Essais & Simulations n°140

ÉDITORIAL
Quand la simulation numérique
se « démocratise »
Olivier Guillon
Rédacteur en chef
L’industrie du futur passe inévitablement par la modernisation de l’usine, laquelle
accueille de plus en plus de capteurs, d’outils de numérisation et d’automatisation
des processus industriels. Et à l’heure de l’ouverture du salon Global
Industrie, le sujet de la « 4 e révolution industrielle » est au cœur de toutes les
préoccupations. Mais celle-ci ne concerne pas seulement la production ; elle touche
aussi la conception et le développement des produits, et offre par là même une place à
part entière à la simulation numérique.
Bien longtemps cantonné à la validation du design, l’usage de
la simulation permet désormais de penser et de concevoir un
produit de A à Z, mais aussi et surtout d’optimiser ses performances.
Par ailleurs, les multiples évolutions de la part des
éditeurs de logiciels de simulation numérique, parmi lesquels
Dassault Système, Siemens PLM Software, le groupe Hexagon,
Altair Engineering, ESI Group ou encore Comsol, n’ont cessé
ces dernières années d’en simplifier l’usage grâce à des interfaces
plus « friendly ».
Ce dernier cité, Comsol, organise à ce titre des journées ouvertes
« Acquérir un logiciel de
simulation et s’en servir
est désormais à la portée
de toutes les entreprises
industrielles »
à la fois aux utilisateurs et aux néophytes de ces outils, jadis réservés à des spécialistes
du calcul, de la simulation numérique et des essais. L’objectif est clair : faire admettre au
plus grand nombre qu’acquérir un logiciel de simulation et s’en servir est désormais à la
portée de toutes les entreprises industrielles. Rendez-vous le 24 mars à Paris et le 2 avril à
Grenoble, où une table ronde portera précisément sur ce sujet. D’autres journées organisées
par d’autres éditeurs se dérouleront également dans l’année ; à vos agendas !
Olivier Guillon
Envie de réagir ?
@EssaiSimulation
ÉDITEUR
MRJ Informatique
Le Trèfle
22, boulevard Gambetta
92130 Issy-les-Moulineaux
Tel : 01 84 19 38 10
Fax : 01 34 29 61 02
Direction :
Michaël Lévy
Directeur de publication :
Jérémie Roboh
Rédacteur en chef :
Olivier Guillon
o.guillon@mrj-corp.fr
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 :
Dolioz - Adeline Docquier
Maquette, Impression :
Rivadeneyra, sa
Calle Torneros, 16
Poligono Industrial de Los Angeles
28906 Getafe - Madrid Espagne
N°ISSN :
1632 - 4153
Dépôt légal : à parution
Périodicité : Trimestrielle
Numéro : 140
Date : février - mars 2020
RÉDACTION
Ont collaboré à ce numéro :
Olivier Guillon, Daniel Vaucher
de la Croix (Metravib), Gilles
Gallée (Ansys), Jean-Yves Disson
(Metravib), ASTE.
Comité de rédaction :
Olivier Guillon (MRJ),
PHOTO DE COUVERTURE :
Fond moderne avec fibre de
carbone noire déformée, lisse sur
la surface sous l'angle
©Evorona
Toute reproduction, totale ou
partielle, est soumise à l’accord
préalable de la société MRJ.
Partenaires du magazine Essais &
Simulations :
/Facebook.com/
EssaiSimulation
/@EssaiSimulation
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I1

LES
JOURNÉES
COFREND
LES
JOURNÉES
COFREND
SAVE
THE
DATE
Les END, voir
et prévoir
SPONSORS
3 JOURS D’EXPOSITION ET DE CONFERENCES :
Un programme unique de temps forts pour mettre en
relation exposants, chercheurs, scientifiques et visiteurs
autour des Essais Non Destructifs.
Les Journées COFREND,se tiendront à Marseille du 12 au
14 mai 2020. Sous la thématique les END, Voir et Prévoir,
gage de Qualité et de Sécurité, 2 500 participants français
et étrangers sont attendus pour cette 10ème édition.
Organisées tous les 3 ans, les journées COFREND sont le
Rendez-vous de la toute filière ; industriels, grands donneurs
d’ordres, PME et TPE impliqués dans les Essais Non
Destructifs (END) et dont le champ d’application couvre l’ensemble
des secteurs industriels et de pointe technologique :
l’aéronautique, le ferroviaire, le génie civil, le nucléaire, la
pétrochimie, la sidérurgie.
Contact : cofrend2020@cofrend.com
MARSEILLE - Palais Chanot
DU 12 AU 14 MAI 2020
www.cofrend2020.com

SOMMAIRE
MESURES
COMPLEX AND COMPOSITE
42
MATERIALS IN THE SPOTLIGHT
42 - JEC World, the great meeting place for composite materials,
returns to Villepinte at the beginning of March
44 - IPC wants to accelerate in the recycling of composite materials and research
46 - Launch of a platform to study the mechanical fire behaviour of aeronautical
composites
49 - Inspiring young engineers to design for the future at EPFL
52 - Fibersim helps Roding Automobile advance lightweight design
55 - De la caractérisation des matériaux à leurs lois de comportement
56 - “There is a lack of standard operating procedures and methods for printing parts”
58 - Qualifying additive manufactured rocket parts with simulation
ACTUALITÉS
6 Les Comsol Days reviennent au printemps
à Paris et à Grenoble
6 Optel-Thevon et Texys International
confirment leur rapprochement
6 Inauguration d’une ligne de fabrication
automatisée de textiles composites
6 Francisco Chinesta, Médaille d’argent
du CNRS 2019
ESSAIS ET MODÉLISATION
© DR
7 Spécialistes des END : rendez-vous en
mai à Marseille aux prochaines Journées
Cofrend !
8 Une stratégie gagnante pour réduire
les essais de fiabilité
12 En inaugurant sa nouvelle usine, Akira
veut franchir une nouvelle étape
14 Machine d'essais : l'option sérieuse
de la location
MESURE
17 RF & Microwave, le rendez-vous de
la CEM, de retour mi-mars à ParisLe
succès au rendez-vous de la Journée
technique Tomographie et technologies
RX pour la mesure
18 Tests 5G : Sierra Wireless fait l’acquisition
d’une enceinte d’essais innovante
20 Le succès au rendez-vous de la Journée
technique Tomographie et technologies
RX pour la mesure
24 Avec Radiant Vision Systems, Konica
Minolta devient un leader dans l’optique
et la détection
26 L’IMT Atlantique veut relever les défis
de conception électromagnétique des
technologies sans-fil
28 Relever les défis posés sur les essais
moteurs de véhicules électriques
32 Comment utiliser les video-colorimètres
pour l'inspection visuelle automatisée
des écrans en production?
© SGS
36 Une étude de simulation électrothermique
menée avec succès par ZFW
39 La photogrammétrie : un procédé fiable et
incontournable pour une caractérisation
3D précise d’un satellite - 2 e partie
OUTILS
© COVAL LEMCOM
62 Journées nationales de l’environnement
mécanique Astelab « Essais et
Simulation », du 1 er au 3 juillet au CEA
Cesta
62 Journée technique ASTE – CSTB le 12
mai à Nantes
63 Agenda
64 Au sommaire du prochain numéro
64 Index des annonceurs et des entreprises
citées
64 Le chiffre à retenir
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140• février - mars 2020 I3

GÉNÉRATION DE
DERNIÈRE
DE CONTRÔLES
SYSTÈMES
80X
SPIDER
81
SPIDER
au
Associés
EDM VCS
logiciel
CONTRÔLEUR
DE POTS
VIBRANTS
POUR POTS VIBRANTS
Essais en balayage sinus
Essais aléatoire
Essais de chocs
Edition de rapports
contact.instrumentation@dbvib.com
www.dbvib-instrumentation.com
Contactez-nous au 04 74 16 18 80 pour en savoir plus

NOS DOSSIERS EN UN CLIN D’OEIL
©Rent4Test
ESSAIS ET MODÉLISATION
Des moyens essais pour répondre
aux exigences de l’industrie p. 7 à 16
À l’occasion de la nouvelle édition du salon Global Industrie, qui
ouvrira ses portes fin mars à Villepinte au parc des expositions
de Paris-Nord Villepinte du 31 mars au 3 avril prochain, Essais &
Simulations revient sur les offres de solutions pouvant répondre
aux besoins des industriels, de plus en plus nombreux à s’équiper
de machines d’essais. Autre événement majeur, les journées
de la Cofrend, dont le magazine est aujourd’hui partenaire à
part entière, se dérouleront à Marseille et porteront sur les
essais non destructifs (END) ; ces journées figureront également
comme un temps fort majeur dans la communauté des essais.
©O. Guillon
MESURES
Chambre anéchoïque chez Sopavib
Spécial mesure électronique et
électromagnétique / CEM p. 17 à 41
À la mi-mars, le salon RF & Microwave rassemblera les acteurs
des radiofréquences, des hyperfréquences, du wireless, de la CEM
et de la fibre optique. Partenaire de l’événement, le magazine
Essais & Simulations a décidé de s’intéresser d’une part aux
problématiques croissantes de CEM dans différents domaines de
l’industrie, à commencer par l’automobile et plus globalement les
transports en raison notamment de la croissance des motorisations
électriques, d’autre part aux nombreuses problématiques liées
à l’augmentation des systèmes embarqués et des problèmes de
compatibilité qu’ils engendrent.
©©Foucha Muyard
DOSSIER
JEC 2018
Les matériaux complexes et
composites à l’honneur p. 42 à 60
Le JEC World ouvrira ses portes à Villepinte du 3 au 5 mars
prochain. L’occasion pour la rédaction d’Essais & Simulations de
revenir sur cet événement mondial dans lequel l’Hexagone joue
un rôle essentiel, de part son industrie, ses nombreux centres de
recherche et laboratoires d’essais, à commencer dans l’aéronautique,
l’automobile, le ferroviaire et le nautisme sans oublier le naval,
l’énergie et les loisirs. Mais ce dossier spécialement consacré aux
matériaux complexes et composites est également l’occasion de
se pencher sur la fabrication additive (FA), dont les technologies
n’en finissent pas d’évoluer en raison d’une utilisation croissante
dans l’industrie, améliorant sans cesse les procédés.
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I5

ACTUALITÉS
EN BREF
Optel-Thevon et Texys
International confirment
leur rapprochement
Les deux sociétés, spécialisées dans la
conception et la fabrication de capteurs
à forte valeur ajoutée technique, ont
considéré que le partage de valeurs
ainsi que les complémentarités
d’activités « justifiaient pleinement
cette opération et permettraient de
proposer à leur clientèle une gamme
de produits tout à fait exceptionnelle »,
ont précisé dans un communiqué
Philippe Leuwers et Pierre-Jean
Thevon, respectivement dirigeants
de Texys et d’Optel-Thevon. ●
ÉVÉNEMENT
Les Comsol Days reviennent au
printemps à Paris et à Grenoble
Inauguration d’une ligne
de fabrication automatisée
de textiles composites
Le 13 février dernier, su le
Technocampus Composites implanté
à Bouguenais (Loire Atlantique), l’IRT
Jules Verne a inauguré Madras, une
ligne de production de 18 mètres de
long incluant trois îlots robotisés
marque une étape clé du projet WING.
Lancé en avril 2017, ce partenariat
piloté par l’IRT Jules Verne, en
collaboration avec Airbus, Fives
Machining et Loiretech, doit permettre
l’émergence d’un nouveau procédé
de mise en œuvre de matériaux
composites textile « grandes
cadences », 5 à 6 fois plus rapide
que les technologies existantes. ●
Francisco Chinesta,
Médaille d’argent du
CNRS 2019
Enseignant-chercheur en ingénierie
au Laboratoire procédés et ingénierie
en mécanique et matériaux (PIMM)
depuis 2017 et titulaire de la Chaire
Arts et Métiers-ESI Group Create-
ID, le Professeur Francisco Chinesta
s’est vu remettre la Médaille d’argent
du CNRS 2019 pour l’ensemble de
sa carrière, par Jean-Yves Marzin,
Directeur de l’Institut des sciences
de l’ingénierie et des systèmes.●
La simulation prend une place de
plus en plus importante dans la
recherche et la conception. C’est
dans cet optique et dans le but
de répondre aux demandes croissantes
des indsutriels que l’éditeur de logiciel de
simulation et de la solution Comsol Multiphysics
a choisi d’organiser deux journées
des désormais célèbres Comsol Days : à
Paris, le 24 mars, puis à Grenoble le 2 avril.
Des acteurs d’horizons différents feront
part de leur point de vue sur les apports
de la simulation numérique aujourd’hui,
les solutions existantes pour répondre
aux différents besoins en simulation et les
questions à se poser pour se lancer dans
ce type de projet. À travers de nombreux
échanges et de partages de retours d’expérience,
ces journées s’adressent au plus
grand nombre, spécialistes de la simulation
numérique et du calcul ou non,
utilisateur de Comsol ou pas. L’entrée est
gratuite (sur le site Web – voir ci-contre ).
Au programme de la journée du 2 avril,
à Grenoble
• 9h00 - Enregistrement
• 9h30 - Mot d’accueil
• 9h45 - Présentation de la suite logicielle
Comsol et des nouveautés Comsol 5.5
• 10h15 - Pause
• 10h45 - Présentation Keynote : Modélisation
des piles à combustible - Pascal
Schott CEA
• 11h45 - Présentation Keynote : Simulations
multiphysique pour la conception
et l’optimisation de surfaces haptiques
- Miguel Moleron Hap2U
• 12h30 - Déjeuner / session poster
• 14h00 - Table ronde : Les enjeux de la
Simulation
• Animée par Olivier Guillon, rédacteur
en chef du magazine Essais & Simulations.
Avec la participation de M’hamed
Boutaous de l’INSA de Lyon, de
Patrick Namy de Simtec et de Jean-
Marc Petit de Comsol France.
• 15h30 - « Vous accompagner en simulation
»
• 16h00 - Clôture de la journée ●
EN SAVOIR PLUS >
comsol.fr/comsol-days
6 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

ESSAIS ET MODÉLISATION
ÉVÉNEMENT
Spécialistes des END :
rendez-vous en mai à
Marseille aux prochaines
Journées Cofrend !
Le coup d’envoi est lancé pour les Journées
Cofrend, qui se tiendront à Marseille du 12
au 14 mai prochain. Sous la thématique des
« END, voir et prévoir, gage de qualité et de
sécurité », pas moins de 2 500 participants
français et étrangers sont attendus pour
cette 10 e édition.
Organisées tous les trois ans, les Journées Cofrend
sont le rendez-vous de la toute filière ; industriels,
grands donneurs d’ordres, PME et TPE impliqués
dans les essais non destructifs (END) et dont le
champ d’application couvre l’ensemble des secteurs industriels
et de pointe technologique : l’aéronautique, le ferroviaire, le
génie civil, le nucléaire, la pétrochimie, la sidérurgie. Les journées
Cofrend, ce sont trois jours de conférences et d’exposition
et un programme unique de temps forts destiné à mettre en
relation exposants, chercheurs, scientifiques et visiteurs, autour
des essais non destructifs.
Pour cette édition 2020, c’est la ville de Marseille qui a été choisie,
tant pour la qualité des infrastructures du Palais Chanot et
ses capacités d’accueil que pour le rayonnement des filières stratégiques
industrielles régionales, son université, ses centres de
recherche de grande renommée et ses pôles de compétitivité.
DES SESSIONS PLÉNIÈRES AUX SUJETS TRÈS VARIÉS
Les Journées Cofrend 2020 démarreront le 12 mai par l’intervention
de Bernard Bigot, directeur général d’ITER au cours
de la plénière d’ouverture. En présence de la région Paca s’ensuivra
l’inauguration du Hall d’exposition, d’une superficie de
près de 5 000 m² où plus de 80 entreprises fournisseurs et fabricants
de matériels en END présenteront les dernières avancées
technologiques !
Au programme des sessions plénières scientifiques, sur des
sujets variés tels que les facteurs humains, l’imagerie terrestre ou
encore l’intelligence artificielle, se tiendront tous les après-midis
en ouverture du programme technique. Les participants auront
ensuite le choix de suivre 29 sessions techniques couvrant des
sujets allant des END automatisés, à la fabrication additive
en passant par les courants de Foucault, les multi-éléments,
la tomographie, les composites, le TOFD, la simulation, le
machine-learning ou encore des sujets portant sur le patrimoine,
pour n’en citer que quelques-uns. ●
EN SAVOIR PLUS > www.cofrend2020.com
ARTICLE RÉALISÉ PAR LA
COFREND, PARTENAIRE
DU MAGAZINE
ESSAIS & SIMULATIONS
Plusieurs nouveautés
au programme
• 12 et 13 mai une session technique internationale
• 14 mai la 3 ème journée annuelle SHM@Cofrend
• 4 ème édition des doctoriales de la Cofrend en deux
temps : une session plénière le 12 mai pour des
pitch doctorants, consistant à présenter en 180
secondes le sujet de thèse, et une session Posters
en présence du Jury du Prix Cofrend-Claude Birac
• Portes ouvertes aux étudiants de la région 13 mai
pour leur faire découvrir les END et ses métiers
• Visites industrielles : ITER-CEA Cadarache et Airbus
Helicopters le 15 mai
POUR PLUS D’INFORMATIONS, CONTACTER
Florence Giraud (Cofrend) : cofrend2020@cofrend.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I7

ESSAIS ET MODÉLISATION
MÉTHODOLOGIES D’ESSAIS
Une stratégie gagnante
pour réduire les essais de fiabilité
Démontrer la fiabilité d’un système ou d’un composant est un travail délicat, parfois complexe,
et de longue haleine. Cela exige bien souvent la mise en œuvre d’essais longs et coûteux. Le
Cetim propose une stratégie qui vise à réduire le nombre d’essais tout en démontrant l'objectif
de fiabilité attendu par l’industriel. Cette stratégie combine plusieurs méthodologies d’essais
reposant sur une analyse approfondie des risques, du fonctionnement, de l’environnement et de
la mission de l’équipement.
De nombreux tests sont généralement effectués
pour démontrer l'objectif de fiabilité d’une
pièce, d’un assemblage, d’un équipement ou
d’une machine. Leur nombre varie considérablement
en fonction de la connaissance des mécanismes
de défaillance, qui pourraient survenir en service, et de
la probabilité de survie à atteindre, associée à un niveau
de confiance donné. En outre, les essais de vieillissement
peuvent être très longs pour aboutir aux modes de défaillance.
Toutefois, des méthodes d'accélération peuvent être
mises en œuvre pour réduire leur durée.
L’analyse des modes de défaillance et de leurs effets
(AMDE) couplée à des essais sévérisés de déverminage
(HALT – HASS) peut permettre d’identifier les principaux
mécanismes de défaillance, qui peuvent être reproduit
rapidement sur des moyens d’essais simplifiés grâce
Essais durcis (HALT – HASS) : Vibrateur
à des approches numériques. Les lois de comportement
physique (modèles de vie accélérée) permettent de transposer
la durée de survie en essais à une durée de vie en
service pour l’estimation de fiabilité (HAST). L’analyse du
retour d’expérience sur un équipement similaire peut également
mettre en évidence ses faiblesses, à prendre en compte
dans le développement d’un nouveau produit.
Les progrès en matière de traitement des données peuvent
également contribuer à la réduction des essais. Les outils
d'analyse ont en effet gagné en efficacité et apportent une
valeur ajoutée à l'ensemble du processus d'essai. La définition
des données à collecter pendant les tests et leur analyse
en temps réel peuvent fournir des informations précieuses
pour définir la stratégie de test la plus efficace en minimisant
le nombre d'échantillons.
Mettant en œuvre différentes méthodes, la stratégie globale
proposée par le Cetim devra être adaptée à chaque cas.
Du développement précoce d'un produit à la validation
expérimentale en passant par l'évaluation du comportement
opérationnel, la capacité à réduire les coûts et le
temps de démonstration de la fiabilité repose essentiellement
sur l'hypothèse ou la connaissance dont disposent
les ingénieurs de leurs produits. Ces méthodes nécessitent
évidemment un investissement en amont pour la collecte
et le traitement des données, mais tendent à réduire le
programme d'essai au strict nécessaire. Elles offrent également
la possibilité de détecter un problème au plus tôt et
de réagir au plus vite.
©Cetim
8 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

