Essais & Simulations n°117

www.mesures-et-tests.com
La simulation, élément indissociable des essais
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MESURES ET MÉTHODES DE MESURES
Moyens de mesure en production
et acquisition de données
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ESSAIS ET MODÉLISATION
Congrès Nafems et Forum Teratec :
2 événements majeurs
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N° 117 • JUIN 2014 • TRIMESTRIEL • 20 €

Edito
Essais et simulation,
désormais inséparables
D’aucuns l’affirment désormais comme une loi cartésienne, les essais sont indissociables
de la simulation numérique, mettant ainsi un terme à une pseudo-vérité qui ne
manquai pas de hérisser le poil des grands laboratoires d’essais, celle qui, il n’y a pas
si longtemps encore, promettait que les essais physiques ne seraient qu’un lointain souvenir.
Certes, des souffleries centenaires comme celle qu’avait créée Gustave Eiffel dans le 16 e
arrondissement de Paris, et toujours en activité (cf. Essais & Simulations n°110), ne courent
plus les rues. Et le métier a beaucoup évolué depuis. Mais l’idée largement diffusée dans les
années 90 consistant à affirmer que la simulation numérique aura raison des essais en environnement
est aujourd’hui considérée comme vaine.
Enterrée la hache de guerre ? Pas si simple. Car si l’on considère que les essais en vol d’un
avion ou d’un hélicoptère seront toujours incontournables pour valider les résultats de calculs
assidûment menés dans les bureaux d’études, d’autres secteurs d’activité tels que l’aéronautique
ont longtemps creusé le fossé, donnant une quasi-exclusivité à la simulation pour valider
la conception et le développement d’un produit, jusqu’à sa sortie sur le marché.
Il n’en demeure pas moins que les deux domaines sont complémentaires. L’un servant inexorablement
l’autre. La simulation a permis, d’une part, de réduire considérablement la durée
et le coût des essais. De plus, elle a simplifié les campagnes de tests ; les industriels sont
désormais capables de mener des campagnes en interne, chose qui n’était pas forcément le
cas hier. D’autre part, de par ces avantages, elle a élargi le champ des possibles en poussant
les ingénieurs à effectuer des opérations de simulation dépassant le cadre des cahiers des
charges. Aller plus vite permettra toujours d’aller plus loin.
Ce numéro spécial consacré à deux événements majeurs, le Congrès Nafems et le Forum
Teratec, et dont Essais & Simulations est partenaire, a tenu à montrer l’importance de la simulation
– et donc de la nécessité des moyens de calculs haute performance (HPC) – dans les
essais, leurs défis et le rôle croissant qu’elle joue aujourd’hui. La rédaction a également tenu
à montrer la place grandissante qu’occupe la France qui, après bien des efforts, rattrape le retard
accusé ces dernières années en termes de moyens de calcul. En espérant que les essais
profitent de cette dynamique.
Olivier Guillon
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EXPERT EN
VIBRO ACOUSTIQUE
Acquisition
de données
Simulations
numériques
• analyse modale expérimentale
• modélisation par éléments finis
• déformées opérationnelles
• simulations acoustiques
Laboratoire d’essais
• Essais vibratoires jusqu’à 80 000 Newton
• Essais acoustiques (salle réverbérante, tube de Kundt)
• Essais climatiques
Pour le respect des critères de discrétion vibratoire et acoustique.
Pour caractériser le comportement de vos structures.
Pour fiabiliser vos produits.
Pour caractériser les propriétés acoustiques de vos produits.
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Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 2

Sommaire
Actualités
Partenariat entre SpaceClaim et le Cetim ................4
De nouveaux modèles de machine
d’essais haute capacité ..........................................4
Le CNRS fait appel à Marc, de MSC ........................5
Le Cetim double ses moyens d’essais
à Casablanca ...........................................................6
Mesures et Méthodes de mesure
Bien choisir ses équipements
d'acquisition de données .......................................10
Mesure en production :
un panorama des technologies .............................13
Mecaclim
Variabilité de l’environnement climatique ..............17
Essais et Modélisations
Dossier
SIMULATION
L'INTERVIEW : « Les essais
demeureront incontournables » ............................46
Airbus, DGA TA et Intespace, ensemble pour
relever les défis de l’A350 ...................................48
Prédiction et correction des distorsions
géométriques issues de la fabrication
de pièces composites hautes performances
pour l’industrie automobile ....................................49
Poclain Hydraulics optimise ses solutions
avec un outil de simulation ....................................55
Simuler la thermoacoustique
avec Comsol Multiphysics .....................................58
Diagnostic de défauts dans les structures
mécaniques par Subspace Fitting .........................60
Impression 3D, la signature d’une nouvelle
révolution industrielle ? ...........................................22
Quand l’armée de l’air fait appel
à la fabrication additive ........................................24
>> Spécial Congrès Nafems France
Le Congrès Nafems ouvre ses portes à Paris .....26
Airbus simule un essai complet ..........................29
La simulation numérique se professionnalise ........30
Redonner aux essais leurs lettres de noblesse ......32
La simulation face à ses défis de demain ............33
>> Spécial Forum Teratec
Le Forum Teratec réaffirme l’importance
de la simulation et du calcul intensif .....................36
La simulation numérique : un élément
incontournable de l’industrie actuelle ....................38
La parole à… une entreprise confirmée ................40
La parole à… une start-up .....................................41
La parole à… une PME ..........................................43
La parole à… un laboratoire ...................................44
Vie de l’ASTE
Journée ASTE- LAAS/CNRS « Capteurs
innovants pour les essais d’environnement » ............61
Outils
Programme des formations ......................................63
Répertoires des annonceurs .....................................64
Essais & Simulations est la revue partenaire exclusive
de l’ASTE (Association pour le développement
des sciences et techniques de l’environnement).
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Actualités
Entreprise et Marché
Hutchinson crée un centre technique
de pointe dédié aux composites
Implanté à Châlette-sur-Loing (Loiret),
le centre technique composite (CTeC)
est consacré au développement de
nouveaux produits, matériaux et procédés
composites, et comprendra une
cinquantaine de personnes fin 2014.
Adossé au centre R&D d’Hutchinson,
le CTeC bénéficie de l’expertise
du groupe en acoustique, mécanique
vibratoire, protection thermique et
également de ses moyens d’analyse
de premier ordre (calcul intensif, salle
réverbérante, chambre anéchoïque). Il
travaillera sur de nouveaux procédés
de fabrication à temps de cycle beaucoup
plus courts tels que l’injection
sous toutes ses formes, l’estampage,
le thermoformage, l’enroulement filamentaire
ou la pultrusion, mais également
sur de nouveaux matériaux
tels que des alliages thermoplastiques
spécifiques.
Optis fournit un centre de réalité
virtuelle à Avic Chine
L’éditeur de solutions logicielles décisionnelles
de simulation optique, de
la lumière et de la vision humaine, basées
sur la physique, a livré et mis en
service à Avic Chine le premier centre
de réalité virtuelle dédié à la simulation
réaliste du ciel, Optis Sky Simulator.
Cette solution combine matériels
et logiciels dans un centre de réalité
virtuelle, afin de couvrir l’intégralité
des niveaux de lumière rencontrés
dans la vie réelle, rapprochant à présent
le monde numérique du monde
réel. Cette solution renforce ainsi la
stratégie du groupe visant à offrir une
plateforme de prototypage virtuel intégrale
à un large éventail d’industries.
Simulation
Partenariat entre SpaceClaim
et le Cetim
Le Cetim, Institut technologique
de mécanique
annonce son partenariat
avec SpaceClaim, leader
du marché des logiciels
de modélisation directe
permettant à tous les ingénieurs
de travailler en
3D. Le Cetim peut ainsi proposer
une solution packagée « modeleur
3D + calcul aux éléments finis » à un
tarif abordable « Cette solution est
pour nous l’avenir du développement
commercial de notre logiciel maison
« Castor Concept » et de sa suite logicielle
associée : Castor Elec 3D et
Procor » indique Laurent Berteloot,
du Cetim.
La solution logicielle de SpaceClaim
permet notamment la concrétisation
rapide d’une idée par une
modélisation 3D directe,
mais aussi la récupération
automatique de tout fichier
CAO, l’édition et la modification
du modèle quelque
soit son logiciel d’origine,
ainsi que la préparation aisée
d’un modèle pour un calcul aux
éléments finis, et offre une interface
directe avec Castor Concept Pro.
Par ailleurs, Castor Concept Pro permet
une analyse mécanique répondant
à 80% des besoins de calcul,
pour des structures mécano-soudées,
les pièces volumiques et les
assemblages. Il est ainsi possible
d’utiliser SpaceClaim pour concevoir
la pièce et Castor Concept pour la
calculer.
Contrôle qualité
De nouveaux modèles de machine
d’essais haute capacité
Shimadzu, un des leaders mondiaux de l'instrumentation analytique
et des essais de matériaux, a lancé ses derniers instruments
pour essais destructifs. La célèbre série AGS-X s’enrichit
de quatre nouveaux modèles allant jusqu'à 300 000 N et d’une
nouvelle version du logiciel ultra performant. Ces nouveaux modèles
sont destinés au contrôle qualité et à la R&D.
Bonne tenue pour la troisième
édition de Microwave & RF
Côté visiteurs, la fréquentation est
stable, puisque 1 902 visiteurs sont
venus découvrir les nouveautés produits
des soixante-dix sociétés exposantes.
Moment fort du salon, les huit
cycles de conférences ont été suivis
par 749 auditeurs. Les conférences
de Microwave & RF permettent de
faire le point sur les avancées technologiques
ou sur des sujets particuliers
réclamant des réponses à la fois
spécifiques et pointues. En proposant
des thèmes qui sont au cœur des
préoccupations des auditeurs, Microwave
& RF répond aux attentes et
aux questions des ingénieurs et chefs
de projets qui viennent chercher une
information utile pour la conception de
leurs projets.
Les nouveaux modèles AGS-X haute
capacité sont équipés d'un contrôleur
interne puissant capable d'envoyer
des données de mesure jusqu'à 1000
Hz. Les cellules de charge ont également
été améliorées et couvrent
désormais une plus large gamme de
mesure de 1/1 à 1/500 de la capacité
nominale.
Selon la norme ISO 7500-1 et normes
équivalentes, la précision est donc de
classe 1, voire de classe 0,5. Ainsi, il
est maintenant possible de mesurer
tout échantillon, de la toile d’araignée
(0,002 N) à l’acier haute résistance
(300 000 N) en utilisant le même
châssis. En plus des essais de traction,
compression et flexion, un large
éventail de tests complémentaires
peuvent être effectués tels que le pelage,
les frottements, l’adhésion ou
encore les tests de texture. Combiné
avec un extensomètre approprié, la
série AGS-X répond entièrement aux
normes ISO-6892 et ISO-527.
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Actualités
Produits et Technologies
En application
Le CNRS fait appel à Marc, de MSC
Le CNRS a fait le choix de Marc, une solution d'analyse non linéaire et multiphysique de MSC Software,
pour simuler l'hydroformage des miroirs optiques. Dans ce cas précis, la simulation numérique a permis de
corréler les résultats expérimentaux et de réduire les temps de production.
L’éditeur de logiciels et solutions de
simulation MSC Software Corporation
a annoncé que les chercheurs du Laboratoire
d'astrophysique de Marseille
(LAM, sous tutelle du CNRS), utilisent
désormais sa solution d'analyse non
linéaire par la méthode des éléments
finis ; baptisée Marc, cette solution les
aide à simuler un nouveau procédé
permettant d'utiliser l'hydroformage
pour obtenir les formes extrêmes de
miroir optique nécessaires à la nouvelle
génération de télescopes et
instruments astronomiques, tout en
réduisant les coûts et les délais de production
de ces miroirs. « Nous avons
choisi Marc pour analyser le processus
d'hydroformage parce que ce logiciel a
démontré la précision de ses résultats
dans les problèmes de changements
non linéaires complexes en géométrie
et en propriétés des matériaux,
explique Zalpha Challita, post-doctorante
au CNRS-LAM. Marc a montré
sa capacité à modéliser avec précision
le processus d'hydroformage, et sera
donc largement utilisé à l'avenir. »
Un processus d'hydroformage difficile
à optimiser
Les surfaces de miroirs de forme libre,
c'est-à-dire les surfaces ayant une
forme plus complexe que celles des miroirs
symétriques classiques (sphère,
parabole, hyperbole, etc.), offrent d'importants
avantages : les degrés de
liberté supplémentaires qu'elles autorisent
permettent d'améliorer les performances
optiques des instruments,
réduisant ainsi leur masse et leur taille.
La technique d'hydroformage consiste
à déformer le matériau en une seule
étape pour lui donner sa forme finale,
ceci en le mettant en contact avec un
moule de forme spécifique par application
d'un fluide à haute pression sur
la surface optique. Ce procédé donne
également la possibilité de produire
une surface de qualité élevée car il élimine
la nécessité d'un outil mécanique
au contact de la surface du miroir.
Toutefois, le processus d'hydroformage
est difficile à concevoir et à
optimiser, car le miroir doit subir une
déformation plastique pour former une
surface optique de forme libre. L'analyse
par éléments finis (FEA) réalisée
avec Marc a permis de quantifier les
erreurs résiduelles après l'hydroformage
et d'optimiser le système. Les
capacités de l’outil en optimisation permettent
de corréler les résultats expérimentaux,
en tenant compte du bilan
d'erreur de quelques micromètres autorisé
en optique astronomique.
Calcul, codes et conseils
Tout pour fiabiliser vos équipements dès la conception
Le Cetim met à votre disposition ses moyens et ses experts
pour réaliser et vérifier vos calculs:
P Selon les réglementations: Directives européennes, arrêtés, etc.
P selon les codes des ESP et de tuyauterie : CODAP, ASME VIII, EN13445, CODRES,
CODETI, ASME B31.3 …
P selon les conditions (sismiques, vent, etc.)
P Calculs de frangibilité et mise en sécurité des bacs
Et pour :
P Le diagnostic mécanique complet de vos installations
P La vérification de la conformité de vos équipements
P La conception des mesures correctives
Le Cetim, 40 ans d’écriture de codes
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1201-016
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 5

