leur qualification. La
Commission Méca-Clim a accompagné
la rédaction des six normes Afnor
NF X 50144, en cours de finalisation
pour l’une d’entre elles. Cependant,
la recherche ne s’arrête pas là et ce
colloque a pour objet de présenter les
innovations qui vont faire progresser le
processus de personnalisation des essais
en environnement mécanique, tant au
niveau de sa caractérisation, de l’élaboration
des spécifications d’essais que de
la simulation et des essais.
Les thèmes abordés lors de ce colloque
sont les suivants : les « Nouveaux
capteurs, capteurs sans fils, capteurs
multi physiques », la « Préparation
d’essais, traitement de données,
stockage de résultats et échanges de
données », la « Présentation de simulations,
« Simulation Data Life Management
», simulations multi physiques,
les « Nouveaux moyens d’essais, essais
combinés » et, enfin, la « Comparaison
calcul essais, recalage de modèles,
dialogue et ses calculs ».
ment ERMES d’EDF aura lieu. Associé
à ce colloque, le salon « Astelab
Mécanique 2018 » est organisé afin
de mieux faire connaître les différents
acteurs du domaine, leurs produits et
leurs services. Ce salon, à l’accès gratuit,
est dédié aux fabricants et vendeur de
capteurs, aux fabricants de systèmes
d’acquisition et de moyens d’essais, aux
laboratoires d’essais ainsi qu’aux développeurs,
éditeurs et vendeurs de logiciels
de simulations. ●
Le programme détaillé du colloque
est disponible sur le site de l’ASTE.
Dans le cadre de la journée du 5 juillet,
une visite du laboratoire du départeen
SAvOIR PLUS >
www.aste.asso.fr
pperrin@aste.asso.fr
ASTELAB MECANIQUE 2018
Jeudi 5 juillet
9h00
Jeudi 5 juillet
14h30
Vendredi 6 juillet
8h30
Vendredi 6 juillet
11h15
Session Méthodes et moyens d'essais
Président de session :
Paul-Eric DUPUIS, AIRBUS DEFENCE & SPACE
Capteurs sans fil : GLink 200
Solution sans fil.
ALLIANTECH
Techniques de mesure des amortissements
dans les structures
Carole TREFFOT SOPEMEA
Micro Vibration Measurements
Post-processing at Very Low Frequency
Etienne CAVRO AIRBUS DEFENCE & SPACE
10h30-11h15 : Visite des exposants
Lin-E-Air technology of high-force shalers
in satellite testing facilities
BRUEL & KJAER
Fast Sine Sweep a new Shock Synthesis
Method for shakers
Paul-Eric DUPUIS
AIRBUS DEFENCE & SPACE
Low outgassing accelerometers
and cables for thermal vacuum
and vibration test environments
Philippe BRIQUET
PCB PIEZOTRONICS
12h45 : Déjeuner et visite des exposants
Introduction des technologies numérique
3D dans les laboratoires des essais
Thierry BIOLCHINI EMITECH
Session Calcul/Essais
Président de session :
Alexandre FOUCAULT EDF R&D
Influence des conditions d’exploitation et des balourds
thermiques sur le comportement vibratoire
des lignes d’arbres de groupe turbo-alternateur :
aspects numériques et expérimentaux.
Andreaa PRISACARI, Mohamed Amine HASSINI,
Raphaël PERONY et Mugurel STANCIU EDF R&D
Effets de l’environnement vibratoire sur la
durée de vie d’une éprouvette en aluminium
Roger SERRA INSA VAL DE LOIRE
15h30-16h15 : Visite des exposants
Sécurisation des essais en vibration
des satellites à partir de la simulation.
Alain BETTACCHIOLI THALES ALENIA SPACE
Evaluation de différents critères de corrélation
essais-calculs en mécanique vibratoire.
Rémy TODESCHINI CEA CESTA
17h30 : Visite des laboratoires EDF de la Halle
d’essais EMERAUDE (Ligne d’arbres) et LEME
(Laboratoire Moteur).
20h00 : Dîner - conférence (Abbaye des Vaux de
Cernay, conférence : LAURENT BILLET – EDF)
Session Analyse Modale
Président de session : Bernard COLOMIES
SOPEMEA
Nouvel outil d'estimation d'analyse modale
utilisant la méthode "Rational Fraction
Polynomial" dans le domaine Z.
Christophe MARCADET HGL DYNAMICS
Analyse modale expérimentale
en fonctionnement d’un groupe turbine
d’une usine hydroélectrique
pour caractériser le couplage dynamique
entre la turbine et le génie civil.
Nicolas TARDIEU, Oana-Zenaida PASCAN,
Vincent LHUILLIER, Pascal JAIN,
Nicolas de BURETEL de CHASSEY EDF R&D
Analyse modale de structures complètes
basée sur la corrélation d’images
numériques 3D
Raphaël HALLEZ SIEMENS
10h00-10h45 : Visite des exposants
Méthode SAMI : Identification modale non
linéaire sans contact en schéma temps réel
par assimilation de données vidéos rapides
Adrien GOELLER, Marco ROSATELLO, Franck
RENAUD, Stefania LO FEUDO, Martin GHIENNE,
Jean-Luc DION
SUPMECA - LABORATOIRE QUARTZ
Session Variabilité
et processus de personnalisation
Président de session : Henri GRZESKOWIAK
L’intérêt de la Méthode des Blocs Disjoints
(MBD) dans la Spécifications
des Essais vibratoires
Bruno COLIN NEXTER SYTEMS
Prise en compte de la variabilité des environnements
dans un profil de vie
Pascal LELAN DGA TT
12h15-14h : Déjeuner et visite des exposants
Interaction probabiliste de deux lois
lognormales : approche non séparable
intégrant le produit CG*FE
Lambert PIERRAT
Grenoble Alps University & LJ-Consulting
Approches de validation de la fiabilité
du produit par les essais :
méthodes actuelles et perspectives
Alaa CHATEAUNEUF Université Blaise Pascal
Estimation statistique de la distribution
normale de résistance mécanique
à partir d'un faible nombre d'essais
Lambert PIERRAT
Grenoble Alps University & LJ-Consulting
34I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

PLATEFORME LOGICIELLE MODULAIRE
ACOUSTIQUE ET VIBRATIONS
LOGICIEL QUI S’ADAPTE
À VOS PROCESSUS MÉTIERS
BK CONNECT – UNE PLATEFORME LOGICIELLE MODULAIRE
CONÇUE SELON VOS BESOINS ET VOS TÂCHES
BK Connect, la nouvelle plateforme d’analyse vibro-acoustique
de Brüel & Kjær, est conçue selon les besoins, tâches et processus
métiers des différents profils utilisateurs. Ainsi, vous accédez à ce
dont vous avez besoin, au moment où vous en avez besoin.
Cette plateforme conviviale permet d’optimiser les procédures
d’essais et d’analyse. Vous travaillez plus intelligemment, avec plus
de flexibilité, tout en minimisant les risques d’erreurs.
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BN 2138 – 11

mesures
Alexandre Foucaultd
Chef du groupe Vibrations des structures
au sein du département ERMES
Entretien
Intervenir sur des problématiques de sûreté, de durée
de vie et de performance des parcs, les priorités d’EDF R&D
À l’occasion des journées Astelab qui se dérouleront chez EDF-Lab, récemment implanté sur le Plateau
de Saclay, Alexandre Foucault, chef du groupe Vibrations des structures au sein du département ERMES,
revient sur les évolutions en matière de tests et de mesures dans le domaine R&D pour les parcs de production
nucléaire et hydraulique.
Présentez-vous en quelques mots.
Quel est votre parcours et quel est
votre rôle dans l’entreprise ?
Je suis diplômé de l’EPF, école d’ingénieurs
généralistes, depuis 2006 et j’ai
obtenu un double diplôme universitaire
à l’Université de Sherbrooke, au Québec
dans le département de génie mécanique.
De 2007 à 2010, j’ai réalisé une
thèse Cifre avec EDF R&D et le LMSS-
Mat de CentraleSupelec portant sur le
comportement sous séisme des barrages
en terre. J’ai donc participé au développement
d’un modèle de comportement
des sols sous séismes influant beaucoup
sur les ouvrages en terre comme les
barrages, remblais ou digues de protection.
Aujourd’hui, ce modèle est utilisé
dans des dossiers de justification de
tenue sous séisme des digues en terre
et remblais. J’ai ensuite rejoint en 2010
le département Analyses mécaniques et
acoustique (AMA) d’EDF R&D, lequel
est devenu depuis 2017 le département
Électrotechnique et mécanique
des structures (ERMES).
Halle Émeraude
La suite de mon parcours est le
suivant : je suis devenu ingénieur-chercheur
au sein du groupe Mécanique
Non Linéaire, avec un rôle désormais
plus orienté vers les problématiques
de comportement dans la durée
des grandes structures de génie civil
du parc de production d’EDF ; nous
travaillions notamment sur le comportement
du béton à long terme, mais
également sur le comportement des
sols pour la tenue des barrages sous
séisme ou encore des roches dans le
36I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

mesures
cadre du projet Cigeo (projet de stockage
des déchets radioactifs en milieu
profond). J’ai repris ensuite en 2014 le
pilotage d’un projet de R&D axé sur la
tenue sismique des centrales nucléaires
du parc de production d’EDF. À présent,
depuis la fin 2016, je dirige le groupe
Vibrations des structures (VdS) du
département ERMES.
Quelles sont les activités et les
spécialités du département ERMES ?
Le département ERMES, composé de
neufs groupes pour 140 personnes,
réalise des activités de recherche et de
développement dans le domaine de
l’électrotechnique et la mécanique des
structures pour l’ensemble des parcs de
production d’EDF.
Plus spécifiquement, le groupe VdS du
département ERMES, dont j’ai la charge,
est composé de douze personnes dont
Moyen d’essai dans le bâtiment Émeraude
deux techniciens d’essais et dix ingénieurs.
Les activités de ce groupe
reposent sur la dynamique des structures.
Nous intervenons sur des problématiques
de sûreté, durée de vie et
performance des parcs de production
nucléaire et hydraulique. Nous menons
des approches couplées s’appuyant sur
la simulation et la voie expérimentale.
En d’autres termes, cette approche
comprend à la fois les méthodologies et
les études avancées en simulation numérique
(approche non linéaire, dynamique
de chocs/contact, interaction
fluide/structure), associées aux méthodologies
de terrain avec, notamment, des
essais vibratoires sur site de production
dans le cadre, par exemple, du diagnostic
de problèmes vibratoires. En complément,
un laboratoire d’essai situé à EDF
Lab ParisSaclay nous permet de tester
les méthodes et les approches que nous
souhaitons déployer. Nous contribuons
également au développement logiciel du
code_aster pour appuyer et pérenniser
notre démarche.
Nos activités concernent notamment
la résolution de problèmes vibratoires
portant sur les moteurs, les pompes
ou encore les lignes de tuyauterie ou
circuits sous pression. Les problèmes
rencontrés sur ces différentes structures
nécessitent la mise en place
d’outils de diagnostic qui vont nous
permettre, à partir des informations
récoltées sur le terrain, de traiter des
signaux et d’intégrer les différents
résultats dans nos outils de simulation
numérique. L’objectif est double : d’une
Banc d’essais
haute-fréquence pour
support moteur
Banc de tests permettant de mesurer
la raideur dynamique et le facteur de
perte de supports élastomères, avec
une plage de fréquence allant de
50 Hz à 3 000 Hz, et une précharge
pouvant être comprise entre 0 et
5 000 N.
Solution clé-en-main bénéficiant
de notre expérience en expertise
et en conception de banc d’essais.
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I37