ESSAIS ET MODÉLISATION
ANALYSE DES MODES DE DÉFAILLANCE ET DE
LEURS EFFETS
Dans le cadre des analyses de sûreté de fonctionnement,
l'analyse des modes de défaillance et de leurs effets (AMDE)
consiste en une analyse critique de chaque composant d'un
système par rapport aux événements redoutés précédemment
mis en évidence dans l'analyse préliminaire des risques. La
criticité d'un mode de défaillance peut être évaluée en tenant
compte de sa détectabilité, de sa probabilité d’occurrence
et de la gravité de l'événement redouté correspondant. La
seule façon de réduire la criticité d'un mode de défaillance
est d'améliorer sa détectabilité ou de réduire son occurrence.
Cette cotation, réalisée par une évaluation préliminaire dans
les premières étapes du développement du produit, permet
de classer les parties critiques de la conception. Le plan de
maîtrise des risques est généralement établi en tenant compte
de la gravité au premier ordre, et la hiérarchisation des essais
est donc gérée par les besoins de démonstration de haute
fiabilité. Bien que l'AMDE implique des modes de défaillance
des composants, la spécification des tests se concentrera
sur les mécanismes de défaillance qui y conduisent.
Par exemple, une rupture peut se produire par surcharge
ponctuelle, usure, fatigue, fluage, etc. La probabilité d'occurrence
d'un mode de défaillance est donc la combinaison
des probabilités associées à chacun de ces mécanismes.
Essais durcis (HALT – HASS) : Enceinte climatique
DISCRIMINATION DU MODE/MÉCANISME DE
DÉFAILLANCE PAR LES STRATÉGIES HALT - HASS
L'AMDE permet d'identifier tous les modes de défaillance
qui pourraient se produire sur un composant. Dans
la pratique, il existe une concurrence entre eux. Des efforts
doivent être faits pour réduire les probabilités d'occurrence
les plus élevées, en considérant que les plus faibles
sont acceptables. La prise en compte de l'environnement
du composant peut mettre en évidence des variables qui
pourraient avoir une influence positive ou négative sur
un mécanisme de défaillance et donc sur la probabilité de
défaillance. L'environnement des composants implique :
© Cetim
Chez Ferchaud, nous
vous accompagnons
dans la réalisation des
plans de vos projets
Vous avez besoin
de modéliser
vos projets en 3D ?
Consultez notre
bureau d’étude !
07 67 19 22 35 - www.ferchaud.net
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I9

ESSAIS ET MODÉLISATION
Essais durcis (HALT – HASS) : Chambre
anéchoïque pour électromagnétisme
©Cetim
le matériau et le processus de fabrication, les conditions
d'assemblage, le climat, les spectres de charge mécanique,
compte-tenu de la variabilité de l’usage et de l’utilisateur.
L'analyse de ces variables permet de retenir un ensemble de
facteurs d'influence contrôlables à gérer dans le cadre d'un
plan d'expérience. Les stratégies HALT - HASS consistent
à durcir les conditions d'essai afin d'atteindre la dégradation
ou la défaillance le plus rapidement possible, sans se
concentrer sur un mécanisme spécifique. L'objectif de ces
stratégies est d'identifier les faiblesses d'un système et les
mécanismes de dégradation/défaillance les plus probables.
ANALYSE DU RETOUR D'EXPÉRIENCE
Lorsqu'une solution technique est similaire à une autre,
dont les modes/mécanismes de défaillance les plus
probables sont connus, la spécification des tests peut
s’appuyer sur cette connaissance et se concentrer sur ces
faiblesses. De même, la réutilisation d'une solution dont
la fiabilité a été prouvée peut réduire considérablement le
nombre d'essais, en particulier si les conditions de service
sont identiques. Les résultats de l'analyse du retour d'expérience
sont très dépendants de la qualité des données à traiter.
En fiabilité, les principales caractéristiques à collecter
sont les événements de défaillance et de survie, la durée de
service associée, les modes et mécanismes de défaillance,
etc. L'identification des modes/mécanismes de défaillance
les plus critiques et de leur fiabilité associée, et leur transposition
aux nouvelles conditions de service ou performances
du produit, peut réduire le nombre d’essais en les
limitant au strict nécessaire.
SPÉCIFICATION DES ESSAIS DE FATIGUE
Les tests vieillissement sont les plus coûteux et les plus
longs. Il est cependant possible de les accélérer. Puisque
certains systèmes peuvent rester un certain temps sans
fonctionner pendant leur service, le premier paramètre à
prendre en compte est la fréquence de fonctionnement. Le
banc d'essai assure la charge permanente du composant
testé, indépendamment de ses états passifs en service. Pour
des cas de charge simples et dans des conditions spécifiques
(par exemple la sensibilité à l'augmentation de température
induite par la fréquence de test), le temps d'exposi-
10 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

ESSAIS ET MODÉLISATION
tion peut également être réduit en chargeant le composant
plus rapidement. La démonstration de la fiabilité implique
la connaissance du profil de la mission du système, c'està-dire
des usages et des utilisateurs du système. Le test
révélera la résistance du système par rapport à un mécanisme
de défaillance. La fiabilité est alors la probabilité
que le profil de mission dépasse le profil de résistance. Le
profil de mission est plus facile à estimer pour les systèmes
conçus pour opérer dans des conditions spécifiques. Il est
beaucoup plus difficile de l’évaluer précisément pour un
produit du grand public.
ANALYSE EN TEMPS RÉEL
Le traitement des données pendant les tests présente de
nombreux avantages, mais il en est aujourd'hui au stade
expérimental. L'analyse en temps réel est la capacité d'exploiter
une information dès qu'elle est disponible. Elle
permet ainsi l’optimisation des chargements appliquées
aux spécimens d’essais en fonction des résultats obtenus au
fur et à mesure des résultats, de manière à converger rapidement
vers l’objectif de l’essai tout en réduisant au mieux
la durée de chaque essai. ●
Essais accélérés (HAST) :
Banc d’essais de boggies ferroviaires
©©P-H.Claudel_Proxima_Cetim
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I11

ESSAIS ET MODÉLISATION
FOCUS PME
En inaugurant sa
nouvelle usine, Akira
veut franchir une
nouvelle étape
Implantée depuis le 14 janvier sur le parc d'activités
Technocité à Bayonne (64), la société d’ingénierie
mécanique basque a pris place dans des locaux plus
vastes et lui permettant désormais de poursuivre
sereinement son rythme de croissance.
© Kawasaki
L'année 2020 démarre fort pour Akira. Le 14 janvier
dernier, société d’ingénierie mécanique d’une
cinquantaine de personnes concevant et fabriquant
des machines de conversion d’énergie et des bancs
d’essais spéciaux, a inauguré ses nouvelles installations,
dont le montant de l'investissement global atteint 2,8M€.
Au total, 150 à 200 moteurs sont assemblés et passés au
banc chaque année, plus de 120 bancs d’essais sont installés
chez les clients industriels et plus de 100 bancs d’essais
didactiques et universitaires quinze projets de démonstrateurs
technologiques, 2 000 départs de course 250 podiums,
120 victoires et six titres de champion du monde Superbike,
un titre de champion du monde Supersport et trois
titres de champion d'Espagne Supersport... les chiffres en
disent long sur le savoir-faire de la société et son parcours.
L’histoire a démarré à quatre personnes en avril 2003.
Olivier Bompoil, Gaëtan Desramé, Gilles Keller et Sylvain
Akira enchaîne les victoires depuis plusieurs années
Loumé avaient auparavant travaillé ensemble plusieurs
années à la Sodemo (Magny-Cours), sous la direction de
l’emblématique et regretté Bernard Mangé. Dès sa création,
la société a proposé une double activité. La première
concerne le développement de moteurs à pistons, principalement
pour la compétition moto, en utilisant le savoirfaire
acquis dans la compétition automobile. La seconde
porte quant à elle sur la conception et la réalisation de bancs
d’essais spéciaux sur cahier des charges.
Akira a d’abord été son propre client en concevant et en
mettant au point ses bancs d’essais destinés à son activité
d’ingénierie moteurs. Puis, la réalisation de bancs d’essais
est devenue une activité à part entière que ce soit
pour l’industrie, principalement aéronautique (Safran,
Liebherr, Dassault, Collins...), mais aussi automobile (Total,
Renault, Valeo, Renault F1...) ou encore pour le secteur
de la recherche et de l’enseignement (Estia, CNRS, Isae,
Estaca...). En parallèle, les moteurs conçus, développés et
assemblés chez Akira se sont forgés un palmarès enviable
au niveau mondial, ce qui a contribué à donner à l’entreprise
une image de sérieux, de performance et de fiabilité.
Pour preuve la relation au long cours avec le constructeur
Kawasaki Heavy Industries qui collabore avec Akira pour le
développement et l’exploitation des moteurs des deux caté-
12 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

ESSAIS ET MODÉLISATION
© Mathieu Mengaillou / Komcébo
de démonstrateurs validant les solutions techniques dans
un environnement représentatif. Cette activité s’est renforcée
depuis septembre 2018 avec la reprise de Price Induction,
une société créée dans le courant des années 90 par
Bernard Etcheparre, qui l’avait dirigée jusqu’en 2014.
© Mathieu Mengaillou / Komcébo
Akira a acquis depuis sa création un
savoir-faire hors du commun
© Guillaume Zeyssolff
Lors de l’inauguration de la nouvelle usine
gories dans lesquelles l’usine japonaise est officiellement
engagée : WSBK (Championnat du Monde Superbike) et
MXGP (Championnat du Monde Motocross).
VERS DES CHAMPS D'APPLICATIONS ÉLARGIS
Depuis quelques années, Akira a franchi une nouvelle
étape en intervenant sur les phases R&T de ses clients à
travers le développement de différents types de sous-systèmes
: pompes, vannes, moteurs électriques. Les périmètres
confiés vont de l’étude de faisabilité à la production
en petite série, en passant par le développement complet
Banc moteur
Ainsi, Akira continue d’utiliser le DGEN-380 comme véhicule
d’essais R&D pour le compte de Safran alors que, dans
le même temps, ce turbofan est en service dans différentes
institutions de recherche telles que l'Isae Supaéro (France),
la Nasa ou la Jaxa au Japon. Dans ce domaine des turbomachines,
l’actualité principale est le développement d’un
générateur électrique à micro turbine ayant des applications
directes pour le secteur de la défense et de la construction
navale. Le premier prototype de la version 6 kW a tourné
au banc le 31 décembre dernier.
Dans le but de répondre à l’ensemble de ces demandes,
Akira a dû s’adapter en déménageant en avril 2019 sur le
site Technocité de la Communauté d’agglomération Pays
Basque à Bayonne, l’un des quatre sites de la Technopole
Pays Basque. L’objectif de construire une nouvelle usine sur
ce site dédié à l’aéronautique, à la robotique et aux matériaux
avancés, est d’accroitre la surface globale de l’entreprise
pour augmenter sa capacité, permettre une meilleure
organisation et améliorer les conditions de travail.
En outre, Akira a équipé son nouveau bâtiment d’une
installation électrique et thermique permettant de récupérer,
stocker et réutiliser l’énergie fatale générée par son
activité industrielle. Par exemple, la simulation au banc
moteur d’un tour de deux minutes du circuit de Monza
par une moto de Superbike permet de récupérer suffisamment
d’énergie pour faire onze kilomètres avec la Toyota
Prius de la société en mode tout électrique, et pour chauffer
l’atelier pendant quatre heures... ●
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I13

ESSAIS ET MODÉLISATION
ENTRETIEN
Machine d'essais :
l'option sérieuse de la location
Dans le domaine des machines d'essais, la location est un sujet pris très au sérieux, en particulier
sur des phases de tests plus complexes que d'autres ou des campagnes plus ponctuelles que
les opérations quotidiennes, ce que confirme Jérôme Pellot, de la société rémoise Rent4Test,
spécialisée dans la location d'enceintes climatiques neuves et récentes.
Ils louent des moyens d’essais au grès
des marchés/projets qu’ils remportent
sur des durées moyennes. Enfin, dernier
typologie de clients, ceux qui souhaitent
une variable d’ajustement dans leur parc
machines, de la flexibilité en matière de
performance, de volume d’essais ou de
répartition budgétaire (amortissement
ou charge). Il s'agit plutôt des laboratoires
d’essais et des centres R&D de constructeurs
louant sur des durées longues.
QUELLE EST L'ACTUALITÉ DE
RENT4TEST ?
Afin de pouvoir répondre à la demande
croissante en essais cycliques, nous enrichissons
le parc machines en réalisant
– notamment – des investissements en
enceintes type VRT (jusqu’à 15°C/min)
et en générateurs. Nous devrions intégrer
des chocs thermiques à l’horizon 2020
pour répondre aux demandes notamment
des secteurs aéronautiques et automobiles.
QUELS SONT LES BESOINS
AUJOURD'HUI DES INDUSTRIELS EN
MATIÈRE DE MACHINES D'ESSAIS
ET COMMENT CES BESOINS
ONT-ILS ÉVOLUÉ ?
Il est primordial de bien
définir l’application client car
c’est cela qui va sceller le
choix de l’équipement adéquat
Nous traitons essentiellement trois
principaux types de besoins représentant
des parts à peu près égales de flux
de machines. Il s'agit d'une part des
demandes que je qualifie de dépannage :
ces clients possèdent des moyens d’essais
en panne et, pour ne pas perdre de temps,
ont besoin d’une disponibilité immédiate
de machines d’essais fiables pour des
durées courtes correspondant souvent
aux délais de réparation ou de disponibilité
des pièces de rechanges. D'autre
part, viennent les clients fonctionnant « en
mode » projets. Ce sont essentiellement les
équipementiers automobile, les sous-traitant
de l’aéronautique et du ferroviaire.
Je ne vous apprends rien en écrivant que
nous connaissons aujourd'hui une accélération
rapide et constante dans l'évolution
des matériaux. On exige toujours plus
de polyvalence et de solidité à des composites
pourtant plus performants. Les
normes d’essais tendent aussi à devenir
plus exigeantes et sévères aux niveaux des
14 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

ESSAIS ET MODÉLISATION
conditions de sollicitation et de mesures.
Cette tendance créé un besoin en équipements
avec des plages d’utilisations de
plus en plus grandes et des performances
aussi plus importantes. L’arrivée de matériaux
bio-sourcés a également nécessité de
qualifier des nouvelles solutions notamment
vis-à-vis de l’humidité à laquelle ils
sont en général plus sensibles.
PLUS PARTICULIÈREMENT, À
QUELLES PROBLÉMATIQUES
FONT FACE LES INDUSTRIELS
ET QU'ATTENDENT-ILS DE VOS
SERVICES DE LOCATION ?
La problématique la plus importante
réside dans l’adéquation du moyen d’essai
loué avec l’application de notre client.
Vient ensuite la disponibilité de l’équipement.
L’étendue des types de qualifications
menées par les différents secteurs industriels
et la diversité des tailles des pièces
traitées font qu’il demeure compliqué de
répondre à tous les besoins. Nous serions
tentés de penser que qui peut le plus peu
le moins, mais au-delà des contraintes
de performances, nos clients sont aussi
confrontés à des contraintes en termes
d’encombrement. C’est pourquoi notre
gamme s'étend de 100L à 1 000L et que
nous proposons en outre des générateurs
déportés permettant ainsi de conditionner
les volumes d’essais spécifiques.
Une contrainte majeure s'illustre naturellement
par la fiabilité d’essais. Afin d'y
répondre, nous commandons exclusivement
des équipements haut de gamme
chez un fournisseur allemand, CTS
GmbH (distribué en France par la société
CTS France). Nos machines sortent du
parc de location en général au bout de
cinq ans. Ceci nous permet de proposer
exclusivement des équipements neufs
ou très récents apportant la fiabilité d’essais
exigée par les industriels. Au quotidien,
nos commerciaux discutent avec nos
clients afin de valider avec eux leurs applications,
puis le service technique prend le
relais pour préparer la livraison, l’installation
et la mise en service de l’équipement.
De nombreux clients sousestiment
la nécessité d’être
bien dotés en utilités fiables qui
permettront ensuite de garantir
un bon fonctionnement de la
machine et donc une meilleure
fiabilité d’essais
COMMENT BIEN UTILISER CES
MOYENS D'ESSAIS ? QUELS
CONSEILS D'UTILISATION
POUVEZ-VOUS NOUS LIVRER ET,
À L'INVERSE, LES MAUVAISES
PRATIQUES À ÉVITER ?
Il est primordial de bien définir l’application
client car c’est cela qui va sceller le
choix de l’équipement adéquat. Concernant
l’utilisation, il ne faut pas négliger le
positionnement des sondes de mesures
servant à l’asservissement de l'équipement.
Il est aisé d’afficher des vitesses de
variations de températures importantes
quand vous êtes à vide ou à la sortie du
soufflage de l’équipement (c’est-à-dire
avant l’interaction avec le produit testé).
Les mêmes mesures faites sur le produit
ou en aspiration (après interaction avec
le produit) vous donneront des résultats
très différents.
Concernant les mauvaises pratiques
(au-delà du non respect des consignes
d’usages des équipements et du mauvais
positionnement des sondes), celles-ci
concernent avant tout les environnements
d’installation. Les enceintes climatiques
sont des moyens d’essais pointus et performants
nécessitant d’être installés dans
un environnement adéquat. Cela peut
paraitre surprenant mais de nombreux
clients sous-estiment la nécessité d’être
bien dotés en utilités fiables (température,
énergie, eau, poussière…) qui permettront
ensuite de garantir un bon fonctionnement
de la machine et donc une
meilleure fiabilité d’essais.
PARALLÈLEMENT, UTILISENT-
ILS DAVANTAGE LA SIMULATION
NUMÉRIQUE ? COMMENT
ASSURENT-ILS LA BONNE
CORRÉLATION ENTRE LES MOYENS
D'ESSAIS ET LA SIMULATION ?
Pour les essais type matériaux (composite
par exemple), les essais climatiques sont
suivis par des essais mécaniques (traction,
fluage…). Ils sont là pour valider
la bonne corrélation avec la simulation
ou alimenter les bases de données nécessaires
aux logiciels de simulation. Pour les
essais de fonctionnalités (actionneur, carte
électronique…), la qualification « réelle »
reste un élément majeur de décision où
les essais sont associés à des mesures en
temps réel. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I15

Pub RF 185x130 N°2011.qxp_Mise en page 1 23/08/2019 12:03 Page1
C O N F E R E N C E S - E X P O S I T I O N - A N I M A T I O N S
9 ème
édition
Le salon des radiofréquences,des hyperfréquences,
du wireless, de la CEM et de la fibre optique
18 et 19 mars 2020
Paris Expo
Porte de Versailles
www.microwave-rf.com
@Microwave_RF
OSCILLOSCOPES PORTABLES
5instruments en 1
bonnes raisons de choisir un
SCOPIX IV
et son logiciel SX-METRO de gestion
des courbes et données de mesure
www.oscilloscope-metrix.com
600 V
CAT III
Wi
Fi
IP
54
MICRO
SD
pub_scopix4.indd 1 14/02/2020 15:30:24

MESURES
ÉVÉNEMENT
RF & Microwave, le rendez-vous de la CEM, de retour
mi-mars à Paris
RF & Microwave, salon entièrement dédié aux secteurs des radiofréquences, des hyperfréquences, du wireless,
de la CEM et de la fibre optique, lancera sa huitième édition les 20 et 21 mars prochains à la Porte de Versailles.
Durant deux jours, ce sont plus de 1 800 visiteurs
professionnels – porteurs de projets – qui viendront
découvrir au fil des stands un panorama complet
d’annonces produits et applications présentés par
les 60 sociétés exposantes et partenaires.
Point d’orgue de la manifestation et complément indispensable à
la visite de l’exposition, les conférences totalement en phase avec
les problématiques du moment vont permettre aux 600 auditeurs
attendus d’obtenir des réponses aux questions qu’ils se posent
pour la conception de leurs projets.
En plus des conférences génériques, les exposants animeront
des conférences d'applications et produits où ils fournissent des
informations plus concrètes, avec des échanges productifs, plus
orientés sur des nouveautés produits. Toujours en phase avec les
problématiques du moment, les conférences de RF & Microwave
offriront quant à elles aux 600 auditeurs attendus les réponses
pour la conception de leurs projets.
À l’occasion de ce nouveau numéro d’Essais & Simulations, la
rédaction a choisi d’affirmer encore davantage son ancrage dans
les thématiques relatives à l’électronique et les systèmes embarqués,
véritables technologies au cœur de l’actualité industrielle,
tant en matière de production que d’essais et de mesure. Au
programme de dossier, des articles techniques, des retours d’expérience,
des interviews et des solutions technologiques visant
à éclairer davantage le lecteur sur les enjeux qu’ils rencontrent
dans la compatibilité des systèmes avec leur environnement. ●
Olivier Guillon
À noter dans les agendas ! Une
conférence Sopemea le jeudi 19 mars
à 11h30
PHILIPPE MALIET, INGÉNIEUR FORMATEUR ET CONSULTANT AU SEIN
DE SOPEMEA AEMC, DONNERA UNE CONFÉRENCE LE 19 MARS DANS
LE CADRE D’UNE MATINÉE CONSACRÉE À LA RADIO EMBARQUÉE
ET ÉVOLUTIONS DE LA RADIO. IL INTERVIENDRA SUR LA MAÎTRISE
DES HARMONIQUES CRÉES PAR DES ÉQUIPEMENTS RFID.
EN SAVOIR PLUS > www.microwave-rf.com/info_event/140/
radio-embarquee-et-evolutions-de-la-radio.html
LE DOSSIER EN DÉTAIL
18 Tests 5G : Sierra Wireless fait l’acquisition d’une enceinte d’essais innovante
20 Le succès au rendez-vous de la Journée technique Tomographie et technologies RX pour la
mesure
24 Avec Radiant Vision Systems, Konica Minolta devient un leader dans l’optique et la détection
26 L’IMT Atlantique veut relever les défis de conception électromagnétique des technologies sans-fil
28 Relever les défis posés sur les essais moteurs de véhicules électriques
32 Comment utiliser les video-colorimètres pour l'inspection visuelle automatisée des écrans en
production?
36 Une étude de simulation électrothermique menée avec succès par ZFW
39 La photogrammétrie : un procédé fiable et incontournable pour une caractérisation 3D précise
d’un satellite - 2 e partie
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I17