Actualités
Produits et Technologies
Reportage
Le Cetim double ses moyens d’essais
à Casablanca
Cetim Maroc Développement, filiale du Centre technique des industries mécaniques, a inauguré ses
nouveaux laboratoires d’essais métalliques, non loin de l’aéroport Mohamed V de Casablanca. Ces
laboratoires abritent des dizaines de machines d’essais et des salles équipées pour les opérations de
métrologie et de qualité. Avec ce nouveau bâtiment, Cetim Maroc se pose aujourd’hui comme une véritable
vitrine technologique pour le Cetim qui entend bien poursuivre son développement à l’étranger.
Face à la croissance industrielle marocaine,
en particulier dans le secteur
aéronautique, très présent dans le
nord du pays, la première filiale internationale
du Cetim a investi dans
d’importants moyens d’essais, inaugurés
en grande pompe par la députée
parlementaire Aatimad Zahidi,
l’ancien ministre français Luc Châtel,
aujourd’hui président du groupe parlementaire
Amitié France-Maroc, de
Ludovic Molliex, directeur Matériaux
et Procédés du groupe Safran, Karim
Cheikh, directeur général de Cetim
Maroc Développement et d’Emmanuel
Vielliard, président du Cetim. Mais ces
importants moyens d’essais sont aussi
là pour répondre aux exigences fortes
en matière d’utilisation de matériaux
métalliques plus performants, moins
coûteux et permettant de produire des
pièces allégées.
Implanté sur la Technopôle Nouasser à
Casablanca, Cetim Maroc est devenu
un laboratoire de référence mondiale
dans le domaine de la caractérisation
mécanique et métallurgique des
pièces aéronautiques ; surtout depuis
qu’il a investi pas moins de 6 millions
d’euros pour l’acquisition de nouveaux
20 000 opérations d’essais sont réalisées par an
moyens d’essais de haute technologie.
Débutés en mai 2013, les travaux
se sont achevés à la mi-avril 2014.
Aujourd’hui, Cetim Maroc dispose
de 4 800 mètres carrés de surface et
l’ensemble de ses moyens techniques
permettent des capacités d’essais métalliques
uniques au Maroc, en Afrique
du nord mais aussi en Europe.
Au total, le nouveau bâtiment abrite sur
3 000 mètres carrés un laboratoire (accrédité
Cofrac) comprenant pas moins
de treize microscopes optiques, six polisseuses,
deux microscopes électroniques
à balayage, cinquante-quatre
machines de fatigue et dix-huit machines
de fluage, huit machines Dwell,
trois machines de traction ainsi que six
machines de fissuration. Ces dizaines
d’équipements permettent d’assurer
près de 20 000 opérations d’essais par
an. Au premier étage du bâtiment se
situent le service administratif et, de
manière plus significative, toute la partie
dédiée à la métallurgie, en particulier
à la préparation de l’état de surface
de métaux et d’alliages de métal, inconel,
aluminium et autre titane.
De l’état de surface…
Plusieurs salles se succèdent et sont
destinées à la préparation des échantillons
et aux opérations de pré-polissage
et de polissage, de tronçonnage
et d’enrobage. Ici s’agitent les six
polisseurs, une enrobeuse et un analyseur
d’hydrogène. Le rôle de ces
laboratoires est bien de procéder à
une sorte d’échographie et de l’analyse
métallique. Les microscopes permettent
de révéler l’état de surface de
pièces aéronautiques, qu’il s’agisse de
nouvelles pièces ou des pièces ayant
subi des avaries. « Dans la salle de
microscopie, nous disposons à la fois
de matériel de pointe avec l’installation
de treize appareils mais aussi d’un
personnel très qualifié, insiste Salah
Darkaoui, directeur général adjoint.
Nos collaborateurs sont des ingénieurs
métallurgistes que nous formons aussi
en interne afin qu’ils soient capables
d’analyser tous types de matériaux ».
Les équipes procèdent d’abord à
une cartographie de la pièce, puis au
fibrage et à la cotation avant d’analyser
l’image avec précision.
Avec le microscope électronique à
balayage, il est possible de déterminer
les causes de fatigue de rupture
liées à la fatigue et pas à autre chose
comme les défauts de conception par
exemple. Les moyens employés sont
de taille et permettent à un échantillon
de 4mm. d’être grossi jusqu’à 50 000
fois.
En termes de qualité et de métrologie,
des indicateurs révèlent chaque
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 6

Actualités
Produits et Technologies
mois les délais de livraison, les performances
des essais, les éventuels
écarts entre les délais et les prévisions
accompagnés des temps de réponse
avec un objectif de cinq jours maximum.
Par ailleurs, une salle de planification
logistique a donné lieu au
développement en interne d’une application
locale destinée à répondre
dans l’heure à toute sollicitation de la
part des clients. Enfin, une salle d’appui
technique emploie un système de
dépouillement de résultats entièrement
automatisé pour le suivi, l’analyse et la
récupération des données. « ici sont
jugés les essais menés en laboratoire.
Il s’agit de donner un regard extérieur
et de mener un arbitrage systématique
sans passer par l’ingénieur d’essai ».
… aux essais mécaniques
Au rez-de-chaussée, on pénètre dans
le monde des essais mécaniques.
La salle de fluage et d’opérations de
traction permet d’assurer les essais
mécaniques et statiques. La cadence
et l’état des vingt-quatre machines de
fluage et des deux machines de traction
(ambiante et hachée) sont surveillés
par un système de supervision qui
permet de suivre les essais en cours,
d’envoyer des informations, lesquelles
peuvent également être consultées
à la demande du client. Les équipements
sont dotés de thermocouples
haut et bas et assurent les déplacements
nécessaires. Sur les machines
sont disposées des éprouvettes de
traction de très petites tailles, usinées
avec finesse et une extrême précision.
Plus loin, un laboratoire d’essais de
rupture est consacré aux opérations
de ténacité et de fissuration ; « on
crée un défaut dans une éprouvette
puis on en suit l’évolution, précise Salah
Darkaoui. Pour ce faire, nous effectuons
une entaille dans la matière
afin de créer le défaut défini dans le
cahier des charges. À partir de là, on
sollicite l’éprouvette via un effort cyclique
jusqu’à la rupture. S’en suivent de
nombreux calculs pour valider ou non
l’essai ».
Salle d'essais mécaniques et statiques
À côté de ces essais effectués sur
cinq machines de fissuration – et dont
la durée peut atteindre un mois – se
trouvent les tests de fatigue à haute
fréquence (HCF), allant de 60 à 80
hertz. Ici, on fatigue l’éprouvette en
tirant et en relâchant soixante fois en
l’espace d’une seconde et sous des
températures élevées allant jusqu’à
1 100°. Ces essais vibratoires, tout
comme le reste des phases de tests,
qu’il s’agisse de l’étalonnage des
équipements, des alignements ou
des températures par exemple ainsi
que l’extensométrie, sont entièrement
conformes aux normes Cofrac. Enfin,
la plus grande salle concerne les essais
de fatigue à basse fréquence (allant
de 2 à 10 hertz) et abrite pas moins
de quarante-deux machines disposées
en ligne. Pour ce type d’essai, la durée
des phases de test va de trois à une
vingtaine de jours. Fortement sollicitée,
cette étape nécessite pas moins
de treize personnes travaillant en 3-8.
Une vitrine internationale pour le
Cetim
Cette entité créée il y a huit ans atteint
aujourd’hui un chiffre d’affaires de plus
de 6M€ pour des essais concernant
actuellement pas moins de 1 500 moteurs
par an et rassemble une soixantaine
de collaborateurs. Impulsée par
le renouvellement pour cinq ans d’un
contrat avec le groupe Safran, la filiale
marocaine entend prendre part
au développement industriel du pays
tout entier, et pas seulement dans l’aéronautique
; le TGV marocain est par
exemple fera partie des prochaines
missions du Cetim. « Il est important
de souligner que l’activité ’’testing’’
connaît un essor significatif au sein du
Cetim, avec une croissance de 25%
en quatre ans, représentant un chiffre
d’affaires de quelque 10M€ », a indiqué
lors de l’inauguration Emmanuel
Vielliard, qui rappelle au passage que
la filiale marocaine « est en train de
devenir la vitrine du développement du
Cetim à l’international ». Des projets
à l’étranger sont d’ailleurs en cours, à
commencer par la Malaisie, où l’aéronautique
occupe également une place
croissante.
Près de 45% des salariés de Cetim Maroc sont des femmes
Olivier Guillon
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 7

Actualités
Produits et Technologies
Le couplage essai et simulation est désormais indissociable
>> Entretien avec Ludovic Molliex, directeur Matériaux et Procédés du groupe Safran
Ancien responsable des essais matériaux chez Snecma, Ludovic Molliex
était, avant 2006, à la recherche d’une plateforme d’essais intégrée rassemblant
à la fois les opérations de prélèvement de matière, d’analyse
et d’essais de fatigue. En France, les recherches se sont révélées infructueuses
jusqu’à sa rencontre avec David Richet, du Cetim. C’est à ce
moment là que l’aventure marocaine a démarré.
Essais & Simulations
Comment expliquez-vous les difficultés rencontrées au cours de vos recherches ?
Ludovic Molliex
En 2006, il y a eu un réel rebond du secteur aéronautique et nous avions besoin d’une plateforme d’essais entièrement
intégrée. Or tous les grands opérateurs d’essais, déjà de moins en moins nombreux en raison de la concentration du
marché des laboratoires, étaient tous occupés à assurer les commandes de grands donneurs d’ordres tels qu’Airbus
ou Boeing et d’autres motoristes. Notre voix comptait peu et nous devions attendre notre tour, ce qui était bien entendu
inenvisageable. De plus, en France, les partenaires potentiels ne souhaitaient pas sortir de leurs compétences et de
leur cœur de métier. Quant aux pays de l’est, nous n’avons pas trouvé les compétences suffisantes pour faire émerger
une telle plateforme de taille critique.
Que vous apporte cette plateforme ?
Nous étions en mesure de procéder aux différentes étapes d’essais mais cela aurait posé un gros problème de coordination
entre les services, surtout face à la demande croissante dans nos activités. Pour donner un ordre de grandeur,
le Cetim Maroc a réduit d’un facteur 3 la durée des opérations par une complète intégration de l’ensemble des étapes.
Pourquoi le Maroc ?
Ce fut le choix du Cetim qui souhaitait se développer ici en créant cette structure de ce type. Nous l’avons donc suivi.
Évidemment, le fait que le Maroc soit un pays best-cost ne nous a pas dérangé ! Mais ce fut ne fut en aucun cas la raison
principale. Notre secteur implique de ne pas transiger avec la qualité et les compétences. Celles-ci sont d’ailleurs
très bien formées : en plus de son cursus, chaque nouveau collaborateur passe un examen afin de montrer qu’il a bien
saisi les problématiques de cet établissement un peu particulier. Par ailleurs, nous entretenons à travers le groupe
Safran d’importants liens avec le Maroc qui reste le pays d’Afrique où nous sommes le mieux implanté avec près de
2 100 salariés.
Plus globalement, comment ont évolué les essais chez Safran ?
Ceux-ci sont de plus en plus instrumentés. Ici, on trouve des essais de fissuration mais aussi des essais de fatigue
à charge et à contrainte imposées. L’idée est de faire de l’essai afin de recueillir un maximum de données. Il en est
de même chez Safran qui reste à la pointe de techniques telles que l’émission acoustique, la corrélation d’images, la
thermographie, l’extensométrie pour haute température, les sollicitations mécaniques complexes (biaxiées). Mais la
principale évolution réside dans l’idée que désormais, le couplage « essai et simulation » est indissociable. Cela tient
bien sûr de la puissance des équipements informatiques et des logiciels mais aussi et surtout du chaînage permettant
de transporter en des temps réduits et de manière optimale les informations, de la simulation d’une pièce de forge par
exemple à la production, jusqu’à la prise en compte de son cycle de vie dans son environnement.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 8

Maîtrisez et tracez vos
essais en toute simplicité
1
Définir le banc d’essai
2
Sélectionner les enceintes
metroview2
3
Positionner les sondes
Caractérisation et
vérification des
enceintes
climatiques
et
thermostatiques
Selon les normes
FD X 15-140 et
ISO 60068-3 (5,6,7 et 11)
4
Déterminer la plage des
résultats
5
Editer le rapport
Tél : +33 (0)4 72 18 09 90
commercial@implex.fr
www.implex.fr
SYSTEME MANAGEMENT
CERTIFIE
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 9

Mesures et Methodes de Mesure
En pratique
Bien choisir
ses équipements d'acquisition de données
L’acquisition de données est de plus en plus sollicitée dans l’industrie, qu’il s’agisse des essais ou au
niveau de la production pour traiter toutes les informations qui transitent au pied de la machine. Ainsi,
recueillir des informations est une étape essentielle pour documenter un système ou analyser un phénomène,
anormal ou non.
Les systèmes d’acquisition de données
se présentent sous la forme de
produits ou de procédés permettant
d’enregistrer la température d'un moteur
ou d’un four par exemple. Toutefois,
les informations révélées par des
capteurs et des moyens de mesure
toujours plus nombreux et performants
a poussé les fournisseurs de technologies
d’acquisition de données de
suivre les progrès qui n’ont cessé de
s’accélérer ces dernières années. Ainsi,
« au fur et à mesure que la technologie
a progressé, ce type de processus
a été simplifié et rendu plus précis, polyvalent
et fiable grâce à l'équipement
électronique, indique-t-on chez Omega
Engeneering. L'équipement varie en
allant des enregistreurs simples à des
systèmes informatiques sophistiqués.
Les produits d'acquisition de données
servent en tant que point focal dans les
systèmes, car ils créent un lien entre
une grande variété de produits, tels
que les capteurs qui indiquent les températures,
débits, niveaux, ou pressions
». Par ailleurs, l’entreprise énumère
certains termes d'acquisition de
données d'un usage courant et ceux-ci
sont particulièrement nombreux.
Se familiariser avec un vocabulaire
spécifique
Tout d’abord, le convertisseur analogique-numérique
(CAN) ; il s’agit d’un
dispositif électronique qui convertit les
signaux analogiques en format numérique
équivalent. Le convertisseur
analogique-numérique est au cœur de
la plupart des systèmes d'acquisition
de données. Il existe aussi le convertisseur
numérique-analogique (N/A),
composant électronique se trouvant
Exemple de capture d’écran tirée du progiciel d’acquisition, de traitement des mesures
et de gestion des essais développé par la société Implex. Cette solution globale
est utilisée pour la gestion des données depuis leur forme brute jusqu’au rapport final
avec une exploitation immédiate et efficace de l’information.
dans de nombreux dispositifs d'acquisition
de données qui produisent un
signal de sortie analogique.
Le terme « entrée/sortie numérique »
(E/S) fait référence à un type de signal
d'acquisition de données. Les E/S numériques
sont des signaux discrets
qui démontrent une configuration par
rapport à l'autre: ces configurations
peuvent être sous/hors tension, haut/
bas, 1/0, etc. Les E/S numériques sont
également appelés binaires E/S.
L’entrée simple fait quant à elle référence
à la manière dont un signal est
raccordé à un dispositif d'acquisition
de données. Avec le câblage à entrée
unique, chaque entrée analogique dispose
d'une connexion unique élevée,
mais tous les canaux partagent une
connexion de mise à la terre commune.
Les dispositifs d'acquisition de
données ont des entrées asymétriques
ou différentielles; de nombreux appareils
prennent en charge les deux
configurations. Enfin, l’entrée différentielle
concerne un signal raccordé
à un dispositif d'acquisition de données.
Les entrées différentielles ont
une connexion haute unique et une
connexion basse unique pour chaque
canal. Les dispositifs d'acquisition de
données possèdent des entrées asymétriques
ou différentielles ; de nombreux
appareils prennent en charge les
deux configurations.
D’autres termes appartiennent également
au langage de l’acquisition de
données. Par exemple, le General Purpose
Interface Bus (GPIB) se présente
comme le bus standard utilisé pour
contrôler les instruments électroniques
avec un ordinateur. Il est également
appelé IEEE 488 en référence à la définition
de la norme ANSI/IEEE. La résolution
se définit quant à elle comme
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 10