mesures
part, régler le problème pouvant apparaître
sur les équipements ; d’autre part,
améliorer la performance et la politique
de maintenance de nos sites de
production pour assurer une durée de
fonctionnement conforme à nos ambitions.
Il est vrai que dans ce domaine,
l’enjeu est crucial dans la mesure où
nos centrales nucléaires actuelles ont
été conçues pour une durée de fonctionnement
d’une quarantaine d’années
contre soixante aujourd’hui pour
les nouvelles installations. L’autre volet
des activités concerne naturellement la
sûreté face aux aléas sismiques : notre
démarche cumulée conjugue alors une
approche à la fois méthodologique et
expérimentale.
Cette démarche cumulée est-elle
nouvelle ?
Non, pas vraiment, car la démarche
expérimentale et la partie méthodologique
ont toujours travaillé de paire. Il
en est de même aujourd’hui, d’autant
que le niveau de sureté requis de nos
centrales, dimensionnées à l’époque
en fonction d’un niveau donné d’aléas
sismiques, est aujourd’hui relevé à la
hausse par les autorités de sureté. On
travaille donc dessus pour améliorer
et engager, si besoin, les travaux
de renforcement adaptés. L’approche
jumelée expérimentale numérique a
été mise en œuvre dès la conception
des ouvrages pour justifier et assurer
un comportement maîtrisé des installations
de production. La démarche de
simulation s’appuie notamment sur le
développement et l’exploitation du code
de calculs par éléments finis code_aster,
outil qualifié OCS auprès des autorités
de sureté, qui nous permet d’étudier le
comportement dynamique des structures
amenées à être analysées. L’approche
expérimentale, quant à elle,
nous permet de corréler les calculs et les
Le banc alternateur du département ERMES simule les effets des défauts d’alignement
et de court-circuit sur le comportement des alternateurs
URoPE est un moyen d’essais pour l’étude du comportement vibratoire des lignes d’arbres
des grandes machines tournantes
essais réalisés afin de justifier et contrôler
la pertinence des solutions déployées
pour répondre aux besoins d’EDF.
Y a-t-il, dans vos activités d’essais
et de mesure, un avant et un après
Fukushima ?
Oui, sans aucun doute. L’accident de
Fukushima nous a incité à maintenir
un niveau d’effort très important vis-àvis
du risque sismique pour évaluer au
mieux ses effets sur nos installations
de production en investissant dans des
programmes de recherche de la définition
de l’aléa sismique à la caractérisation
du comportement dynamique
des structures et matériels essentiels
à la sûreté d’un centre de production.
Pour ce faire, nous nous appuyons
notamment à EDF R&D sur le CEA et
Framatome dans le cadre de l’Institut de
Recherche Tripartite. Plus spécifiquement,
pour nos besoins en réalisation
d’essais, nous travaillons avec le CEA
qui dispose et développe d’importants
moyens d’essai afin d’estimer le comportement
des structures et matériels sous
séismes en menant des campagnes expérimentales
sur table vibrante ou boucle
d’essais. Ces essais sont régulièrement
suivis de benchmarks internationaux
menés au sein de la communauté scientifique
pour challenger les démarches de
simulation et faire progresser les codes
de calculs associés. Nous avons égale-
38I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

mesures
ment participé à la construction en 2012
d’un Groupement d’intérêt scientifique
baptisé Institut SEISM, où l’on retrouve
le CEA, CentraleSupelec, l’ENS Paris-
Saclay, le CNRS et EDF.
À quelles problématiques en matière
d’essais et de mesure répondezvous
? Avec quels moyens et quelles
technologies, en particulier
en matière de mesure et de CND ?
Nous possédons une halle d’essai en
grande partie occupée par le département
ERMES dans laquelle se trouvent
quatre bancs d’essai, dont Evadyn, un
massif isolé du bâtiment destiné aux
essais de vibrations, avec des dimensions
de 4x4 mètres. De par sa taille,
EVADYN peut accueillir des équipements
de plusieurs tonnes que nous
pouvons exciter à des niveaux d’accélération
élevés (pot vibrant de 3T délivrant
jusqu’à 27KN). Des équipements
de mesure (Laser, accéléromètres, etc.)
et d’excitation (marteaux de choc, pots
vibrants) permettent d’effectuer les
analyses propres à la dynamique des
structures.
Nous possédons également le banc
EURoPE. C’est un moyen d’essais pour
l’étude du comportement vibratoire des
lignes d’arbres des grandes machines
tournantes (turbines, pompes). L’ensemble
accueille un moteur couplé à un
rotor supporté par des paliers hydrodynamiques
et équipé de nombreux
capteurs. La conception modulaire et
évolutive du banc d’essais permet de
reproduire les phénomènes vibratoires
observés sur le parc de production afin
de valider des outils de simulation numérique
et des méthodes de diagnostic.
Le banc EVADYN permet de réaliser des tests vibratoires sur divers équipements du parc
de production pour analyser la dynamique des structures
Le laboratoire Leme est quant à lui porté
sur les moteurs ; nous y testons des
moteurs d’auxiliaires à basse tension.
Dans le nucléaire, nous disposons en
effet d’un parc de 29 000 moteurs qui
alimentent des pompes et des ventilateurs
de puissance inférieure à 140kW,
ces moteurs sont Importants pour la
Sureté et font l’objet d’une maintenance
corrective. Les essais engagés peuvent
par exemple consister en la vérification
de performances de moteurs, aux tests
d’endurance fonctionnelle, ou encore à
des essais spécifiques pour validation
d’études ou de modèles numériques.
Enfin, nous disposons du laboratoire
CND-CF composé d’un banc capable
de vérifier l’état des tubes de générateurs
de vapeur (GV) au moyen du
contrôle non destructif (CND) par
courant de Foucault (CF). Ce banc
permet de mettre en place des outils et
méthodes pour maintenir nos échangeurs
de chaleur en bon état, en contrôlant
l’état de surface du tube et l’intégrité
de son matériau, mais aussi en détectant
et surveillant les piqûres, fissurations
et corrosions.
Quel est l’objectif des journées
Astelab, que vous organisez
en partenariat avec l’ASTE ?
Ces deux journées coïncident avec
l’arrivée récente d’EDF sur le plateau
de Saclay. L’idée est, d’une part, de
nous faire connaître et marquer notre
implantation afin de nous rapprocher,
comme par le passé, d’acteurs tels
que l’ASTE. D’autre part, l’objectif est
d’échanger avec d’autres professionnels
de la filière afin de mettre à jour
nos connaissances sur les matériels et
les technologies de pointe, de partager
sur les méthodes de campagne d’essais
notamment à partir de la démarche de
corrélation essais-calculs et faire le lien
entre le monde expérimental et la simulation
numérique.
Lors de ces deux journées, nous avons
la ferme intention de nous ouvrir à la
communauté, de voir émerger des avancées
dans le domaine du couplage et
dialogue entre essais expérimentaux et
calculs, et nous en servir pour alimenter
nos plateformes de simulation. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
Ce banc d’essai du département ERMES
permet de réaliser des tests sur des moteurs
d’auxiliaires à basse tension
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I39

mesures
Méthode
Mesures et analyse
de micro-vibrations
a très basse fréquence
L’observation de la Terre est devenue un enjeu majeur dans bien des
domaines et la géopolitique doit partager ce domaine avec l’économie,
l’agriculture ou la santé. Prendre une photographie depuis l’espace
semble facile car l’absence de mouvement peut laisser penser que
la plateforme est plus stable que sur la Terre. Cependant, si le calme
environnemental spatial a longtemps suffi, la précision demandée pour
obtenir des photos de plus en plus détaillées est telle que les plus infimes
perturbations sont devenues au fil du temps intolérables. Or celles-ci
perturbations ne manquent pas à bord d’un satellite.
Pour mesurer les efforts générés, le spécimen
est encastré par le biais de capteurs
de force très sensibles sur une « grosse
masse » selon la même technique utilisée
dans les codes éléments finis pour
modéliser un encastrement « parfait ». De
manière pratique, pour les équipements,
cette masse est souvent un bloc de granit
de l’ordre du mètre cube suspendu sur
coussins d’air. On obtient ainsi un plan
horizontal avec une masse de 1 à 3 tonnes,
dont le premier mode propre est proche
de 1000 Hz, et dont les modes de suspension
se trouvent aux alentours du Hertz.
Le banc d’essai micro-vibrations d’Airbus
Defence & Space (anciennement
Intespace) a été développé dans les
années 90 en tenant compte de ces
spécifications [1].
Le projet METOP et les
instruments d’observation
Parmi lesdites perturbation, il y a d’abord les roues à inertie qui tournent
en permanence et dont les légers déséquilibres (balourds) créent une série
de raies qui sont autant de micro-perturbations à chaque fréquence excitée.
Il y a les mécanismes de pointage d’antenne ou ceux qui servent à orienter
les panneaux solaires en fonction de la position du satellite sur son orbite. Pour
les satellites d’observation de la terre, on peut aussi citer par exemple, les groupes
de refroidissement liés à l’utilisation des détecteurs. Pour résumer, il y a donc à
bord des équipements perturbateurs et d’autres qui en sont les victimes. Depuis de
nombreuses années, des études ont donc été menées d’une part pour caractériser
la perturbation et d’autre part mesurer son influence sur les équipements victimes.
Méthodes et bancs d’essais
Le projet METOP-SG (SG pour Seconde
Génération) avec ses instruments
MWI (Micro Wave Imager) et ICI
(Ice Cloud Imager), apporte pour les
essais de nouveaux défis à relever. Ces
deux instruments (Fig. 1) ont ceci en
commun qu’ils sont lourds (150 à 300
kg au lieu des 12-20 kg habituels pour
un roue à inertie) et constitués d’une
partie tournante massive (une centaine
de kg) tournant à très basse fréquence
(0.75 Hz). Il s’agit donc de mesurer des
fréquences à partir de 0.10 Hz.
La caractérisation doit se faire par rapport à une référence qui, dans le cas des
micro-vibrations, doit permettre des mesures très précises. Deux méthodes s’imposent
alors pour caractériser la perturbation : on mesure soit les forces soit les
accélérations générées.
La difficulté de la deuxième méthode est que la mesure des accélérations générées
doit se faire à l’interface entre le spécimen et une structure porteuse représentative
de l’interface réelle en opération tant au point de vue de la géométrie
que du comportement dynamique. En effet, ces accélérations sont le résultat du
couplage dynamique du spécimen perturbateur et de sa structure porteuse. Les
difficultés de mise en œuvre d’une telle méthode ont fait que celle-ci a été peu à
peu abandonnée au profit de la mesure des forces.
Figure 1 Instruments METOP-SG : Micro Wave
Imager (MWI) and Ice Cloud Imager (ICI)
Par ailleurs ces deux instruments sont
potentiellement générateurs de perturbations
micro-dynamiques qui nécessitent
une mesure de très faible amplitude.
40I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