MESURES
SOLUTION
Tests 5G :
Sierra Wireless fait l’acquisition d’une enceinte
d’essais innovante
Le fournisseur de solution IoT a opté pour l’enceinte d’essais R&S ATS1800C, mise au point par
le fabricant Rohde & Schwarz, exploitant un réflecteur doré pour les tests 5G NR dans la gamme
de fréquences FR2.
L’extension des bandes de fréquences exploitées
notamment par les technologies de communication
5G NR nécessite l’évolution des méthodes
d’essais. Les essais ne peuvent plus être réalisés
en mode conduit mais par voie aérienne (OTA pour
Over The Air). Les essais OTA présentent une importante
contrainte : ils doivent être effectués dans une enceinte
compacte disposant cependant d’une large zone silencieuse
(QZ), ou zone de mesure utilisable, dans une large
gamme de fréquences. Le système de test R&S ATS1800C,
développé par Rohde & Schwarz, combine ces deux
exigences afin de répondre aux besoins actuels et futurs
des essais OTA des appareils de communication exploitant
la technologie 5G NR.
La solution clé en main R&S ATS1800C est une enceinte
de test haut de gamme présentant un faible encombrement
(à peine 1,3 m2). De conception mobile et transportable
(elle peut être déplacée d'un laboratoire à l'autre), cette
chambre d’essais dispose d’une large zone silencieuse de
30 cm, répondant ainsi aux exigences des tests de conformité
du standard 3GPP 5G NR. Grâce à son blindage
hautement efficace, la chambre R&S ATS1800C fournit
un environnement dépourvu de perturbation électromagnétique,
propice aux mesures en continu sur des
antennes, des modules et des appareils de communication
5G. Par ailleurs, le réflecteur doré CATR à la pointe
de la technologie a été conçu pour transformer le front
d'onde sphérique entrant en une onde plane.
RÉDUIRE LE TEMPS DE MESURE D'UN FACTEUR
5 À 10
L’enceinte d’essais R&S ATS1800C permet de tester des
appareils dont la masse peut atteindre jusqu'à 8 kg. Elle est
donc parfaitement adaptée aux tests d’une variété d’équipements
actifs ou passifs : des petits modules à puces électronique
jusqu’aux tablettes et aux ordinateurs portables,
en passant par de petites cellules.
Le dispositif de déclenchement matériel permet d'effectuer
des mesures durant le déplacement en continu du
positionneur 3D de haute précision, et ainsi de réduire
le temps de mesure d'un facteur 5 à 10. « En tant que
leader du marché des solutions sans fil, nous souhaitions
disposer d’une solution basée sur un CATR pour garantir
des mesures du meilleur niveau de qualité et de précision,
précise Bill Seefeldt, premier vice-président chargé
de l'ingénierie chez Sierra Wireless. Nous avons été impressionnés
par les performances des solutions OTA proposées
par Rohde & Schwarz. Nous avons donc choisi le système
d’essais R&S ATS1800C de Rohde & Schwarz dont Sierra
Wireless est un client de longue date ». ●
18 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

Rejoignez la communauté mondiale
des matériaux composites
43 500
visites
professionnelles
1300
exposants
attendus
112
pays
représentés
+ de 6 000
business
meetings
+ de 150
conférences
28
pavillons
4
Innovation
Planets
+ de 600
lancements de
nouveaux produits
Votre badge gratuit
avec le code ESSAISJW20VF
www.jec-world.events

MESURES
COMPTE-RENDU
Le succès au rendezvous
de la Journée
technique Tomographie
et technologies RX pour
la mesure
Tomographie numérique en production
Le 3 décembre dernier, le Collège français de métrologie (CFM) organisait à Paris sa dernière Journée
technique de l’année, en collaboration avec Zeiss sur le thème « Tomographie et technologies RX
pour la mesure ».
©Zeiss
ARTICLE RÉALISÉ AVEC Le programme a été
LE CFM, PARTENAIRE élaboré conjointement
D'ESSAIS & SIMULATIONS avec Marie-France Radenez
de l’entreprise Zeiss ;
il comptait des intervenants de l’entreprise,
experts du domaine, un
représentant de l’entreprise Volume
Graphics, spécialisée dans le traitement
d’images tomographiques,
des retours d’expérience industriels
de deux sociétés utilisatrices de la technologie (Aptiv et Trelleborg)
et un expert du Cetim qui a donné des perspectives
d’avenir sur cette technologie.
Après une introduction de Jérôme Lopez, directeur technique
du CFM, et Jean-Marie Menguy, directeur commercial régional
de Zeiss, qui a insisté sur l’importance de la métrologie et
de la formation des jeunes dans ce domaine en pleine évolution,
la série d’interventions s’est ouverte par une présentation
générale de la tomographie par rayons X par Thomas
Beuvier, référent tomographie chez Zeiss. Ce dernier a tout
d’abord mis en avant les possibilités en termes d’inspection de
matériaux très divers : polymères, biomatériaux, céramiques,
composites, métaux, verres, bétons… et exposé le compromis
à faire entre la taille des voxels (résolution spatiale) et la
taille des échantillons que l’on peut imager ainsi que les techniques
de grandissement obtenues soit en rapprochant l’échantillon
du générateur à rayons X, soit par une technologie de
grandissement optique placé entre le scintillateur (dispositif
convertissant le rayonnement X reçu en lumière visible)
et le capteur CCD qui réalise l’image.
Il présente de manière très didactique le principe d’imagerie
et de reconstruction 3D à partir de projections bi-dimensionnelles.
La résolution des volumes 3D dépend directement
du nombre de pixels sur le capteur. Améliorer la résolution
nécessite aussi d’augmenter le nombre de projections (i.e.
le nombre d’images radiographiques) et par conséquent les
durées d’acquisition, de reconstruction et de post-traitement.
La résolution obtenue sur les images, en particulier la capacité
à déterminer la position d’une surface est meilleure que
la taille d’un voxel. D’autre part, la norme VDI/VDE2630
décrit la possibilité de raccordement métrologique avec un
étalon adapté à la technologie. Les meilleures performances
obtenues à ce jour sont de l’ordre du micromètre. La présentation
se finit avec des exemples d’images réalisées sur différents
échantillons, réalisés par impression 3D, biologiques,
assemblages mécaniques.
RETOUR D’EXPÉRIENCE SUR LA MÉTROLOGIE À
PARTIR DE DONNÉES ISSUES DE LA TOMOGRAPHIE
C’est ensuite au tour de Nicolas Coutant de Volume Graphics
de présenter un retour d’expérience sur la métrologie à
partir de données issues de la tomographie industrielle. Il a
commencé par rappeler l’histoire de la tomographie avec les
débuts dans les années 1970, l’évolution de la technologie,
le passage véritable de la R&D à la production au début des
années 2000, le passage en 2007 aux détecteurs 2K puis en
2015 aux 4K. Il a ensuite confirmé que l’incertitude dans la
détermination de la position d’une surface est meilleure que
la taille d’un voxel et a précisé qu’elle est de l’ordre de 1/10e
de la taille. Il a tenu à expliciter en détails les compromis à
réaliser entre le temps de balayage, essentiel pour une utilisation
en production, la résolution spatiale et le contraste.
20 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
Un diagramme d’Ishikawa présente les différentes sources
d’incertitudes : le système lui-même, l’objet à imager, l’environnement,
l’opérateur, mais aussi le traitement des données
avec les corrections opérées, la détermination des surfaces,
les méthodes d’ajustage.
Il a également décrit les algorithmes de détermination des
surfaces (ISO50, adaptive surface) et insisté sur l’influence
de la qualité des données. Il a ensuite précisé les méthodes
décrites notamment dans le référentiel VDA/VDI2617 pour
la détermination de la capabilité du processus de mesure, le
calcul des EMT pour les mesures de longueur, reposant sur
la comparaison avec des mesures réalisées par MMT et scanners
optiques sur un étalon. Pour finir, il a mis en avant les
avantages de la technologie, les challenges à relever lorsqu’une
entreprise se lance dans son utilisation et les retombées positives
à court terme et notamment la possibilité de services
étendus en interne, avec l’analyse de porosité, de fibres, de
poudres et mousse.
Tomographie chez Zeiss, il s’est chargé de présenter la tomographie
dans l’industrie 4.0, du laboratoire à la production.
Dans sa présentation, il a mis en avant les avantages de la
tomographie intégrée dans le cycle de vie d’un produit, depuis
le développement, les phases de R&D amont, le prototypage, la
production et l’assurance qualité. Pour la partie production, il a
tenu à présenter les différentes applications offertes : comparaison
à un master, métrologie des cotes critiques, démarrage de
fabrication, monitoring de la production, expertise des récla-
UN POINT SUR LA PLACE DE LA TOMOGRAPHIE
DANS L’INDUSTRIE 4.0
Quant à Franck Thibault, responsable produit Micro et Nano
Zeiss Metrotom – Tomographie Rx industrielle
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I21

MESURES
Solution logicielle de Volume Graphics pour la tomographie industrielle
mations. Différents outils logiciels permettent de réaliser
ces fonctions. On notera par exemple, des algorithmes de
machine learning pour la détection de défauts, qu’il est
possible d’entraîner sur les pièces produites par l’entreprise.
C’est donc une approche globale qui a été proposée, dans
laquelle la technologie de tomographie joue un rôle clef mais
est entourée d’outils qui facilitent son intégration dans l’usine.
Thibault Lecomte est chef de projet en tomographie RX chez
Aptiv, équipementier automobile qui réalise de nombreux
composants, dont des connecteurs électriques, des boîtiers,
terminaux métalliques,…Le site de production d’Épernon
a décidé de mettre en place en production un tomographe
RX avec l’objectif de gagner du temps et de l’efficience dans
la détection de défauts des pièces produites. C’est avec une
approche de conduite du changement qu’est réalisée la mise
en place de ce système avec l’implication des opérateurs, une
campagne de communication adaptée ainsi que des formations.
Cela a abouti à une prise en main du système en deux
mois par les équipes qui sont impliquées et font des suggestions.
La comparaison avec le process précédent basé sur
l’inspection visuelle et l’utilisation de calibres fait apparaître
une réduction de la fatigue, une augmentation des compétences,
une fiabilisation de la détection et des sources d’erreurs
minimisées. Quantitativement, cela se traduit par une
réduction des temps de contrôle, une augmentation de 20%
du nombre de contrôles, une réduction de 80% des pièces
non conformes non détectées. De plus, des effets collatéraux
positifs sont apparus, comme ceux évoqués par Nicolas
Coutant, avec des autres utilisations imprévues, réponses
aux non conformités de clients, des scans de pièces pour des
analyses métrologiques…
Des évolutions futures sont attendues avec la sauvegarde de
tous les scans (1000 To/an de besoins de stockage), l’analyse
de porosité, la connexion avec les presses d’injection, et le
chargement robotisé.
USAGE DE LA TOMOGRAPHIE RX CHEZ TRELLEBORG
Le deuxième retour d’expérience est le témoignage de Virginie
Lebourdais, technicienne métrologie chez Trelleborg, entreprise
spécialisée dans les matériaux polymères avec des clients
en particulier dans l’automobile mais aussi dans l’Oil & Gas,
les infrastructures, le transport… Les procédés utilisés sont
le moulage par extrusion et par injection. La mise en place
du contrôle de pièces par tomographie RX s’est faite par une
22 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
Anz_spec_E&S.France_2-2020_sp 05.02.20 13:37 Seite 1
approche métrologique avec des résultats quantifiés comme
par exemple des temps de cycle de 4 min/pièce, une incertitude
du système de mesure inférieure à 0,015 mm, un R&R
inférieur à 10%. À noter que la mise en place du système au
départ a créé une crainte chez les opérateurs de voir trop de
défauts sur les pièces, par la qualité des images. Mais celle-ci
a cédé la place à une approche raisonnée et la mise en place
de nouveaux critères pour ces défauts qui n’étaient pas vus
au préalable. Le système a été mis en place en 2019 et l’objectif
est d’atteindre un contrôle sur 100% des pièces au premier
trimestre 2020, puis ensuite en 2025, la mise en place d’un
système sur un autre site.
TOMOGRAPHIE RX ET FABRICATION ADDITIVE
La dernière présentation a été réalisée par Sylvain Genot,
responsable technique et numérisation 3D au Cetim qui
présente la tomographie RX et la fabrication additive. Celui-ci
a commencé par présenter les différents type de systèmes
de tomographie existants avec notamment des systèmes
haute énergie (9 MeV et plus), permettant d’imager des
pièces de grandes dimensions voire des voitures complètes
pour un système en Allemagne. Il n’a pas manqué de rappeler
le compromis entre la résolution et la taille des pièces à
imager. Concernant la fabrication additive, la tomographie
RX présente des avantages évidents notamment du fait de la
complexité des structures internes permises par le procédé
et souvent non contrôlable avec des moyens classiques de
CND. Une illustration très parlante a été présentée avec une
pièce réalisée sur base aluminium. Les contrôles de cotes sont
permis avec les mesures de dimensions, de concentricité, les
défauts de forme, la cylindricité…
Des comparaisons avec des mesures par méthode optiques
ont aussi été présentées. Les perspectives de l’utilisation de
la tomographie sont vastes : l’utilisation de nouvelles sources
plus puissantes, de nouveaux détecteurs permettant d’améliorer
la sensibilité, la résolution et côté logiciel, des moyens
de quantification et d’analyse, l’automatisation de l’analyse et
le partage de l’information.
Une gamme de 130 numériseurs
5 Méch./s à 5 Géch./s
1 à 8 voies (Cartes)
2 à 48 voies (Boitiers Ethernet)
55 générateurs arbitraires AWG
40 Méch./s à 1,25 Géch./s
1 à 8 voies (Cartes)
2 à 48 voies (Boitiers Ethernet)
Disponible avec un niveau de
sortie de ± 12 V
La journée s’est terminée par une discussion entre les participants
et les intervenants, mettant en évidence les avancées
réalisées par la tomographie, la maturité de la technologie
d’un point de vue technique avec une métrologie associée
qui est devenue solide, permettant aujourd’hui son intégration
en production d’une part pour les procédés classiques
de fabrication et une relation étroite avec les procédés de
fabrication additive qui va contribuer à sa démocratisation
dans l’industrie. ●
EN SAVOIR PLUS >
Présentation accessible sur le site
www.cfmetrologie.com pour les adhérents du CFM
S P E C T R U M
I N S T R U M E N T A T I O N
Perfect fit – modular designed solutions
Europe / Asia: Phone +49 (4102) 695 60 | US: Phone (201) 562 1999
www.spectrum-instrumentation.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I23

MESURES
FOCUS ENTREPRISE
Avec Radiant Vision Systems, Konica Minolta
devient un leader dans l’optique et la détection
Konica Minolta poursuit son développement produit à travers sa gamme Radiant Vision System
afin de renforcer les mesures de performances sur les afficheurs et les systèmes d’éclairage
grâce à une technologie 2D. Retour sur les ambitions de l’entreprise.
Les systèmes de mesure photométrique et radiométrique
de Radiant Vision Systems utilisent des conceptions
optiques et photoniques innovantes pour mesurer efficacement
les technologies d’émission de lumière des
écrans, des éclairages et des surfaces. Lors de l’Electronic Displays
Conference qui se déroulera fin Février à Nuremberg, Radiant
Vision Systems présentera ses solutions et animera une conférence
sur l’évaluation de la précision des filtres de couleur des
motifs Tristimulus et Bayer pour la mesure de l'affichage basée
sur les fonctions de correspondance des couleurs de la CIE.
RÉPONDRE AUX BESOINS DE L’INDUSTRIE 4.0
Konica Minolta a acquis Radiant Vision Systems en 2015 afin de
renforcer sa position en tant que fournisseur de premier plan de
solutions optiques et de détection, et accroitre la force technologique
nécessaire pour pénétrer les marchés en expansion des
systèmes d’inspection automatisés dans la fabrication, et d’inspection
des surfaces. Cette transformation s’inscrit dans l’objectif
de répondre aux besoins de l’industrie 4.0 qui va améliorer la
qualité des produits et leur productivité.
Radiant Vision Systems propose des solutions de test et de mesure
entièrement intégrés, conçus avec précision pour répondre aux
exigences spécifiques des clients. Ces solutions fournies clés en
main combinent des colorimètres ou photomètres CCD très
précis avec des logiciels spécifiques. Ces systèmes très faciles
à utiliser fournissent des résultats fiables et reproductibles. ●
Caméra ProMetric
24 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
3 questions à… Caroline To Van Trang – Business
Development Manager Lighting & Display EMEA Sud
Qu’avez-vous à proposer aux industriels ?
Nous accompagnons les industriels et plus
particulièrement les acteurs du monde automobile
et aéronautique dans la mesure des caractéristiques
photométriques et radiométriques des sources
rayonnantes. Les systèmes de mesure Radiant
Vision Systems assurent une concordance avec
les critères de qualités auxquels les OEM, les Tier
1 et les Tier 2 doivent répondre. Ils permettent
de quantifier et évaluer les dispositifs émetteurs
de lumière, basé sur la perception visuelle
humaine, et ceci pour une série de métriques,
notamment : la luminance, l’éclairement, l’intensité
lumineuse, le flux lumineux total, la chromaticité
CIE, la température de couleur corrélée (CCT),
l’homogénéité de la lumière et des couleurs,
le contraste, le Mura etc. Ces valeurs peuvent
être utilisées dès la conception des dispositifs
jusqu’à la caractérisation en laboratoire R&D, et
ceci afin de définir des seuils d’acceptabilité qui
seront comparés aux valeurs enregistrées par
le contrôle qualité sur les lignes de production.
Notre solution est un outil décisionnel.
Comment accompagnez-vous vos clients ?
Avec une présence mondiale, le groupe Konica
Minolta peut mettre à disposition un savoir-faire
et une expertise de plus de quarante ans ainsi
qu’un service et une maintenance en accord avec
les exigences des clients. Cela se traduit par un
suivi et un accompagnement du client, du besoin
jusqu’à la fin du cycle de vie de nos produits.
Quels sont vos projets et vos ambitions
pour 2020 ?
Afin d’accompagner nos clients dans leurs futurs
projets, nous faisons évoluer nos technologies et
solutions comme par exemple l’augmentation de
la résolution de nos caméras pour aujourd’hui
atteindre 43 mégapixels. Nous recherchons
plus de fiabilité et de reproductibilité ce qui
nous permet d’innover en développant en amont
nos technologies pour répondre aux besoins et
tendances à venir. L’explosion des technologies
autonomes et embarqués (les éclairages, les
écrans sous toutes les formes et les capteurs
IR) demande un développement et un contrôle
qualité accrue. La personnalisation et l’identité
colorimétrique se trouvent au cœur des demandes
du consommateur.
Propos recueillis par Olivier Guillon
www.mpihome.com
Dernières technologies
pour vos analyses NVH
Des solutions pour le test, l’analyse et la génération
de rapport en bruit et vibration pour relever les défis
d’aujourd’hui et de demain.
Le logiciel m+p Analyzer prend en charge
des instruments de précision pour une
utilisation portable sur le terrain et en
laboratoire. Nos produits combinent
souplesse et efficacité avec la formation,
le conseil et le soutien pour assurer des
résultats réussis pour toutes vos applications
NVH. De l’acquisition de données
temporelles à la mesure de contrainte et
de dynamique des structures.
m+p international Sarl
5, rue du Chant des Oiseaux
78360 Montesson
Tel : (+33) (0) 1 30 15 78 74
sales.fr@mpihome.com
www.mpihome.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I25

MESURES
SOLUTION
Relever les défis posés sur les essais moteurs
de véhicules électriques
La sécurité est une considération essentielle pour les véhicules électriques à batterie, en particulier lorsque
la capacité énergétique des batteries augmente. Les composants et les sous-systèmes sont exposés
aux vibrations, aux chocs mécaniques et aux variations de température. m+p international a développé
des solutions pour les tests et les simulations environnementales afin de relever ces nouveaux défis.
Le système de contrôle de vibrations m+p VibControl et
son logiciel de contrôle d'E/S numérique m+p VibUtil,
simulent avec précision les chocs mécaniques et les
vibrations du monde réel. Simultanément, des chambres
climatiques et des modules d'essai de batteries de tiers peuvent
être synchronisés pour simuler des conditions telles que la charge.
m+p VibUtil est capable non seulement de séquencer des tests
pour les automatiser, mais aussi d'envoyer et de recevoir des
signaux de contrôle d'E/S numériques, qui peuvent être utilisés
pour déclencher des événements dans la configuration globale
de la chambre climatique et du module de test de batterie. Par
exemple, lorsque l'enceinte climatique atteint une température
définie, m+p VibUtil déclenche un essai de vibration ainsi qu'une
condition de décharge dans le module d'essai de batteries. Une
fois l'essai terminé, il est en mesure de communiquer de nouveau
avec l'enceinte ou le module d'essai afin de déclencher l'événement
suivant, comme par exemple un
changement de température ou le passage
du module d'essai en état de charge.
UN ENREGISTREUR AUTONOME DE
DONNÉES
Quant au m+p Analyzer, celui-ci propose une gamme de formats
d'importation de données, profite aux utilisateurs en leur permettant
d'utiliser les fonctions de reporting complètes. Les données
de tous les aspects du test peuvent être combinées et présentées
à des tiers tels que les OEM. Le système m+p Coda agit comme
un enregistreur autonome de données sur plusieurs bancs d'essai
de batteries simultanément, surveillant des aspects importants
tels que les niveaux de température, la tension et les vibrations
et fournissant des alarmes critiques de sécurité en cas de dépassement
de limites prédéfinies. ●
m+p VibUtil – contrôle des canaux d'E/S numériques
26 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

Associent leurs gammes et expériences pour offrir des moyens d’essais CEM de haut niveau. Dotées d’une
forte expérience et de références significatives sur le marché français, Siepel et Hemera-RF demeurent les
acteurs principaux du domaine.
Dans le cas de prestation de maîtrise d’oeuvre ou de co-traitance, Siepel et Hemera-RF s’engagent aux
respects des performances garanties. La mise en service, la formation et l’accompagnement tout
au long de l’utilisation des matériels font partie des avantages spécifiques dont
bénéficie l’utilisateur.