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Mesures et Methodes de Mesure
le plus petit incrément de signal qui
pouvant être détecté par un système
d'acquisition de données. La résolution
peut être exprimée en bits, proportions,
ou en pourcentage de la pleine
échelle. Par exemple, un système possède
une résolution de 12-bit, une partie
de résolution 4096, et 0,0244 pour
cent de la pleine échelle.
Être au fait des normes
Au domaine des acquisitions de données
correspondent plusieurs normes.
La RS232 concerne les communications
série qui se trouve dans de nombreux
systèmes d'acquisition de données.
RS232 est la communication de
série la plus courante; cependant, elle
est quelque peu limitée en ce qu'elle
ne supporte que la communication à
un seul dispositif connecté au bus à
un moment et elle est spécifiée pour
des distances de transmission allant
jusqu'à 15 mètres, même si dans la
pratique de nombreuses applications
fonctionnent sur des distances beaucoup
plus longues. La RS485 est une
norme pour les communications série
qui se trouve dans de nombreux
systèmes d'acquisition de données.
RS485 n'est pas aussi populaire que
RS232 ; néanmoins, il est plus flexible
en ce qu'il prend en charge la communication
avec un maximum de 32 périphériques
sur le bus à un moment (et
davantage avec l'aide des répéteurs)
et des distances de transmission d'environ
1 500 mètres.
Enfin, il convient de prendre en compte
la fréquence d'échantillonnage, c’est-àdire
la vitesse à laquelle un système
d'acquisition de données recueille les
données. La vitesse est normalement
exprimée en échantillons par seconde.
Pour les dispositifs d'acquisition de données
multicanaux, la fréquence d'échantillonnage
est généralement donnée en
tant que la vitesse du convertisseur analogique-numérique
(A/N). Pour obtenir
le taux d'échantillonnage des canaux individuels,
vous devez diviser la vitesse
de l'A/N par le nombre de canaux étant
échantillonnés.
Distribué et intégré en France par la société Johne + Reilhofer, le module de mesure
de synchronisation d’allumage Cansas-IGN est une unité de mesure compacte avec
sortie CAN universelle de la vitesse et du moment d’allumage par cylindre de tous
moteurs à explosion jusqu’à 12 cylindres.
Quelques critères de choix d’un
équipement
Appareils de base ou équipements
sophistiqués, il importe aux industriels
de bien orienter ses futurs investissements
en fonction de ses besoins.
Or cette tâche n’est pas simple, d’où
l’importance d’avoir à l’esprit plus facteurs.
Par exemple, il est recommandé
au futur acquéreur de s’assurer que
l'équipement dispose bien des sondes
et des capteurs nécessaires. Ensuite,
il convient de déterminer combien de
voies d'acquisition on a besoin, 4, 6, 8,
16 ou 32 voies, ou davantage. Il ne faut
voir trop large même s’il est conseillé
de prévoir quelques voies supplémentaires
aux besoins initiaux. Au niveau
de la fréquence de mesures, , dans le
cas d'automatisation industrielle ou de
systèmes de communication, le flux
de données à enregistrer peut s’avérer
dense donc la fréquence d'échantillonnage
doit être assez élevée (100
Méch/s voire plus). La durée d'acquisition
des données est également un
élément important et joue sur la capacité
de la mémoire, limitée en fonction
du niveau élevé de la fréquence
d'échantillonnage ; il ne pas omettre
dans ce cas de penser à recourir à une
mémoire externe (via un port USB). La
résolution du dispositif doit également
être prise en compte, dans la mesure
où plus celle-ci sera élevée, plus elle
sera gourmande en capacité mémoire.
Enfin, il est essentiel de penser à l’aspect
portatif de l’équipement (batterie)
ainsi que sa résistance aux chocs ou
aux éventuelles intempéries, dans la
mesure où, bien souvent, il sera utilisé
sur site et en dehors, directement
sur le terrain. De même, outre l'interface
utilisateur qui se doit d’être la plus
conviviale possible, il est utile de réfléchir
aux besoins en terme de connectivité
et la facilité de transfert de l'information,
notamment via le Web ou les
serveurs type ftp.
Parallèlement à l’achat d’équipement,
il ne faut pas oublier la location, pouvant
se révéler comme une solution
adaptée aux « petits » utilisateurs, pour
des utilisations ponctuelles et dont on
peut adapter le matériel en fonction
des puissances et des capacités dont
on a besoin à un instant T.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 12

Mesures et Methodes de Mesure
Solutions
Mesure en production :
un panorama des technologies
Les moyens et les outils de mesure en production, dans les environnements parfois sévères, dans les laboratoires
d’essais, sur site ou directement au pied de la machine se multiplient dans l’industrie. Plus précises
mais aussi plus légères et ergonomiques, ces solutions sont également de plus en plus abordables et donc
accessibles.
Une chaine de mesure d’émission
acoustique spécifique pour environnements
sévères
Kistler a lancé sur le marché une solution
destinée à la maintenance conditionnelle
dans les environnements
soumis à des fortes températures
ou dans des lieux critiques IEC/Ex.
Cette solution se constitue du capteur
d’émission acoustique Piezotron
Type 8152C et du coupleur d’émission
acoustique Piezotron 5125C. Cette
combinaison s’adapte à la mesure
d’ondes de surface de haute énergie
supérieures à 50 kHz situées sur des
composants, structures ou systèmes
métalliques. Ces émissions résultent
la plupart du temps de perturbations,
de fuites, de déformations du plastique
de matériaux, de formations de crevasses,
fractures, friction ou fatigue
des matériaux eux-mêmes.
Les chaines de mesure d’émission
acoustique développées par Kistler
sont utilisées sur une large gamme
d’application depuis de nombreuses
années. Elles sont notamment utilisées
dans le contrôle non destructif et
la surveillance en ligne pour maintenance
conditionnelle et préventive. Enfin,
cette nouvelle génération peut être
désormais utilisée jusqu’à 165°C. Une
option ATEX permet de l’utiliser dans
des environnements critiques (gaz explosifs,
poussières...).
Une solution clé-en-main pour
l’étalonnage de capteurs de vibration
industriels
PCB Piezotronics met à disposition
des techniciens de maintenance ou
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 13

Mesures et Methodes de Mesure
des services de métrologie des systèmes
d’étalonnage vibratoire portables.
Ceux-ci ont été conçus de manière
à être plus faciles à transporter,
simples à utiliser et rapides à exploiter.
Effectuer l’étalonnage de ses instruments
de mesure permet de s’assurer
de leur efficacité et de leur précision
lors de leur utilisation sur site. Effectué
en moyenne une fois par an, voire tous
les deux ans, il est désormais possible
de le mettre en place plus régulièrement,
sur l’ensemble de son parc, sans
contraintes logistiques, rapidement et
de façon autonome. PCB Piezotronics
propose pour cela un système d’étalonnage
portable qui permet, rapidement,
simplement et en toute sécurité,
d’étalonner ses capteurs ou transmetteurs
de vibration.
Le système portable 9110D est un calibrateur
de terrain durable et robuste,
destiné à délivrer une validation des
capteurs dynamiques directement sur
site. Ce système propose ainsi un set
complet d’étalonnage des capteurs en
une seule valise, sur batterie. Il permet
également de procéder à une calibration
des accéléromètres, transmetteurs
4-20 mA, vibroswitches électroniques,
sondes de proximité, systèmes
PLC, DCS et SCADA, systèmes online
et analyseurs. Le paramétrage et l’affichage
des données se fait en temps
réel. Outre sa mémoire interne (allant
jusqu’à 500 enregistrements), le système
9110D permet un transfert des
données via clé USB puis l’exploitation
des résultats sous Excel sur ordinateur.
En quelques minutes, l’opérateur
peut valider le bon fonctionnement de
ses capteurs et obtenir ses certificats
d’étalonnage en un tour de main.
Deux nouvelles solutions pyrométriques
conçues pour mesurer la
température sans contact dans les
procédés industriels
Le leader mondial des systèmes infrarouges
conçus pour mesurer la température
sans contact dans les environnements
industriels, a récemment
présenté deux nouveautés. D’une part,
le capteur miniature Raytek MI3LTH a
été développé pour fonctionner à des
températures ambiantes élevées sans
refroidissement. Séparée des composants
électroniques, la tête de mesure
supporte des températures pouvant
atteindre +180 °C. Cette avancée
étend les possibilités d'application des
systèmes sans contact. Ils peuvent
ainsi remplacer les sondes de contact
mesurant les températures jusqu'à
1000 °C.
D’autre part, le système de balayage
linéaire infrarouge Ircon ScanIR3
a été conçu pour créer des images
thermiques en temps réel dans les
secteurs du verre, des métaux, des
semi-conducteurs et du plastique.
Les scanners en ligne conviennent au
contrôle de la température des procédés
continus et discontinus. La série
comprend huit modèles aux plages
de températures et longueurs d'onde
diverses. Intégrant une visée laser, un
système de refroidissement par eau et
une purge à air, ces unités robustes
fonctionnent dans les conditions les
plus difficiles. Intégrés sur les lignes de
production, les pyromètres, scanners
en lignes et autres imageurs fixes des
gammes Raytek et Ircon permettent de
détecter et de documenter en temps
réel toute anomalie thermique sur un
procédé.
Deux nouveaux capteurs à ultrasons
pour la commutation et la
mesure
Ces capteurs à ultrasons, dans un boîtier
entièrement métallique d'indice de
protection IP 67 avec des portées très
élevées, viennent élargir les domaines
d'application et compléter la gamme
des capteurs à ultrasons de Leuze
electronic. Ces appareils de commutation
et de mesure –HTU 418B
et DMU 418B – ont une portée allant
jusqu'à 1,30 mètre ; les appareils de
mesure DMU 430B vont jusqu'à 3
mètres. Disponibles dans un boîtier
métallique cylindrique M18 voire M30,
ces séries sont nettement plus courtes
que les modèles précédents. Elles
peuvent ainsi être installées simplement
à l'aide d’écrous de blocage sur
les filets extérieurs, même sur les sites
d'application les plus étroits.
Les deux séries sont dotées d'une
fonction d'apprentissage perfectionnée
: deux boutons permettant de
régler deux points de commutation
indépendants simplifient la configuration
et augmentent la flexibilité d'utilisation
des capteurs. Ces types d'appareils
dotés d'une interface IO-Link
garantissent un rattachement et une
commande intelligents, simples et
conviviaux des capteurs. La compensation
thermique permet d'éviter les
erreurs de mesure pouvant survenir
dans des conditions ambiantes différentes.
Quatre modes de fonctionnement,
par exemple pour basculer
d'un fonctionnement synchrone à un
mode multiplex, confèrent une grande
flexibilité dans l'application. Les capteurs
à ultrasons savent convaincre
par leur pouvoir de commutation quasiment
indépendant des propriétés
de la surface pour les matériaux avec
réflexion du son. Ils sont disponibles
avec différents lobes acoustiques et
donc divers angles d'ouverture. Ces
capteurs à ultrasons cylindriques dont
le lobe acoustique est particulièrement
mince sont conçus spécialement pour
la détection de petits objets ou d’objets
dans des ouvertures minimales et pour
la mesure de distance, de hauteur ou
de dimension d’objets
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 14

Mesures et Methodes de Mesure
Cas d’application en production
Keyence contrôle les segments de piston chez PSA
PSA réalise un contrôle automatisé des segments de piston avec des capteurs de déplacement laser de
Keyence. Cette mesure fine est réalisée en continu et avec succès depuis plusieurs années.
Créée en 1979, l’usine de Trémery,
située à vingt kilomètres de Metz,
compte 3 740 salariés. Elle est spécialisée
dans la fabrication de moteurs
diesel quatre cylindres. La production
journalière est de 6 500 unités, ce qui
en fait la première usine de fabrication
de moteurs diesel dans le monde et
la quatrième toutes énergies confondues.
Les segments de piston sont posés
par un robot. Munis d’une ouverture, ils
sont écartés et glissés sur des gorges
usinées à cet effet sur le piston. Ce
sont des composants critiques. Ils
servent principalement à empêcher le
passage des gaz de combustion dans
le carter moteur afin d’éviter toute perte
de pression des gaz et donc une perte
de puissance du moteur. De même, ils
doivent empêcher les huiles de lubrification
de passer du moteur vers la
chambre de combustion. Ils doivent
aussi assurer une épaisseur de film de
lubrification bien définie sur l’ensemble
du cylindre. La pose de ces pièces
d’étanchéité dynamique est essentielle
au bon fonctionnement du moteur.
Un contrôle précis et multiple pour
chaque piston
Les pistons sont dotés de trois segments
: le segment racleur, le plus
critique à contrôler car il est très fin et
il comporte un petit ressort qui risque
de casser. Le segment d’étanchéité et
enfin le segment « coupe-feu » qui fait
3 mm et qui est le plus simple à contrôler.
Le contrôle des segments de piston
est automatisé sur l’usine de PSA Trémery.
Un robot pose le piston sur une
table rotative. Quatre capteurs sont
disposés de part et d’autre du piston
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 15

Mesures et Methodes de Mesure
en face des deux premiers segments.
Chaque capteur contrôle la moitié d’un
segment. Une première rotation à 180°
permet de vérifier les deux premiers
segments avec les quatre capteurs.
Ensuite, la table fait une élévation sur
l’axe Z. Une deuxième rotation est réalisée
en sens inverse pour contrôler
le troisième segment en utilisant deux
capteurs. Si un segment se révèle non
conforme, il est contrôlé une deuxième
fois puis une troisième fois. Si le défaut
se confirme, le piston est confié à un
opérateur pour une analyse complémentaire.
« Les capteurs de déplacement
prennent toutes les cotes de chacun
des demi-périmètres qu’ils analysent,
explique Claude Tritz, Technicien
maintenance montage au sein de PSA
Trémery. Environ 2 500 mesures sont
prises par tour, soit un pas inférieur
au dixième de millimètre. Un cycle de
contrôle des trois segments dure environ
cinq secondes. Nous avons établi
des seuils pour contrôler la présence
et la position des trois segments dans
le milieu de la gorge ainsi que la taille
et l’emplacement de l’ouverture. On
vérifie aussi le ressort du segment
racleur via ses ouvertures. Pour cela,
nous avons sélectionné le modèle de
haute précision LK-G32 à spot fin de
30 microns de Keyence, car sinon le
spot était trop large pour rentrer dans
les ouvertures ». Deux modèles de
LK-G ont été utilisés : deux têtes à
spot fin diamètre 30 microns (LK-G32)
pour le contrôle du segment racleur
et étanchéité supérieure et 2 LK-G82
destinés aux détections du segment
coup de feu.
Le contrôle de 3 000 moteurs produits
chaque jour
Les LKG sont des capteurs laser de
déplacement. Ils offrent une vitesse
d’échantillonnage de 50 kHz pour une
répétabilité de 0,05 μm pour les modèles
les plus précis. Les segments de
piston sont des pièces réfléchissantes,
ce qui perturbe les mesures. Les
LK-G permettent une détection stable
d’objets transparents, en plastique
et métalliques grâce à des fonctions
de corrections. La technologie ABLE
(Active Balanced Laser control Engine)
détecte la surface d’une cible et
ajuste l’intensité de la lumière du laser
au niveau optimal. ABLE commande
intelligemment les trois paramètres
de la durée d’émission du laser, de la
puissance du laser et du gain (facteur
d’amplification du CCD), ce qui offre
une large plage de réglage de l’intensité
de la lumière jusqu’à quatre-vingtdix
fois supérieure à celle des modèles
conventionnels.
L’algorithme MRC (Multiple Reflection
Cancel) permet l’élimination des réflexions
multiples d’une surface métallique.
Quand au moins deux crêtes
sont générées par des réflexions multiples,
l’algorithme compare les formes
d’ondes à la dernière forme d’onde
lumineuse reçue et détermine laquelle
présente le plus de similitudes avec la
forme d’onde correcte. « Nous utilisons
cette solution depuis des années, par
rapport à la solution précédente, nous
avons beaucoup réduit le nombre de
faux défauts. Il est à noter également
que 3 000 moteurs sont produits en
continu chaque jours sur les lignes
contrôlées par les LK-G et ce dans un
environnement très difficile. En dépit
de cela, les LK-G résistent très bien »,
conclut Claude Tritz.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 16