mesures
Il est intéressant de noter que comme
les programmes font des demandes
longtemps avant de venir faire les essais,
les spécifications ne sont pas figées et
souvent même le design du spécimen
reste encore à finaliser. Pour le centre
d’essai il faut cependant s’engager sur
une mesure « de très faible amplitude »
sans savoir si l’on parle de mg ou de g
en termes d’accélération.
C’est là que l’expérience du laboratoire
d’essais compte énormément pour
travailler avec le client à spécifier des
objectifs atteignables ou du moins à
indiquer les voies de recherche possibles
pour aller aussi loin que possible dans
la mesure.
Compte-tenu des caractéristiques des
instruments, il est apparu clairement
trois soucis :
- le banc d’essais micro-vibrations actuel
était trop étroit pour recevoir des
spécimens de grande taille (1,60 m de
diamètre contre 1,10 m disponible) ;
- le système d’acquisition associé au
banc existant ne descendait pas
en-dessous de 5 Hz ;
- quel que soit le banc choisi, les
fréquences de suspension entre
1 et 5 Hz allaient se retrouver dans la
bande de fréquence de mesure et donc
perturber cette dernière.
Il fallait donc répondre en deux temps :
- développer un nouveau banc plus
grand en améliorant la chaîne d’acquisition
pour la rendre capable de mesurer
au moins jusqu’à 0.3 Hz ;
- développer un post-traitement des
mesures pour éliminer l’influence des
modes de suspension sur la mesure
des données spécimen.
Le post-traitement étant indépendant
du banc, il est apparu que celui-ci
pouvait être développé sur la base de
l’ancien banc puis appliqué dans un
deuxième temps au nouveau banc.
Le nouveau banc
Pour la définition du nouveau banc,
le principe de l’ancien, ayant fait ses
preuves, a été retenu. L’objectif était
d’avoir un marbre plus important, avec
des fréquences propres au moins égales.
Le design a demandé de l’optimisation
afin que la masse totale ne dépasse pas
la charge au sol maximum admissible
du laboratoire. La suspension a repris
celle utilisée dans le banc de l’ESTEC
développé en 2011 et qui a donné toute
satisfaction [4].
Le marbre est donc un carré de 1.60 m
de côté, pèse 4 tonnes et est suspendu
par six plots à air amortisseurs qui lui
confèrent une grande stabilité (Fig. 2).
Le dessue est percé de nombreux trous
filetés permettant la reprise en plusieurs
endroits de cellules de force adaptées.
Figure 2 Schéma du futur banc micro-vibrations
Le banc n’est pas uniquement constitué
d’un marbre et la partie mesure doit être
adaptée en sensibilité et en fréquence.
Pour ce qui est des capteurs accélérométriques,
une étude spécifique a été
menée pour faire une sélection sur les
capteurs disponibles sur le marché.
Dans un premier temps 4 principes de
mesures ont été étudiés pour les accéléromètres
:
- piézo-électrique ;
- piézo-électrique à électronique intégrée ;
- servo-accéléromètres ;
- MEMs (Micro Electro Mechanical
Systems).
Les capteurs ont ensuite été sélectionnés
sur leur fiche technique, puis il a été
demandé aux fabricants en question un
prêt pour les essayer. Quelques-uns ont
accepté mais il est nécessaire dans ce
cas de prêter la chaine complète car un
accéléromètre ne peut être évalué seul,
le conditionneur adapté au capteur et
aux très basses fréquences était indispensable.
Compte tenu du créneau d’essai
unique (tous les capteurs ont été
essayés sur l’ancien banc micro-vibrations),
il n’a pas été possible de tester
toutes les solutions envisagées.
Ont été sélectionnés et/ou testés les
capteurs suivants (Table 1) :
Table 1 Sélection de capteurs micro-vibrations
De l’analyse des essais réalisés, il vient
que la technologie MEMs capacitive
pourrait être un bon candidat dans les
années futures car les résultats semblent
très précis sur la partie basse fréquence
jusqu’à au moins 50 Hz. Il n’en reste
pas moins que certains résultats ont
été inexpliqués et demanderaient des
essais complémentaires. La technologie
piézo-électrique reste pour notre
besoin le meilleur candidat précision/
coût/robustesse.
Comme pour mesurer les mouvements
du banc, il n’y avait pas de limitation en
termes de poids, les ENDVECO 731A
descendant à 0.1 Hz ont été choisis
(poids environ 800 grammes). Deux
tri-axes et un mono-axe ont été montés
sur trois des coins du banc.
Pour les petits spécimens, la balance
d’effort KISTLER 9281B12 est toujours
celle de l’ancienne configuration. Pour
les nouveaux instruments à tester,
les cellules de force KISTLER 9377C
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I41

mesures
conditionnées par un amplificateur faible bruit et basse
fréquence ont été sélectionnées. Toutes les configurations de
mesure peuvent s’adapter sur le nouveau banc.
Le post-traitement
Pour éliminer l’influence de la suspension du banc d’essai,
l’idée a été de s’appuyer sur le couplage par fonctions de transfert.
Il est en effet possible de caractériser séparément deux
structures, puis de les coupler en utilisant des fonctions de
transfert judicieusement choisies comme on couple deux
modèles éléments finis. La théorie a été largement développée
dans la littérature et travaillée par l’équipe d’ingénierie
de notre centre d’essais depuis des années [2-3].
À l’inverse, il est aussi possible de soustraire une structure
couplée à une autre selon le même principe. Cette technique
est cependant difficile à appliquer car il faut faire une inversion
de matrice de fonctions de transfert. Si celles-ci sont calculées,
la cohérence des modèles fait que cela se passe raisonnablement
bien. Dans le cas de transferts mesurés il n’en va
pas de même et le bruit de mesure vient à la fois entacher
les amplitudes (car les antirésonances en général très bruitées
deviennent des résonances) et les fréquences, les modes
propres étant souvent en léger décalage d’un essai à l’autre, ce
qui, à la résonance, produit de grandes variations [5].
Ainsi le torseur d’effort résultant au centre de l’interface entre
le spécimen et la balance de mesure peut être corrigé des
mouvements parasites liés à la suspension en utilisant l’équation
suivante, comme montré en [6-7] :
Avec :
Fr* : Efforts mesurés corrigés
Fr : Efforts mesurés
Trp : Matrice des transmissibilités dynamiques en effort entre
les mouvements parasites de suspension et l’interface
spécimen
Gpp : Matrice des flexibilités dynamiques correspondant aux
degrés de libertés (parasites) des modes de suspension
Figure 3 Essais de caractérisation du banc
42I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

mesures
Les essais de caractérisation du banc
Afin de constituer les matrices de transmissibilités et de
flexibilités, il est nécessaire d’exciter chacun des six degrés
de liberté. Le fait qu’il soit impossible d’exciter de manière
propre selon un seul degré de liberté, a conduit à prendre
en compte une pseudo multi-excitation en considérant six
essais en même temps et à mesurer les six degrés de libertés
du marbre de chacun des cas. À noter que les 7 accéléromètres
à forte sensibilité placés sur ce marbre (Fig. 3)
permettent de déduire les 6 composantes d’accélération à
l’interface spécimen à partir d’un calcul par moindres carrés
et donc de construire la matrice de flexibilité dynamique
Gpp. La balance d’effort permet, elle, de restituer les 6 efforts
d’interface et d’en déduire la transmissibilité en effort Trp.
À noter que, de la même manière, cette méthode permet de
considérer plus de six essais différents en appliquant aussi
une approche par moindres carrés.
Afin de contrôler la qualité des résultats, deux indicateurs
ont été mis au point basés l’un sur la différence entre deux
fonctions de transferts identiques de deux essais différents,
l’autre sur la symétrie des matrices de fonctions de transfert.
À la suite de ces essais, les 6 modes rigides de suspension
ont été caractérisés avec les résultats suivants :
- 1.2 Hz : translations Tx et Ty ;
- 3.8 Hz : translation Tz et rotation Rz ;
- 5.8-6 Hz : rotations Rx et Ry.
À noter qu’en fonction des essais réalisés, les fréquences de
ces modes ont eu de légères différences, ce qui a bien sûr
compliqué le traitement numérique postérieur.
Les essais de recette de la méthode
Le spécimen perturbateur choisi était un disque tournant à
vitesse réglable et déséquilibré par un balourd consistant en
un écrou massif. La perturbation apportée, si elle était mesurable
par la table, était dans l’incapacité d’exciter les modes
de suspension du marbre, ce qui était en soi un bon signe
pour les essais à venir car le nouveau marbre sera encore
plus massif.
Cependant pour vérifier l’applicabilité de la méthode, il
fut décidé d’exciter directement la balance d’effort à l’aide
d’un excitateur électrodynamique de 200 N injectant 8 N à
0.8 Hz et les modes de suspension en poussant directement
le marbre pendant l’essai.
Les résultats de la Figure 4 comparent les efforts mesurés
selon Y et Z avant et après correction.
Figure 4 Efforts mesurés (bleu) comparés aux efforts filtrés
des modes de suspension (rouge)
On constate que mode de translation Ty à 1.2 Hz est très
largement filtré dans la figure de gauche. Il en va de même
pour la translation Tz à 3.8 Hz dans la figure de droite. Ces
modes sont filtrés sans pour autant dégrader les mesures
liées au spécimen, même si l’on constate l’apparition de
quelques valeurs parasites et notamment un pic à 3.8 Hz
dans la mesure en Ty après correction. Ces points seront à
analyser et à améliorer dans le futur.
À noter également que le traitement n’altère pas la mesure
du pic d’excitation à 0.8 Hz et de ses harmoniques et n’agit
que sur les modes de suspension du marbre.
Futurs développements
L’ensemble des travaux engagés depuis trois ans a permis de
se familiariser avec les difficultés des mesures en très basse
fréquence pour lesquelles un matériel adapté doit être sélectionné
avec soin. La définition du nouveau banc a permis, en
se servant de l’expérience du laboratoire, de choisir les meilleurs
matériels pour pouvoir accueillir avec confiance les
instruments de la nouvelle génération des satellites METOP.
La chaîne d’acquisition (applicable sur l’ancien ou le nouveau
banc) a été sélectionnée élément par élément, en passant des
capteurs, aux conditionneurs et jusqu’à la station d’acquisition,
puis testée dans son entièreté pour s’assurer que la partie
basse fréquence et grande sensibilité était opérationnelle.
Enfin la méthode de post-traitement en cours de développement,
si elle se révèle efficace sur les modes de suspension
du banc, devrait pouvoir être utilisée dans la partie haute
fréquence pour passer outre la première fréquence de résonance
de la table et étendre ainsi la plage de mesure. De quoi
fournir à nos clients des services encore améliorés. ●
Paul-Éric Dupuis, Florian Vidal-Mata, Étienne Cavro
Airbus Defence & Space
> Retrouvez l’article dans son intégralité accompagné
de ses références bibliographiques sur le site
www.mesures-et-tests.com, dans la rubrique
« Avis d’experts »
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I43