MESURES
ENTRETIEN
L’IMT Atlantique veut relever
les défis de conception
électromagnétique des
technologies sans-fil
L’hiver dernier, à Paris, l’IMT Atlantique a
présenté à la presse ses plateformes d'excellence
pour l'Industrie du futur, dont la vocation est
d’accompagner le développement industriel
– notamment des PME. Parmi elles, Camel,
spécialisée dans la conception et la caractérisation
électromagnétique pour les technologies sans-fil.
Détails dans cet entretien avec Jérémie Hémery,
ingénieur de R&D à l’IMT Atlantique.
QUEL EST LE CHAMP D’APPLICATION DE CAMEL ?
La plateforme Camel (Conception et caractérisation électromagnétique
pour les technologies sans-fil) offre une vaste gamme
de moyens de mesure couvrant des domaines d’application tels
que la 5G, l’Internet des objets et les objets communicants, les
télécommunications terrestres et spatiales et les capteurs pour
véhicules autonomes. Dédiée à la recherche collaborative, Camel
propose des moyens de test et des capacités de prototypage.
Cette plateforme concerne la caractérisation et la modélisation
électromagnétiques au sens très large et sur une large
bande de fréquence : matériaux, circuits passif ou actifs hautes
fréquences, dispositifs rayonnants, canal de propagation... Dédiée
Caractérisation sous pointes de dispositifs
passif ou actif jusqu’à 170 GHz
Jérémie Hémery
Ingénieur de R&D au sein de l’IMT Atlantique,
Jérémie Hémery est le correspondant de la
plateforme Camel (Conception et caractérisation
électromagnétique pour les technologies sans-fil)
à la recherche collaborative et contractuelle, elle apporte aux
partenaires des moyens de test inédits leur permettant de valider
expérimentalement des idées, des concepts, des technologies
pour leurs développements futurs. Au total, Camel rassemble
six Enseignants Chercheurs et un ingénieur de R&D, soit sept
permanents.
À QUELS BESOINS INDUSTRIELS RÉPOND LA
PLATEFORME ?
Camel réponde à des besoins d’expertise dans le domaine électromagnétique,
des besoins de conception de dispositif frontend,
d’antennes ou autres dispositifs rayonnants (…) mais aussi
à un besoin de validation et de caractérisation de prototypes,
voire de réalisation avec les moyens d’une autre plateforme de
l’établissement…
DE QUELS MOYENS DISPOSE-T-ELLE ?
© IMT Atlantique - Céline Castel
© IMT Atlantique
Banc de Caractérisation sous pointes
de dispositifs passif ou actif
Parmi les moyens de conception et simulation multi-échelle, la
plateforme dispose d’un circuit ADS et PSpice, de logiciels de
CAO HFSS, CST-MWS, Feko et HyperMesh, d’un moyen de
propagation Winprop et de logiciels de support SolidWorks,
Labview et Matlab. La plateforme Camel possède également
une vaste gamme d’équipements : un électroencéphalographe
(EEG) composé de 256 capteurs, un scanner 3D pour l’obtention
de maillage, des moyens de caractérisation sous pointes et
d’une station sous pointes ainsi que des moyens d’analyse vectorielle
et spectrale (toutes deux jusqu’à 325 GHz). Enfin, nous
disposons de bancs de mesures, parmi lesquels deux chambres
28 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

e ne r gie et n u c l éair e
a u to m o bile
G R A N D P U B LIC
SPATIAL
aéronautique
T E L E C O M
D É F E N S E
M E DIC A L
F E R R O VIAIR E
Accompagnement et expertises amont
Stratégie de qualification
Simulation numérique
Essais en environnement
Conformité électrique
Maintenance de moyens d’essais
Formation
Contact :
Tel. : +33 (0)1 45 37 64 68
commercial@sopemea.fr
www.sopemea.fr

V
MESURES
© IMT Atlantique
Sérigraphie de couche LTCC (Low Temperature
Co-Fired Ceramic) pour module récepteur
anechoiques (400 MHz-18 GHz et 18 GHz-300 GHz, les équipements
de mesure facteur de bruit et bruit de phase ainsi qu’un
banc de caractérisation de matériaux : bande Ka (24-40GHz), W
(75-110GHz), D(110-170 GHz) et J (220-320 GHz)
SUR QUELS PROJETS TRAVAILLEZ-VOUS ?
Les projets en lien avec la plateforme sont très variés et sont en
lien, par exemple, avec les radars avec la caractérisation de parechocs
ou la caractérisation & modélisation des cibles. En lien cette
fois avec les systèmes télécoms, avec la modélisation du canal de
propagation 5G, la conception d’antenne multi-faisceau millimétrique.
Nous menons aussi des projets dans le domaine des objets
communicants avec la conception d’antennes très compactes,
de capteurs innovants (pour la corrosion par exemple) et dans
le secteur de la santé avec l’analyse des ondes cérébrales pour la
prévention de l’épilepsie ou l’interfaçage cerveau-machine.
Hestia » (mmW Multi-user Massive Mimo Hybrid Equipments
for Souding, Transmissions and HW Implementation) concernait
quant à lui l’intégration de front-ends RF à 60GHz avec pour
enjeu le développement d’un sondeur de canal de propagation
dans cette gamme de fréquences, dans le but d’étudier des solutions
de communications de type Mimo, multi-utilisateurs. Quant
au projet « Spatial Modulation » (terminé en 2018), le but de ces
travaux consistait en une meilleure connaissance du canal de
propagation ; une évolutions des standards (amélioration qualité
de transmission et débit) ou une aide au déploiement. Là encore,
ce projet a reçu un prix d’innovation de la part du pôle Images
& Réseaux. Sur le domaine de la 5G, deux thèses sont en cours :
l'une portant sur la bande millimétrique (avec comme partenaire
Orange Rennes), l'autre Plus bas en fréquence, jusqu'à 6
GHz (avec Orange Belfort comme partenaire).
Caractérisation de système communicant
à 60 GHz avec antenne active
ET DANS LE DOMAINE DES OBJETS COMMUNICANTS ?
© IMT Atlantique
© IMT Atlantique
Le projet FUI « Optimisme » (qui s'est achevé en 2019), concerne
quant à lui l’intégration d’une box Wifi avec extension millimétrique
à 60GHz, en partenariat avec Orange, MVG Industries
Bretagne et l’IETR. Celui-ci avait pour objectif d’optimiser
l’intégration de la box, notamment de son système antennaire
millimétrique, multi-faisceaux. Cette étape d’intégration a été
complétée par des phases de caractérisation et de qualification
de cette box. Ce projet a reçu un prix d’innovation de la part du
pôle Images & Réseaux.
Mené en partenariat avec Orange et l’IETR, le projet B-Com « M5
Des projets portent notamment sur la conception d’antennes
très compactes et de capteurs innovants (pour la corrosion par
exemple). Pour les antennes compactes, il s’agit de concevoir des
antennes intégrées dans les dispositifs (en respectant le design
et l’esthétique) du produit. Des travaux de recherche sont aussi
menés au sein de la plateforme Camel avec la construction d'un
portefeuille d’une quinzaine de brevets, parmi lesquels on peut
citer les antennes : « Bonsai », « Spaghetti », « Ailettes »... Les
capteurs intelligents embarquent ce type d'antennes. Quant aux
capteurs intelligents sans fil, ils s’appliquent notamment dansdes
applications de détection de corrosion.
Enfin, les travaux menés au cours de trois thèses (en partenariat
avec UBO et l'Institut de la corrosion) se poursuivent à travers
le projet Européen SensMat (Preventive Solutions for SENSitive
MATerials of Cultural Heritage). Le but est de réaliser du monitoring
de l'environnement et/ou de la maintenance préventive.
Les avancées techniques portent sur des chipless (capteurs sans
puces / sans électroniques / sans batterie) et des dispositifs autonomes
pouvant par exemple être noyés dans du béton. ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
30 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MARCH, 31 ST
2020
APRIL, 03 RD
PARIS NORD - VILLEPINTE
PARIS, THE GLOBAL MEETING PLACE OF THE INDUSTRY
COMMANDEZ
VOTRE BADGE DÈS
MAINTENANT !
TOMORROW’S INDUSTRY IS BEING SHAPED HERE
L’INDUSTRIE DE DEMAIN S’INVENTE ICI
global-industrie.com
VIS GLOBAL basique 210x297 FR.indd 1 14/10/2019 11:27

MESURES
AVIS D’EXPERT
Comment utiliser les vidéo-colorimètres
pour l'inspection visuelle automatisée des écrans
en production ?
Du LCD à l'OLED en passant par la QLED, les écrans de toutes sortes sont sujets à une série de défauts
introduits soit au niveau de leurs composants, soit à la suite d'erreurs lors de la production. Dans
cet article, les équipes d’experts Konica Minolta (à travers le savoir-faire de Radiant Vision Systems,
société acquise en 2015 par le groupe) dévoilent les avantages des vidéo-colorimètres et la bonne
façon de les utiliser.
Pour les LCD et autres écrans rétro-éclairés, les défauts
peuvent se produire à n'importe quel endroit des
nombreuses couches qui composent l'affichage, suite
à des anomalies introduites entre les couches ou à
des contraintes de fabrication lors de l'application des couches.
Pour les écrans émissifs comme les LED, les OLED et les mini
ou microLED, les défauts sont souvent inhérents au niveau
du pixel et du sous-pixel, où une luminance de sortie différente
au niveau de l'élément émetteur peut entraîner des variations
de luminosité et de couleur. Comme aucun processus
de production ne peut garantir la cohérence de chaque écran
produit, il est essentiel de procéder à des tests de qualité pour
chaque écran de la ligne.
Il existe trois approches principales pour l'inspection visuelle
des écrans éclairés en production, que ce soit en ligne ou en
fin de ligne pour la qualification finale :
1. L'inspection humaine - Elle permet de répondre facilement
à des exigences de test modérément complexes.
Relativement lente et variable par rapport aux
méthodes de test électroniques.
2.Inspection par vision artificielle - Très rapide pour
les tests simples. Ne reflète pas l'expérience visuelle
humaine pour de nombreux tests.
3.Imaginez l'inspection basée sur le colorimètre - quelque
part entre les deux méthodes précédentes en termes
de vitesse. Qui reproduit la sensibilité de l'œil humain
à la lumière avec un très haut degré de fiabilité et de
répétabilité.
L'utilisation de systèmes de colorimétrie par imagerie et de
logiciels d'analyse associés pour accéder à la luminance, à
l'uniformité des couleurs et au contraste des écrans - et pour
identifier les défauts des écrans - est bien établie. Une différence
fondamentale entre la colorimétrie d'imagerie et la
vision artificielle est la précision de la colorimétrie d'imagerie
dans la correspondance de la perception visuelle humaine
pour l'uniformité (et la non-uniformité) de la lumière et des
couleurs.
LES DÉFIS DE LA MESURE
Les systèmes d'imagerie colorimétrique sont des systèmes
d'imagerie à base de CCD, calibrés pour reproduire la réponse
visuelle de la lumière, la luminance et la couleur d'un observateur
humain standard, comme défini par les modèles de
la CIE. Les colorimètres fournissent des mesures précises et
simultanées de la luminance et de la couleur et de leur relation
spatiale dans des images bidimensionnelles. Lorsqu'ils
sont utilisés sur des écrans d'affichage, les video-colorimètres
capturent des données qui peuvent être facilement utilisées
pour déterminer l'uniformité de l'affichage et le contraste. En
outre, les variations d'uniformité peuvent être analysées pour
identifier et localiser les éventuels défauts d'affichage. Trois
défis importants pour la mesure et l'analyse de l'affichage sont :
1. Identifier les défauts ayant une forte corrélation avec la
perception visuelle humaine
2. Quantifier la gravité des défauts
3. Effectuer l'analyse rapidement et avec une grande répétabilité
32 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
L'analyse et la quantification des défauts peuvent servir de
base aux décisions relatives, au composant de l'affichage
qui a causé le défaut et à la détermination des actions
suivantes - par exemple, mettre l'affichage au rebut ou le
retourner pour réparation - ce qui augmente l'efficacité
des tests de qualité et réduit potentiellement les coûts.
Figure 1 - Causes courantes de la mura, notamment la non-uniformité
ou les défauts introduits entre les couches d'affichage,
le fluage de la lumière autour des couches, la pression appliquée
par le boîtier d'affichage ou la contrainte appliquée par la
déformation du module d'affichage.
MESURES ET MISE EN PLACE
En spécifiant une séquence de test automatisée appropriée,
un video-colorimètre peut être utilisé pour obtenir
des données étendues, précises et à haute résolution pour
décrire les performances d'un affichage particulier. Ces
données de mesure peuvent souvent être obtenues, (selon
la technologie d'affichage et la résolution), en quelques
secondes à une minute pour des séquences de test typiques.
En utilisant les techniques d'analyse des défauts d'uniformité
(mura), ces images peuvent être utilisées pour déterminer
les différences à petite échelle entre les défauts qui
sont directement liés à leur cause physique. La mesure et
l'analyse automatisée des écrans à l'aide d'un video-colorimètre
nécessitent une combinaison de logiciels de contrôle
et d'analyse des mesures. Les principaux composants du
système sont :
1. Un système de colorimétrie d'imagerie de qualité
scientifique ;
2. Un logiciel de contrôle des mesures sur PC qui
contrôle à la fois le colorimètre imageur et l'affichage
de l'image de test sur l'appareil testé ; et
3. Une suite de fonctions d'analyse d'images qui
permettent d'effectuer divers tests.
Le résultat est un système qui peut fournir une inspection
quantitative et automatisée des défauts d'affichage d'une
variété, tels que les défauts ponctuels, les défauts de ligne
et le mura. L'architecture logicielle de test automatisé utilisée
dans cet exemple est le logiciel TrueTest de Radiant
Vision Systems société racheté en 2015 par Konica Minolta.
Ce logiciel se compose d'un ensemble de modules de
contrôle des mesures qui assurent l'interface avec le colorimètre
d'imagerie et l'écran testé. Une série de fonctions
de test spécifiques est construite sur cette base, en utilisant
des appels de fonction pour générer diverses mesures
d'écrans blancs, rouges, bleus et verts à différents niveaux
de luminance pour l'analyse de l'uniformité, ou de motifs/
mires en damier pour la mesure du contraste, etc.
Les tests utilisant la colorimétrie par imagerie sont plus
rapides, plus flexibles et plus reproductibles que l'inspection
visuelle humaine. Elle est également plus précise que
la vision artificielle pour faire correspondre la perception
visuelle humaine. Les video-colorimètres capturent avec
précision la relation spatiale entre la lumière et les variations
de couleur sur un écran, ce qui rend cette méthode
de mesure idéale pour évaluer les performances visuelles
APPLICATION D’UN ÉCRAN POUR DÉTECTION DES
DÉFAUTS
Un large éventail de défauts d'affichage peut être identifié
comme des défauts de pixels et de lignes, des imperfections
physiques dans la fabrication de l'écran (comme la délamination),
des dommages à l'écran (comme les rayures)
et des imperfections dans l'uniformité de l'image (comme
le mura). Le mura est particulièrement fréquent dans les
écrans LCD où les contraintes de fabrication et les incohérences
d'assemblage peuvent introduire des défauts entre
les couches de l'écran, et est également le résultat de la
variation pixel par pixel dans les écrans LED et OLED.
Grâce aux récents développements en matière de quantification
de l'inspection visuelle, ces défauts peuvent être
classés numériquement selon qu'ils soient (ou non) perceptibles
pour les observateurs humains. Ce processus d'analyse
est rapide et très reproductible. Il peut être utilisé avec
plusieurs technologies d'affichage, notamment les écrans
LCD, LED, OLED et de projection. Ces méthodes de détection
et de classification des défauts sont démontrées ici par
l'analyse d'un certain nombre d'écrans.
La figure 5 montre une mesure photopique d'un écran
présentant un défaut ponctuel ; le logiciel d'analyse identifie
ce défaut et l'indique sur l'image de l'écran, comme
le montre la figure 6. Les défauts ponctuels peuvent être
classés comme un pixel défectueux si l'analyse détermine
que la défaillance est le résultat du collage d'un LCD ou
d'un pixel émissif. Cependant, l'observation directe sous
un seul angle ne peut pas déterminer la différence entre un
pixel mort et une particule sur la surface arrière du verre
d'affichage. Dans ce cas, un examen secondaire est nécessaire
pour discriminer et classer la cause.
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I33

MESURES
les défauts d'affichage. Ainsi, une mesure colorimétrique
de la distribution spatiale de la luminance et de la couleur
peut être traitée pour créer une carte JND de l'image où
les défauts de Mura sont mis en réseau avec une corrélation
directe avec la perception visuelle humaine.
Figure 2 - Mesure photographique d'un affichage présentant un
défaut ponctuel - pouvez-vous le voir ?
Les figures 9 et 10 illustrent les étapes de traitement pour
l'identification du Mura. Comme étape intermédiaire,
une image de différence est générée qui montre les écarts
de luminance par rapport à l'image de référence. Puis une
image JND. Ces effets sont facilement identifiés et classés
séparément.
Figure 3 - Le défaut ponctuel est identifié par le logiciel d'imagerie
colorimétrique AVI et marqué sur l'écran d'affichage ;
nous avons effectué un zoom avant pour le rendre plus visible
Dans le cas du mura, la détection et la classification
peuvent être plus complexes. Les défauts de mura sont
généralement des défauts de luminance ou de couleur
non uniformes qui couvrent une zone étendue et irrégulière.
Ils sont détectés en identifiant les contrastes de
luminance ou de couleur qui dépassent un seuil perceptible.
Cependant, comme la perception humaine de ce
contraste dépend d'un certain nombre de facteurs, dont
la distance de vision, la fréquence spatiale et l'orientation.
Le mura ne peut pas être identifiées en examinant
des valeurs de contraste simples et absolues.
Les récents progrès dans la modélisation de la sensibilité
visuelle humaine aux défauts d'affichage permettent
de quantifier la Mura en termes de « différences simplement
perceptibles » (JND = Just noticeable differences).
Sur la base d'un échantillon d'observateurs humains,
l'échelle JND est définie de manière à ce qu'une différence
JND de 1 soit juste perceptible ; sur une échelle absolue,
une valeur JND de 0 représente l'absence de contraste
spatial visible et une valeur JND absolue de 1 représente
le premier contraste spatial perceptible - ce qui, pour les
technologies d'affichage, permet de mettre en évidence
Figure 4 - Une image de différence montre les écarts de luminance
par rapport à une image de référence calculée. L'emplacement
de la mura est mis en évidence.
Figure 5 - Une carte JND "false-color" de l'affichage est
présentée. Les fuites de lumière au bord de l'écran et un
défaut important de mura sont identifiées avec des valeurs
JND plus élevées.
Une fois les défauts classés, l'action suivante peut être
effectuée pour accepter, rejeter ou réparer l'affichage.
En fonction de l'endroit où un défaut se produit dans les
couches d'un LCD, et du moment où le défaut est identifié
dans l'assemblage du LCD, une réparation peut être plus
ou moins possible. Pour les affichages émissifs comme
les LED et OLED, le mura et la sortie de pixels défectueux
peuvent potentiellement être contrôlés en ajustant
34 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
la sortie à chaque élément auto-émetteur. Un processus
appelé "Demura" peut être réalisé pour mesurer les
valeurs de sortie de chaque pixel individuel de l'affichage
et calculer des facteurs de correction, qui peuvent être
appliqués aux pixels à l'aide d'un contrôleur d'entrée pour
piloter des valeurs de luminance équivalentes, produisant
ainsi un affichage d'apparence entièrement uniforme.
La méthode Demura est avantageuse pour réduire les
déchets de matériaux coûteux utilisés dans la production
d'écrans émissifs.
Le vidéo-colorimètre permet de tester l'AVI et de quantifier
les défauts d'affichage. Pour déterminer ou classer
la cause première du défaut, et donc déterminer la
disposition de l'affichage, il faudra parfois recourir à
une inspection humaine. Dans de nombreux cas, comme
pour le défaut de ligne illustré à la figure 4, il existe une
relation univoque entre le défaut identifié et une cause.
Dans ces cas, la classification est immédiate et l'inspection
humaine n'est pas nécessaire. Dans d'autres cas, comme
pour certain mura, il existe de multiples causes possibles,
de sorte que des informations supplémentaires soient
nécessaires pour compléter la classification. Une méthode
efficace pour effectuer cette classification consiste à
demander à l'opérateur humain de déterminer laquelle
des plusieurs causes peut être la bonne. Pour accroître l'efficacité
de la classification humaine, un logiciel d'analyse
photométrique indique à l'opérateur l'emplacement exact
et les détails du défaut qui doivent être examinés plus en
détail. En ciblant spécifiquement le défaut qui nécessite
une classification et en présentant les détails appropriés,
le jugement humain peut être ciblé et accéléré.
Une fois qu'un problème de qualité ou un défaut est
identifié par un test AVI basé sur un video-colorimètre,
certaines mesures seront prises - par exemple : accepter,
rejeter et mettre au rebut, ou rejeter et réparer. Cette
détermination, ou classification, dépendra dans l'art de
distinguer la cause du problème de qualité ou du défaut.
Pour le défaut ponctuel représenté sur les figures 5 et
6, l'opérateur se voit présenter l'emplacement exact et
les informations sur le point noir, ce qui lui permet de
déterminer rapidement s'il s'agit d'un pixel mort ou d'une
particule au dos du verre de l'écran, par exemple. ●
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I35