Mecaclim
Méthode
Variabilité de l’environnement climatique – coefficient de
variation associé aux températures extrêmes mensuelles
La méthode « résistance - contrainte » est basée sur l’interaction probabiliste entre deux distributions
statistiques. Dans le domaine climatique, la température est une contrainte d’environnement dont la
distribution doit être caractérisée par une valeur moyenne et un coefficient de variation. Or dans ce
but, les bases de données climatiques ne sont pas facilement utilisables. À partir des températures
maximales journalières, on montre comment déterminer la valeur moyenne et le coefficient de variation
d’une température mensuelle qui serait dépassée avec une probabilité conventionnelle de 1%.
Mots-clés
méthode « résistance - contrainte », température maximale journalière, température maximale mensuelle, loi normale,
loi extrémale, probabilité de dépassement ;
Abstract
The “stress-strength” method is based on a probabilistic interaction between two statistical distributions. In the climatic
field the temperature is an environmental stress which the distribution must be characterised by a mean value
and a coefficient of variation. Now with this object the climatic data bases are not easily usable. Starting from the
maximum daily temperatures, we show how to determine the mean value and the coefficient of variation of a monthly
temperature which would be over-passed with a conventional exceeding probability of 1%.
Key-words
«stress-strength» method, daily maximum temperature, monthly maximum temperature, normal distribution, extreme
distribution, exceeding probability;
1. Introduction et objectifs
L’objectif des activités engagées par la
Commission MECA-CLIM de l’ASTE,
créée fin 2012, consiste à réviser les
normes AFNOR relatives à « l’application
de la démarche de personnalisation
en environnement ». Ceci implique
un transfert et une adaptation de tout
ou partie du contenu des Annexes de
la GAM-EG13 dont la version la plus
récente est le fruit des travaux soutenus
au cours des dernières années
[GRZ-13]. Ceux-ci ont permis d’introduire
dans les versions antérieures de
nombreuses améliorations et extensions,
dont le détail et les justifications
seront regroupés ultérieurement dans
un « Fascicule de Documentation »
accompagnant les normes AFNOR.
Au fil du temps, les sujets concernés
ayant fait l’objet de notes ou rapports
internes non publiés, ils le seront dans
cette rubrique, sous forme d’articles
courts. La présente note concerne la
variabilité des températures extrêmes
rencontrées dans divers environnements
climatiques. Elle est caractérisée
par un coefficient de variation qui
intervient dans la détermination du
coefficient de garantie présenté dans
la Partie 5 de la future norme AFNOR
[NFX-13].
2. Problématique
L’objectif de personnalisation adopté
dans le cadre de la méthode « Résistance
– Contrainte » nécessite de
définir aussi précisément que possible
les données relatives aux facteurs
d’environnement, en particulier la température.
En effet, la détermination
d’un coefficient de garantie implique
de définir une distribution adéquate de
la température, caractérisée par une
valeur moyenne et un coefficient de
variation. Pour un site géographique
donné, on dispose généralement de
séries chronologiques de températures
extrêmes maximales relatives à
diverses échelles temporelles (horaire,
journalière, mensuelle, annuelle) dont
l’exploitation est loin d’être évidente.
Nous montrons comment définir la
distribution et le coefficient de variation
des températures maximales
mensuelles à partir d’un minimum d’informations
disponibles, à savoir les
moyennes et écart-types des températures
journalières. Puis nous déterminons
la valeur moyenne et le coefficient
de variation des températures
mensuelles susceptibles d’être dépassées
avec une probabilité conventionnelle
de 1%. Pour un site climatique
donné, cette température, spécifique
de chaque mois de l’année, est une
donnée cohérente, pratiquement utilisable
au sens où elle représente une
valeur maximale statistiquement réa-
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 17

Mecaclim
liste. Ces développements actualisent
une approche alternative initialement
basée sur une méthode d’interpolation
moins précise, ayant permis de dégager
l’ordre de grandeur des coefficients
de variation relatifs aux valeurs des
maxima et minima mensuels [PIE-10].
Ici, nous avons abandonné la considération
des températures minimales car
les phénomènes qu’elles peuvent engendrer
(gel, condensation) dépendent
conjointement d’autres facteurs (hygrométrie).
De telles situations qui
font intervenir au moins deux facteurs
d’environnement, n’entrent pas dans
le cadre d’une méthode « résistance
– contrainte », intrinsèquement limitée
à l’interaction entre une résistance et
une seule contrainte.
3. Consistance de la démarche
3.1. Contexte général
Compte tenu de la variabilité intrinsèque
des températures et des échelles temporelles
considérées (horaire, journalière,
mensuelle, annuelle) la présentation
des données correspondantes
(abaques, valeurs tabulées), liée à la
diversité et à l’évolution des sources
disponibles [GRZ-11] rend leur interprétation
(donc leur exploitation), pour
le moins assez difficiles. Dans l’optique
d’une personnalisation de la méthode
« résistance - contrainte », La source
la plus pertinente à laquelle nous
avons pu accéder à ce jour [GUI-10]
résulte d’une procédure de validation
[MAR-99], réalisée dans le cadre de la
révision d’une version antérieure de la
base de données [STA-09]. L’annexe
6 de [GUI-10] fournit des tableaux de
valeurs mensuelles correspondant
à diverses zones climatiques notées
(Z-1 à Z-11), censées couvrir la climatologie
mondiale (les 3 zones Z-12 à
Z-14 ne sont pas renseignées). En vue
de sa validation, une application numérique
de la méthodologie proposée
fera référence à la zone Z-7, relative
à un climat tempéré frais. De plus, les
valeurs maximales mensuelles dépassées
avec une probabilité conventionnelle
de 1% ainsi que leurs coefficients
de variation seront calculés pour le
mois le plus chaud de chacune des 11
zones climatiques.
3.2. Nature & définition des grandeurs
[GUI-10]
Pour chacun des 12 mois de l’année,
les diverses températures maximales
sont définies comme suit :
• TMJ : moyenne mensuelle des valeurs
maximales (M) journalières (J),
• SIGM : écart-type moyen des valeurs
maximales (M) journalières,
• TMM : moyenne des températures
maximales (M) mensuelles (M),
• TME : valeur extrême (E) mensuelle
(M) ;
Par suite de leurs définitions statistiques,
ces valeurs sont ordonnées de
la façon suivante :
TME > TMM > TMJ
On notera en particulier, que TME est
une valeur unique, dite « record », qui
n’est pas reliée statistiquement aux
longues séries d’observations météorologiques
ayant permis de définir les
autres grandeurs. L’utiliser dans le
cadre de la méthode « résistance –
contrainte » ne serait donc pas très réaliste
car ceci conduirait à des marges
de sécurité excessives et non probabilisables
en terme de risque de dépassement.
3.3. Analyse critique & orientations
L’interprétation statistique de ces différentes
grandeurs et leurs relations mutuelles
a conduit [MAR-99] à reconstituer
et à valider les distributions des
températures maximales à partir des
trois températures indiquées systématiquement
dans les bases de données
météorologiques : TMJ, TMM, TME.
Ces distributions sont calculées numériquement
et représentées sous forme
d’abaques, compte tenu en particulier :
des estimations statistiques basées
sur des échantillons de grande taille
(30 années de 365 jours),
de l’hypothèse de normalité des températures
extrêmes journalières, non
biaisées et peu dispersées, en tant
que quantiles déterminés à partir des
températures horaires,
de l’indépendance des valeurs de températures
extrêmes maximales à une
échelle temporelle de 2 jours;
Ce travail important a permis de déterminer
les écart-types SIGM relatifs
aux TMJ, ce qui permet d’estimer les
coefficients de variation correspondant
à ces valeurs journalières. Toutefois,
le coefficient de variation des autres
grandeurs, en particulier celui de TMM,
n’est pas indiqué. Or cette température
spécifique ne correspond pas nécessairement
à l’une de celles qui sont
définies ci-dessus et il est important,
si l’on vise une cohérence avec la probabilité
de dépassement assignée au
facteur d’essai, de pouvoir déterminer
une température associée à une probabilité
de dépassement quelconque
(par exemple : 1%, 5%, 10%). Pour ce
faire, nous allons utiliser comme grandeurs
de base, uniquement les valeurs
moyennes mensuelles des maxima
journaliers (TMJ) et leurs écart-types
(SIGM). Nous pourrons ainsi retrouver
les valeurs moyennes des températures
maximales mensuelles (TMM),
les situer par rapport aux valeurs « record
» (TME) et valider la méthode de
reconstitution proposée.
3.4. Choix de l’échelle des températures
Les températures sont exprimées
habituellement en utilisant l’échelle
centésimale (degré Celsius), mais on
a montré que la définition du coefficient
de garantie implique de considérer
uniquement des températures
strictement positives [PIE-13]. Des
températures négatives apparaissent
presque systématiquement dans le
cas des températures extrêmes minimales
(non considérées ici) et aussi
pour quelques mois, dans le cas de
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 18

Mecaclim
températures extrêmes maximales, en
particulier pour les zones climatiques
de plus en plus froides. Cette difficulté
peut être évitée en utilisant une échelle
de température thermodynamique, ce
qui nécessite de transformer préalablement
les degrés Celsius en degrés
Kelvin:{T(K) = ϑ(°C)+T 0 }, la constante
(T 0
= 273.15K) étant la température
absolue conventionnelle du point triple
de l’eau. Dans l’exemple exposé plus
loin, toutes les températures relatives
au mois le plus chaud (Juillet) de la
zone climatique (Z-7) étant positives,
les résultats seront exprimés, à titre
comparatif, dans les deux échelles de
température. Ceci permettra de constater
l’absence d’unicité des coefficients
de variation et, afin de préserver la définition
du coefficient de garantie, de
justifier la nécessité d’exprimer toutes
les températures (contrainte d’environnement
et résistance du composant)
dans une même échelle (systématiquement
Kelvin ou Celsius quand c’est
possible).
4. Températures mensuelles maximales
4.1. Valeur moyenne & coefficient de
variation
Partant de la moyenne mensuelle
des maxima journaliers (TMJ) et de
leur écart-type (SIGM) nous montrons
d’abord comment retrouver analytiquement
la valeur moyenne des maxima
mensuels (TMM), puis nous déterminons
le coefficient de variation correspondant.
Ensuite, nous déterminons la
valeur correspondant à une probabilité
de dépassement conventionnelle de
1%, ainsi que son coefficient de variation.
Si la distribution des maxima journaliers
(TMJ) est une loi normale N j
(m j
,s j
),
son extension mensuelle est une loi
des extrêmes G m
(u m
,σ m
) [GUM-58],
dont les paramètres de localisation et
de dispersion (u m
,σ m
) sont définis en
fonction des paramètres (m j
,s j
) et du
nombre (n = 15) jours considérés dans
le mois. Les observations météorologiques
réalisées pendant 30 ans considèrent
seulement 15 maxima diurnes
indépendants par mois (et non 30),
parce que la rémanence des périodes
chaudes est de l’ordre de 2 jours.
Dans ces conditions, on obtient :
(1)
(2)
La relation (1) montre que la dispersion
de la loi extrémale mensuelle est plus
faible que celle de la loi normale journalière.
La relation (2) permet de tenir
compte des paramètres de la loi normale,
sachant que le paramètre réduit
U m
(n) correspond à une loi normale
standardisée.
Les paramètres statistiques (moyenne
et variance) de la loi mensuelle sont
les suivants :
(3)
(4)
Sachant que (E ≈ 0.577) est la
constante d’Euler et en introduisant les
valeurs numériques : √2-Ln(15) ≈ 2.33
& Um(15) ≈ 1.57, on obtient finalement
en fonction du coefficient
de variation de la moyenne journalière
: CV(TMJ) = (SIGM/TMJ) :
(5)
(6)
4.2. Valeur dépassée à 1% & coefficient
de variation
Quant à la valeur des températures
maximales mensuelles dépassées
avec une probabilité conventionnelle
(p=1%), elle peut être tirée de la relation
qui lie la variable réduite Z(p%)
de la loi G m
(u m
,σ m
), à la probabilité de
dépassement (p%):
(7)
Sachant que (p=1%) correspond à
Z(1%) ≈ 4.600, on obtient sa valeur
moyenne et son coefficient de variation :
(8)
(9)
5. Application numérique ponctuelle
Elle a pour but d’illustrer et de valider la
méthode proposée.
5.1. Données d’entrée
On considère le mois le plus chaud
(juillet) de la zone climatique (Z-7) pour
lequel on connaît :
• TMJ = 29.4 °C (302.55 K)
• SIGM = 3.3 °C (3.3 K)
On en tire :
• CV(TMJ) ≈ 11.224% dans l'échelle
Celsius
• CV(TMJ) ≈ 1.091% dans l’échelle
Kelvin
Le tableau suivant regroupe, à titre
comparatif, les valeurs d’entrée et
les valeurs calculées dans les deux
échelles de température :
NOTA : ligne supérieure (°C) & ligne inférieure (K)
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 19

Mecaclim
5.2. Valeur moyenne & coefficient de
variation
• d’après (5) : E(TMM) ≈ 308.55K: soit
35.4 °C, la valeur moyenne ainsi déterminée
étant indépendante de l’échelle
de température considérée.
• d’après (6) : CV(TMM) ≈5.126% dans
l’échelle Celsius & CV(TMM) ≈ 0.588%
dans l’échelle Kelvin.
La valeur moyenne est en bon accord
(à 0.2°C près) avec celle tabulée
(35.6 °C), ce qui constitue un critère de
validation de la procédure de calcul basée
sur une assimilation des données
à une loi des valeurs extrêmes maximales.
Par contre, les coefficients de variation,
nettement différents suivant
l’échelle de température adoptée sont
dans le rapport [PIE-13] :
(10)
5.3. Valeur dépassée à 1% & coefficient
de variation
Reprenons les données d’entrée avec
(p=1%) ce qui donne :
• d’après (7) : Z(1%) ≈ 4.600
• d’après (8) : T(1%) ≈ 314.26K soit
41.11 °C, cette valeur étant là encore,
indépendante de l’échelle de température
considérée.
• d’après (9) : CV(T1%) ≈ 4.414% dans
l’échelle Celsius & CV(T1%) ≈ 0.577%
dans l’échelle Kelvin.
Cette valeur extrême, supérieure à la
valeur moyenne (TMM = 35.6 °C), se
rapproche logiquement de la valeur
« record » indiquée: TME = 42.6 °C :
TMM=35.6°C TME (06) = 47.8°C : mais écart non significatif (0.1 K)
(3) TM(1%) = 43.2°C > TME (07) = 40.0 °C : mais dispersion importante CVj = 16 %
(4) TM(1%) = 40.1°C > TME (07) = 35.6°C : mais CVj = 20 % & TME(Z -11) = 45 °C
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 20