mesures
Résumé
Pour répondre au besoin croissant en termes de précision
de positionnement et de pointage des satellites il est de plus
en plus nécessaire de caractériser de manière extrêmement
précise l’environnement vibratoire généré par certains
équipements embarqués. Dans le cadre du projet METOP
(satellite d’observation de la terre) deux gros instruments
ont été développés nécessitant la mesure de mouvements
largement en-dessous d’un Hertz. La bande de fréquence
utilisable des bancs d’essais existants s’étant avérée trop
limitée, Airbus Defence & Space avec l’aide du CNES a décidé
de développer des solutions à la fois sur le plan théorique avec
une méthode de post-traitements des données mais aussi
un nouveau moyen d’essai qui tient compte des expériences
acquises au cours des vingt dernières années.
Abstract
To take into account the increasing need in terms of positioning
and pointing accuracy of spacecrafts, it is more and more
necessary to characterize in a very accurate way the vibratory
environment generated by some on-board equipment. In
the frame of the METOP project (earth observation satellite)
two big instruments have been developed which require
vibrations measurement much below one Hertz. The
useful frequency bandwidth of current microvibration test
bench being too limited, Airbus Defence and Space with
the support of CNES, has decided to develop solutions in
two directions: one theoretical with the post-processing
of measured data, the other one consisting in investing in
a new test bench designed with the experience of more
than twenty years of practice.
BIBLIOGRAPHIE
1. Dupuis P-E., Bugeat L-P., Borrien A., Privat M.,
“Industrialisation of a Microdynamics Test Bench”,
Int. Conference on Spacecraft Structures, Materials
and Mechanical Testing, Noordwijk, The Netherlands,
March 27-29, 1996.
2. Girard A., Chatelain J., Bugeat L-P., “Non Linear
Connection Between Structures by Frequency Response
Functions”, International Modal Analysis Conference
IMAC-XV, Orlando, FL, 1997.
3. Girard A., Cavro E., “Estimation of the motion of
a specimen on a shaker without parasitic motions”,
11th European Conference on Spacecraft Structures,
Material and Mechanical Testing, Toulouse, France,
September 15-17 2009.
4. Wagner M., Messing R., Veal D., Hughes B., Jarvis C.,
Decobert F., “Micro-vibration Measurement
and Susceptibility Testing”, Aerospace testing Seminar,
Los Angeles, CA, 2015.
5. Cavro E., Dupuis P-E., Wagner M., “Dynamic Mass
Measurements to Improve Microdynamic Tests”,
14th European Conference on Spacecraft Structures,
Materials and Environmental Testing (ECSSMET),
Toulouse, 27-30 September, 2016.
6. Cavro E., Dupuis P-E., Vidal-Mata F., Privat M.,
“Recent Development in Micro Vibrations Measurements”,
15th European Conference on Spacecraft Structures,
Materials and Environmental Testing (ECSSMET),
Noordwijk, The Netherlands, 28 May-1 June, 2018.
7. Dupuis P-E., Cavro E., Vidal-Mata F., Privat M., “Micro
Vibration Measurements and Post-processing at Very Low
Frequency”, ASTELAB Conference, Paris, 5-6 July, 2018.
44I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

dossier
événement
Eurosatory s’ouvre dans un contexte
de réflexion sur l’Europe de la défense
Le salon Eurosatory, consacré à la défense et à la sécurité terrestre et aéroterrestre, ouvrira ses portes
à la mi-juin à Villepinte. Partenaire presse de l’événement, le magazine Essais & Simulations consacre
un dossier spécial, démontrant la vitalité de ce secteur, en particulier en France mais également en Europe.
Deux ministres au féminin – Florence Parly et Ursula
von der Leyen – et deux visions communes, du
moins au regard des récents rapprochements entre
les ministères allemand et français sur ce qui devrait amorcer
la création d’une Europe de la défense. Un projet d’ampleur,
d’autant plus ambitieux qu’il est loin de faire l’unanimité
entre les différents membres de l’Union. Mais si ce projet a
commencé à faire naître des premières divergences sur l’attribution
des compétences – la France et l’Allemagne devraient
par exemple se poser en leader du développement et de la
production du futur chasseur, en remplacement des Rafale
et autre EuroFighter –, le salon Eurosatory devrait s’inscrire
dans une nouvelle dynamique s’appuyant davantage sur la
coopération entre États que dans la confrontation militaire
qui anime habituellement le marché.
Pour autant, les récentes interventions en Syrie sont malheureusement
là pour nous ramener à la triste réalité de conflits
qui n’en finissent pas de faire des victimes. Et la complexité de la
géopolitique mondiale stimule un marché qui demeure encore
important, en particulier dans l’Hexagone. Le témoignage du
patron des essais chez MBDA, Philippe Dessendier, mais aussi
les nombreux projets de recherche comme celui impliquant le
laboratoire TPCIM de Lille-Douai et la DGA, montrent à quel
point le pays excelle et demeure un acteur incontournable sur le
marché mondial. Une donnée illustrant bien la place de leader
de la France dans le secteur de la défense : avec une hausse
de ses ventes de 27% l’an passé, l’Hexagone est remonté à la
3 e place du podium des fournisseurs d’armes dans le monde,
juste devant son voisin allemand. ●
Olivier Guillon
> Le salon Eurosatory se déroulera du 11 au 15 juin prochains
au parc des expositions de Paris-Nord Villepinte
au sommaire de ce dossier
47 Vers des essais sur les missiles de plus
en plus complexes
52 Une approche multi-technique non destructive
pour le monitoring de l’état de santé
des matériaux composites structuraux
58 Simulation des chocs pyrotechniques en
laboratoire : comparatif entre deux moyens
différents
© DR
57 Greenmot veut devenir un acteur majeur des
essais de véhicules militaires et industriels
46I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

dossier
Philippe Dessendier
Ingénieur diplômé de Supméca et titulaire d’un DEA de Centrale
Paris, Philippe Dessendier est entré chez MBDA en 1986
pour mener des activités de simulation et d’essais dans le cadre
de développements de bombes de pénétration. Puis, étape
par étape, l’ingénieur a élargi ses domaines de compétences
avec des prises de responsabilités dans les essais de structure
puis dans les essais en environnement, d’abord en France
puis au Royaume-Uni. Il est aujourd’hui responsable des équipes
Environnement pour la France et la Royaume-Uni qui emploient
environ 120 personnes.
Entretien
Vers des essais sur les missiles
de plus en plus complexes
À la tête de l’ingénierie et des essais en environnement chez MBDA, leader européen des systèmes de missiles,
Philippe Dessendier revient sur les différentes évolutions qu’ont connu les essais dans ce secteur. Il nous
explique également en quoi MBDA est devenu l’un des industriels majeurs capables de mener des essais
complexes « haut de gamme » pour concevoir et produire des missiles et des systèmes à la qualité irréprochable.
Comment définissez-vous MBDA ?
Né de la fusion de plusieurs sociétés
européennes, MBDA forme aujourd’hui
le premier fabricant de missiles et de
systèmes de missiles en Europe et le
troisième acteur mondial. Nous regroupons
plus de 10 500 salariés répartis en
France, en Grande-Bretagne, en Allemagne,
en Italie et en Espagne, pour un
chiffre d’affaires de 3,1Md€ et un carnet
de commandes de plus de 16Md€. L’une
des particularités de MBDA est d’être ce
qu’on appelle un « global player », c’està-dire
que le groupe est présent dans
tous les segments de produits et propose
une gamme complète pour nos clients
domestiques et export.
Quelles sont les contraintes de MBDA
en matière de qualité des produits ?
Nous maîtrisons toute la chaîne de développement
de nos produits complexes,
ce qui nous confère un savoir-faire
unique et indispensable dans le domaine
de l’environnement. Il faut garder à l’esprit
que tous nos produits sont soumis à
des contraintes d’environnement mécanique
et climatique particulièrement
sévères et que celles-ci ont tendance
à s’accroître. À titre d’exemple, dans le
passé, un missile devait voler 500 heures
sous un avion de chasse ; aujourd’hui,
cette durée est passée à 1 000 voire 2 000
heures avec des niveaux vibratoires de
plusieurs dizaines de gRMS… Autre
particularité de nos produits, c’est leur
profil d’emploi très spécial, caractérisé
par une alternance entre de longues
phases de stockage et des périodes de
déploiements logistiques ou tactiques,
souvent dans des conditions extrêmes.
À la fin, au moment du tir, nos missiles
doivent bien sûr être parfaitement
opérationnels.
Pour ces raisons, et depuis plus de
quarante ans, MBDA (et les sociétés
qui ont formé MBDA) ont mis en place
des équipes « environnement » compétentes
et se sont dotées d’une expertise
et de moyens lourds en matière d’essais
de vibration, de chocs et de toutes sortes
d’autres « tortures ».
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I47

dossier
en plus complexes et mieux adaptés à
nos besoins. Cette tendance s’accompagne
chez MBDA par le déploiement
de moyens d’essais nouveaux ou de
nouvelles pratiques. Je citerai quatre
exemples. En 2006, nous avons lancé
un grand chantier d’optimisation de
nos moyens d’essais avec la création et
l’acquisition de nouveaux équipements
nécessaires au développement de nos
missiles de grandes dimensions. L’acquisition
de nouveaux pots vibrants (jusqu’à
110 kN, 40 0kN en choc) a également
permis de répondre à des besoins d’essais
mécaniques de plus en plus sévères.
Essais de vibration missile en configuration vol libre
Quels sont vos moyens d’essais
les plus significatifs ?
Sur le périmètre qui me concerne – la
France et le Royaume-Uni –, nous possédons
quatre laboratoires (deux en CEM
et deux en mécanique/climatique). Les
laboratoires de CEM (Bristol et Plessis-Robinson)
possèdent chacun plusieurs
chambres anéchoïques et réverbérantes à
brassage de mode. Dans les laboratoires
mécanique/climatique (Stevenage et
Bourges), des moyens variés (dont quinze
pots vibrants de fortes puissances dans
chaque laboratoire) nous permettent d’effectuer
des essais en vibration, de choc,
climatiques et thermocinétiques (échauffements
avec montées en température
très rapides). Enfin, deux laboratoires
dédiés aux essais spéciaux sont implantés
à Bourges et à Henlow.
de MBDA des essais spécifiques dit
couplés, qui mettent en œuvre plusieurs
pots vibrants simultanément, essais
rendus aujourd’hui indispensables vue
la taille de nos missiles.
Comment le métier a-t-il évolué dans
ce domaine ces dernières années ?
S’il fallait résumer la tendance, je
dirais qu’on fait moins d’essais que
par le passé, mais des essais de plus
Autre évolution significative : nos essais
évoluent en fonction des composants
implantés dans nos équipements. Je
m’explique : auparavant, les composants
électroniques dits militarisés étaient
spécialement dédiés à des applications de
défense et donc conçus pour être utilisés
dans des conditions extrêmes. Ce n’est
plus le cas aujourd’hui où nous sommes
contraints d’utiliser des composants
disponibles dans le marché civil. Nous
caractérisons donc finement le comportement
de ces composants et nous adaptons
nos méthodes d’essais pour tenir
compte de leurs caractéristiques. C’est
pour cette raison par exemple que nous
avons systématisé les essais combinés.
Outre les essais en environnement classiques,
nous avons développé plusieurs
savoir-faire spécifiques, par exemple des
essais combinés, où on vient coupler
les agressions mécaniques (vibrations
et chocs) avec des températures qui
peuvent atteindre plusieurs centaines de
degrés. De même, nous avons déployé
depuis une quinzaine d’années au sein
Essais de vibration missile en conteneur logistique
48I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