MESURES
RETOUR D’EXPÉRIENCE
Une étude de
simulation
électrothermique
menée avec succès par
ZFW
Implanté à Stuttgart, l’institut de recherche
en gestion thermique ZFW – Zentrum für
Wärmemangement – propose des services
complets en matière de gestion thermique et
de tests de durée de vie des composants et des
systèmes. Afin de mieux affiner la prédiction de
la durée de vie des composants, l'entreprise a
eu recours à des outils de simulation de Mentor
Graphics (groupe Siemens).
Quel que soit leur secteur d’activité, nos clients
veulent globalement tous la même chose : une
solution simple et rapide à un problème thermique
spécifique. Nous utilisons un système de
CFD (mécanique des fluides numérique) rapide, simple d’emploi
et capable de s’adapter à différentes applications, car nos
missions de conseil couvrent la quasi-totalité des secteurs
d’activité, de l’automobile aux systèmes de production, et nos
clients nous appellent généralement pour des projets critiques
en termes de temps. Notre logiciel de CFD nous permet donc
de répondre de façon rapide et fiable à leurs questions. Outre
des simulations, nous proposons à nos clients un grand choix
de techniques de mesure et de bancs d’essai. Nous pensons en
effet que, dans un service d'ingénierie moderne, la simulation
et la mesure doivent être liées pour fonctionner efficacement.
En électronique de puissance, il est essentiel d’associer étroitement
simulation et mesure. En effet, les plus petits écarts
lors de la simulation peuvent faire une grande différence lorsqu’il
s’agit de prédire la durée de vie d’un composant. Dans le
cadre d’un projet industriel, ZFW a réalisé une étude détaillée
de simulation électrothermique pour un pont redresseur,
pour illustrer l’utilisation de simulations couplées dans le but
d’obtenir de meilleurs résultats lors des prédictions de fiabilité
dans le domaine de l’électronique de puissance.
Les prévisions de croissance du marché de l’électronique de
Christian Rommelfanger
Ingénieur de développement en gestion
thermique au sein de la société allemande
Zentrum für Wärmemangement (ZFW)
Figure 1. Prévisions de croissance d
puissance montrent une augmentation de 200% au cours des
dix prochaines années (figure 1). Cet accroissement de la
demande est dû à plusieurs facteurs, tels que le développement
rapide du marché de la mobilité électrique, la forte demande
en matière d’énergie renouvelable, et la croissance du marché
des appareils personnels, pour n’en citer que quelques-uns. Pour
la plupart de ces applications, les clients ont des exigences
élevées en ce qui concerne la durabilité des appareils.
Selon la règle empirique, une variation de température de 10
K induit une différence de presque 50% en ce qui concerne
la durée de vie. Il devient donc évident que même les erreurs
courantes résultant des simulations peuvent entraîner des
erreurs encore plus grandes dans la prévision de la durée de
vie. Ainsi, une erreur de 5% dans le calcul des pertes de puissance
au sein d’un appareil peut avoir une forte incidence sur
la prévision de sa durée de vie. En général, la marge d’erreur
de nos clients en matière de prédiction des pertes de puissance
est de +/-10%.
36 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
Comme indiqué précédemment, une variation
de 10 K de la température induit une
variation de presque 50% de la durée de vie.
En raison de cette relation entre température
et durée de vie, il est indispensable de dispo-
Voilà pourquoi il est très important
pour les ingénieurs d’utiliser des
modèles exacts pour effectuer leurs
prévisions de fiabilité lors des premiers
stades du développement. En outre, il
est crucial de se baser sur des conditions
limites adéquates, précises et qui
correspondent à l’application.
Pour résumer, le terme « électronique
de puissance » désigne l’utilisation
de composants électroniques
à semi-conducteurs pour contrôler
le courant électrique. Dans l’industrie
moderne, il existe de nombreuses
applications dans lesquelles l’électronique
de puissance contribue à contrôler
le courant électrique. Ainsi, les
sance du marché de l’électronique de puissance
redresseurs permettent de transformer
le courant alternatif distribué par
le réseau électrique en courant continu direct, par exemple pour recharger
la batterie d’une voiture électrique. Dans les appareils personnels tels que
les téléphones portables, des convertisseurs CC/CC sont utilisés pour maintenir
la tension à une valeur fixe quel que soit le niveau de charge de la batterie.
La plupart des entreprises utilisent le modèle empirique de base Coffin-Manson
(voir Équation 1) et ajoutent à l’équation des influences spécifiques qu’elles
ont observées lors de leurs expériences.
Nf : cycles avant défaillance
a et n : paramètres empiriques
T : température
Ainsi, l’approche d’Arrhenius (Équation 2) est très souvent ajoutée à la loi de
Coffin-Manson pour prendre en compte l’influence de la température de jonction
moyenne sur la prévision de la durée de vie.
Figure 2. Niveau de détail - Construction d'un modèle - Qualité des résultats
« Grâce aux résultats de
notre étude, réalisée à l’aide
du testeur MicReD Power
Tester et de FloEFD, il est
possible de créer des modèles
de simulation fiables et
réutilisables. »
Christian Rommelfanger, ZFW
Ea : énergie d’activation
K : paramètre empirique
Tm : température moyenne
Tj : température de jonction
Nous avons utilisé le testeur MicReD Power
Tester afin de déterminer les coefficients
empiriques de l’équation de Coffin-Manson,
ainsi que de nombreux autres paramètres
utilisés dans différents types de lois
régissant la durée de vie établies par nos
clients. Il existe un grand nombre de stratégies
pour déterminer les constantes des lois
qui déterminent la durée de vie des composants,
telles que la variation de la température
constante ou le courant constant, etc. La
stratégie appropriée dépend toujours de l’application
considérée. En nous basant sur les
constantes ci-dessous pour une application
donnée, appropriées pour la loi Coffin-Manson
de base, nous arrivons au résultat qu’une
variation de la température de jonction d’environ
10 K induit une variation d’environ
44% de la durée de vie (Équation 3).
a = 10000000000
n = 2,7
Nf (80°C) = 72720
Nf (70°C) = 104288
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I37

MESURES
Figure 4. Simulations électrothermiques dans l'outil FloEFD
Figure 5. Une distribution détaillée des pertes de puissance permet
d’améliorer la conception
Le post-traitement de la simulation thermique montre la distribution
de la température dans la diode. On peut remarquer que
le fil de liaison participe à ce transfert de charge transitoire, en
raison de sa capacité à jouer le rôle de dissipateur thermique.
Lorsque l’on compare cette simulation avec les résultats des
mesures effectuées dans le testeur MicReD Power Tester, l’erreur
de température à la jonction se révèle inférieure à 1 K.
Figure 3. MicReD Power Tester
ser de modèles exacts pour les composants électroniques. Les
résultats des modèles thermiques peuvent être améliorés en
couplant la simulation thermique avec une simulation électrique.
La figure 4 montre le fonctionnement des simulations électrothermiques
dans FloEFD. La géométrie représente une diode
d’un pont redresseur. Les limites électriques sont 3 paliers de
puissance en 20 secondes, d’une durée de 2 secondes chacun.
La limite thermique est une température fixe mesurée au bas
de l’appareil.
La simulation électrique 3D permet de prédire l’échauffement
par effet Joule dans chaque partie du système. Le couplage entre
la simulation électrique et la simulation thermique est bidirectionnel.
Il permet de transférer directement les pertes de puissance
dues à l’effet Joule dans la simulation thermique (figure 5),
et la température nécessaire pour prédire la résistance dépendante
de la température dans la simulation électrique.
Dans la puce silicium proprement dit, la perte de puissance est
de 76,1 W. Un modèle thermique autonome utilisant la perte
de puissance totale de 81,6 W comme source de volume dans le
silicium induirait donc une erreur de 7%. Cette erreur provoquerait
une erreur de température de 8,4 K, en supposant une
température de jonction de 120°C. Calculer la durée de vie avec
cet écart de 8,4 K entraînerait une erreur de 50% dans la prévision
de la durée de vie.
La résistance électrique dépendante de la température de la
puce silicium est calibrée grâce à une étude paramétrique de
la valeur RSDon mesurée dans le testeur MicReD Power Tester
pour un courant donné. Sur le post-traitement de la simulation
électrique, la chute de tension dans la puce silicium est
clairement visible.
CONCLUSION
Dans les études de fiabilité des composants électroniques de
puissance, il est important de disposer de prévisions exactes
concernant le champ de température de la puce silicium. Les
modèles thermiques ordinaires donnent une bonne idée de la
distribution de la température dans un système électronique,
mais quand il s’agit d’évaluer la fiabilité des composants, des
études électriques et thermiques détaillées doivent être réalisées
en raison de la sensibilité de ces composants à la température.
Pour simuler le comportement thermique d’une puce,
il est très important de disposer de données fiables concernant
le matériau dont elle est constituée. Une étude paramétrique
comparant la chute de tension mesurée à la chute de tension
simulée peut aider à caractériser ce matériau. Pour un modèle
électrothermique calibré, l’erreur peut être inférieure à 1 K si
la température de la plaque de base est fixe (plaque froide) et
que les pertes thermiques sont dues à l’effet Joule. La méthodologie
employée dans cet exemple n’est pas réservée aux diodes ;
elle peut aussi être appliquée aux MOSFET et aux composants
similaires. ●
EN SAVOIR PLUS > www.zfw-stuttgart.de
Christian Rommelfanger (ZFW)
38 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
AVIS D'EXPERT
La photogrammétrie : un procédé fiable et
incontournable pour une caractérisation 3D précise
d’un satellite
Opérationnelle depuis plus de vingt ans au sein du Département en charge des Intégrations et
essais satellites de Thales Alenia Space à Cannes, la photogrammétrie est une technique optique
éprouvée qui a trouvé naturellement sa place comme moyen de métrologie dimensionnelle : elle
est souple, précise, efficace et, comme nous allons le voir, robuste.
2 e partie
Philippe Baussart
Chez le constructeur Thales Alenia Space, Philippe Baussart est le référent métier
Alignement TAS-F spécialisé en photogrammétrie, responsable alignement des
programmes science ESA (Planck – Herschel) et charges utiles optiques. Il assure à la
fois la définition et la mise en œuvre des essais, et l’exploitation des mesures en fonction
des exigences techniques exprimées par les analystes thermique et mécanique.
…Suite de la première partie parue dans le n°139 d’Essais &
Simulations
Ces cibles, d’un diamètre de 3 à 6 mm selon la taille
de la scène de mesure et l’éloignement de l’objet, ont
la particularité de renvoyer la lumière dans la direction
incidente. L’intérêt de cette propriété est double :
d’une part, la caméra de prise de vues étant munie d’un flash
annulaire, un très fort taux de contraste est obtenu entre la cible
et son environnement : les algorithmes de détection de cible,
couplés à une gestion intelligente du flash, permettent ainsi d’atteindre
aisément une résolution de l’ordre de 1/10 pixel. D’autre
part, le mode d’acquisition en open flash (ouverture programmable
de l’obturateur pendant quelques millisecondes, puis
déclenchement du flash sur 1 milliseconde suivi de la fermeture
de l’obturateur) permet d’ajuster le degré de visibilité de l’objet
mesuré. Il est intéressant de noter qu’en jouant sur la durée
d’obturation, il est possible de faire disparaître l’objet pour ne
voir in fine que les cibles sur fond noir. Cette fonctionnalité
présente un grand intérêt lorsque que des experts, non habilités
sur un projet donné, sont sollicités pour donner leur avis.
Bien que de nombreux appareils de prise de vues soient adaptés
pour cette application, nous avons reporté notre choix sur une
caméra spécifiquement dédiée d’une résolution de 12Mpixels.
Elle permet de garantir des paramètres opto-mécaniques très
stables au cours d’une acquisition et elle peut être facilement
embarquée dans un canister étanche, balayé à l’azote régulé
en température afin d’éviter les phénomènes de condensation.
Les cibles sont qualifiées pour des températures de - 195°C à
+200°C, sous vide secondaire (10-6 hPa).
Comme la technique de calcul inhérente à l’exploitation des
images repose sur la triangulation spatiale, il est nécessaire
d’introduire la notion de facteur d’échelle. C’est d’ailleurs le
seul paramètre extérieur à l’objet qui doit être introduit dans
la scène. Ce paramètre est identifié grâce à une ou plusieurs
barres positionnées à proximité de l’objet et confectionnées
en zerodur en raison de son très faible coefficient de dilatation
thermique : ces barres portent également des cibles dont
les inter-distances sont connues par rattachement à un étalon
de longueur certifiée.
UNE MESURE, C’EST LONG ? C’EST PRÉCIS ?
A l’issue de l’instrumentation de l’objet à caractériser avec
des cibles réfléchissantes, une mesure de photogrammétrie se
déroule en trois phases : l’acquisition, c’est-à-dire l’ensemble des
prises de vue, le calcul du nuage de points 3D, et l’analyse logicielle
dédiée en fonction de la finalité de l’essai [2].
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I39

MESURES
Outre la réalisation des images, la phase d’acquisition doit
valider en temps réel l’exploitabilité des vues par scan-détection
de cibles et relèvement spatial des images dans le
référentiel image. Les images doivent être, en effet, positionnées
selon les règles de l’art pour assurer la qualité de
la résolution ultérieure du réseau d’équations. Pour un
objet où seul le mouvement de la caméra est requis, la
durée d’acquisition est inférieure à 15 mn. Pendant cette
durée, l’objet ne doit pas se déformer ; de sorte qu’en cas
d’essais en vide thermique, il est nécessaire d’observer un
palier en température lors des prises de vue.
En fin de calcul, on dispose des coordonnées 3D optimisées des
points de mesure dans le repère objet (en blanc) et des coordonnées
optimisées des stations de prise de vue depuis le bras rotatif.
En vert, un exemple des rayons perspectifs calculés sur un des
points (4).
Image photogrammétrique acquise et traitée en temps réel (4).
En vert, les cibles détectées.
En médaillons, la mesure d’une cible avec, à sa droite, sa traduction
en niveaux de gris qui servent de base à l’algorithme de calcul de
centroïde.
L’étape de calcul effectue un appariement automatique
des images à partir des points communs et constitue un
système d’équations hyperstatique décrivant la trajectoire
de l’ensemble des rayons perspectifs issus des mesures de
cibles dans le plan image et intersectant les cibles en espace
objet [3]. Ce calcul dit « d’ajustement de faisceaux » est
réalisé en quelques dizaines de secondes pour une scène
classique de 1 000 points et 100 images. Au cours de ce
calcul, les positions de prises de vues sont optimisées et
l’appareil de prise de vues autocalibré. C’est lors de cette
phase que la robustesse du réseau géométrique formé par
les points de mesure et les positions successives de prise
de vues est essentielle. Cette robustesse est évaluée en fin
de calcul et quantifiée par des indicateurs de propagation
d’erreur. Si elle se révèle satisfaisante, un fichier 3D de
points est généré. A chaque point est associé une précision
statistique individuelle, axe par axe : des précisions
individuelles de 1/100 000 (soit 10 μm/m) à 2σ sont généralement
atteintes.
L’analyse logicielle dépend certes de la finalité de l’essai mais
elle consiste généralement, pour un essai thermoélastique, en
une superposition des géométries de l’objet pour les différents
paliers de température. C’est un post traitement optionnel qui
a lieu après l’essai, toutes les combinaisons de superpositions
étant possibles dès lors que les points sont calculés. Un autre
avantage de la démarche tient à ce que ces résultats de déformations
thermoélastiques peuvent être couplés aux mesures
simultanées d’une caméra infrarouge embarquée dans le caisson
vide thermique. On obtient ainsi une corrélation directe
entre la température et la déformée locales de l’objet. Cette
comparaison est très prisée des analystes mécaniques lorsqu’il
s’agit d’analyser, en temps réel, des phénomènes locaux ou
globaux, tant sur un plan qualitatif que sur un plan quantitatif
: elle est d’ailleurs devenue incontournable pour la corrélation
mathématique des modèles de prédiction thermique.
Exemple de déformées thermoélastiques
entre un cas froid et un cas chaud (4).
Les déformées sont ici amplifiées 500 fois.
En jaune, l’étalon de longueur zerodur.
40 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

MESURES
COMMENT S’ASSURER DE LA REUSSITE D’UN ESSAI ?
Tours d’antenne, réflecteurs, éléments structuraux... De
nombreux sous-systèmes de satellite sont régulièrement
testés et mesurés en photogrammétrie dans les caissons
cannois. Mais au-delà de ces systèmes spatiaux, tout type
d’équipement nécessitant un essai thermoélastique compatible
en encombrement stérique, en gamme de température
et en dégazage avec un caisson vide thermique donné
peut envisager d’être ainsi testé. À cet effet, le centre d’essais
de Thales Alenia Space de Cannes s’est doté d’un outil
de simulation photogrammétrique qui permet, sur la base
d’un fichier théorique de CAO de l’objet, de générer des
pseudo-observations et d’optimiser le nombre et le positionnement
des cibles, et les positions de prise de vues : à
partir du fichier CAO et des points d’intérêt choisis, l’outil
gère les opacités quelle que soit la complexité de l’objet.
Il permet de placer un nombre quelconque de cibles sur
l’objet, de prendre en compte les incidences des rayons
perspectifs sur les cibles, d’apprécier la qualité de relèvement
d’une image a priori... car il est évident qu’un nombre
trop faible ou une mauvaise répartition de cibles sur une
image pénaliserait son relèvement spatial et affaiblirait
d’autant le calcul d’ajustement de faisceaux. De même, une
cible vue sous des angles trop proches serait mal triangulée,
ce qui ne manquerait pas d’occasionner des incertitudes
plus élevées. Une fois ces paramètres géométriques
optimisés, la simulation effectue plusieurs centaines de
calculs d’ajustement de faisceaux en bruitant chaque fois les
mesures des pseudo clichés. L’écart type du bruit gaussien
appliqué a priori est principalement lié à l’appareil de prise
de vues utilisé : il est parfaitement maîtrisé dans le cadre
de d’utilisation des moyens classiques d’essais. Ainsi, une
faible dispersion des résultats sur les points objet permet
de mettre en évidence, avant la réalisation de l’essai, une
qualité de mesure qui sera irréprochable et l’expérience,
réitérée sur des centaines de sous-systèmes de satellite n’a
jamais fait que le confirmer.
CONCLUSION
Références
Exemple de simulation photogrammétrique
sur un objet volumique de 20m (5).
En vert clair, les points d’intérêt. En vert
foncé, la position calculée pour les caméras.
Avec cette configuration, la précision de
1/100.000 à 2σ est atteinte.
[2] Ph. Baussart, A.Meurat « videogrammetry applied to
environmental testing for space programs » Proceedings 4th
International Symposium on Environmental Testing for Space
Programs (ESASP-467, August 2001).
[3] B. Balland « Optique géométrique , imagerie et instruments »,
PPUR.
[4] Images issues du logiciel VSTARS, © Geodetic Services Inc.
5] Image issue du logiciel de simulation Pheex, © Geofit.
[6] Cible plane, ©Géodésie Maintenance Services.
Thales Alenia Space est un pionnier dans l’utilisation de
la photogrammétrie pour la caractérisation thermoplastique
des sous-systèmes de satellites en vide thermique et,
compte tenu de ses performances, de sa fiabilité et de son
faible coût industriel, elle est devenue incontournable pour
les études de déformations thermo-mécaniques conduites
par les analystes Thermique & Mécanique.
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I41