Mecaclim
6.2. Analyse des résultats
Tout d’abord, on constate que les valeurs
calculées coïncident
à mieux que 0.3 K près avec celles
(TMM) indiquées dans [GUI-10], ce
qui tend à confirmer la validité de
l’approche proposée. Toutefois, dans
quelques cas (cf. Nota 1 à 4), certaines
valeurs TM (1%) excèdent les valeurs
« record » TME, résultats qui pourraient
se justifier comme suit :
• L’extrapolation des TMJ aux TM (1%)
est basée sur une loi asymptotique des
valeurs extrêmes ( ) vers laquelle la loi
réelle ( ) ne converge pas très rapidement.
Or cette loi asymptotique fournit
un majorant d’autant plus accentué
que la variabilité de TMJ est importante
(cf. en particulier Nota 3 & 4),
• Une valeur TME « record » est une
observation unique correspondant au
mois le plus chaud dans une série
chronologique de plusieurs années
consécutives. Or, pour une durée de
30 ans, ceci pourrait correspondre à
une probabilité maximale de l’ordre
de 3% (en fait moins si l’on considère
que plusieurs valeurs voisines du « record
» apparaissent au voisinage du
mois réputé le plus chaud), ordre de
grandeur pouvant excéder la probabilité
conventionnelle de 1% ;
En cas de doute, il conviendrait d’analyser
et d’interpréter plus précisément
les données disponibles, sachant que
les probabilités de dépassement déterminées
à partir de l’équation (7) correspondraient
pour les cas notés (1 à
4), respectivement à [3.52% , 1.11%,
5.02%, 8.78%].
Bien que le coefficient de variation affectant
les températures journalières
majore celui affectant les températures
mensuelles, il ne serait pas justifié de
le considérer ex-abrupto comme la
valeur la plus défavorable, dite « refuge
». Il est possible d’éviter ce choix
en remarquant que :
• d’une part les coefficients de variation
affectant les moyennes mensuelles et
les valeurs maximales dépassées à 1
% sont comparables en ordre de grandeur,
• d’autre part ces coefficients de variation
sont grossièrement de l’ordre de la
moitié du coefficient de variation affectant
les températures journalières ;
Ces propriétés sont d’autant mieux
respectées que l’on utilise préférentiellement
l’échelle thermodynamique.
7. Conclusions
Les températures moyennes des
maxima journaliers et leurs écarttypes
sont disponibles dans [GUI-10],
pour chaque mois de l’année et pour
11 zones climatiques mondiales. En
utilisant les propriétés statistiques des
lois extrémales, on a pu retrouver les
valeurs moyennes des maxima mensuels
et déterminer leurs coefficients
de variation. Dans une optique de personnalisation
de la méthode « résistance
– contrainte », si l’on s’intéresse
à une période mensuelle particulière
(par exemple le mois le plus chaud
d’une zone climatique), le choix d’une
température moyenne n’est pas toujours
justifié. En effet, on peut considérer
qu’il s’agit d’une valeur optimiste,
car susceptible d’être dépassée avec
une probabilité trop importante (environ
43 %). A l’opposé, le choix d’une
température « record » ne serait pas
réaliste, car il s’agit d’une valeur trop
élevée, observée une seule fois durant
une période d’observation de plusieurs
dizaines d’années, donc avec
une faible probabilité. Pour les besoins
de la pratique, nous avons défini une
température mensuelle « maximale »,
dépassée avec une probabilité de 1%,
correspondant à une période de retour
centennale, laquelle couvre largement
la durée de vie de la plupart des systèmes
industriels ou des ouvrages
d’art. A partir des valeurs moyennes et
écart-types journaliers, on a déterminé
analytiquement sa valeur et son coefficient
de variation. Dans un contexte de
personnalisation spécifique (cycle de
vie de durée plus courte), la démarche
peut être étendue sans difficulté à la
détermination d’une température mensuelle
qui serait dépassée avec une
probabilité différente, (par exemple 4
% pour 25 ans ou 10% pour 10 ans).
L’utilisation d’une échelle de température
absolue (requise par la considération
des températures minimales
fréquemment négatives) se traduit par
des coefficients de variation intrinsèquement
faibles (de l’ordre de 1%).
Ceux-ci sont strictement inférieurs
à ceux des températures moyennes
journalières, par suite de la réduction
de variabilité inhérente à la répétition
des valeurs correspondantes. L’ordre
de grandeur du coefficient de variation
des températures mensuelles
(moyenne & valeur à 1%) avoisinerait
la moitié du coefficient de variation
affectant les températures moyennes
journalières. On notera que dans le
cadre de la méthode « résistance –
contrainte », une faible variabilité de
la contrainte d’environnement ne saurait
être négligée, dès lors qu’elle est
commensurable avec celle de la résistance.
8. Références
[GRZ-11] H. Grzeskowiak, « Prise en
compte de l’environnement climatique,
étape 2 : caractéristiques de l’environnement
réel », Stage ASTE, septembre
2011
[GRZ-13] H. Grzeskowiak, « Commission
Méca-Clim de l’Aste », Essais &
Simulations, N°113, Avril 2013
[GUI-10] « Guide de prise en compte
de l’environnement climatique », Annexe
Générale Climatique « Tome 6 :
Modèles & données d’environnement
climatique », ASTE, 06-12-2010
[GUM-58] E.J. Gumbel, « Statistics
of Extremes », Columbia University
Press, New York, 1958
[MAR-99] T. Marot & J. Moriceau ,
« Distribution statistique des températures
météorologiques », p. 1-8, Document
LRBA, Astelab 1999
[NFX-13] Norme Française NFX 50-
144-3 « Application de la démarche de
personnalisation en environnement :
Partie 5 Coefficient de garantie »,
AFNOR, à paraître en 2013-2014
[PIE-10] L. Pierrat, « Estimation du
coefficient de variation associé à une
température extrême maximale », rapport
interne, LJ-Consulting, Mai 2010
[PIE-13] L. Pierrat & H. Grzeskowiak,
«Variabilité de l’environnement thermique
: choix d’une unité de température
adéquate», Essais & Simulations,
N° 115, 18-20, Octobre 2013
[STA-09] « Extrêmes climatiques et
conditions dérivées à utiliser dans la
définition des critères de conception
et d’essai pour les matériels destinés
aux forces de l’OTAN », STANAG 2895
(dernière édition : Ed. 1, May 2009)
Lambert Pierrat
LJ-Consulting & LJK-LAB,
Grenoble, Expert ASTE
e_zainescu@yahoo.com - 04 76 42 14 36
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 21

Essais et Modelisation
Analyse Marché
Impression 3D, la signature
d’une nouvelle révolution industrielle ?
L’impression 3D connaît un essor sans précédent. Il suffit d’assister aux différentes éditions d’événements
tels que le 3D Print Show – qui se déroulent successivement à Paris, Londres et New-York
– pour voir l’importance du phénomène. Bien entendu, la large médiatisation de ce procédé pourtant
pas si nouveau s’explique par l’ouverture au grand public des technologies nécessaires à faire de l’impression
3D. Mais les industriels se sentent également de plus en plus concernés par un phénomène
qui, dit-on dans la sphère de la production, pourrait révolutionner toute l’industrie.
Bien loin des spéculations de toutes
sortes, il est important d’avoir à l’esprit
que dans un futur proche, la production
additive jouera un rôle prépondérant
au point de devenir un élément
incontournable. Mais quelles sont les
raisons d’un tel essor ? « Si l’impression
3D connaît une telle croissance
depuis quelques années, c’est avant
tout grâce au progrès du numérique
qui permet désormais de mieux gérer
la machine », introduit Étienne Bernot
de l’entreprise A4 Technologie, société
française de vingt-cinq personnes
créée au début des années 90 aux Ulis
(Essonne) pour concevoir et fabriquer
du matériel pédagogique destiné à
l’enseignement technologique.
Le directeur d’A4 Technologie ne
manque pas non plus de rappeler que
deux procédés de production historiques
existent : « soit on taille dans
la matière – il s’agit dans ce cas de
l’enlèvement de matière –, soit on procède
à une déformation de matière,
comme le moulage par exemple. Puis
s’est ajoutée la fabrication additive qui
consiste à déposer – ou ajouter – de la
matière. Le principe a été rendu possible
grâce au numérique qui a permis
de concevoir un modèle 3D (et donc
virtuel) puis de le reconstituer couche
par couche ». Et c’est comme ça que
la première machine 3D a vu le jour
dans les années 80, donnant lieu au
dépôt d’un brevet en 1985. Il est ainsi
devenu possible de découper un modèle
virtuel en tranches fines (« slice »
en anglais, selon le terme usuellement
employé), puis de le reconstituer dans
une machine qui dépose une matière
pour reconstituer la pièce tranche par
tranche, couche après couche.
Une multitude de technologies
Le premier brevet de 1985 fait référence
au procédé de stéréolithographie
de Charles Hull, aujourd’hui
président du géant 3D Systems. La
première machine a vu le jour à peine
trois ans plus tard, mettant en œuvre
un procédé qui permet de figer les
résines liquides photosensibles par
rayons UV pour en obtenir une pièce
en résine unique. Par ailleurs, la résine
UV s’appuie sur une autre technique,
semblable à celle du jet d’encre dans
une imprimante : ce procédé consiste
Nouvelle gamme d'imprimantes 3D de table UP EASY
à « cracher » des microgouttes de résine
qu’une lampe UV vient ensuite figer
et polymériser.
Autre technique d’impression 3D :
le dépôt de poudre (ou frittage de
poudre). On réduit en poudre un matériau
fusible que l’on dépose en
couches fines. Entre chaque couche
un laser vient fondre la poudre aux
endroits propices pour solidifier le modèle.
À la fin, on sort un modèle solide
d’un bloc de poudre. Cette technique
permet d’utiliser pratiquement tout
matériau fusible (plastique, métaux,
verre, etc.). Il s’agit d’une technologie
très prometteuse, en particulier dans
l’aéronautique pour des pièces en titane.
Le dépôt de fil fait également
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 22

Essais et Modelisation
partie des techniques d’impression 3D.
C’est cette technique qui est utilisée
dans les nouvelles machines compactes
de table accessibles ; « il s’agit
grosso modo d’un mini pistolet à colle
qui fait fondre un thermoplastique à
la chaleur. Le plastique fondu est déposé
par une petite buse pour constituer
couche après couche une pièce
en volume. » Enfin, parmi les autres
technologies d’impression 3D existe la
strato-conception ; celle-ci consiste à
empiler des plaques prédécoupées à
l’aide de machines-outils de découpe.
« Ce procédé présente un intérêt certain
pour réaliser des pièces de grande
taille avec un classique centre d’usinage
».
Autre point important, un problème
se pose à l’impression 3D, celui de la
« pyramide à l’envers ». Concrètement,
pour déposer de la matière au-dessus
du vide (parties en porte-à-faux par
exemple), il faut construire une sorte
d’échafaudage provisoire que l’on appelle
« support d’impression ». La plupart
des procédés utilisent pour cela
deux matières : la matière de la pièce à
fabriquer et une seconde matière pour
la construction des supports ; cette dernière
étant le plus souvent soluble dans
un solvant pour l’éliminer facilement à
la fin du processus d’impression. Ainsi,
les machines industrielles possèdent
le plus souvent deux têtes d’impression.
Une innovation importante qui a
permis la production de ces nouvelles
imprimantes 3D compactes et peu
couteuses est la mise au point d’un
procédé avec une seule matière et une
seule tête d’impression pour construire
la pièce et ses supports d’impression.
Des astuces ont été trouvées pour que
les supports se détachent facilement
du modèle lui-même.
Quand le grand public fait réagir
l’industrie
Les progrès en matière de fabrication
additive ont permis à l’industrie d’avancer
considérablement en passant de
l’étape du simple « prototypage rapide
» à celui de la fabrication par
impression 3D de pièces réellement
fonctionnelles. « Depuis les années
80, les technologies d’impression 3D
n’ont cessé de se perfectionner ; de
nouvelles techniques ont été inventées
et, dans le même temps, la diffusion
plus large des matériels a permis
une baisse régulière de leurs coûts »
se souvient Étienne Bernot. Ce mouvement
s’est accéléré ces dernières
années avec en particulier l’arrivée
dans le domaine public des premiers
brevets des années 80. C’est d’ailleurs
comme cela qu’a été reprise et
simplifiée la technologie du dépôt de
fil pour la réalisation d’imprimantes 3D
simples, compactes et relativement faciles
à produire. Cela c’est fait d’abord
au sein d’universités (MIT), dans un
système collaboratif. Aujourd’hui on ne
compte plus les laboratoires d’université,
les fab lab et les Startup qui travaillent
à mettre au point ou améliorer
des imprimantes 3D.
Ce phénomène prend de l’importance
si l’on considère que cette technologie
est plutôt simple et nécessite seulement
une sorte de mini pistolet à colle
piloté par un ordinateur et capable
de se déplacer sur trois axes. Parallèlement,
des logiciels libres « open
source » sont devenus de plus en plus
performants et accessibles.
L’ancien président de Makerbot, avant
de créer la première grande entreprise
à produire des machines bon marché,
a beaucoup travaillé avec les laboratoires.
Parallèlement à ce phénomène, les
grands industriels historiques du secteur
de l’impression 3D s’y mettent
à leur tour pour proposer des petites
machines compactes et bon marché
à dépôt de fil. C’est ainsi que Makerbot
a été racheté l’an dernier par
Stratasys, un des leaders mondiaux
de l’impression 3D. De la même façon
que l’Anglais BFB a été racheté
par 3D Systems. Enfin, TierTime, un
grand fabricant d’imprimantes professionnelles,
a créé sa propre gamme
de machines compactes de table en
s’appuyant sur ses moyens et son savoir-faire
industriel.
Cet engouement pour l’impression 3D
se ressent encore essentiellement auprès
du grand public et des amateurs
désireux de se lancer eux-mêmes dans
la fabrication du produit de leurs rêves.
Les nouvelles machines accessibles
font découvrir au plus grand nombre
l’impression 3D, jusqu’alors onéreuse
et compliquée, réservée aux domaines
professionnels de pointe. D’autant que
la diffusion de plans et de logiciels
open-source par Internet, la baisse des
prix et la disponibilité « sur étagère »
des composants nécessaires pour
concevoir une machine 3D ont alimenté
cette mouvance. Il faut noter que le
plus souvent, ces machines issues de
l’ « open source » sont proposées en
kit pour ne répondre à aucune certification
de norme. Dans ce cas, il est probable
que ce modèle n’a pas d’avenir
en dehors des quelques passionnés
bricoleurs.
Des limites restent à franchir
L’intérêt de la fabrication additive réside
avant tout dans les possibilités
qu’elle ouvre pour réaliser presque
sans contrainte et presque sans intervention
humaine n’importe quelle
forme, même complexe, contrairement
aux procédés classiques comme le
moulage ou l’usinage qui nécessitent
de dessiner des pièces démoulables
ou usinables. Ces procédés dits classiques
mettent en œuvre aussi des
machines et des outils nécessitant une
formation solide des opérateurs. Par
exemple, dans l’usinage, pour réaliser
un trou, il faut choisir le bon foret
adapté à la matière à percer, choisir la
bonne vitesse de perçage, fixer correctement
la pièce, régler la machine pour
percer où il faut et à la bonne profondeur.
Et le trou ne pourra être que rond
et droit. Alors que par impression 3D,
on peut dessiner un trou de n’importe
quel profil et qui serpente comme on
veut à l’intérieur d’une pièce ; ensuite,
il suffira presque d’appuyer sur la commande
« imprimer » pour que la machine
réalise toute seule la pièce finie.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 23