dossier
Dans le domaine des essais de choc,
notamment d’origine pyrotechnique,
nous avons développé des moyens d’essais
capables de générer des chocs spécifiques
qui peuvent atteindre plusieurs
dizaines de milliers de « g », voire
davantage. C’est devenu une spécialité
chez MBDA avec des compétences
internes probablement uniques.
Enfin, depuis plusieurs années, nous
nous intéressons aux essais multiaxiaux,
à ce qu’ils pourront nous apporter à
terme et comment les intégrer au sein
de nos laboratoires. Nous avons par
exemple mis au point un moyen assez
unique en France avec mise en œuvre
simultanée de trois pots vibrants, utilisable
pour les équipements. En parallèle,
nous travaillons en Angleterre sur
des essais multiaxiaux appliqués au
niveau missile.
Quelle place occupe aujourd’hui
la simulation numérique ? Quel est
votre « historique » dans ce domaine
et quels progrès vous a-t-elle permis
d’accomplir ?
La simulation numérique joue un rôle
indispensable dans nos développements.
Celle-ci nous permet de prédire la
réponse de nos systèmes dans des conditions
particulièrement complexes. Depuis
de nombreuses années, nous généralisons
cette approche d’autant que les outils
ont connu des progrès considérables en
termes de performances et de convivialité.
Que ce soit des outils classiques ou
d’autres bien plus spécifiques (aérodynamique
instationnaire, couplage fluide/
structure, grandes déformations,…), leur
utilisation est systématique et quotidienne
sur tous nos programmes.
Si vous le permettez, je vais illustrer mes
propos avec plusieurs exemples où le
monde de la simulation se couple avec
celui des essais. Dans le domaine des
essais mécaniques, l’utilisation du calcul
par éléments finis nous permet de réaliser
des tests de plus en plus pertinents en
maitrisant mieux les conditions d’essais.
Nous simulons dans le cas des montages
complexes le comportement du missile
et des outillages, de façon à prévoir le
comportement dynamique de l’ensemble
et à anticiper d’éventuels « notchings ».
Autre exemple déjà évoqué : la maîtrise des
chocs de hauts niveaux/hautes fréquences.
Les progrès sont ici phénoménaux ! Nos
essais, qui peuvent dépasser les 100 000 g,
jusqu’à 20 000 Hz, sont d’abord intégralement
simulés, ce qui était encore inenvisageable
il y a encore sept ou huit ans. Nous
sommes d’ailleurs probablement parmi
des rares industriels à le faire.
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I49

dossier
Essai de choc hauts niveaux hautes fréquences
Une autre tendance lourde chez MBDA
est de s’appuyer sur des essais dits
« locaux », de recaler les modèles sur
ces essais « locaux », puis d’extrapoler
ce modèle dans les conditions limites du
domaine d’emploi. Par exemple, nous
utilisons intensivement un canon à air
comprimé pour simuler le comportement
d’un mécanisme soumis au
jet d’un propulseur. Nous maitrisons
parfaitement la vitesse, le débit
et la pression des gaz, nous recalons le
modèle sur ces conditions expérimentales
déjà complexes mais simplifiées
puis nous extrapolons le modèle pour
prendre en compte la vraie température
des gaz. Cette pratique permet des
réductions de temps de développement
et de coûts particulièrement efficace !
Quel rôle joueront les essais demain ?
Prendront-ils plus d’importance ?
Indéniablement, on assiste à une diminution
du nombre d’essais et à une
réduction de la durée des essais. Cette
tendance va se poursuivre car les simulations
vont plus vite et sont de plus en
plus performantes d’une part mais aussi
parce que les moyens d’essais sont également
de plus en plus performants. Il y
a vingt ans, il fallait une journée pour
dépouiller un film de caméra rapide.
Aujourd’hui, c’est une heure au plus
avec les logiciels de traitement automa-
tisés. Pour autant, les campagnes expérimentales
des années à venir seront
encore plus importantes et de plus en
plus spécifiques. Je l’ai dit, les environnements
que nous nous préparons à
rencontrer seront encore plus extrêmes
et les phénomènes multi physiques
rencontrés encore plus complexes.
Nous continuerons d’utiliser de simulation
numérique de plus en plus avancés
pour valider le comportement des
matériaux, des équipements et de nos
missiles mais ces modèles devront s’appuyer
sur des résultats d’essais de plus
en plus complexes et passionnants ! ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
Et du côté de la simulation thermique ?
Nous prenons en compte progrès
importants réalisés dans ce domaine.
C’est indispensable, d’autant que nos
prochains missiles vont voler à Mach
très élevés donc beaucoup s’échauffer.
Or, comme je l’ai rappelé précédemment,
les composants modernes utilisés
aujourd’hui ne sont pas prévus pour
supporter de telles températures. Nous
nous appuyons donc fortement sur la
simulation pour concevoir un management
thermique optimal et nous tirons
profit de ces simulations pour spécifier
et qualifier nos systèmes.
Moyen d’essais Vibration 3 axes développé chez MBDA
50I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I51

dossier
recherche
Une approche multi-technique
non destructive pour le monitoring
de l’état de santé des matériaux
composites structuraux
Cet article propose une approche multi-technique
non destructive pour le monitoring de l’état de santé
des matériaux composites structuraux et le pronostic
de leur durée de vie résiduelle. Trois techniques non
destructives (émission acoustique, thermographie
infrarouge et corrélation d’images numérique) sont
utilisées simultanément, in situ et en temps réel.
Appliquée à un matériau composite carbone-époxy
aéronautique soumis à un chargement de fatigue
par blocs de traction, cette méthodologie est le fruit
d’un développement collaboratif entre le Département
TPCIM d’IMT Lille Douai et la DGA.
Abstract
A hybrid non-destructive testing (NDT) approach has been
developed for structural composites damage monitoring
using several NDT techniques. Three nondestructive
techniques (acoustic emission, infrared thermography
and digital image correlation) were used simultaneously,
in-situ and in real time to assess damage in an aeronautical
carbon/epoxy composite material under tensile fatigue
loading. A data fusion processing was developed to combine
the results of the used NDT techniques in order to optimize
the structural health diagnosis of the material and to predict
its residual life.
Les technologies de contrôles non
destructifs (CND) se sont beaucoup
développées ces dernières
années et leurs prix sont devenus plus
accessibles. Les récentes applications
CND pour le contrôle et le suivi des
endommagements des matériaux font
appel à des technologies optiques
(corrélation d’images numériques,…)
[1], thermiques (thermographie infrarouge)
[2] ou acoustiques (émission
acoustique, ultrasons) [3, 4]. Ces technologies
de contrôle présentent un
potentiel avéré pour détecter et caractériser
certains endommagements des
matériaux composites, mais restent
assez souvent insuffisantes pour mener
un diagnostic complet, fiable et précis
de l’état de santé global des matériaux.
En effet, la thermographie infrarouge,
par exemple, présente plusieurs avantages
(sans contact, imagerie,…)
mais ne permet pas la détection des
endommagements internes (non
débouchants). De plus, le champ
de température mesuré n’est pas dû
uniquement à l’endommagement mais
aussi à la thermoélasticité. La corrélation
d’images numériques est quant à
elle une technique d’imagerie permettant
la mesure des champs de déformations
à la surface des matériaux. Elle
peut donc renseigner sur des phénomènes
de concentration de contraintes,
vus sur la surface, mais ne permet pas
d’évaluer l’endommagement interne du
matériau. Enfin, l’émission acoustique
permet la détection des endommagements
évolutifs qu’ils soient surfaciques
ou volumiques, mais peine à les
localiser avec précision s’agissant des
matériaux composites, par nature hétérogènes
et anisotropes. En outre, c’est
une technique globale ne permettant
pas, classiquement, de présentations
des résultats sous formes d’images.
Force est donc de constater qu’une seule
technique CND n’est, en général, pas
suffisante pour réaliser un diagnostic
complet de l’état de santé des matériaux
composites. Face à cette réalité et au
besoin de fiabiliser les contrôles, surtout
dans le domaine de l’aéronautique, les
donneurs d’ordre industriels exigent de
plus en plus des prestataires de contrôle
de justifier la performance du procédé
de contrôle proposé. En l’état actuel,
seules deux approches existent pour
garantir un niveau de performance : i)
la qualification du procédé, consistant
à fixer le matériel et une procédure à
suivre à la lettre pour la réalisation
du contrôle d’un type de défaut bien
déterminé, et ii) le calcul de la probabilité
de détection (PoD) des défauts de
tailles équivalentes. Ces deux approches
sont intéressantes et nécessaires, mais
parfois insuffisantes ou, au contraire,
trop contraignantes face à des situa-
52I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