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
EVENT
JEC World,
the great meeting place for composite materials,
returns to Villepinte at the beginning of March
The world trade fair for composite materials professionals will open its doors from 3 to 5 March at the Paris Nord-
Villepinte Exhibition Centre. It is the most important annual event in the sector, welcoming all the major players
in a spirit of innovation, business and networking.
With 1,400 expected exhibitors and more than 45,000 expected professional visits from 112 countries, JEC World has
become a global festival, and the undisputed reference for the composites industry. JEC World 2020 looks set to be
even bigger. It is already 95% booked – a strong demonstration of the industry’s commitment. A significant number
of industry leaders and JEC World regulars have confirmed they will attend, and the industry’s leading countries
and regions will be represented at 28 regional and international pavilions.
Among the highlights of the show, visitors will be able to visit different areas and events: the JEC Innovation Awards, the Startup Booster,
the Composites Challenge, Innovation Planets (Mobility, Aero & Space, Construction & Energy, and Sports & LifeStyle), a new
3D Printing and Bio-based solutions hubs and, finally, a dedicated zone will present 50 years of expansion in the composites industry
across 15 application sectors. This retrospective will put the future potential of the composites industry into clearer perspective.
In this special editorial file, we will address various subjects and issues concerning both the testing of composite parts and the arrival
of additive manufacturing. Enjoy reading!
Olivier Guillon
JEC World affirms global leadership in composites innovation, business and networking
© Foucha Muyard
CONTENTS OF THIS ISSUE
44 IPC wants to accelerate in the recycling of composite materials
and research
46 Launch of a platform to study the mechanical fire behaviour of
aeronautical composites
49 Inspiring young engineers to design for the future at EPFL
52 Fibersim helps Roding Automobile advance lightweight design
55 De la caractérisation des matériaux à leurs lois de
comportement
56 “There is a lack of standard operating procedures and methods
for printing parts”
58 Qualifying additive manufactured rocket parts with simulation
42 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

PUBLI-COMMUNIQUÉ
Altair applique son concept Simulation-Driven
Design aux composites et booste l’innovation produit
Les matériaux composites sont reconnus comme l’une des
clés de "l’ allégement" de structures de véhicules. Notamment,
il doit contribuer au respect des limites de pollution
toujours plus strictes tout en augmentant l'autonomie
des véhicules. Les composites représentent un large ensemble de
matériaux complexes dont l'application réussie dans la conception
repose sur une bonne compréhension du comportement du
renforcement des fibres et de la résine polymère, tout en cherchant
à obtenir des performances mécaniques constantes pour
tous les procédés de fabrication choisis. L'un des avantages des
composites étant la possibilité de n'appliquer le matériau que là
où il est nécessaire, les ingénieurs d'aujourd'hui se tournent vers
la simulation afin de concevoir des produits à la fois robustes,
fiables et optimisés utilisant des matériaux complexes et ainsi
répondre en toute confiance à toutes les problèmatiques de charge
et de durabilité. Avec Altair HyperWorksTM, une large suite
complète d'outils de simulation et d'analyse pour la conception
des structures composites, il est désormais possible de convertir
des conceptions métalliques en matériaux composites, d’optimiser
les performances et le poids, et d’explorer, de manière intuitive,
les variations de conceptions.
#ULTRALEICHTBAUSITZ est un excellent exemple de
l'utilisation particulièrement innovante de la suite Altair
HyperWorksTM dans les composites. Dans ce projet, Alba Tooling
& Engineering (Autriche), Automotive Management Consulting
GmbH (Allemagne) et CSI Entwicklungstechnik (Allemagne)
ont utilisé la simulation et les composites pour concevoir un
siège ultra-léger destiné aux hypercars, aux taxis aériens, aux
véhicules ultra-légers et aux véhicules de micro-mobilité. Gagnant
#ULTRALEICHTBAUSITZ
Structure de cadre réalisée
et optimisée grâce à
la simulation en utilisant
"xFK in 3D" pour l'enroulement
de filaments de
fibre de carbone génératif
#ULTRALEICHTBAUSITZ : un
siège de véhicule confortable
permettant d’alléger de 20 %
son poids par rapport aux sièges
existants. Grâce à l’approche
initiée par Altair, Simulation-
Driven Design, seulement 7 mois
ont été nécessaires pour passer
de l'idée au prototype physique.
de la catégorie "Future of Lightweighting" de l’Altair Enlighten
Award en 2019 - seul prix de l'automobile consacré à l'allègement
des véhicules - CSI Entwicklungstechnik (Allemagne) fut
responsable, dans la chaîne du processus numérique, de l’analyse
des contraintes, de l’analyse structurelle statique et dynamique, de
l’ingénierie de conception, du concept hybride et multi-matériaux,
de la simulation et de l’optimisation topologique, de la faisabilité
de fabrication, de la validation du projet physique et virtuelle.
L’objectif poursuivi ? Produire un siège de véhicule confortable et
réduire son poids de 20% par rapport aux sièges disponibles sur
le marché. Grâce à l’approche développée par Altair et intitulée
Simulation-Driven Design, le processus de conception a été réalisé
en 7 mois à peine, depuis l'idée jusqu’au prototype physique.
Constituée de matériaux hybrides, la structure du siege a été créée
uniquement avec des technologies de pointe pour les composants :
la fabrication additive (FA) à partir d’acier inoxydable et d'alliage
d'aluminium pour les armatures dépendant des cas de charge ;
des structures en fibre de carbone générative ("xFK dans 3D")
pour l’armature, l’impression 3D pour les coussins du dossier et
un panneau dorsal intra-laminaire renforcé (3D|CORE).
Plus d'informations sur Altair et ses solutions, la compétition
intitulées Altair Enlighten Award ainsi que sur ce projet, venez
nous rencontrer au JEC World 2020 (Paris) du 3 au 5 mars, le plus
grand salon international de l'industrie des composites.
A cette occasion, CSI Entwicklungstechnik expliquera
ce cas d’application lors de la conférence Altair qui aura
lieu le mardi 3 mars à partir de 13h dans l’Agora. Le siège
#ULTRALEICHTBAUSITZ sera, quant à lui, exposé au stand
Altair E86 dans le hall 5. ●
EN SAVOIR PLUS >
https://www.youtube.com/
watch?v=m9BBVVqTTUE&feature=youtu.be
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020 I43

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
RESEARCH
IPC wants to accelerate
in the recycling of composite
materials and research
Gilles Dennler, the new Director of Research at IPC, the
industrial technical centre dedicated to plastic and composite
innovation, which took over from Bertrand Fillon last winter,
has taken over the reins of a structure of nearly 130 employees
involved in numerous French and especially European
projects. Among the technical centre's priorities are reducing
production costs and, now at the forefront, recycling composite
materials.
Gilles Dennler
Gilles Dennler holds an engineering degree in materials
physics from Insa Lyon, a Ph.D. in Plasma Physics
from Paul Sabatier University in Toulouse and a Ph.D.
in Engineering Physics from Ecole Polytechnique de
Montréal. In 2003, he joined the University of Linz
(Austria) where he holds a position as assistant professor
in physical chemistry. He was recruited in 2006 by the
start-up Konarka, dedicated to the development and
commercialization of polymer solar cells. There he held the position of Director of
Research (Lowell, MA, USA) and worked closely with Prof. Alan Heeger (UCSB), Nobel
Laureate in Chemistry and founder of the company. In 2011, he will take over the
direction of the Materials Laboratory of the Minoru Institute for Advanced Research
(IMRA, Sophia-Antipolis), which is part of the Toyota group. He joins IPC in 2018 as
Deputy Research Director for Major Programs (circular economy, new energies,
mobility, well-being). Gilles Dennler has published around a hundred scientific
articles and filed around thirty patents.
value-added production, such as "smart
composites" with embedded intelligence
and sensory capture or IoT. "The
factory of the future is to be built and
new products with high added value are
needed to increase the competitiveness of
our industrial branch," explains Gilles
Dennler. IPC's mission is to help plastics
and composites companies meet these
technological challenges and prepare for
the future through innovation.
STRONG INVOLVEMENT IN
RESEARCH PROJECTS
"The transition to a circular economy
has become a national priority".
IPC's new R&D director could not
be clearer. "The place of composites
is part of a context of “plastic bashing”
which is pushing us to move towards
the circular economy. This circularity
of materials has become a very important
issue in recent years because
although composite materials have
intrinsic qualities that enable them to
increase the life of parts, they are nevertheless
very difficult to recycle". The
issue of recycling is felt at the end of a
product's life but also at the production
stage when parts are scrapped. From
a production point of view, the trend
is always towards lower costs; "to this
end, we are carrying out projects to transpose
techniques borrowed from the plastics
industry to the composites industry".
In terms of actual research, in addition
to the growing theme of the circular
economy, the CTI is also focusing
on the industry of the future and high
Deployed on seven sites (Levallois, the
head office, IPC Alençon, IPC Chambéry,
IPC Clermont, IPC Laval, IPC
Oyonnax and IPC Sainte-Sigolène), the
IPC teams spread throughout France are
heavily involved in French and, above
all, European projects, with no less than
eighteen in total committed to the Old
Continent (i.e. nearly three-quarters of
the total number of projects carried out
each year). Among them is Hyprod, a
project on the development of highspeed
production means for smart
composites. "As part of this project, we
44 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
are conducting mechanical tests and
predictive calculation operations on the
impact of embedded electronics on the
part"; work to which we are adding our
skills in the fields of product design,
injection and stamping simulation,
thermal measurement of tools, hot/cold
regulation and material characterization
on specimens. Launched in 2013, this
project is entering its final year.
Another example, the Oasis project
consists of creating an eco-system
capable of supporting, generating
and carrying out the development
of multi-functional products based
on nanotechnologies. As part of the
Hyprod approach aimed at supporting
manufacturers throughout the smart
composite development chain, IPC is
pooling two pilot (pre-production)
lines, one installed on the Oyonnax site
for a hybrid plastic-composite process,
the other in Laval on an RTM process.
In the field of 3D printing, IPC is not
to be outdone. Historically specialized
in the manufacture of metal additives
on tools, the technical center has just
launched a joint venture with Addup, a
French specialist in the sector formed
by Fives and Michelin. The purpose of
this structure is to produce metal parts
for industrial tools. In the field of 3D
plastic printing this time, IPC is involved
in Printer; operational since last
year, the platform has already acquired
a machine for printing hybrid polymer
and composite fasteners. ●
Olivier Guillon
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I45

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
INTERVIEW
Launch of a platform
to study the mechanical fire
behaviour of aeronautical
composites
INSA Rouen presented the results of the work of two partner
laboratories: the Materials Physics Group and the Interprofessional
Research Complex in Aerothermochemistry have been working
on the problem of the fire behaviour of materials which, in view
of the recent air disasters, are at the heart of the concerns of
aeronautical manufacturers.
Benoit Vieille
Doctor of the University of Franche-Comté and Engineer
of the National Superior School of Mechanics and
Microtechnics of Besançon, then Senior Lecturer at
the INSA of Rouen. Appointed Professor in 2019 at the
Mechanics Department of INSA Rouen, his research
activities within the Group Laboratory of Materials
Physics focus on the thermo-mechanical behaviour
in critical conditions of aeronautical composite materials. Adopting a multi-scale
approach to the constituent elements of the composite structure, his work aims
in particular to characterize/understand/simulate the high-temperature fatigue
behaviour, impact behaviour and damage tolerance, as well as the fire resistance
(thermo-mechanical-physicochemical coupling) of reinforced composites.
Alexis Coppalle
Professor at INSA Rouen in the Department of Energy and
Propulsion. His areas of expertise and research topics
are the thermal degradation of composite materials,
fire smoke analysis, analysis and modelling of confined
fires and polluting emissions during the combustion of
biomass
BEFORE YOU PRESENT YOUR LAB
AND THE PROJECT, WHAT DO
YOU FIND OUT ABOUT AVIATION
SAFETY? WHAT FLAWS STILL EXIST
ON AIRCRAFT, ESPECIALLY IN THE
AREA OF FIRE HAZARDS?
The recent air disasters have revealed
that the issue of fire is at the heart of
aircraft manufacturers' concerns. The
use of innovative composite materials
in aeronautical applications is today
confronted with ever more demanding
safety standards to which it is imperative
to provide reliable and representative
answers. Understanding the effects
of heat and fire on the physico-chemical
properties and structural integrity
of composites is essential to ensure
passenger safety. However, certification
tests on real structures do not take into
account the strong thermo-mechanical
coupling within composite materials.
Manufacturers have thus identified a
technological barrier in the fire resistance
of materials and the demand for
appropriate and relevant experimental
characterization means is therefore
high.
46 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

BEFORE YOU PRESENT YOUR LAB
AND THE PROJECT, WHAT DO
YOU FIND OUT ABOUT AVIATION
SAFETY? WHAT FLAWS STILL
EXIST ON AIRCRAFT, ESPECIALLY
IN THE AREA OF FIRE HAZARDS?
The recent air disasters have revealed
that the issue of fire is at the heart of
aircraft manufacturers' concerns. The
use of innovative composite materials
in aeronautical applications is
today confronted with ever more
demanding safety standards to which
it is imperative to provide reliable
and representative answers. Understanding
the effects of heat and fire
on the physico-chemical properties
and structural integrity of composites
is essential to ensure passenger
safety. However, certification tests
on real structures do not take into
account the strong thermo-mechanical
coupling within composite
materials. Manufacturers have thus
identified a technological barrier in
the fire resistance of materials and
the demand for appropriate and relevant
experimental characterization
means is therefore high.
Detailed representation of a test bench
WHICH LABORATORIES DO
YOU BELONG TO AND CAN YOU
PRESENT US THEIR ACTIVITIES
/ KNOW-HOW / FIELDS OF
APPLICATION?
The Materials Physics Group (GPM) is a
Joint Research Unit (UMR 6634) structured
into five scientific departments
that bring together about 170 people.
It is specialized in scientific instrumentation
and the study of materials from
the finest scales to the macroscopic
scale in order to explain their physical
and mechanical properties. Part of the
GPM's activities is concerned with the
study of thermo-mechanical couplings
in composite materials for aeronautical
applications. In this industrial logic,
various problems are investigated:
fatigue behaviour at high temperature,
fire resistance, impact and damage tolerance.
In addition, another GPM team
also has strong expertise in the field of
thermal analysis of polymers.
Coria is a Joint Research Unit (UMR)
attached to the Institute of Engineering
and Systems (INSIS) of the CNRS, the
University of Rouen and the Institute
of Applied Sciences (INSA) of Rouen.
Coria's fields of research cover fundamental
and applied studies on reactive
or non-reactive flows: two-phase
flows, turbulent mixing phenomena,
combustion, plasmas, etc. The physical
mechanisms and processes leading
to the reduction of pollutant emissions
in reactive systems are priority research
areas. This research has applications in
the fields of energy and transport. In
particular, the laboratory carries out
studies on the combustion of solids
with the application of biomass valorisation,
as well as studies on the behaviour
under flame of composite materials
used for transport.
WHEN DID YOU START
RESEARCHING THE FIRE
BEHAVIOUR OF MATERIALS?
Halfway between thermal and mechanical
expertise, this collaboration between
the GPM and Coria laboratories was
initiated in 2013. The question that arose
at the time was simple:
Thermal decomposition

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
Compression tests
Is it possible to develop a transversal
expertise in polymer matrix composite
materials? Scientific issues revolving
around the fire behaviour of aeronautical
materials, with little national and
international attention, this collaboration
has quickly proven to be fruitful and has
led to the exploration of new avenues.
WHAT HAVE YOU FOUND AND
WHAT ARE THE RESULTS OF YOUR
RESEARCH?
The instrumented platform responds to a
technological lock by offering the possibility
of evaluating the in-situ evolution
of thermal (temperature mapping)
and mechanical (force, displacement,
deformation fields) responses during
a combined test. It therefore allows to
understand neither the mechanisms of
thermal degradation, nor the physical
phenomena that operate in critical fire
conditions. It is thus possible to access
knowledge of the fire behaviour of aeronautical
materials. Finally, this means of
characterization has a strong potential for
industrial deployment.
WHAT IS THE AEROFIRE PLATFORM
BASED ON AND WHAT DOES IT
CONSIST OF?
The demand of aeronautics industrialists
for adapted and relevant experimental
characterization means is
therefore strong. They have identified
a technological lock in the fire resistance
of materials. Therefore, it is essential to
enable aeronautics manufacturers to
understand/predict the thermo-mechanical
response of their materials in
different configurations and, ultimately,
of their parts and assemblies.
This is the interest and ambition of the
Aerofire platform developed within
the framework of the Carnot Decolle
project.
CAN YOU TELL US MORE ABOUT
THE CHARACTERISTICS OF THE
DECOLLE TEST PLATFORM ?
The application of mechanical stress
during exposure to fire corresponds
to the most critical situation of use in
service. In order to reproduce these
critical conditions on a laboratory scale,
this test platform has been developed
to combine mechanical loading and
thermal aggression (via a calorimeter
cone). The relevance and originality of
this test bench is based on the control
and very good reproducibility of the
stresses (thermal and mechanical). The
multi-physical investigation capabilities,
in terms of the study of thermal-mechanical-physicochemical
couplings, offered
by this bench are transferable to an
industrial scale.
HOW WILL THESE PLATFORMS BE
INTEGRATED INTO THE INDUSTRIAL
ACTIVITY? DO YOU ALREADY HAVE
INDUSTRIAL APPLICATIONS AND
WITH WHICH PARTNERS?
Despite the convenience of use and
control, the use of a radiant source to
reproduce the effects of a fire exposure
does not make it possible to account
for the full physical reality of a fire.
Aggression by a flame induces other
physico-chemical transformations and
a more critical degradation of the material,
strongly impacting its mechanical
resistance. In order to reproduce as
faithfully as possible the critical conditions
in service according to the standards
in force (116kW/m² flux and
surface temperature of 1150°C), the
bench developed is currently evolving
by integrating a kerosene burner in
order to gain a finer understanding of
the fire resistance of composite materials.
A Cifre thesis in partnership with Safran
Nacelles has begun on the problem
of fire resistance of composite/metal
assemblies. Since the end of 2019, a
project with the company Daher has
been studying the thermo-mechanical
coupling in thermoplastic composites
subjected to a kerosene flame. These
collaborations with major players in the
aeronautics industry confirm the relevance
of the means developed and allow
to acquire a rare expertise. ●
Interviewed by Olivier Guillon
48 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
CASE STUDY
Inspiring young engineers
to design for the future at EPFL
EPFLoop, one of the top three teams invited to the SpaceX Hyperloop Pod Competition, used
multiphysics simulation to hit the ground running with a unique design advantage.
Over the course of the
annual SpaceX Hyperloop
Pod Competition,
engineering teams work
to design and build hyperloop pods.
The ultimate goal of the hyperloop
concept is to achieve a mode of
transportation that is high speed,
intercontinental, and self-propelled.
Such a system would both revolutionize
the experience of transportation
and offer a greener alternative
to other modes of travel.
The Hyperloop Pod Competition,
which started in 2015 as the
brainchild of Elon Musk, culminates
with a weeklong competition each
summer in Hawthorne, California,
located in southwestern Los Angeles.
Over the course of the competition
week, participants get to test
their hyperloop pod designs on a
mile-long track (Figure 1) at speeds
of approximately 500 km per hour.
WORKING ALONGSIDE THE
WORLD'S TOP ENGINEERS
Each year, the top 20 teams worldwide
are invited to the California
testing facility, and the top three
teams can run on the track under
vacuum at the final event. As a firsttime
competitor, EPFLoop exceeded
all expectations by making
a presence in the finale as one of
the three teams to run in vacuum
that year. Even more impressive
was the fact that they classified first
at the end of the testing week and
were told that their pod showed the
highest design reliability. Overall,
the EPFLoop team ended up placing
third in the high-speed run on the
final day of the competition due to
the unexpected presence of dust on
the test track, which affected their
pod's performance. Their experience
at SpaceX proved to be invaluable for
many reasons.
Made up of engineering students
and technical advisors, the EPFLoop
competition team formed at the
Swiss Federal Institute of Technology
Lausanne (EPFL). Dr. Mario Paolone,
principal advisor of the EPFLoop
team, says that the Hyperloop Pod
Competition is a "chance for students
and young engineers to participate
in a state-of-the-art challenge, with
some of the world's top engineers."
Besides the chance to use high-tech
Figure 1: An inside view of the hyperloop test track.
testing equipment and rub elbows
with professional engineers, the
experience is a great opportunity for
students to learn the importance of
researching energy-efficient modes of
transportation. It also gets students
excited about research and inspires
them to pursue careers in engineering.
SIMULATING THE HYPERLOOP
POD
Aside from the opportunity to visit
SpaceX and experience an advanced
testing facility, the students who
participate in EPFLoop have
something more to gain: valuable
experience using multiphysics simulation.
Each aspect of EPFLoop's
hyperloop pod design (Figure 2)
involves modeling and simulation.
In fact, Paolone calls simulation the
"core" of their project. One obvious
reason: The team’s 60-meter test track
is nowhere close to the mile-long test
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I49