Essais et Modelisation
« Avec ce système, on repousse les
limites du possible… ».
Mais l’impression 3D reste aujourd’hui
un procédé long et peu – ou pas –
adapté aux productions de masse ;
une machine ne peut pas produire des
dizaines de pièces par jour. Dans ce
cas, de grandes séries les procédés
par moulage ou usinage restent infiniment
plus rentables. Ainsi, l’impression
3D ouvre certes la possibilité nouvelle
de réalisations de pièces jusqu’alors
impossibles à réaliser par les techniques
« traditionnelles » mais reste
réservée à la production de prototypes,
pièces uniques ou en très petites séries.
Pour la production, l’impression
3D n’est économiquement viable que
dans le cas ou les quantités produites
ne remboursent pas les investissements
d’outillages spécifiques comme
des moules d’injection et le temps de
réglage et mise en route des machines.
Toutefois, pour le bureau d’études et le
prototypage, l’impression 3D permet
un gain de temps important et offre
au concepteur la possibilité nouvelle
de tester presque immédiatement une
pièce. « Ce que nous pouvons espérer
pour l’avenir, ce serait des machines
moins chères et beaucoup plus rapides
», résume Étienne Bernot, dont
l’entreprise qu’il dirige a investi plus de
100 000 euros dans une imprimante
3D à dépôt de résine pour la fabrication
de pièces spéciales pour des maquettes
pédagogiques produites en
petites séries comprises entre 100 et
200 pièces par an.
Pour que la révolution industrielle annoncée
autour de l’impression 3D devienne
vraiment une réalité, il reste
encore aux industriels à rendre leurs
machines plus performantes et plus
accessibles et élargir leur clientèle
jusqu’aux PME et particuliers. Les
nouvelles « petites » imprimantes
3D à dépôt de fil (compactes et peu
chères) ouvrent la voie d’un nouveau
marché. Mais curieusement, à l’exception
de quelques grands fabricants
de machines cités plus haut, les professionnels
historiques du secteur ne
semblent aujourd’hui pas concernés
par le phénomène. Ils considèrent
souvent sans avoir vu de près ces
nouvelles machines de table avant de
les considérer comme des gadgets.
D’ailleurs, dans les médias « grand
public », on n’entend parler que de
jeunes spécialistes lancés depuis un
ou deux ans dans l’aventure, et qui
ne connaissent que les fab lab et les
imprimantes « de table ». Il reste donc
aux industriels d’orienter leurs efforts
vers des machines plus performantes
et plus accessibles pour, enfin, marquer
d’une pierre blanche l’arrivée
d’une nouvelle révolution industrielle…
Olivier Guillon
En application
Quand l’armée de l’air
fait appel à la fabrication additive
Le grand centre de formation texan de l’armée de l’air américaine a recours à de nombreux outils pour
assurer l’enseignement des pilotes et des soldats. Afin de gagner du temps et réduire les coûts affectés
au développement de ces précieux outils de formation, le Trainer Development Flight (TDF) a fait appel
à Stratasys, leader mondial de la fabrication additive et de l’impression 3D.
Installé sur la Sheppard Air Force
Base, Wichita Falls, au Texas, le TDF
est une installation où sont conçus, développés
et fabriqués des outils pour
les formateurs et la formation pour
l'armée de l'air et toutes les branches
de la défense, selon les besoins. Ces
outils sont utilisés dans de nombreux
environnements de formation, notamment
les avions, les armes et les systèmes
d'alimentation en combustible,
la préparation médicale, les HVAC et
les systèmes de télécommunications.
Les outils pour les formateurs et la formation
peuvent être soit des produits
originaux ou des répliques de ces
derniers, en fonction de l'objectif de la
formation. Certains dispositifs ne sont
pas des unités fonctionnelles, il n'est
donc pas rentable d'acheter le vrai élément.
Pour la plupart des applications
de formation, cela revient moins cher
de former les étudiants sur des répliques,
plutôt que sur un équipement
souvent très onéreux.
Le TDF utilise la fabrication numérique
directe pour fabriquer la grande majorité
de ses produits de formation. Pour
cela, ils emploient quatre machines de
fabrication additive dans une installation
centralisée avec des processus
AFSO 21 (Lean) incorporés au processus
global.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 24

Essais et Modelisation
Le défi
Avant d'intégrer à ses processus la
fabrication numérique directe, le TDF
réalisait ses produits à l'aide de méthodes
de fabrication traditionnelles. La
fabrication conventionnelle demande
des délais plus longs, car elle se déroule
souvent en plusieurs étapes,
notamment l'usinage, le tournage, la
soudure, le pliage et le découpage
des plaques en tôle. Le même type de
difficulté survient lors de la production
d'outillage pour mouler une pièce.
« La majorité de nos projets sont soit
uniques soit en très faible volume, les
méthodes conventionnelles reviennent
donc très cher, indique Mitchell
Weatherly, directeur de TDF. Seuls
10 % de notre travail concerne le prototypage,
les 90 % restants sont de la
production. »
Une solution
Avant d'adopter le procédé de dépôt
de fil tendu (fused deposition modeling
: FDM), le TDF a examiné « une
multitude » de processus additifs, explique
le directeur du centre. « Avec la
FDM, l'investissement se fait au début,
il n'est pas permanent, affirme-t-il. Les
pièces sont durables et offrent le degré
de détail élevé dont nous avons
besoin. De plus, le processus est respectueux
de l'environnement et 100 %
‘écologique’ sans aucun déchet. »
Le TDF est chargé de la conception et
de la fabrication d'une réplique exacte
d'un véhicule aérien sans pilote (UAV)
ou “drone” pour la formation des techniciens
de maintenance. De nombreux
éléments internes et externes ont été
construits à l'aide des machines FDM.
Ils incluent de nombreuses pièces du
corps de l'appareil, ainsi que plusieurs
capots, hélices et antennes. Le TDF a
également acheté un certain nombre
de vrais éléments de l'UAV auprès de
l'équipementier.
Des avantages significatifs
La production d'une grande antenne
pour l'UAV, à l'aide des machines FDM,
a pris un dixième du temps qu'aurait
demandé le même travail par des méthodes
traditionnelles. De plus, le retour
sur investissement obtenu s'est
élevé à plus de 12 000 dollars. Mais,
les économies ne sont uniquement
liées au temps. Pour réaliser cette antenne,
un atelier externe aurait nécessité
vingt jours contre seulement deux
avec la FDM — pour quinze à vingt
minutes de travail. Si l'on considère
la totalité du projet d'UAV, le temps
économisé atteint trois ans dans certains
domaines. Ce projet, ainsi que
d'autres économies en matière de formation,
a été réellement impressionnant,
avec des économies réalisées
de 800 000 dollars sur les quatre dernières
années.
« Les principaux avantages du système
FDM sont sa vitesse par rapport
à d'autres processus ou méthodes de
construction, sa polyvalence par rapport
au moulage par injection, et sa
capacité à fabriquer plusieurs pièces
simultanément », déclare Mitchell
Weatherly. Il offre également une maintenance
simple, ainsi que la possibilité
d'utiliser plusieurs matériaux pour
tout un tas de buts différents. « Les
capacités supplémentaires incluent la
possibilité de penser selon l'objectif à
atteindre et pas selon des contraintes
de fabrication, ainsi que la possibilité
d'appliquer immédiatement les modifications,
pour un faible coût additionnel.
La polyvalence qui nous permet
de fabriquer n'importe quel élément,
sans produire aucun déchet dangereux,
constitue l'un des avantages
majeurs pour l'armée de l'air, affirme le
directeur du TDF. Les machines FDM
ont été utilisées pour de nombreux
projets de formation au budget très
serré. Nous avons également utilisé le
processus FDM pour la recherche et
le développement, afin de permettre à
nos aviateurs et à nos soldats de s'entraîner
en situation réelle. »
« Lors de l'achat de notre première
machine FDM, nous avions prévu un
ROI sur quatre ans, mais dix-huit mois
ont suffi, explique Mitchell Weatherly.
Pour l'achat de notre seconde machine
FDM, le ROI a été réalisé en neuf
mois. On ne peut pas éviter d'appliquer
des méthodes conventionnelles
et d'employer des techniciens très
compétents, mais on peut leur fournir
les outils appropriés et une nouvelle
technologie qui peut rendre leur travail
plus facile et plus compétitif. Je pense
que la FDM est l'une des méthodes de
fabrication disponible les plus avancées
au niveau technologique. Depuis
2004, l'année où nous avons acheté la
première de nos quatre machines, le
processus FDM a permis au gouvernement
d'économiser 3,8 M$, et les prévisions
sont d'une économie de 15 M$
sur dix à quinze ans. »
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 25

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
Événement
Le Congrès Nafems ouvre ses portes à Paris
Les 4 et 5 juin prochains se tiendra, comme tous les deux ans à Paris, le Congrès Nafems. Cette édition
aura pour thème général « La simulation numérique : moteur de performance » et fera intervenir
au cours de ces deux jours de conférences des acteurs éminents de la simulation issus de grandes
entreprises et de laboratoires reconnus à travers toute l’Europe.
Se déroulant au Novotel de Charenton
(Val-de-Marne) les 4 et 5 juin prochains,
cette nouvelle édition nationale
du Congrès Nafems traitera l’ensemble
des domaines d’étude liés à la mécanique
des solides (FEA), la mécanique
des fluides (CFD), la simulation multiphysique
ainsi que des technologies
adjacentes. Présentant un programme
de conférences toujours de haut vol,
l’événement accueillera des intervenants
issus des milieux universitaires
avec la présence de personnalités
étrangères venus de l’université de
Liège, de Polytechnique de Zürich ou
encore le directeur du laboratoire de
Calcul de l’université de Barcelone,
sans oublier quelques représentants
nationaux de la recherche de l’Onera,
du Cemef (Calcul intensif en mécanique),
de l’École Centrale ou de l’institut
Femto-ST (Franche-Comté Électronique
mécanique thermique et optique
– Sciences et technologies).
Mais le Congrès Nafems mettra aussi
et surtout en avant les atouts de la
simulation numérique en matière de
performances en entreprise et dans
l’industrie, et donc en tant que levier
incontournable de compétitivité. Ainsi,
seront présents des fleurons de l’industrie
française venus partager leur expérience
et leur savoir-faire en la matière.
De grands noms comme EDF R&D, la
division « Énergie renouvelable » d’Areva,
Alstom Transport, Valeo, le groupe
PSA ou encore Airbus, représenteront
différents secteurs (aéronautique et
spatial, transport, automobile, énergie
etc.) fervents utilisateurs de la simulation
numérique depuis de nombreuses
années.
Un grand mouvement dans la communauté
de la simulation
Variés, les thèmes porteront sur le
couplage multiphysique, les méthodes
particulières, les bonnes pratiques
de maillage, les incertitudes, en passant
bien entendu par la mécanique
des fluides et des structures, les essais
virtuels ainsi que la validation des
modèles (la liste n’est pas exhaustive
– voir le programme en encadré). Au
total, pas moins de soixante communications
s’enchaineront sur les deux
jours de cet événement parisien qui est
loin d’être isolé. « Ce congrès se tient
Programme du Congrès Nafems
>> Marc Grimmé, directeur technique de Carmat et Pascal Dubuis, président
directeur général d’Inoprod
« De la prouesse technologique multidisciplinaire à l'ingénierie biomécanique
robuste »
>> Christine De Jouette, directrice du Centre de technologie Areva Wind-
France
« Enjeux et usage de la simulation pour l'éolien offshore »
>> Guillaume Devauchelle, vice-président innovation et développement
scientifique de Valeo
« Évolution du marché automobile et influence sur les besoins en simulation »
>> Stéphane Andrieux, directeur scientifique d’EDF R&D
« Enjeux et problématiques de la simulation dans la production d'énergie »
>> Serge Ripailles, Responsable projet PLM, PSA Peugeot Citroën
« PLM : traçabilité des données au service de la simulation »
>> Michel Mahé, Senior Expert Dynamic Analysis, AIRBUS
« Large scale models for A350 »
>> Antonio Huerta, université Polytechnique de Catalogne (Espagne)
« Réduction de modèles et méthodes avancées pour l’ingénierie numérique »
>> Jean Philippe Ponthot, université de Liège (Belgique)
« Nouvelles avancées pour les maillages évolutifs en grandes déformations
tridimensionnelles. Applications à la mise en forme, à l'usure et à la propagation
des fissures »
>> Bruno Sudret, École Polytechnique fédérale de Zurich (Suisse)
« Quantification des incertitudes en ingénierie – Principes et applications »
>> Scott Cogan, Institut Femto-ST
« Robustesse des décisions de conception vis-à-vis des incertitudes épistémiques
en dynamique des structures »
>> Éric Deletombe, Onera Lille
« Modélisation des matériaux et structures composites soumis à des sollicitations
de type chocs hydrodynamiques »
>> Elisabeth Massoni, Cemef-Mines Paris Tech
« Approche multi-physique et multi-échelle des procédés de mise en forme
des matériaux »
>> Jean-Jacques Sinou, École Centrale Lyon
« Ingénierie et méthodologies avancées en dynamique des structures non-linéaires
– Quelques exemples et perspectives de recherche »
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 26

NAFEMS FRANCE
CONGRÈS
2014
Paris - 4-5 Juin
Centre de Conférences Novotel Charenton
Simulation Numérique :
moteur de performance
état de l’art - pratiques - tendances - impact industriel
2 jours 100 % utiles
pour découvrir, approfondir,
confronter, progresser
état de l’art
tendances
bonnes pratiques
vision industrielle
technologies
méthodologies
applications
études de cas
Agenda, information, inscription
www.nafems.org/fr2014
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 27