dossier
tions complexes de contrôle (géométrie
complexe, matériau hétérogène et
anisotrope, endommagements microscopiques…).
Pour réaliser un diagnostic le plus
complet et précis possible de l’état
de santé des matériaux composites,
le Département Technologies des
Polymères et Composites & Ingénierie
Mécanique (TPCIM) d’IMT Lille Douai
a mis au point, depuis maintenant une
dizaine d’années, une approche non
destructive multi-technique pour la
détection et la caractérisation, in-situ
et en temps réel, de l’endommagement
des composites sous un chargement
mécanique statique [3, 5, 6]. Dans le
cas de chargements en fatigue, objet de
cet article, le Département TPCIM a
mis au point dans le cadre de la thèse
de Pierre Duchène, co-financée par
la Direction générale de l’armement
(DGA), un procédé non destructif
multi-technique permettant le monitoring
de l’état de santé des matériaux
composites et le pronostic de leur durée
de vie résiduelle en mettant en œuvre
une approche de fusion de données par
réseaux de neurones.
DISPOSITIF ExPérIMENTAL
DU PrOCéDé MULTI-TEChNIqUE
Ce procédé met en œuvre simultanément,
in-situ et en temps réel, trois
techniques non destructives, à savoir
l’émission acoustique (EA), la thermographie
infrarouge (TIR) et la corrélation
d’images numériques (CIN).
Une enceinte adiabatique, contenant
le dispositif expérimental schématisé à
la Figure 1, protégeant l’échantillon de
mesure des perturbations thermiques,
lumineuses et acoustiques environnantes,
a été conçue pour permettre le
contrôle des composites hors ou sous
contraintes grâce à un module supplémentaire
permettant de la rattacher à
une machine d’essais mécaniques illustré
à la Figure 2.
Le profil de chargement en fatigue
appliqué correspond à un essai d’auto-échauffement
consistant à soumettre
l’échantillon à des blocs de contraintes,
par paliers croissants de 10% de la
valeur de la contrainte à rupture σr (i.e.
de 10%σr, 20%σr, 30%σr, etc.). La durée
des blocs de fatigue, à la fréquence de
4 Hz, est de 3000 cycles couvrant une
partie de la phase de stabilisation de la
température dissipée [7].
Les trois techniques d’auscultation
sont appliquées simultanément, in
situ et en temps réel. Pour l’EA, deux
capteurs résonnants (175-200 kHz)
sont apposés en ligne droite, via un
agent de couplage, centrés sur la
surface de l’échantillon aux extrémités
de la zone d’intérêt (Fig.1). Le
Discover better
designs, faster.
Improve inter-particle coating uniformity
by using optimal spraying equipment
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I53
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dossier
seuil de détection des événements
acoustiques a été fixé à 35 dB afin de
filtrer les bruits environnants. Avec
deux capteurs seulement, la localisation
des évènements acoustiques
est nécessairement linéaire, et donc
biaisée, et ne correspond pas à la
réalité. Pour pallier cette restriction
et le manque d’imagerie de l’émission
acoustique, une localisation bidimensionnelle
originale a été développée
à l’aide d’un réseau de neurones.
Ce réseau a été entrainé grâce à des
sources d’émissions acoustiques artificielles
obtenues par cassés de mines,
Hsu-Nielsen, sur les nœuds d’un
quadrillage tracé sur la zone utile de
l’éprouvette (Fig. 3). Cette localisa-
tion bidimensionnelle permet d’obtenir
une image des évènements
acoustiques qu’on peut fusionner avec
les images des champs thermique et
de déformation à l’échelle du pixel
(1 mm², voir le schéma de fusion à la
Fig. 4). Le champ thermique dissipé
par l’échantillon sous chargement de
fatigue est mesuré par une caméra
infrarouge (320x240 pixels de sensibilité
10 mK) orientée perpendiculairement
à la surface de l’échantillon (Fig.
1). La CIN a été appliquée en mode
stéréoscopique à l’aide de deux caméras
CCD (2048x2048 pixels) placées
dans le même plan de part et d’autre
de la caméra thermique (Fig. 1). L’utilisation
des deux caméras en position
stéréoscopique, au lieu d’une seule
habituellement suffisante dans le cas
d’un échantillon plan sous un chargement
dans le même plan, a permis de
contourner la contrainte de perpendicularité
avec la surface de l’échantillon
nécessaire à la mesure par une
seule caméra.
Matériau d’étude
Le matériau étudié est un composite
aéronautique à fibres de carbone
et matrice époxy constitué d’un empilement
quasi-isotrope transverse
[-45/90/45/0]S de 8 plis unidirectionnels
pré-imprégnés moulé sous presse
pour atteindre un taux volumique de
fibres de 62%. Il présente une masse
volumique de 1,56 g/cm 3 , un module
d’Young de 50 GPa, une contrainte à
rupture σr de 565 MPa, une déformation
à rupture εr de 3,5%, et une limite
d’endurance en fatigue de 60%σr (déterminée
selon la norme ISO 13003 sur la
base d’une courbe de Wöhler expérimentale
jusqu’à 3.106 cycles).
Fusion de données CND
et pronostic de durée de vie
Figure 2 Enceinte d’isolation de la scène de mesure des perturbations
extérieures thermiques, acoustiques et lumineuses
Les figures 5 (a, b, c) illustrent,
respectivement, les résultats des trois
techniques EA, TIR, CIN pour un chargement
mécanique par paliers jusqu’à
un niveau de 60% σr, correspondant à
la limite d’endurance du matériau. Pour
chaque technique prise individuellement,
on constate une certaine homogénéité
du niveau d’endommagement
au sein de la zone d’intérêt (Fig.1).
Exception faite de la TIR qui quantifie
l’endommagement subi par le matériau
à un niveau situé entre 0,6 et 0,75
(0 correspondant à un matériau sain,
1 à la rupture ultime), l’EA et la CIN
évaluent l’endommagement à un niveau
de l’ordre de 0,6. Néanmoins, quelques
faibles hétérogénéités de l’endommagement
existent dans la zone d’intérêt vues
différemment par les trois techniques.
54I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

IMPRESSION 3D,
USINAGE CNC,
MOULAGE PAR
INJECTION
En quelques jours.
Figure 3 Dimensions des éprouvettes d’étude et schéma des cassés
de mines Hsu-Nielsen pour l’EA
Passez plus vite de l’idée à
l’objet, jusqu’au marché.
Figure 4 Schéma de la fusion des données des trois techniques
(EA, CIN, TIR)
La TIR indique des concentrations d’endommagement orientées
selon la direction des fibres (-45°) du pli extérieur directement
accessible à la mesure par cette technique.
Les figures 6 (a, b) illustrent, respectivement, le résultat de
fusion des données d’endommagement des trois techniques
EA, TIR et CIN et le pronostic de la durée de vie résiduelle
du matériau à l’échelle du pixel (1 mm²). Le résultat de la
fusion des données est tout à fait cohérent en affichant un
niveau d’endommagement de 0,6 dans presque toute la zone
d’intérêt, à l’exception de quelques concentrations d’endommagements,
héritées de la TIR et consolidées par l’EA et la
CIN, qui subsistent. Sur cette base, la durée de vie résiduelle
globale du matériau, suite au chargement appliqué (6 paliers
de 3 000 cycles, soient 18 000 cycles au total), est ainsi estimée
à 3.2 106 cycles environ. Ce pronostic est plausible dans
la mesure où la durée de vie du matériau, déterminée expérimentalement
par la courbe de Wöhler, est supérieure à 3.106
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I55

dossier
cycles. Ces dernières cartographies ont, en outre, l’avantage
de localiser les zones de faiblesses (concentrations d’endommagements
ou faibles durées de vies) dans le matériau, ce
qui permettrait la planification d’opérations de maintenance
prévisionnelle et éventuellement des réparations localisées.
Ainsi, le procédé multi-technique CND, développé dans ce
travail collaboratif entre le Département TPCIM d’IMT Lille
Douai et la DGA, associé à la fusion de données multi-variables
par réseaux de neurones, présente un fort potentiel
pour répondre aux deux principales exigences des industriels
: la fiabilisation des procédés de monitoring des pièces
et des structures et le pronostic de leur durée de vie résiduelle.
Le big-data et l’intelligence artificielle pourront, le
cas échéant, être mis à profit pour traiter des masses de
données importantes générées par les procédés multi-techniques
et rationaliser le pronostic et la prise de décision
quant à la maintenance des structures et installations industrielles.
●
Salim Chaki, Pierre Duchène et Patricia Krawczak
IMT Lille Douai - Département Technologie des polymères
et composites & ingénierie mécanique (TPCIM)
Références
Figure 5 État d’endommagement du matériau selon :
(a) EA, (b) TIR, (c) CIN
[1] Canal L.P. et al., Application of digital image correlation
at the microscale in fiber-reinforced composites.
Composites Part A. 2012; 43:1630-38.
[2] Harizi W. et al., Mechanical damage assessment of glass
fibre-reinforced polymer composites using passive infrared
thermography. Composites Part B. 2014; 59: 74-79.
[3] Harizi W., Caractérisation de l’endommagement
des composites à matrice polymère par une approche
multi-technique non destructive. Thèse de doctorat,
UVHC / Mines Douai, 2012, p.170.
[4] Harizi W. et al., Mechanical damage characterization
of glass fiber-reinforced polymer laminates by ultrasonic
maps. Composites Part B. 2015; 70:131-137.
[5] Chaki S., et al. Structural health of polymer composite:
non-destructive diagnosis using a hybrid NDT approach.
JEC Composites Magazine, 2016, 107:22-28.
[6] Chaki S., Le contrôle non destructif multi-technique :
une véritable nécessité industrielle loin d’une hypocondrie.
CEM Contrôles-Essais-Mesures, 2018, 62 : 87-90.
Figure 6 Fusion des données de l’EA, la TIR et la CIN :
(a) état d’endommagement, (b) durée de vie résiduelle
[7] Loqmane H., Étude des champs cinématique et
thermique pour l’analyse des effets dissipatifs associés
à l’endommagement sous des sollicitations statiques
et dynamiques simples et multiaxiales des matériaux
composites stratifiés. Thèse de doctorat, Univ. Lille 1 /
Mines Douai, 2015, p.123.
56I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

dossier
Focus PME
Greenmot veut devenir un acteur
majeur des essais de véhicules
militaires et industriels
Implantée à Villefranche/Saône (Rhône) et à peine âgée de 8 ans, la société Greenmot se définit elle-même
comme « un centre d’essais inédit » dédié aux véhicules off-road et tout particulièrement aux engins
militaires. Doté d’une cellule d’essais haute puissance, le laboratoire est capable de recréer un grand nombre
d’environnements climatiques (de -46 c° à +55 c° avec simulation solaire) et de conditions de roulage.
Objectif : permettre aux constructeurs et aux équipementiers d’engins blindés de valider leurs véhicules
conformément aux normes Stanag.
Si Greenmot préfère garder le nom
de ses clients et les programmes
de recherche confidentiels, c’est
parce qu’ils sont rares à dévoiler les
secrets d’un projet dont la sécurité des
personnes dépendra bien souvent de
sa mise en œuvre. « Nous travaillons
avec plusieurs principaux acteurs de la
défense européenne, constructeurs et
de véhicules blindés », indique-t-on à
la direction de l’entreprise… à l’image
du programme Scorpion, dans lequel
l’entreprise participe à la revalorisation
du parc de véhicules de l’armée française.
À travers ce programme, notamment
dans le cadre du remplacement
du VAB, Greenmot (société créée en
2010 et employant une quarantaine
de personnes) a accueilli des véhicules
destinés à l’infanterie et aux transports
de troupes (architecture 6*6 et 8*8)
pour des essais d’environnement climatique.
La campagne s’est déroulée sur
plusieurs jours en collaboration avec des
ingénieurs d’essais. Cet essai a permis
de connaître les performances réelles et
maximales sous climats sévères avant
démonstration terrain au client final.
L’environnement réel ne permet que l’exploration d’un nombre limité de situations.
C’est pourquoi les constructeurs militaires attendent de Greenmot une
expérimentation en laboratoire en les accompagnant dans la mise en œuvre,
et la réalisation d’essais, puis l’analyse des mesures effectuées. « Notre laboratoire
fait également preuve d’une grande expérience dans l’expertise de la chaîne
de traction et apporte un support au développement de nouvelles architectures
véhicule. » L’expérimentation en laboratoire permet de mettre en évidence, par
© Francis Mainard
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I57