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
The aeroshell had to be both
lightweight and able to withstand
aerodynamic forces during acceleration
and deceleration. The team
used the High Mach Number Flow
interface to find the lift and drag
coefficients of the pod. The pressure
distribution results from the CFD
analysis were then used to find an
optimized aerodynamic shape via
the LiveLink for Matlab interfacing
product.
track at SpaceX. Consequently, even
if their tests confirmed the results of
the simulations at low speeds, they
still relied on simulation software to
gain insight into what will happen
at very high speeds. "Every single
component of the pod has to be
simulated and validated," says Dr.
Lorenzo Benedetti, the technical
leader of EPFLoop.
Using the Comsol Multiphysics
software, the EPFLoop team was
able to analyze the complex components
of their hyperloop pod and
predict its performance before ever
setting foot on the SpaceX premises.
Furthermore, the team needed to
be able to look at multiple physical
effects at once, including mechanical,
fluid, electrical, and materials
science phenomena. "This project is
inherently multidisciplinary," says
Benedetti. For example, the design
team wanted to see how the pod's
aeroshell, made out of a lightweight
composite carbon fiber, would fare
on the test track. To minimize the
aerodynamic resistance of the shell,
they performed a computational fluid
dynamics (CFD) analysis coupled
with shape optimization and mechanical
stress studies (Figure 3).
Figure 2: The EPFLoop hyperloop pod design.
“The team's detailed
simulation work paid off:
"One of the judges called
our approach 'extremely
compelling'" says Benedetti
Figure 3: The turbulent kinetic energy
around the hyperloop's composite
aeroshell structure.
The team also needed to see how the
pod's pressure vessel would perform
in the tube, under vacuum, during
the high-speed run. They designed
vacuum-proof enclosures, which
are responsible for storing the batteries
and electrical components of the
pod. In fact, some electronics cannot
sustain vacuum conditions, and a
subpar design could cause the inner
components to be directly exposed
to the track — which is essentially
a vacuum tube — and destruct. The
team performed a structural analysis
of the vessel’s design, a composite
pressure vessel, using the Shell
interface in the Comsol software
to account for the superposition of
layers. They then optimized the structural
response to be able to have the
minimum weight possible. The Tsai–
Wu safety factor and principal stresses
were then studied in the optimized
pod design.
50 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
Figure 4: The temperature profile in
the hyperloop's braking system
was the best material option for the
brake pads because it kept the braking
system within the desired temperature
range. The team's detailed simulation
work paid off: "One of the
judges called our approach 'extremely
compelling'" says Benedetti.
SLIDING TO A STOP
The hyperloop's braking system is
another example of multiphysics
design. The brakes need to be able
to safely slow the pod down after
it has reached its top speed. However,
there is an extreme temperature
increase in the braking system due to
the vacuum conditions in the tube:
Without air, there is no convective
dissipation of heat to the air and the
heat remains stored in the brake pads.
To ensure that the braking components
would perform as expected, the
EPFLoop team coupled heat transfer
and mechanical simulations for their
brake system design (Figure 4).
Using the Heat Transfer in Solids
interface, the team analyzed the
temperature profile in the brake
system during and after braking to
ensure that it would not become hot
enough to cause damage to the hyperloop
pod. They then used the Translational
Motion feature to estimate the
power dissipation caused by the friction,
and therefore, the temperature
rise in the brakes. Using this information,
the team performed a material
sweep of the different brake pad
options, including ones made out
of leather, thermoplastic polyurethane,
plaster, and some more classical
braking pad materials used in
the automotive industry. The simulation
analysis helped the team to identify
that a customized material created
for them by an external company
LIFE-SHAPING EXPERIENCES
The most impressive aspect of
EPFLoop is not their pod design or
competition ranking, but the project's
impact on the students who participated.
Nicolò Riva, a PhD student at
EPFL who also heads the team's aerodynamics
group, said that the experience
made him "want to stay in
academia and participate in similar
projects." Zsófia Sajó, another student
involved in the 2018 competition
team, said that EPFLoop inspired her
to "do something about solar power
and clean energy for transportation."
Paolone's impression of the project
echoes the takeaways of his team
members. He said that students set
aside their personal and free time to
participate in EPFLoop with motivation,
drive, and commitment. "We
need these kinds of people," he said, to
be engaged in designing clean modes
of transportation for the future. ●
Figure 5: The EPFLoop team
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I51

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
SUCCESS STORY
Fibersim helps Roding
Automobile advance
lightweight design
Efficient product development using fiber-reinforced
plastics enables the production of lightweight
components to meet government regulations
on emissions and fuel economy. By adopting
Siemens' Fibersim software, Roding Automotive
has been able to meet multiple challenges
and strengthen its expertise in the processing
of fiber reinforced plastics. The company has
also developed a lightweight and legal sports
car for the street, expanded its range of light
vehicle design services and reduced overall costs
through lightweighting strategies and the use
of composite materials.
Up until a few years ago steel was the material of
choice across most manufacturing industries,
especially in the automobile industry. Designers
had this material firmly fixed in their materials
databases. The need for increased energy efficiency has led
to an increased demand for lighter-weight vehicles and alternative
materials used to manufacture them. Aluminum and
magnesium, as well as a range of innovative plastics including
fiber-reinforced plastics, are becoming more and more
common in the repertoire of many designers. The advanced
functionality of state-of-the-art 3D computer-aided design
(CAD) systems make precise calculations and detailed design
of these materials possible. As a result, fiber-reinforced plastics
(FRP) such as carbon-reinforced plastics (CFRP) and
glass-reinforced plastics (GFRP) are gaining ground as a
high-performance, lightweight alternative to metallic materials.
THE FRP PROCESSING CHALLENGE
Roding Automobile (Roding) ranks among the trailblazers in the
processing of fiber- reinforced plastics. As a leading Germanbased
manufacturer of light-weight, high-performance vehicles,
Roding has high-level expertise in the development and manufacture
of FRP products. Georg Käsmeier is the CEO and founding
member of Roding Automobile GmbH. For him, the early definition
of part designs and material selection in the 3D computer-aided
design (CAD) system is key. “In mass production,
basically only the kinds of materials that are defined in the designers’
3D CAD systems can be used cost-efficiently,” Käsmeier says.
“Fiber-reinforced plastics pose a particular challenge here. The flat
textile-like mats must be draped and preformed correctly, and only
then, while taking account of the fiber architecture, is a usable part
feasible. Now, a calculation of the material properties based on the
designed fiber architecture to determine strain and deformation
is interesting. These complex processes can only be mastered with
know-how and the right software tools.”
For mastering the complexity of designing, analyzing and manufacturing
FRP products, Roding relies on the Fibersim portfolio
of software for composites engineering, from product lifecycle
management (PLM) specialist Siemens PLM Software. “We
decided in favor of Fibersim as the key link between 3D CAD,
performance calculation and production,” says Käsmeier. “The
software is seamlessly integrated in our existing design and production
processes. What’s more, it’s easy to operate. As the software
developer, Siemens PLM Software is a capable partner for ongoing
development.”
FROM NICHE TO MAINSTREAM
In 2007, four young engineers from the Technical University of
Munich teamed with the directors of the Stangl & Kulzer group,
renowned for precision technology, and conceptualized an ultralightweight
roadster sports car. The founding of Roding Automobile
yielded the lightest-weight street-legal sports car anywhere
in the world to date. Today the Roding Roadster R1 is made as
a sports car designed in lightweight carbon in small production
runs.
52 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
With this success in the automobile industry, Käsmeier wants
to give other industries an understanding of the usability of
fiber-reinforced plastics as well. “For us, the Roding Roadster
R1 is a prime example of how CFRP advances light-weight
design,” Käsmeier explains. “As a result, with Roding Technologies
we’ve expanded our range of services and are providing other
industries with our expertise. In addition to automotive, aeronautic
and astronautic technology, we’re a development partner
for machine and plant manufacturing, medical technology and
the consumer goods industry. It’s a question of our knowing the
material and assessing where it will most likely demonstrate its
advantages. Replacing classic materials with CFRP, for example,
often produces a domino effect that has a positive influence on
weight reduction for the entire vehicle assembly.”
THE “LIGHTWEIGHT DESIGN SPIRAL” SAVES COSTS
Experienced designers consequently refer to the emergent
“lightweight design spiral.” Weight reduction strategies should
not independently target individual components, because
optimal weight reduction can only be achieved with a systems
approach to lightweighting. In addition, meeting weight reduction
targets requires designing for lighter weight from the start.
Weight reduction of the car body has a spiraling impact on
overall vehicle weight reduction: a lighter body results in a
lighter chassis, which requires a smaller engine, which requires
less battery power or reduced fuel tank capacity, which requires
less braking, resulting in additional body weight reductions.
When viewed individually, reducing weight with a part made
from CFRP is more expensive at first glance as compared to
a metallic steel or aluminum part. But if the entire vehicle is
considered, cost becomes more favorable for the use of CFRP.
Roding Automobile sees additional windows of opportunity.
“We want to remove factors like these from the assessment of
the overall system and provide reliable decision-relevant data,”
says Käsmeier. “The automobile industry is in a period of
significant change that hasn’t been experienced for more than
VOTRE EXPERT DANS L’ANALYSE
EXPERIMENTALE l LABORATOIRE
D’ESSAIS
CND ET INSPECTION
CND traditionnels et avancés, Radiographie,
Ultrasons, Thermographie, Emission Acoustique
ESSAIS
Mécanique de la rupture et fatigue des matériaux,
semi-structures et structures, statiques/dynamiques,
multi-axiaux, cryogéniques jusqu’à -196°C
FORMATION ET EXPERTISE
Expertise Niveau 3 ISO9712 et EN4179, consulting,
formations CND sur site
INSTRUMENTATION ET R&D
Vente de systèmes de mesures/capteurs, essais
de faisabilité, développement R&D, monitoring
et installations permanentes
Accréditations laboratoires : NADCAP, ISO 9001 - 17025* - 14001,
EN 9100 - EN 4179, COSAC, OHSAS 18001, CEFRI
*Accréditation n°1-5898, portée disponible sur www.cofrac.fr
www.mistrasgroup.fr
Interessé(e) par nos solutions ?
Contactez-nous !
MISTRAS Group SAS - 27 rue Magellan 94 370 Sucy-en-Brie
+33(0)1.49.82.60.40 - contact.fr@mistrasgroup.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I53

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
of “marrying” fiber and matrix material in manufacturing
can be illustrated by full simulation programs, thanks to
data from Fibersim. “For us, this is where the particular
advantage of Fibersim becomes apparent,” Käsmeier says.
“It’s an extremely efficient tool that delivers a quick response.
As a contract manufacturer we’re reliant on quick results
with exceptional reliability. Fibersim is an extremely elegant
solution indeed.”
TRANSFER TO PRODUCTION
20 or 30 years. Lightweight design is the change lever for
forward-looking conservation of natural resources, and
every industry can profit from this.”
FIBER KNOWLEDGE IN THE DESIGN
On the production side, Fibersim automatically generates
ply book instruction for layup as well as ply flat patterns
properly formatted for the cutting machine. “For us, Fibersim
is the ideal interface between the CAD model and
production,” Käsmeier says. “Another important component
that Fibersim provides us with is the positioning
In addition to the advantages of light weight,
high rigidity and enormous strength, fiber-reinforced
plastics provide an appearance that is
perceived as higher value, and they offer outstanding
design flexibility. When designers
model FRP products, textile information is a
part of every piece of geometric information,
and must be considered when calculating material
behavior. That’s where Käsmeier sees the
outstanding advantage of Fibersim: “We’re using
Fibersim to get from the geometry to the fiber
layers and from the design to manufacture. The
software supports us during the entire workflow
from the CAD model to the finished part.”
Take for example, a surface patch generated
from the geometry with precise definition of the fiber layer,
the fiber type and the fiber angle. By way of a draping
simulation of the textile, designers can use Fibersim to
determine if it is possible to produce the desired draping
situation. The use of Fibersim helps identify trouble spots
with easy-to-interpret color scales. Red zones, for example,
are wrinkles or other undesirable draping effects. These
are remedied by changing the data for the part, applying
notches or switching the material.
Fibersim includes a material database that can be modified
and adjusted using specific material properties. For
example, it contains data on the material thickness, the
fiber’s shear angles and mechanical properties. Structural
simulations give the designer confidence about the properties
of the finished part. Fibersim can be used to provide
output data for structure simulation and finite element
modeling (FEM) programs for calculation. Even the process
map, the so-called ply book. This operating procedure
makes sure that the finished blanks are inserted in the
correct position on the extruder die. Fibersim generates
these positioning maps automatically and renders precisely
the orientation and the order in which the composite
fiber mats must be inserted. This way, additional advantages
in processing composite materials become feasible
for the first time, like combining different fiber and material
types in a sandwich composite, for example.”
For mass production the process is refined further by
simplifying the ply shapes to optimize nesting efficiency
and to reduce material waste and cost. Next, the cut reinforcing
plies are preformed to the required 3D shape in a
deep drawing process. The 3D preforms are then ready for
resin infusion and are transferred to the high-pressure resin
transfer molding (HD-RTM) machine where resin, injected
under high pressure, spreads itself uniformly throughout
54 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
the preform. The injected preform then quickly cures to
provide the desired composite part.
GREATEST LIGHTWEIGHT DESIGN POTENTIAL IN
COMPOSITES
“From our perspective the greatest potential for lightweight
design is in the utilization of composite materials,” Käsmeier
says. “Fibersim provides the key to this because it masters
the ins and outs of the design and calculation of composite
materials. Successful, future-oriented design demands an
overview of every relevant type of material. Multi-material
mixed construction definitely demonstrates this capability.
The more alternatives available, the better the solution variations
are. Those who can easily determine the place where
carbon, aluminum, steel, magnesium or thermoplastics is
best applied have a big advantage.” . ●
PUBLI-COMMUNIQUÉ
De la caractérisation des
matériaux à leurs lois de
comportement
PRODUITS :
Extensométrie optique : Systèmes de mesure vidéo haute résolution
(6 Mégapixels) temps réels : mesure de déformations,
déplacements, allongements, multiples et simultanément dans
toutes les directions pour tous types d’essais mécaniques (traction,
compression, cisaillement, fatigue, traction/torsion…). Ils
s’intègrent aisément sur toutes les machines et logiciels d’essai.
Corrélation/simulation/lois de comportements : Plateforme
polyvalente et ouverte de corrélation d’images (2D, 3D stéréo
corrélation, multi caméras, méthode des champs virtuels, identification
loi de comportement, module d’analyse par éléments
finis, validation du modèle et de la simulation).
PRESTATIONS DE SERVICES :
Essais de traction/compression statiques
Essais de traction dynamiques (traction haute vitesse jusqu’à
20m/s avec caméra haute résolution et très haute fréquence :
1 000 000 i/s)
Analyse matériaux (DSC, DMA, essais de dureté…)
NOUVEAUTÉS :
Système de mesure de rigidité sur bielles allant de 30 cm à
plus de 3 m avec une précision de 0,2 µm
Nouvelle méthode de mesure pour les essais de traction/torsion
en temps réels et à fréquences élevées
Système de mesure vidéo de contrôle d’étanchéité lors de la
fermeture d’une vanne (nucléaire)
RÉFÉRENCES :
EDF, Solvay, Bridgestone, Renault, Fiat, LNE, CEA, General
Electric, Kalistruth Aerospace, Institut de soudure, Arcelor
Mittal Research, Mecaplast, Arkema, Goodyear, Total, ENSAM
Paris, ENSM Douai, Université de Ljubljana… Au total, plus
de 200 références installées sur les cinq continents ! ●
EN SAVOIR PLUS > ProViSys Engineering
Campus Aiguillettes - Bât 1er cycle - BP 70239
54506 Vandoeuvre-lès-Nancy Cedex
www.provisys-eng.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I55

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
INTERVIEW
“There is a lack of standard operating procedures
and methods for printing parts”
Brent Stucker, Ph.D. is Director of Additive Manufacturing (AM) at Ansys, one of the world leaders
in numerical simulation, explains how additive manufacturing has been growing for several years
and how the company is adapting to the demands of manufacturers through innovative solutions.
Enhancement part
Brent Stucker,
Ph.D. is Director of Additive
Manufacturing (AM) at Ansys
WHAT CHALLENGES DO THEY FACE IN THIS FIELD?
WHAT DO 3D PRINTING AND ADDITIVE MANUFACTURING
REPRESENT TODAY IN ANSYS' ACTIVITIES AND AT YOUR
INDUSTRIAL CUSTOMERS' SITES?
Ansys offers a comprehensive software suite that spans the entire
range of physics, providing access to virtually any field of engineering
simulation that a design process requires. Through our strategy
of Pervasive Engineering Simulation, we help the world's most
innovative companies deliver radically better products to their
customers, whether it be in Aerospace, Autonomous solutions,
Healthcare, heavy Industry, Oil and Gas, automotive etc.
All of these industries are moving towards Advanced Manufacturing
solutions to meet today’s needs and hence Ansys also has
invested heavily in providing our customers with solutions in
the Additive Manufacturing space. From our major enterprise
customers to startup companies, everyone is using Additive Manufacturing
for a variety of end-use applications, whether it is for
design freedom, short run production or performance enhancements.
One of the big challenges most of our customers face in Additive
Manufacturing is a lack of trained experts. It is an expensive
process and since it is a relatively new technology, there is a lack
of standard operating procedures and methods for printing parts,
especially for Metal AM. Additive Manufacturing involves more
than just pressing the ‘print’ button. Successful Additive Manufacturing
requires designs which take advantage of Additive Manufacturing’s
benefits, effective use of supports, specialized material
science knowledge, process parameter optimization, and more. It
is a much more agile method of manufacturing involving everyone
from designers, machine operators, material scientists to qualification
and certification engineers. Ansys software can help manage
this complexity and provide insight to avoid build failures and
achieve successful production.
WHAT SOLUTIONS DO YOU OFFER THEM?
The Ansys Additive Solutions are tailored to exactly solve the above
challenges. We have created an end to end solution which goes from
Design for Additive Manufacturing (DfAM), Build File Preparation,
AM Process Simulation, Material Analysis, all the way to part
qualification and certification. This allows various user personas to
work in a similar environment and allows companies to perform
all the Additive Manufacturing related tasks in one software suite,
instead of switching between various tools.
For instance, our build preparation tools allow users to create the
build files and send them directly to the printer, after our Additive
Process simulation tools make sure you have a first time right
build. Our Granta suite of Additive tools allow users to access large
56 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
Who is Brent Stucker ?
AdditivePrep Heat maps
machine and material databases to help them in certification of
the process. Our powerful design tools allow use of topology optimization
and generative design processes. Our Material analysis
tools can go down to microscopic levels to simulate the porosity,
density and microstructure of the metal printed parts. This allows
our users to focus more on the product development process for
their products and takes the uncertainty out of the Additive Manufacturing
process itself. ●
Interview by Olivier Guillon
Brent Stucker, Ph.D. is Director of Additive Manufacturing
(AM) at Ansys. He is the co-founder and former CEO of 3DSIM,
acquired by Ansys, Inc in November, 2017. Dr. Stucker has
been a leading researcher and industry expert in additive
manufacturing for 25 years. Dr. Stucker was the first
chairman for ASTM International Committee F42 on Additive
Manufacturing Technologies, and was elected to the ASTM
International Board of Directors in 2015. He has received
numerous AM industry awards, including the International
Freeform and Additive Manufacturing Excellence Award; the
2015 Additive World Conference Industrial Impact Award;
the 2012 Industry Achievement Award from the Society of
Manufacturing Engineers, and the 2010 Robert J. Painter
Memorial Award from ASTM. He has co-authored a leading
textbook, Additive Manufacturing Technologies: 3D Printing,
Rapid Prototyping and Direct Digital Manufacturing.
Dr. Stucker holds numerous patents, has authored and coauthored
over 200 technical publications on AM, and has
presented over 250 technical talks. Dr. Stucker has worked with
the National Science Foundation, DARPA, the Office of Naval
Research (ONR) and others to develop research priorities and
funding roadmaps for the AM industry. Dr. Stucker received
his B.S. from the University of Idaho and his Ph.D. from Texas
A&M University, both in Mechanical Engineering.
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°140 • Février - Mars 2020 I57