Les essais aggravés :
Congrès Nafems
Essais et Modelisation
en parallèle avec d’autres événements
de même type et d’importance similaire
à travers l’Europe et en Amérique du
nord courant les mois de mai et de juin,
précise François Costes, président de
l’association Nafems France. Il s’agit
d’un grand mouvement commun qui
montre le dynamisme du secteur ».
À Charenton, près de 300 personnes
sont attendues, provenant pour la
grande majorité du monde industriel.
« Les participants sont fidèles à ce
congrès en raison du fait qu’il s’agit, à
ce jour, de la seule manifestation entièrement
dédiée à la simulation numérique
industrielle en France ». Il faut
dire que ce ne sont pas les besoins qui
manquent. L’allègement constant des
essais et l’exigence d’une confiance
totale dans les résultats de simulation
sans oublier les performances des systèmes
font que les industriels sont de
plus en plus attentifs aux possibilités
que l’on peut atteindre aujourd’hui et
des moyens à mettre en œuvre pour
les atteindre. On conçoit aujourd’hui
des modèles de plus en plus poussés
et complexes. Airbus par exemple réalise
des opérations de simulations sur
la totalité de la structure de ses appareils
pour mieux préparer ses essais
de rupture physique comme les ailes. Il
s’agit ici de simulations à cent millions
de degrés de liberté. L’objectif étant de
connaître la probabilité de rupture mais
aussi de voir où se trouvent précisément
les points de fragilité. De là, on
vient placer des jauges et des capteurs
au bon endroit. La simulation permet
ainsi de faire du monitoring intelligent
directement sur l’appareil.
Dans le domaine de l’énergie, au niveau
des phases « aval », on trouve les
fabricants de dispositifs comme Areva
et Alstom pour les turbines. Mais dans
cette filière, les opérations de simulation
s’effectuent surtout en amont, au sein
par exemple des cellules de recherche
et de développement d’Areva (Areva
Research) ou d’EDF (EDF-R&D). Ces
départements sont souvent confrontés
à des problèmes multiphysiques
ou au niveau du couplage des structures
fluides, thermiques voire électronique,
en particulier dans le nucléaire.
Ce domaine impose aussi de réaliser
des essais de vibration, de frottement
etc. Enfin, de plus en plus d’études se
font en amont au niveau des simulations
systèmes, c’est-à-dire pour ce qui
concerne la modélisation de l’ensemble
du comportement avant même d’avoir
pris connaissances des géométries de
la pièce. Ainsi, les résultats obtenus
donneront de précieuses indications
à ceux qui devront ensuite concevoir
des systèmes, lesquels seront en mesure
d’optimiser directement la forme
et la matière des produits. L’intérêt ?
Réaliser des prototypes moins coûteux
et les casser. On ne fait dès lors des
expérimentations efficaces que sur les
produits finis.
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Page 30
Quelles mesures dans
l’analyse industrielle ?
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Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 28

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
Interview
Airbus simule un essai complet
Michel Mahé, ingénieur au sein du département Calculs et structures d’Airbus, interviendra lors du prochain
Congrès Nafems France. Il exposera les résultats d’un projet réussi consistant à simuler l’essai complet de
l’A350. Une prouesse qui ouvre de nouvelles possibilités en termes de simulation numérique, à condition
toutefois de progresser dans les temps de mise en place du modèle.
Essais & Simulations
Michel Mahé, vous travaillez sur le
calcul non linéaire de structures.
Que couvre ce domaine dans les
métiers des essais ?
Michel Mahé
Les calculs non-linéaires concernent
par exemple les endommagements ou
les ruptures intervenant sur une partie
de la pièce ou un élément de l’appareil.
Il s’agit plus précisément de quantifier
l’instabilité du flambement des structures
composites et métalliques en cas
de charges extrêmes, c’est-à-dire les
charges au-delà desquelles l’avion est
amené à subir des instabilités dues à
des phénomènes de flambement. Ces
phénomènes peuvent fortement jouer
sur la rigidité de l’appareil ; agir sur ces
problèmes de flambement, c’est aussi
maintenir le niveau déjà très élevé
de qualification et de tenue de l’avion.
C’est pourquoi ces essais nous permettent
d’aller très loin dans la mesure
où l’on joue entre les charges limites et
les charges extrêmes. Cela représente
un atout majeur en termes d’optimisation
des structures, tout en respectant
les exigences ultimes de sécurité.
Qu’allez-vous présenter sur le
Congrès Nafems ?
Je vais mettre en lumière une innovation
qui n’a, à ma connaissance, pas
encore été abordée en tant que telle
par nos concurrents. Pour cela, nous
nous sommes appuyés sur la maturité
de la simulation numérique acquise
ces vingt dernières années pour l’amélioration
de la fiabilité du calcul non
linéaire du comportement des structures
sur l’A350. Ces calculs, nous les
avons mis en œuvre avant les essais
d’ensemble (les essais physiques). On
a donc virtuellement chargé l’avion à
l’extrême et sollicité sa structure. Ainsi,
pour la première fois, nous avons simulé
l’essai – pratiquement – complet !
Quel est l’objectif de cette démarche
?
Il s’agit avant tout de sécuriser au maximum
une campagne d’essai. Réaliser
le calcul numérique, au niveau des
calculs non linéaires, de l’essai complet
de l’ensemble de l’appareil chargé
à l’extrême, sécurise avant tout le planning
de l’essai. Il faut en effet toujours
avoir à l’esprit que la moindre anomalie
peut engendrer des semaines voire
des mois de retard, d’abord pour identifier
l’origine du problème, ensuite pour
le régler. Ces délais sont, d’un point de
vue industriel, impensables. L’idée est
donc d’anticiper un comportement le
plus en amont possible de l’essai physique
pour accroître la confiance lors
du premier vol de l’appareil et détecter
la moindre anomalie.
Comment traitez-vous ces anomalies
?
Nous travaillons sur des problèmes
potentiels. Il existe trois catégories
d’interventions. La première consiste à
renforcer la structure en ajoutant des
caméras et en réalisant des modèles
plus fins voire en procédant à de petits
essais partiels. La deuxième concerne
plutôt l’ajout d’éléments comme des
jauges supplémentaires. Enfin, la dernière
catégorie intervient lorsque le
modèle montre que l’avion n’est pas
capable de soutenir les charges extrêmes.
Dans ce cas, soit nous renforçons
la structure, soit, plus simplement,
nous procédons à une nouvelle
répartition des charges, chose qui
n’est pas visible par l’analyse linéaire,
d’où l’avantage de cette méthode. En
somme, on aiguille les efforts à côté,
Michel Mahé, en quelques mots…
Ingénieur au sein du département Calculs et structures d’Airbus, Michel
Mahé travaille plus précisément sur la résistance des matériaux. Formé
à l’Ecole supérieure nationale (ENS) de Cachant, l’ingénieur fraîchement
diplômé s’est vu l’opportunité d’effectuer un doctorat à l’Aérospatial
(ex-Airbus) et ainsi de soutenir une thèse concernant le monde industriel
et à l’issue de laquelle il reçut une proposition d’embauche en tant qu’expert
en calculs de structures, et tout particulièrement dans le domaine
non-linéaire. Ce domaine concerne notamment les endommagements, les
contacts et les ruptures etc. A ce jour, Michel Mahé travaille chez Airbus
depuis vingt ans.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 29

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
puis on ajoute les fixations nécessaires,
nous évitant ainsi d’effectuer
des communications majeures.
Quels ont été les résultats de ces
opérations de simulation lors du
premier essai ?
Le premier vol a été réalisé le 14 juin
2013, le deuxième au second semestre.
Les essais ont été concluants,
montrant que la structure était très
saine, tout en sachant que l’A350 est le
premier avion véritablement hybride ;
sa structure étant composée à plus de
50% de matériaux composites.
Quels ont été les principaux défis
de ce projet ?
Nous avons incité nos partenaires à
redoubler d’efforts, à commencer nos
fournisseurs de code qui ont dû repousser
certaines limites. Il faut dire
que lorsque l’on travaille sur un seul
tronçon, on atteint déjà 70 millions de
degrés de liberté. Aujourd’hui, on a
dû multiplier par dix ce nombre. Nous
avons travaillé avec Dassault Systèmes
et sa suite logicielle Abaqus. Il
s’agit d’un partenariat à la fois intense
et pleinement réussi. Toutefois, dans
le domaine de la simulation, il reste
beaucoup à faire dans la mesure où
cette partie représente encore plus
de 50% du volume horaire du projet !
Les efforts sont à fournir en matière de
CAO et de simplification, mais aussi
au niveau du maillage et de la mise en
place des interfaces.
Il en est de même pour le post-traitement
: on étudie une dizaine de cas de
charges comme la flexion de la voilure,
et dans lesquels on étudie plusieurs dizaines
de critères avec des millions de
degrés de liberté. Tout est automatisé
mais en termes de carte graphique et
de l’aspect hardware, on atteint très vite
la limite, de même que le codage logiciel.
Mais nous avons réussi, d’autant
que nous sommes parvenus à travailler
avec l’ensemble des sites d’Airbus,
que ce soit à Toulouse, à Hambourg,
au Royaume-Uni ou en Espagne ; l’ensemble
des tronçons était concerné.
Pensez-vous reprendre ce modèle
pour les prochains développements
d’Airbus ?
Oui, nous allons travailler davantage
sur des approches similaires. Nous
pensons en effet qu’à l’avenir, c’est
comme cela qu’il faut travailler, en particulier
pour les questions de robustesse
de façon à être le plus proche
possible de la réalité mécanique pour
des raisons de sécurité avant tout. Cela
permet également d’éviter de lancer
des dizaines de modèles de tronçons.
Enfin, outre le facteur inhérent d’économies,
obtenir un modèle d’ensemble
permet à tous les départements d’en
faire référent sur lequel il possible de
travailler à l’échelle du groupe. Mais
ce modèle d’ensemble n’est véritablement
possible que dès lors qu’on aura
pu suffisamment réduire les temps de
mises en place des modèles numériques.
Aujourd’hui, nous avons prototypé
un système ; demain, il faudra
l’industrialiser.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Métiers
La simulation numérique se professionnalise
Si l’aéronautique, l’énergie ou encore le ferroviaire ont considérablement progressé dans le domaine
de la simulation numérique, l’automobile maintient toujours son avance sur les autres secteurs d’activité.
Mais au sein de ce même secteur, certains constructeurs, à commencer par le groupe PSA Peugeot
Citroën, sont allés plus loin en ayant professionnalisé certaines activités comme la création de méthodologies
et la formation à la conception et à l’utilisation d’outils de plus en plus performants.
Chez PSA, le métier d’ingénieur en
méthodologies numériques dans l'aérodynamique
des moteurs est une activité
à part entière. Ce métier existe
même depuis près de vingt ans au sein
du groupe. Arrivé en 2002 chez PSA
Peugeot Citroën, d’abord en tant que
prestataire extérieur durant trois ans
avant d’être pleinement intégré chez
le constructeur français, Olivier Davodet,
maintenant expert numérique à la
direction chaine de traction et châssis,
a occupé ce poste en ayant pleinement
conscience d’être l’un des rares
en France à exercer une profession
encore peu connue, y compris dans le
secteur automobile. En quoi consiste-telle
? Tout simplement à créer des méthodologies
numériques, à former les
métiers de la conception à l’utilisation
des logiciels de calcul. « Notre rôle est
d’aider les bureaux d’études à trouver
le logiciel le plus adapté aux défis de
développement et de production, à
bien s’en servir, de le paramétrer correctement
afin de réaliser une simulation
numérique, exercer le bon maillage,
la mise en données et réaliser
du post-traitement de ces données »,
résume Olivier Davodet. En somme, le
service crée et forme aux méthodologies,
puis supporte au quotidien le personnel
dans l’utilisation des logiciels.
Vu bien souvent comme un centre de
coûts, le département des méthodologies
numériques présente pourtant
des intérêts évidents, et le construc-
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 30

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
Congrès Nafems - une intervention sur les engrenages
Le groupe PSA Peugeot Citroën présentera un projet pour les engrenages
de boîtes de vitesses qui subissent des procédés en usine pour
les rendre plus durs. Ces pièces sont par exemple mises dans des bains
d’azote et de carbone pour accroître leur dureté puis trempées dans
l’huile pour les refroidir. Or cela les déforme. Ainsi, pour maintenir les
mêmes propriétés géométriques, on modélise l’ensemble des procédés
en numérique, ainsi que l’enchainement multiphysique des calculs, par
la mécanique des solides et des fluides pour la trempe d’huile. Après un
mois de phases de calculs, on sait comment les pièces sont déformées,
et ce selon des critères bien définis par un cahier des charges rédigé par
le donneur d'ordres.
mérique », formant ainsi une véritable
lame de fond dans le paysage industriel.
« Le souffle du numérique croît
continuellement et a rendu possible
un nombre bien plus élevé du nombre
d’opérations de simulation ». De
même, avec l’évolution des moyens
de calcul, « nous sommes passé d’un
stade où l’on ‘’faisait au mieux avec
ce que l’on avait’’ à une époque où
l’on simule désormais tout ce que l’on
veut. On va donc beaucoup plus loin
dans l’analyse tout en ajoutant des aspects
multiphysiques. Nous sommes
également capables d’explorer plus
de possibilités et plus rapidement ».
Dans l’automobile, Olivier Davodet
ne ressent pas d’essoufflement particulier
quant aux progrès et à l’utilisation
de la simulation numérique. Bien
au contraire. Outre des évolutions
franches dans les outils et les moyens
logiciels disponibles sur le marché,
l’ingénieur constate que la simulation
est aussi utilisée de façon bien plus
pragmatique. Mais cela semble être
davantage lié aux impératifs du secteur
automobile et ses délais courts,
contraignant les acteurs de la simulation
à faire des tentatives fiables pour
répondre très rapidement aux exigences
émises par les autres services.
Ces progrès sont pour l’essentiel liés
à la puissance des moyens de calcul.
D’ailleurs, le constructeur français possède
deux centres de calculs, l’un en
région parisienne, l’autre dans l’est de
la France. L’objectif étant de toujours
maintenir cette avance de façon à réduire
le coût des calculs et être à la fois
plus précis et compétitifs.
teur français ne s’y est pas trompé.
Tout d’abord, le fait de disposer de ressources
compétentes dans le domaine
du numérique et très spécialisées
procure un avantage concurrentiel.
De plus, cela permet de combler le décalage
entre le projet et le produit fini ;
« le service permet de ‘’bencher’’ les logiciels
et de prendre un peu de hauteur
sur les solutions existantes de manière
à mieux les choisir et les adapter aux
besoins ». Enfin, ce service est transversal
et, dans un contexte où les opérations
sur des aspects multiphysiques
prennent de plus en plus d’ampleur,
il permet d’entretenir des liens très
proches entre les métiers, comme par
exemple entre la mécanique et l’aérodynamique.
Toutefois, il faut prendre
gare à ne pas trop s’éloigner de la
conception et à maintenir des connaissances
pointues à propos du produit
final ; « nous travaillons beaucoup sur
cet aspect en interrogeant tous les métiers
de façon à ne pas éloigner la modélisation
des attentes des bureaux de
conceptions ».
Un métier toujours en constante
évolution
Le métier s’est beaucoup professionnalisé.
Désormais, le « numérique »
n’est plus une option mais bel et bien
un levier inévitable de compétitivité.
Progressivement, on a assisté au remplacement
du « physique » par le « nu-
Des défis à relever pour « démocratiser
» la simulation numérique
Une puissance de calcul infinie… c’est
en quelque sorte le rêve d’un ingénieur
méthodologie numérique. « La puissance
de calcul demeure en effet le
nerf de la guerre. L’augmentation de
cette puissance, c’est l’un des défis de
la simulation aujourd’hui. Par ailleurs,
on perd encore trop de temps sur les
outils de CAO dans le pré-traitement
des données ». A l’avenir, Olivier Davodet
nourrit l’espoir d’une simulation numérique
« démocratisée ». Aujourd’hui,
le métier d’ingénieur calculs est encore
trop peu vulgarisé dans l’entreprise.
Pourtant, son rôle est dynamique et
continue d’évoluer. Il promet d’occuper
une place de plus en plus importante.
« Je vois de la simulation partout !
C'est pourquoi nous devons la rendre
accessible à tous, jusqu’au technicien.
Pour cela, la simulation ne doit pas
rester trop complexe ».
Olivier Guillon
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 31