dossier
comparaison, l’importance de facteurs
agissant sur la sévérité. Greenmot recrée
ainsi au sein de sa chambre climatique
des conditions climatiques extrêmement
sévères, sur mesure, permettant de
répondre aux nomes Stanag et de valider
les véhicules (température, rayonnement
solaire, humidité, vitesse, vent,
pente, conditions de roulage exceptionnelles
et sollicitations extrêmes de la
CC, capable de reproduire des franchissements).
Une plateforme d’essais
unique en Europe
© Francis Mainard
La plateforme d’essais forte puissance
dispose des systèmes d’automatisation
et de mesure les plus récents pouvant
accueillir tous types de véhicules avec
différentes puissances de motorisation.
Équipée de machines de charge,
les véhicules peuvent être raccordés aux
moteurs électriques par des transmissions
mécaniques et ainsi obtenir une
mesure de couple directe à la roue. La
cellule de test est capable de solliciter
le véhicule jusqu’à 100 000 Nm/roue.
La laboratoire a déjà testé de très puissants
moteurs allant jusqu’à des cylindrés
de 13 litres.
Greenmot est en mesure de réaliser
des tests sur tout le véhicule, notamment
la chaîne de traction, le moteur, la
transmission, l’habitacle et les différents
systèmes équipant le véhicule (télécom,
armement et poste de commandement).
Pour ce faire plusieurs moyens d’essais
peuvent être utilisés : une chambre
d’essais climatiques, un banc de charge
et équipement de mesures électrique
haute fréquence (test organe électrique)
ou encore des capteurs métrologiques
permettant d’enregistrer des températures,
des pressions, des débits, des
couples et des efforts.
De nouveaux projets
pour les années à venir
Toujours dans le cadre du programme
Scorpion, Greenmot accompagnera
de nouveaux projets « validation véhicule
». Par ailleurs, l’entreprise grandit
rapidement et structure ses activités
par la création de trois marques :
Greenmot Engineering (support au
développement véhicules et moyen d’essais),
Greenmot Testing (exploitation
des plateformes d’essais existantes) et
Greenmot pour la commercialisation
de systèmes de mesures et/ou outils aux
activités d’essais.
À moyen terme, Greenmot continue
sa croissance jusqu’à devenir un
acteur européen de référence dans le
monde des essais de véhicules industriel
(militaires, off-Road et trucks).
En forte croissance, la société cherche
à renforcer ses équipes et à développer
ses infrastructures. Des ambitions que
l’entreprise mènera à bien à condition
toutefois de relever un autre défi, celui
du recrutement ; la société recherche
régulièrement de nouveaux talents
dans le domaine d’ingénierie d’essais,
et mécatronique. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
© Francis Mainard
58I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

dossier
En application
Simulation des chocs
pyrotechniques en laboratoire :
comparatif entre deux moyens
différents
Créé en 2005 et implanté à Saint-Etienne, Adetests a rejoint le groupe Emitech en 2010. Ses moyens permettent
de réaliser des tests mécaniques (vibrations, chocs), climatiques (chaud, froid, humidité, VRT) ou encore
des chutes d’emballages, ceci dans tous les domaines, et tout particulièrement dans la défense et le militaire,
comme l’illustrent ces travaux menés sur la simulation des chocs pyrotechniques.
Les chocs sont des phénomènes physiques de courtes
durées par rapport à la constante de temps d’un
système. Il est nécessaire de connaitre l’impact qu’ils
peuvent avoir sur un équipement. On peut distinguer
plusieurs catégories de chocs : les chocs « classiques » (chocs
terrains, chocs de manutention…) et les chocs dits « pyrotechniques
» (tirs d’armes, départ missile, séparation de coiffe
d’un lanceur spatial…).
Les chocs « pyrotechniques » sont de forme d’onde complexe,
la reproductibilité en laboratoire ne permet pas d’utiliser le
signal temporel comme spécification seule. Une représentation
dans le domaine fréquentiel est utilisée afin de pouvoir
comparer les mesures réelles avec les essais réalisés, ainsi
que deux essais entre eux. Il s’agit du spectre de réponses
aux chocs (SRC), modèle mathématique initialement développé
pour caractériser les séismes (1932). Le laboratoire
Adetests propose de répondre au besoin de simulation de
ces derniers par des moyens d’impact métal-métal : types
pendule ou chute libre guidée.
l’EST est fixé sur la partie recevant l’impulsion et sa vitesse
est donc nulle au moment de celle-ci. En réalité, les équipements
sont la plupart du temps soumis à un choc « pyrotechnique
» avec une vitesse initiale nulle, la simulation par le
biais d’un pendule se rapproche donc plus de la réalité. Les
essais par chute libre guidée sont à utiliser avec précaution
pour les équipements suspendus car les suspensions n’auront
pas les mêmes précontraintes que dans le cas réel et la
filtration du choc ne sera donc pas la même.
Afin de comparer et vérifier la répétabilité des essais, une
étude sur 50 chocs par type de banc dans une configuration
donnée a été réalisée. Les écarts en dB entre la valeur
moyenne et les enveloppes minimum et maximum des
50 SRC sont ensuite calculés.
Une comparaison des moyens d’essais pour
choisir le plus à-même de répondre au besoin
Pour un choc équivalent sur les deux types de banc, la
première différence notable vient de la technique de simulation
utilisée : avec un banc chute libre guidée, l’équipement
sous test (EST) étant fixé sur le plateau qui chute : la
vitesse de l’EST est non nulle au moment de l’impact générant
l’onde de choc. Dans le cas de l’utilisation du pendule,
Comparaison de la répétabilité sur 50 chocs pour les deux types
de banc
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I59

dossier
Pour les deux types de banc la répétabilité est comprise dans
les +/-3 dB sur la bande de fréquences 10 0Hz à 2 0kHz
comme demandé dans la norme MIL-STD-810G. Pour le
type chute libre guidée, la dispersion en dessous de 100 Hz
est plus importante que pour le pendule, cela est aussi une
conséquence de la technique de simulation utilisée.
Il est donc important de pouvoir connaitre le contenu basses
fréquences induit par la technique de simulation pour des
SRC similaires. Le calcul du SRC ne permettant pas de définir
clairement les niveaux en basses fréquences pour des
chocs avec des amplitudes élevées. La méthode utilisée afin
de pouvoir comparer les niveaux basses fréquences entre
les 2 types de banc d’essais est l’analyse temps-fréquence
par ondelettes. Cette méthode permet d’estimer l’apport de
chaque bande de fréquence en fonction du temps de choc
(très court, de l’ordre de 10 ms). Pour le banc type pendule,
la participation des fréquences < 400 Hz est négligeable par
rapport au contenu plus hautes fréquences. Pour le banc type
chute libre guidée, l’analyse temps-fréquence montre une
contribution non négligeable des basses fréquences tant au
niveau amplitude que dans le temps.
L’utilisation aux capacités limites
des bancs d’essais
Les autres différences se situent sur les capacités d’essais
des bancs, en effet pour la réalisation de chocs similaires, le
critère de la vitesse initiale de l’EST est un paramètre important.
Mais leurs performances sont aussi des critères justifiant
le choix d’un banc par rapport à l’autre : amplitudes temporelles
maximales, amplitude maximale du SRC atteignable,
masse maximale de l’EST, cadence de répétition des chocs.
Les deux types de banc ne permettent pas d’atteindre les
mêmes niveaux d’amplitude temporelle et sur le SRC. Le type
pendule permet d’atteindre au maximum 7 000 g sur l’amplitude
temporelle et environ 1 500 g à 1 kHz sur le SRC tandis
que le type chute libre guidée permet d’atteindre au maximum
30 000 g sur l’amplitude temporelle et 5 000 g à 1kHz.
Représentation du graphique 2 mais en waterfall
Colormap d’un choc type chute libre guidée
Colormap d’un choc type pendule
Ces deux bancs d’essais ne permettent pas d’atteindre les
cadences de tirs d’une arme pour la répétition des chocs ni les
cadences de répétions autorisées par les générateurs électrodynamiques
(entre 120 et 180 chocs/minutes). Le type chute
libre guidée permet de réaliser au mieux 1 choc/minute tandis
que le type pendule permet de réaliser 3 chocs/minute. Le
dernier paramètre de choix important est la masse de l’équipement
testé, le type chute libre autorise un EST jusqu’à 15 kg
tandis que le pendule autorise 70 kg.
La simulation des chocs « pyrotechniques » en laboratoire
nécessite ainsi beaucoup d’échanges avec le demandeur au
préalable afin de préparer au mieux les essais et ainsi de se
rapprocher des conditions réelles. Toutefois les niveaux spécifiés
et la masse du produit orientent généralement les essais
sur un type de banc plutôt que l’autre mais une sensibilisation
et un questionnement sur l’influence d’une vitesse nulle
ou non nulle au moment du choc est nécessaire. ●
Matthieu Cayuela
Responsable des essais mécaniques
Adetests (groupe Emitech)
60I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

Vie de l’aste
La dernière réunion CEEES
(Confederation of European
Environmental Engineering
Societies) a eu lieu les 13 et 14 mars
derniers à Cracovie en Pologne. La
première journée a été consacrée à
l’assemblée générale, la réunion des
commissions de travail et à la visite des
laboratoires de l’École Polytechnique
de Cracovie. Le 14 mars, les participants
ont assisté à la présentation des
activités R&D et à la visite de l’usine
Valeo de Skawina. Depuis octobre 2016,
l’ASTE est en charge de la présidence
de CEEES. La fonction du président est
assurée par David Delaux de Valeo, l’administrateur
de l’ASTE.
cOmPte RendU
69 e réunion CEEES à Cracovie
JOUrNéE TEChNIqUE ASTE –MBDA « ESSAIS MULTI-AxES »
L’ASTE organisera le 28 novembre 2018 à Bourges, en partenariat avec la société
MBDA, une journée technique sur le thème des essais multi-axes. La matinée
sera consacrée aux conférences techniques et l’après-midi à la visite du site de
MBDA Bourges. ●
> Informations complémentaires
auprès de Patrycja Perrin
au 01 61 38 96 32
(pperrin@aste.asso.fr)
Un carrefour d’échanges incontournable pour les experts,
les ingénieurs et les techniciens de l’environnement
Rejoignez-nous
pour enrichir vos connaissances et participer activement à la promotion, à la
diffusion et à la mise en œuvre au sein de l’industrie française des dernières
techniques d’essais et de simulation de l’environnement.
Nos adhérents bénéficient de réductions substantielles sur les tarifs
de nos stages de formation, journées techniques, colloques, salons,
ouvrages et guides techniques.
Depuis 1967, nous avons formé plus de 6 000 scientifiques, ingénieurs
et techniciens. Nos formations sont dispensées par les meilleurs experts
du moment, sélectionnés au sein des sociétés et laboratoires français
de pointe.
Qui est concerné par notre activité ?
• Les laboratoires d’essais, les équipementiers,
les concepteurs et intégrateurs de systèmes
• Les scientifiques, ingénieurs et techniciens
en charge de la conception, des essais,
de la fabrication et de la qualité
• Les concepteurs, constructeurs et vendeurs
des moyens d’essais
• Les étudiants et les enseignants
Association pour le développement des Sciences et Techniques de l’Environnement - Association régie par la loi 1901
1, place Charles de Gaulle - 78180 MONTIGNY LE BRETONNEUX - www.aste.asso.fr - Tel : 01 61 38 96 32
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I61