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
CASE STUDY
Qualifying
additive
manufactured
rocket parts
with simulation
As the aerospace industry moves to
implement additive manufacturing,
it must validate that components will
survive in an environment where
a single failure in a launch vehicle
could force termination of a mission.
When introducing a new production
technology, because many parts
must be produced and verified until
target quality can be achieved, the
traditional trial-and-error validation
process is very time-consuming and
expensive. ArianeGroup used Ansys
and Dynardo software to create a
simulation-based workflow that
predicts part quality and has the
potential to significantly reduce
the process time required by the
traditional method.
Avoiding mission failure is the number one requirement for a launch
vehicle. Each failure sacrifices the launch cost of about $150 million and
the loss of a satellite that might cost hundreds of millions of dollars and
take years to rebuild. Between April 2003 and December 2017, ArianeGroup’s
Ariane 5 heavy-lift launch vehicle successfully delivered 82 consecutive
payloads into geostationary transfer orbit (GTO) or low Earth orbit (LEO) without
a single failure. ArianeGroup is currently developing the next-generation Ariane 6
launch vehicle with similar performance to the Ariane 5 but with lower manufacturing
costs and launch prices. Metal additive manufacturing is being used in the
Ariane 6 to reduce manufacturing cost and lead time, and to decrease part weight
and the space required to accommodate it.
In the company’s liquid propulsion engineering cluster, one department focuses
on combustion devices, a generic name for all engine components that handle hot
gases, such as gas generators, power units and main thrust combustion chambers.
ArianeGroup qualified the first parts for additive manufacturing using an expensive
trial-and-error process that involved building prototypes and testing them to determine
their performance. The thermomechanics team within the combustion device
department has recently developed an automated workflow using Ansys Mechanical
to simulate the additive manufacturing process. During the development process for
58 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

DOSSIER
new components, engineers identify risks during the printing
process by leveraging simulation to predict temperature, stress
and strain evolution. Ansys optiSLang allows the team to automate
the process and calibrate the model to optimize manufacturing
process parameters at a fraction of the cost of the current
hardware trial-anderror method.
PREVIOUS VALIDATION PROCESS
The powder bed metal additive manufacturing process works
by placing a thin layer of metal powder on a build plate. A laser
sweeps the build plate to selectively melt tiny sections of the
powder to form one layer of the part. As each section cools, it
contracts, but the solid underlying layers resist these contractions,
generating residual stresses. These residual stresses can
generate distortions in the finished part (plastic strain) and,
in the worst case, cracks that often cannot be detected with
inspection because they are hidden by other sections of the part.
Combustion devices are critical to the success of the mission, so
switching to a new manufacturing process requires proving that
the new process is free of cracks and other defects. Before approving
additive manufacturing parts for inclusion in the Ariane
6, ArianeGroup engineers must understand the process, determine
the effects of key process parameters on part quality, and
develop a manufacturing process that reliably allows them to
meet final quality requirements, including the variability of each
process parameter.
SIMULATING THE ADDITIVE MANUFACTURING PROCESS
To develop a workflow to increase the speed and reduce the
cost of validation, ArianeGroup and Dynardo engineers first
created a model of a relatively simple part. They simulated the
additive manufacturing process with Ansys Mechanical finite
element analysis software and developed an Ansys Parametric
Design Language (APDL) script that mimics the metal additive
manufacturing process by slicing the entire structure into individual
layers. The elements of the printed layer are then activated
with the EALIVE command, which sets their temperature
at the melting temperature of the material used to produce the
part. Different variations of this script either activate the entire
layer at once, activate rectangular elements on a layer in a step-
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • Février - Mars 2020 I59

DOSSIER
SPÉCIAL JEC WORLD
wise fashion, or sequentially activate angular swathes across the
layer. The elements are then allowed to naturally cool, and the
residual stresses are tracked in each element. Another layer of
elements is then activated in the model in the same way as the
preceding layer. The script simulates the complete process of
building the part and tracks the residual stresses and deformation
of each element.
CALIBRATING THE SIMULATION MODEL
To prove the quality of the simulation model, test structures were
produced and the model calibrated to measured deformation
and residual stresses. In the calibration process, the variation
space of the material parameter, the process parameter and the
discretization parameter is scanned by a design of experiment
(DoE). From this, a metamodel of optimal prognosis (MOP) is
generated by optiSLang. This metamodel shows how process
variability affects the results. The MOP is then used to calibrate
the simulation model parameters to match the results of physical
measurements on the part. Important parameters used in
the calibration were the element size on the x, y and z axes, the
laser path (activating a complete layer, one rectangular element
at a time of various sizes, or an angular swatch across the layer),
the time until melting of the next partial layer and the time until
placement of the next powder layer.
Measurement of the manufactured material revealed anisotropic
deformation and strength behavior, so engineers used Dynardo’s
multiPlas, a custom anisotropic multisurface elastoplastic
material model in Ansys Mechanical, to match this anisotropic
behavior, and incorporated it into the additive manufacturing
model. Comparing isotropic and anisotropic elastoplastic material
models, the team determined that the lower yield and ultimate
strength in the normal direction (between 80 percent and
90 percent of the strength in the in-plane direction) has a very
important effect on the evolution of plastic strains. Employing
this anisotropic material model, the finite element model was
calibrated to predict the physical build to a high level of accuracy.
Once the process parameter at the test structure was calibrated,
the simulation workflow was ready to forecast deformation,
stresses and cracks of the part to be qualified. ArianeGroup and
Dynardo engineers simulated the process of building a more
complex part, an injector for a development prototype. The
finite element model had 1,065,000 nodes and 620,000 quadratic
volume elements. It required 7 hours for thermal analysis
and 32 hours for mechanical analysis on a personal computer
with 4 central processing units. The forecast using anisotropic
material models was an excellent match to the measurements
of the printed injector.
OPTIMIZING THE PART GEOMETRY AND MANUFACTURING
PROCESS
Next, engineers extended the workflow to investigate the effect of
part geometry variation and key additive manufacturing process
parameter variations on residual stress, plastic strain and distortion
of the finished part. They created a fully automated workflow
that identifies the sensitivity of part quality to each design
and process parameter incorporated into the DoE used to build
the MOP. The workflow can optimize the part geometry and the
additive manufacturing process at the same time.
The exceptionally high cost of a failure in the extremely competitive
aerospace industry makes it essential to perform a thorough
validation process before adopting new technologies. In the
past, this has meant a long trial-and-error process to validate
new manufacturing processes. Simulation can be combined
with a much smaller volume of physical testing to provide fast
qualification and insertion of new technologies without sacrificing
mission safety. For example, this new workflow drastically
reduces the time required to validate a new part, potentially
making it possible to optimize the part geometry and additive
manufacturing process with only two builds, one to validate the
simulation model and the second to validate the optimized part
design and process. ArianeGroup engineers are planning to use
this process to reduce the time and cost required to validate parts
for the new Ariane 6 launch vehicle. ●
Dieter Hummel, Thermomechanics Engineer ArianeGroup
GmbH Ottobrunn, Germany
Roger Schlegel, Director of Consulting Dynardo GmbH
Weimar, Germany
60 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

Cycles
Code
Formation
de Base
ou Spécifique
Intervenant et lieu
Durée
en jours
Prix
Adhérent
ASTE HT
Dates proposées
Mécanique vibratoire
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires
(Niveau 1)
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires
(Niveau 2)
31 mars-02 avril
MV1
3 1 570 €
et 08-10 septembre
B
IUT du Limousin
MV2 3 1 570 € 15-17 septembre
Application au domaine industriel MV3 B SOPEMEA (78) 3 1 570 €
24-26 mars
et 13-15 octobre
Chocs mécaniques : mesures, spécifications, essais
et analyses de risques
MV4
S
Christian LALANNE, Henri
GRZESKOWIAK et Yvon MORI (78)
3 1 570 € 17-19 novembre
Traitement des signaux
Principes de base et caractérisation des signaux TS1 B IUT du Limousin 3 1 570 € 12-14 mai
Traitement du signal avancé des signaux vibratoires TS2 S
Analyse modale et Pilotage
Pierre-Augustin GRIVELET et Bruno
COLIN (78)
3 1 570 € 15-17 septembre
Pilotage des générateurs de vibration : principes utilisés
et applications
Analyse modale expérimentale et Initiation aux calculs de structure
et essais
PV S SOPEMEA (78) 4 1 890 € 24-27 novembre
AM S SOPEMEA ou AIRBUS D&S (31) 3 1 570 € 06-08 octobre
Climatique
Principes de base et mesure des phénomènes thermiques CL1 B IUT du Limousin 3 1 570 € 17-19 novembre
Les fondamentaux des essais climatiques CL2 B SOPEMEA (78) 2 1 350 €
12-13 mai
et 08-09 décembre
Electromagnétisme
Sensibilisation à la compatibilité électromagnétique EL1 S IUT du Limousin 3 1 570 € 09-11 juin
Compatibilité ÉlectroMagnétique (CEM) Exploitation
des normes
EL2 S EMITECH (78) 2 1 170 € A définir
Personnalisation Environnement
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)
Principes de personnalisation de base
Prise en compte de la norme NFX-50144 dans la conception
des systèmes
Prise en compte de l’environnement mécanique (norme NFX-50144-3)
Principes de personnalisation avancées
P1 S Henri GRZESKOWIAK (78) 2 1 170 € 15-16 septembre
P2-1 S Bruno COLIN et Pascal LELAN (78) 3 1 570 € 06-08 octobre
P3 S Bruno COLIN (78) 3 1 570 € 17-19 novembre
P2-2 S Bruno COLIN et Pascal LELAN (78) 3 1570 24-26 novembre
Prise en compte de l’environnement climatique
(norme NFX-50144-4)
P4
S
Henri GRZESKOWIAK et Henri
TOLOSA (78)
3 1 570 € 22-24 septembre
Mesure
Extensomètrie : collage de jauge, analyse des résultats
et de leur qualité
M1 S Raymond BUISSON (78) 3 1 570 € 01-03 décembre
Concevoir, réaliser, exploiter une campagne de mesures M2 B Pascal LELAN (78) 2 1 170 € 08-09 décembre
Mesure tridimensionnelle M3 B IUT de LIMOGES 1 900 € 05 novembre
Fiabilité et Essais
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 € A définir
Les essais accélérés et aggravés E2 S Alaa CHATEAUNEF (78) 2 1 170 € A définir
Fatigue des matériaux métalliques :
Essais, dimensionnement et calcul de durée de vie
sous chargement complexe
E3 S Alexis BANVILLET 2 1 170 € 24-26 novembre
Gestion d’une Salle blanche : application dans un Centre d’Essais ME1 S AIRBUS D&S (31) 2 1 170 € A définir
L’assurance qualité dans les laboratoires d’essais selon le référentiel
EN ISO/CEI 17025
ME2 S EMITECH (78) 2 1 170 € A définir
Thermométrie
Thermométrie pour les essais vide thermique T1 S Alain BETTACCHIOLI (78) 1 900 € A définir
Simulation
La simulation numérique et les essais : complémentarités -
comparaisons
S1 B Philippe PASQUET (78) 2 1 170 € A définir
Formations 2020

VIE DE L’ASTE
APPEL À COMMUNICATION
Journées nationales de l’environnement
mécaniqueAstelab « Essais et Simulation », du 1 er au
3 juillet au CEA Cesta
L’ASTE organise du 1 er au 3 juillet 2020 en partenariat avec le CEA Cesta et Nafems et sur le site d’ILP au Barp (Gironde)
un colloque sur le thème « Essais et Simulation ». Pour cet appel à communication, les thèmes principaux envisagés
ci-après doivent être en rapport avec les quatre étapes de la personnalisation des essais en environnement mécanique.
• Nouvelles normes,
• Nouveaux capteurs, capteurs sans fils, capteurs multi physiques,
virtual sensors,
• Préparation d’essais, traitement de données, stockage de résultats,
échanges de données,
• Présentation de simulations, « Simulation Data Life Management
», simulations multi physiques,
• Nouveaux moyens d’essais, essais combinés,
• Comparaison calcul essais, recalage de modèles, dialogue essais/calculs.
• Virtual testing,
• Particularités des essais d’environnement mécanique sur les
batteries électriques (incluant les aspects « sécurité » sousjacents,
ou sur les autres types d’alimentations électriques préservant
mieux le bilan carbone comme les piles à hydrogène),
• 9-mesures 3D, analyses 3D.
Le contenu des conférences devra avoir un caractère novateur,
technologique et/ou économique. Les exposés retenus privilégieront
les témoignages industriels et scientifiques issus des
expériences d’utilisateurs et de fabricants en évitant les aspects
commerciaux. Les conférenciers pourront présenter leur sujet
soit en anglais soit en français. Les intervenants bénéficieront
de l’exemption des frais d’inscription. Toutes les intentions
de communications sont à adresser à l’ASTE (pperrin@aste.
asso fr, tél. : 01 61 38 96 32), avant le 20 mars 2020.
Vue du CEA Cesta
ÉVÉNEMENT
Journée technique ASTE – CSTB le 12 mai à Nantes
Une nouvelle journée ASTE – CSTB se déroulera le 12 mai prochain au CSTB de Nantes et portera sur le thème de
l’« Évolution des méthodes d’appréhension du confort thermique dans les bâtiments et les habitacles ».
MATINÉE - CONFÉRENCES TECHNIQUES
CSTB : Modèle de thermophysiologie dynamique pour l’évaluation
du confort et du stress thermique des usagers
CSTB : Méthode Pulse d’évaluation du gout et de l’odeur de l’eau,
ouverture vers le multisensoriel Alaa Chateauneuf – Cideco/
Université Blaise Pascal : Optimisation des performances énergétique
du bâtiment, prise en compte des changements climatiques
Nicolas François - Valeo : « Les nouveaux défis de la simulation
CFD pour optimiser le confort set la gestion thermique des véhicules
électriques » Airbus : « Mesure du confort des cabines »
(sous réserve)
APRÈS-MIDI - VISITE DES INSTALLATIONS DE CSTB
NANTES
• La soufflerie climatique Jules Verne
• La soufflerie à couche limite atmosphérique (pour l’étude
des bâtiments à échelle réduite)
• Le bâtiment Aquisim dédié à l‘étude expérimentale du
cycle de l’eau dans le bâtiment et au développement de
nouveaux procédés innovants de traitement, récupération
d’énergie...
POUR PLUS DE RENSEIGNEMENTS, CONTACTEZ >
Patrycja Perrin au 01 61 38 96 32, pperrin@aste.asso.fr
62 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020

AGENDA
Du 3 au 5 mars 2020
JEC World 2020
Le salon mondial des professionnels des matériaux composites ouvrira ses portes du
3 au 5 mars, au parc des expositions de Paris Nord Villepinte. Il s'agit de l'événement
annuel le plus important du secteur, accueillant tous les acteurs majeurs dans un
esprit d'innovation, d'affaires et de réseautage.
À Paris Nord-Villepinte
www.jec-world.events
Les 10 et 11 mars 2020
APS MEETINGS
APS Meetings est une convention d’affaires dédiée à la fabrication additive, à
l’impression 3D, au prototypage rapide et au développement produit. Près de 300
participants pour plus de 2 600 rendez-vous…
À Lyon (Espace Tête d’Or)
www.apsmeetings.com
Les 18 et 19 mars 2020
RF & Microwave
9 e édition de RF & Microwave, le salon entièrement dédié aux secteurs des
radiofréquences, des hyperfréquences, du wireless, de la CEM et de la fibre optique,
réunira durant deux jours plus de 1 800 visiteurs professionnels – porteurs de projets.
À Paris Porte de Versailles
www.microwave-rf.com
Du 31 mars au 3 avril 2020
Global Industrie
Composée de toutes les compétences, expertises, solutions, savoir-faire des 40
principaux secteurs industriels, l’événement annuel de l’industrie réunit quatre
grands salons leaders hexagonaux que sont Midest , Smart Industries, Industrie
et Tolexpo.
Au parc des expositions Paris-Nord Villepinte
www.global-industrie.com/fr
Les 1 et 2 avril 2020
Analyse industrielle
La 32 e édition du salon des solutions en Analyse Industrielle se tient les 1 et 2 avril
prochains, à l’Espace Grande Arche. Le salon rassemblera un espace exposition,
des conférences techniques et des ateliers.
À l’Espace Grande Arche de La Défense (92)
www.analyse-industrielle.fr
Du 12 au 14 mai 2020
Journées Cofrend 2020
Le coup d’envoi est lancé pour les Journées Cofrend, qui se tiendront à Marseille
du 12 au 14 mai prochain. Sous la thématique des « END, voir et prévoir, gage de
qualité et de sécurité », pas moins de 2 500 participants français et étrangers sont
attendus pour cette 10 e édition.
À Marseille (Palais Chanot)
www.cofrend2020.com
Du 16 au 18 juin 2020
Automotive Testing Expo
Fin mai prochain, le plus vaste salon mondial consacré aux technologies et services
de test et de validation de véhicules et de composants ouvrira ses portes à Stuttgart.
Au total, le salon rassemblera plus de 400 exposants et accueillera près de 9 000
visiteurs.
Au Messe Stuttgart (Allemagne)
www.testing-expo.com
ESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - marse 2020 I63

INDEX
Au sommaire du prochain numéro :
© DR
DOSSIER
Spécial Aéronautique et Défense:
Les moyens d’essais et de simulation dans les
secteurs de l’aéronautique et la défense (moyens
d’essais terrestres,
navals et aériens)
à l’occasion des
salons Global Space
et Eurosatory
ESSAIS ET MODELISATION
• Forum Teratec - Séminaire Nafems La
place de la simulation numérique dans le
calcul haute performance : quelles
solutions logicielles pour répondre
aux attentes de l’industrie ?
• Focus World Nuclear Exhibition
(WNE) Moyen d’essais / mesure de
choc et sismiques dans le nucléaire.
MESURES
• Automotive Testing Expo : Appareils
et instruments d'essai, de simulation
et de mesure vibro-acoustique pour
les essais, la simulation et la mesure
automobile.
© EDF
© DR
Liste des entreprises citées et index des annonceurs
3D PRINT................................. 63 et 3 E DE COUVERTURE
AKIRA.............................................................................. 12
ALTAIR ENGINEERING (PUBLI-COMMUNIQUÉ)......... 43
ANALYSE INDUSTRIELLE............................................. 63
ANSYS.................................................................... 56 et 58
APS MEETINGS.............................................................. 63
ARIANEGROUP............................................................... 58
ASTE................................................................. 57, 61 et 62
CETIM................................................................................ 8
CHAUVIN ARNOUX......................................................... 16
CNRS................................................................................. 6
COFREND...................................................................2 et 7
COLLÈGE FRANÇAIS DE MÉTROLOGIE....................... 20
COMSOL............................. 6, 49 et 4 E DE COUVERTURE,
DB VIB............................................................................... 4
DJB INSTRUMENTS....................................................... 21
EPFLOOP......................................................................... 49
FERCHAUD INGENIERIE................................................. 9
GLOBAL INDUSTRIE...................................................... 31
IMT ATLANTIQUE........................................................... 28
INSA ROUEN................................................................... 46
IPC................................................................................... 44
IRT JULES VERNE ........................................................... 6
JEC WORLD..................................................... 19, 42 et 63
KONICA MINOLTA............ 24, 32 et 2 E DE COUVERTURE
MESURES&TESTS......................................................... 35
MICROWAVE & RF .................................... 16, 17, 35 et 63
MISTRAS......................................................................... 53
M+P INTERNATIONAL.......................................... 25 et 26
OPTEL-THEVON ..................................................... 6 et 11
PROVISYS (PUBLI-COMMUNIQUÉ).............................. 55
RADIANT VISION SYSTEMS................................. 24 et 32
RENT4TEST.................................................................... 14
RODING AUTOMOBILE.................................................. 52
SIEMENS PLM SOFTWARE.................................. 36 et 52
SIEPEL............................................................................ 27
SOPEMEA........................................................................ 29
SPECTRUM INSTRUMENTATIONS............................... 23
TEXYS INTERNATIONAL ................................................ 6
THALES ALENIA SPACE................................................ 39
ZFW.................................................................................. 36
LE CHIFFRE À RETENIR
57 %
C’est la part des entreprises françaises voyant « positivement
l’industrie 4.0 », selon le premier Baromètre Gfi-Opinionway-BFM
Business. Cependant, l’étude menée auprès de 200 dirigeants
d’entreprises industrielles – de 100 salariés et plus – révèle
que si les ETI sont convaincues par la transformation digitale,
seule une entreprise sur cinq a débuté sa transformation et la
grande majorité revendique un accompagnement renforcé. La
majorité des dirigeants estime qu’il faut entre trois et cinq ans
pour passer toute ou une partie de son organisation en mode
Industrie 4.0. Si le départ est jugé timide, il véhicule un impact
largement positif pour 86% des entreprises qui estiment que
« la transformation est une réussite ».
Retrouvez nos anciens numéros sur :
www.essais-simulations.com
64 IESSAIS & SIMULATIONS • N°140 • février - mars 2020