FORMATIONS 2018
Thèmes Cycles Code
Mécanique vibratoire
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires (Niveau 1)
Option 1(3J)
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires (Niveau 2)
Option 1 (3J)
MV1
Formation
de Base ou
Spécifique
B
Intervenant et
lieu
IUT du Limousin
Durée
en
jours
MV2 3
3
Prix HT
1 570 €
1 570 €
Dates
proposées
4-6 sept.
11-13 sept
Application au domaine industriel
MV3
B
SOPEMEA (78)
3 1 570 €
16-18 oct
Acquisition et traitement des
signaux
Pilotage des générateurs de
vibrations
Chocs mécaniques : mesures, spécifications, essais et analyses de
risques
MV4
Traitement du signal avancé des signaux vibratoires TS2 S
S
Christian LALANNE,
Henri GRZESKOWIAK et
Yvon MORI (78)
Pierre-Augustin
GRIVELET et Bruno
COLIN (78)
3 1 570 € 13-15 nov
3 1 570 € 18-20 sept
Principes utilisés et applications PV S SOPEMEA (78) 4 1 890 €
Analyse modale expérimentale et Initiation aux calculs de
Analyse modale AM S
SOPEMEA (78) 3 1 570 €
structure et essais
27-30
novembre
25-27 sept
Acoustique Principes de base et mesure des phénomènes acoustiques AC B AIRBUS D&S (31) 3 1 570 € 20-22 nov
Climatique
Principes de base et mesure des phénomènes thermiques CL1 B IUT du Limousin 3 1 570 € 13-15 nov
Application au domaine industriel CL2 B INTESPACE (31) 3 1 570 € 4-6 déc
Maitrise de la CEM pour les câblages de mesure en environnement
industriel
EL2
B
Jean-Paul PRULHIERE
(78)
1 900 € 25 oct
Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM) Exploitation des normes EL3 S EMITECH (78) 2 1 170 €
Dates à définir
Personnalisation du produit
à son environnement
Mesure
Prise en compte de l’environnement électromagnétique EL4 S EMITECH (78) 3 1 570 € Dates à définir
Prise en compte de l'environnement dans un programme industriel
(norme NFX-50144-1)
Prise en compte de l’environnement mécanique (norme NFX-50144-
3)
Prise en compte de la norme NFX-50144 dans la conception des
systèmes
Prise en compte de l’environnement climatique (norme NFX-50144-
4)
Extensomètrie : collage de jauge, analyse des résultats et de leur
qualité
Concevoir, réaliser, exploiter une campagne de mesures
Henri GRZESKOWIAK
P1 S
2 1 170 €
(78)
Bruno COLIN et
P2 S
3
Pascal LELAN (78)
P3
S
S
Bruno COLIN (78)
Henir GRZESKOWIAK et
P4 S
3
Henri TOLOSA (78)
M1
Raymond BUISSON
(78)
M2 B Pascal LELAN (78) 2
3
1 570 €
1 570 €
3 1 570 €
1 170 €
12-13 sept
1 570 € 9-11 oct
20-22 nov
25-27 sept
4-6 déc
11-12 déc
Conception et validation de la fiabilité - dimensionnement des
essais pour la validation de la conception des produits
E1 S Alaa CHATEAUNEF (78) 3 1 570 € Dates à définir
Fiabilité et Essais
Fiabilité, déverminage, essais (accélérés, aggravés) E2 S Alaa CHATEAUNEF (78) 2 1 170 € 9-10 oct
Construire la robustesse de vos produits par la méthode HALT &
HASS
E3 S
EMITECH (78) 1 900 €
Fiabilité dans les projets : méthodologies et processus E4 S David DELAUX (78) 2 1 170 € Dates à définir
Calcul de la fiabilité : analyse Weibull E5 S David DELAUX (78) 2 1 170 € Dates à définir
18-sept
Comment estimer les coûts de garantie E6 S David DELAUX (78) 2 1 170 € Dates à définir
Comment identifier et améliorer la compétence de fiabilité dans
une organisation industrielle ?
Fatigue des matériaux métalliques :
Essais, dimensionnement et calcul de durée de vie sous
chargement complexe
E7 S David DELAUX (78) 2 1 170 € Dates à définir
E8 S Alexis BANVILLET 2 1 170 € 28-29 nov
Qualité et Métrologie
Gestion d’une Salle blanche : application dans un Centre d’Essais
Suivi de la contamination : application aux salles blanches et aux
essais sous vide
Caractérisation métrologique des systèmes de mesure et essais ME3 B Marc LE MENN (78) 2 1 170 €
ME1
ME2
S
S
AIRBUS D&S (31)
2
2
1 170 €
1 170 €
25-26 sept
26-27 sept
28-29 nov
L’assurance qualité dans les laboratoires d’essais selon le
référentiel EN ISO/CEI 17025
ME5 S EMITECH (78) 2 1 170 € 26-27 sept
62I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

agenda
Du 11 au 15 juin 2018
Eurosatory
Le salon Eurosatory, consacré à la défense et à la sécurité
terrestre et aéroterrestre, ouvrira ses portes à la mi-juin à
Villepinte. Cet événement rassemblera plus de 1 570 exposants
venus du monde entier et plus de 57 000 visiteurs.
Au parc des expositions de Paris-Nord Villepinte
www.eurosatory.com
Les 25, 26 et 27 juin 2018
Congrès Simulation de la SIA
Le Congrès Simulation de la SIA et l’URF se poursuivra sur
trois jours intenses de tables rondes et d’annonces en tout
genre, entre lancements de partenariats de recherche,
rencontres d’affaires et déclarations officielles. Le 27 juin,
une journée sera entièrement consacrée à la simulation
numérique.
À la Maison des Travaux Publics – FNTP – à Paris
www.sia.fr/evenements/
Du 26 au 28 juin 2018
World Nuclear Exhibition (WNE)
La biennale française du nucléaire est l’occasion pour
les industriels de rencontrer les acteurs majeurs du secteur,
de nombreux sous-traitants et, parmi eux, des prestataires
d’essais et des fournisseurs de solutions technologies
en matière de tests, de mesure et de simulation.
Au parc des expositions de Paris-Nord Villepinte
www.world-nuclear-exhibition.com
Du 16 au 18 octobre 2018
Conférence Technologique Altair
Cette conférence internationale sera axée cette année
sur des présentations d’applications basées sur la Simulation-
Driven Innovation par des leaders technologiques ainsi
que des dirigeants de l’industrie mondiale.
Au Palais des Congrès d’Issy-les-Moulineaux (92)
altairatc.com
Le 28 novembre 2018
Journée technique ASTE – MBDA « Essais multi-axes »
L’ASTE organise le 28 novembre 2018 à Bourges, en partenariat
avec MBDA, une journée technique sur les essais multi-axes
puis une visite du site de la société.
À MBDA Bourges
www.aste.asso.fr
Retrouvez toutes les dates
de manifestations sur :
www.mesures-et-tests.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018 I63

index
Au sommaire du prochain numéro :
dossier
Spécial Mondial de Paris :
l’automobile sous le feu des projecteurs !
essais et modélisation
• Les essais et la simulation
au cœur des enjeux
du naval et du nautisme
© Endress+Hauser
© O. Guillon
mesures
• Enova Paris et NHV Le Mans :
Instruments de mesure
et analyse vibro-acoustique
à l’honneur
© Faurecia
Liste des entreprises citées et index des annonceurs
ADESTESTS........................................................... 59
AIRBUS DEFENSE & SPACE................................. 40
ALTAIR............................... 3 e de couverture 8 et 63
ASTE.............................................................. 61 et 62
ASTELAB................................................. 25, 34 et 63
AVNIR ENERGY...................................................... 19
BRUEL & KJAER............................................. 6 et 35
CD ADAPCO................................................... 11 et 53
CETIM..................................................................... 25
CFD NUMERICS (publi-communiqué)................. 13
COMSOL............................... 4 e de couverture et 22
DASSAULT SYSTÈMES.......................................... 30
DBVIB....................................................................... 4
DGA......................................................................... 52
DJB INSTRUMENTS.............................................. 51
EDF R&D........................................................ 18 et 36
ESI GROUP........................ 2 e de couverture 6 et 12
EUROSATORY.......................................... 45, 46 et 63
FORUM TERATEC..................................... 8, 31 et 63
GMB INVEST............................................................ 6
GREENMOT............................................................ 57
HBM.......................................................................... 6
HTDS....................................................................... 23
IMT LILLE-DOUAI.................................................. 52
INSTITUT DE SOUDURE.......................................... 8
M+P INTERNATIONAL........................................... 37
MBDA...................................................................... 50
MESURE&TESTS................................................... 33
MODELON................................................................. 6
MICRONORA........................................................... 63
MINES PARISTECH.................................................. 8
OMEGA ENGINEERING........................................... 7
OROS......................................................................... 9
ORYS......................................................................... 8
PROTOLABS........................................................... 55
SAFRAN.................................................................... 8
SIA.................................................................. 10 et 63
SIEMENS PLM SOFTWARE............................ 2 et 14
SOCITEC........................................................ 21 et 28
SOPEMEA............................................................... 26
SYMETRIE....................................................... 6 et 49
TRESCAL.................................................................. 6
WNE............................................................... 16 et 63
Le chiffre à retenir :
515
C’est en milliards de dollars le montant que devrait
atteindre le marché du véhicule autonome en 2035,
selon les résultats d’une étude publiée par le cabinet
de conseil A.T. Kearney intitulée « Roadmap towards
Autonomous Driving ». Ce marché représenterait
ainsi près de 17 % du marché automobile mondial.
L’étude table notamment sur une évolution
importante des infrastructures qui faciliteraient
la progression rapide de ces nouveaux véhicules
entièrement automatisés.
Retrouvez nos anciens numéros sur :
EN SAVOIR PLUS › www.essais-simulations.com
64I ESSAIS & SIMULATIONS • N°133 • mai-juin 2018

ALTAIR TECHNOLOGY CONFERENCE
16-18 Octobre 2018 | Le Palais des Congrès d’Issy | Paris - France
Rejoignez-nous à la Conférence Technologique d’Altair !
L’Evènement international et incontournable dans le domaine de la
conception numérique avec HyperWorks & solidThinking
La 10 ème édition Conférence Technologique Altair (ATC) aura lieu cette année en Europe ! Elle réunira des
entreprises issues du monde entier, qui ont su mettre à profit les dernières technologies d’Altair en matière de
simulation, de conception, d’Internet des Objets, de Cloud Computing, en les intégrant dans le cycle de vie et de
développement de leurs produits.
En s’appuyant sur des présentations de grands noms de l’industrie, d’études de cas avant-gardistes d’un point
de vue technologique et d’ateliers pédagogiques, l’ATC vous dévoilera comment ces entreprises atteignent leurs
objectifs et créent des produits d’envergure internationale tout en réduisant les délais de conception.
La précédente édition, datant de 2017, a réuni plus de 700 professionnels de l’ingénierie, propulsant, ainsi, cette
conférence au premier rang des évènements mondiaux en matière de conception numérique.
Rejoignez-nous en octobre à Paris !
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