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
Tendances
Redonner aux essais leurs lettres de noblesse
Pour bien comprendre l’évolution de la simulation numérique dans les phases d’essais et la place
qu’elle occupe aujourd’hui, il nous a paru intéressant de nous pencher sur la biographie de l’un des
intervenants du prochain Congrès Nafems Paris qui aura lieu début juin à Charenton (Val-de-Marne).
Le parcours d’Éric Deletombe, chargé de mission au sein de l’Onera, met en lumière en effet le virage
qu’a pris la simulation et sa part grandissante dans l’industrie, en particulier l’aéronautique. Il traduit
également des avancées technologiques (en termes de puissance de calcul et de précision notamment)
stimulées par une course effrénée vers les gains de qualité, de temps et de coûts.
Diplômé en 1988 de l’école Supaéro
de Toulouse, Éric Deletombe intègre
l’Onera début 1991 dans le laboratoire
de mécanique des structures afin de
travailler sur la simulation numérique
de crashes de structures métalliques
dans l’aéronautique. C’est le début
d’une nouvelle ère dans le calcul par
éléments finis des structures avec de
nombreuses tentatives d’essais sur
des structures à échelle réduite. La
raison de cet essor tient essentiellement
dans le coût élevé de ces tests.
La mission d’Éric Deletombe a donc
été d’évaluer les avancées dans le
domaine de la simulation numérique
(dont les plus abouties se trouvaient
pour le crash dans le secteur automobile)
et de l’intégrer dans les activités
de l’Onera afin de simuler des phénomènes
de situations accidentelles.
Cinq ans plus tard, un projet avec Eurocopter
a permis de mettre en avant les
atouts de la simulation dans l’étude de
crash d’un hélicoptère dont la structure
était conçue en matériaux composites.
Ce fut également le cas pour la gestion
de phénomènes de collisions à haute
vitesse et des impacts qu’elles produisent.
« Les impacts balistiques se
présentent comme des phénomènes
par certains aspects plus compliqués
que les crashes », assure Éric Deletombe.
D’où l’objet de son intervention
les 4 et 5 juin prochains sur les lieux
du Congrès Nafems, et qui portera sur
la vulnérabilité des structures composites
face aux impacts à haute vitesse.
Cette intervention se consacrera plus
exactement à l’impact balistique dans
un réservoir d’avion.
Les essais remis à l’honneur dès les
années 2000
De 1999 à 2009, Éric Deletombe dirige
l’unité de recherche Conception
et résistance des structures et, parallèlement
à l’émergence des grands
moyens de calcul, assiste à l’idée de
plus en plus convaincue que la simulation
numérique remplacera purement
et simplement les essais physiques.
« Nous avons par exemple abandonné
les essais dans le nucléaire pour
les remplacer par la simulation. Mais
les années 2000 ont mis en avant la
complexité que l’on connaît dans le
domaine dynamique et mécanique. On
a compris que si la simulation permettait
incontestablement d’aller plus loin
dans l’appréhension des phénomènes,
elle ne pouvait en aucun cas les prévoir
dans l'absolu». Il fallait en effet
prouver que les résultats obtenus en
simulation étaient bien exacts en procédant
à des opérations de validation
des outils numériques.
Ce type d’opérations figure néanmoins
comme une évolution majeure dans
les phases d’essais. En outre, devant
la complexité des structures et le besoin
d’être de plus en plus rapide, les
années 2000 ont redonné aux essais
un caractère noble, « dans la mesure
où nous avons pris conscience que
la simulation numérique pouvait faire
tout et son contraire », concède Éric
Deletombe. La clé réside alors dans
la conciliation et de l’association des
deux. C’est pourquoi de nombreux
moyens expérimentaux de grandes
capacités ont été développés et mis en
place à l’Onera dans le but d’étudier la
mécanique des structures mais aussi
leur caractérisation dynamique et faire
de la validation numérique sur des cas
bien particuliers : comme l’impact sur
des réservoirs d’avion, le traitement
mécanique d’un fluide dans le cas d’un
appareil abîmé en pleine mer, sans oublier
les études sur les structures faites
de matériaux composites. « Notre rôle
est d’aller plus loin dans la précision
des modèles en développant des algorithmes
et des modèles bien spécifiques
pour mettre au point les matériaux
et structures les plus résistants ».
Bouleversement de la pyramide
des essais
Dans l’aéronautique, comme dans
bien d’autres secteurs d’activité aux
exigences de qualité extrêmes, la
conception des structures doit être la
plus sûre possible. Pas le droit à l’erreur
; on comprend bien pourquoi. Pour
répondre à ces exigences de qualité,
les essais de structures suivent un
échelonnement bien précis, lequel se
présente sous une forme pyramidale.
En haut de la pyramide se trouve l’essai
complet sur un prototype de l’appa-
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 32

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
reil. Idéalement, il n’y en a qu’un. Décisif,
cet essai est aussi le plus onéreux.
C’est pourquoi, plus on descend vers
la base de la pyramide, plus les essais
sont nombreux, plus rapides et moins
coûteux. Au fil des années, cet échelonnement
de phases d’essais a pris
sa forme pyramidale dans la mesure
où il a fallu réduire au maximum les essais
de structures entières d’avion pour
multiplier les opérations de tests sur de
plus petits morceaux de l’appareil.
Le nombre d’essais, globalement, a
donc considérablement augmenté,
notamment avec l’arrivée massive des
matériaux composites. « Nous menons
aujourd’hui de nombreux essais
sur des éprouvettes matériaux afin de
choisir les plus adaptés mais aussi et
surtout pour développer nos outils de
simulation numérique car celle-ci a
besoin d’être préalablement alimentée
avec des données d’entrée », précise
Éric Deletombe. Ainsi, pour schématiser,
à la base de la pyramide se trouve
une multitude de petits essais peu
coûteux et au sommet, un essai complet.
A l’inverse, auparavant, les essais
intermédiaires étaient beaucoup plus
nombreux.
Pour autant, le coût global des campagnes
d’essais demeure une préoccupation
majeure. N’oublions pas
que le nombre de petits essais a fortement
augmenté et, à l’échelle de la
recherche, le coût expérimental reste
très important. « A l’Onera, nous avons
par exemple réalisé un prototype de
fuselage à une échelle réduite et, déjà,
les montants sont élevés, faisant état
de près d’un million d’euros rien que
pour la simulation numérique et les
essais, sur les 2,5 millions d’euros
nécessaires à l'étude de conception
numérique et la production du prototype
». Ainsi, 20% sont toujours, au
stade de la recherche, inhérents au
développement d’un produit d’une telle
envergure destiné à l'essai. Les essais
jouent donc toujours un rôle prépondérant,
d’autant que les problématiques
nouvelles, souvent liées à la sécurité,
à la santé ou à l’environnement, mais
également dans l’approche multidisciplinaire,
sont apparues ces dernières
années. Reste aujourd’hui à attendre
une nouvelle ère informatique ; « nous
sommes aujourd’hui encore limités en
termes de puissance et confrontés à
des temps de résolution trop longs qui
poussent les industriels à devoir simplifier
leurs modèles. Il nous faut une
nouvelle révolution informatique pour
relever les défis ».
Olivier Guillon
Entretien
La simulation face à ses défis de demain
Professeur des universités au sein de l’École Centrale de Lyon, Jean-Jacques Sinou dirige le département
de Mécanique des solides, génie mécanique et génie civil et mène ses activités de recherche au sein du
Laboratoire de Tribologie et Dynamique des Systèmes. À l’occasion du prochain Congrès Nafems France
organisé les 4 et 5 juin à Charenton, le professeur reviendra sur les problématiques liées à la dynamique
des structures non linéaires et la nécessité de mieux comprendre ces phénomènes pour répondre aux
enjeux de l’industrie. Dans cet entretien accordé à la revue Essais & Simulations, Jean-Jacques Sinou fait
également un point sur l’état de la simulation aujourd’hui et ses grands défis de demain.
Essais & Simulations
Sur quelle thématique allez-vous
intervenir lors du Congrès
Nafems ?
Jean-Jacques Sinou
Le thème s’intitule « Ingénierie et
méthodologies avancées en dynamique
des structures non-linéaires –
Quelques exemples et perspectives
de recherche ». Cette intervention
porte sur les problématiques que l’on
rencontre en ingénierie et la prise en
compte de ces phénomènes dans l’industrie
au niveau des structures mécaniques.
L’industrie a en effet besoin
de mieux comprendre les structures
Calcul de crissement
afin de mieux les dimensionner. L’objet
de mon intervention sera de mettre en
avant des méthodologies et stratégies
numériques à travers une approche
duale expérimentale numérique dans
le but de mieux comprendre l’impact
de des phénomènes non linéaires et
des comportements vibratoires qui en
résultent.
Sur quels exemples allez-vous
vous appuyer ?
Je mettrai en lumière une application
qui concerne les systèmes dynamiques
comportant des interfaces
« frottantes » en se focalisant sur
l’étude du crissement et des vibrations
auto-entretenues. L’exemple traitera le
cas d’un système de frein ferroviaire;
le freinage d’un train émet en effet un
bruit aigu qu’il faut essayer de réduire
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 33

Congrès Nafems
Essais et Modelisation
Crissement de frein
pour améliorer le confort. Ce projet
« Acoufren » financé par l’Agence de
l’environnement et de la maîtrise de
l’énergie (Ademe) a été mené et dirigé
par la SCNF. L’idée est de montrer
ici comment nous avons traité ce
problème complexe en alliant expérimentations,
modélisation et développement
de techniques numériques
avancées afin de prédire le comportement
vibratoire non-linéaire du système
de freinage et les phénomènes
de crissement apparaissant lors des
contacts et pertes de contact entre
pièces. Or, pour l’heure, les logiciels
permettent difficilement d’obtenir des
résultats suffisamment intéressants
dans le domaine du crissement.
Est-ce l’un des défis de la simulation
numérique ?
La simulation occupe aujourd’hui une
place très importante et s’est imposée
comme un moyen à la fois efficace et
économiquement peu coûteux en comparaison
à la réalisation d’essais expérimentaux.
La simulation numérique se
présente comme une solution possible
dans la logique de faire toujours plus
vite, plus performant, maîtrisé et moins
cher. Elle permet en effet la mise en
œuvre et l’adaptation numérique de
modèles théoriques et mathématiques
de plus en plus complexes pour tenter
de mieux restituer le fonctionnement
des systèmes mécaniques complexes
et mener des prédictions de scénarios
possibles et statuer sur les paramètres
physiques prépondérants. De plus,
nous assistons ces dernières années à
l’apparition de techniques numériques
très performantes avec des modélisations
multi-échelles et multi-physique
qui nous permettent de reproduire
des situations de fonctionnement très
complexes et toujours plus proche de
la réalité.
Néanmoins, il ne faut pas oublier que
la simulation tente de restituer le fonctionnement
d’un système complexe
suivant une modélisation choisie ; en
d’autres termes, elle va de paire avec
la modélisation, ce qui implique qu’elle
doit être maîtrisée et la plus proche
possible de la réalité. C’est l’expérience
qui alimente le modèle et par
conséquent la simulation ; cette notion
est capitale, la simulation numérique
ne doit pas supplanter l’expérimentation
même s’il est tentant d’aller vers le
« tout numérique ».
Signature du crissement
Quelles sont les limites de la simulation
?
Les limites concernent avant tout le dialogue
avec la machine. Je m’explique :
certains phénomènes physiques demeurent
mal compris ou peuvent être
difficilement mis en équations. De plus,
les modèles sont de plus en plus complexes,
nécessitant des puissances de
calcul jusqu’à présent indisponibles. À
titre d’exemple, le nombre d’opérations
pour la résolution d’un modèle croît en
fonction de la précision que l’on souhaite.
Or cette recherche de précision
ne fait qu’augmenter pour répondre
aux besoins des industriels.
Par ailleurs, on continue de hiérarchiser
les opérations de simulation et
on procède toujours étape par étape ;
c’est une erreur. Pour élaborer des
systèmes complets, nous devons simuler
l’ensemble mais cela nécessite
une nouvelle fois des moyens de
calculs et des logiciels toujours plus
performants. Le rôle du chercheur est
donc de proposer aux industriels des
stratégies globales ainsi que des techniques
numériques innovantes qui leur
permettront de répondre aux attentes
futures. Par exemple, dans le cas du
crissement de frein, on se focalise
toujours trop – et quasi-exclusivement
– sur le frein et pas suffisamment sur
l’environnement global du véhicule. Or
le profil d’une chaussée, les conditions
climatiques mais aussi le comportement
routier de chacun des conducteurs,
sans oublier les cas de freinages
d’urgence sont autant de paramètres à
prendre en compte. On en est encore
loin mais on y arrivera un jour…
Propos recueillis par Olivier Guillon
Le couplage essai et simulation est désormais indissociable
Ingénieur de l’École nationale supérieure des ingénieurs des études et techniques d'armement
(Ensieta), aujourd’hui connue sous le nom d’ENSTA Bretagne et située à Brest,
Jean-Jacques Sinou a également effectué un master Recherche au sein de l’École Centrale
de Lyon avant d’entamer une thèse sur la dynamique des structures soutenue en
2002. En 2003, il se rend à l’Université de Swansea, aux Pays-de-Galles, pour travailler
sur la dynamique des systèmes tournants. Un an plus tard, Jean-Jacques Sinou revient
à Lyon et intègre l’école Centrale en tant que maître de conférences avant de devenir
professeur des universités à partir de 2010. Il dirige aujourd’hui le département de Mécanique
des solides, génie mécanique et génie civil.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 34

1 & 2 juillet/july 2014
École Polytechnique
Palaiseau - France
Le rendez-vous international
HPC & SIMULATION
The International Meeting
Forum
2014
SIMULER POUR INNOVER
INNOVATION BY SIMULATION
Inscription/Registration www.teratec.eu
Platinum Sponsors
Gold Sponsors
Silver Sponsors
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 35

Forum Teratec
Essais et Modelisation
Événement
Le Forum Teratec réaffirme
l’importance de la simulation et du calcul intensif
Le rendez-vous des experts internationaux de la conception et de la simulation numérique a haute
performance se déroulera les 1er et 2 juillet 2014 à l’École Polytechnique, à Palaiseau (Essonne).
Cette neuvième édition portera sur le thème suivant : “Simulation et calcul intensif, enjeux majeurs de
la compétitivité »
La conception et la simulation numérique
à haute performance jouent un
rôle essentiel pour l'innovation dans
l'ensemble des secteurs de l'industrie
et pour l'amélioration de la compétitivité
des entreprises. Et l'usage de ces
technologies devient aujourd'hui accessible
aux PME grâce notamment à
des offres « SaaS ».
Le Forum Teratec pour sa neuvième
édition de juillet prochain, va mettre
l'accent sur la diversité accrue des
usages de la simulation numérique
et du calcul intensif au sein de nombreuses
filières industrielles et d'entreprises
utilisatrices, notamment les
PME et ETI : Cycle de sessions plénières,
ateliers techniques et applicatifs,
exposition de matériels, logiciels et
services vont illustrer pendant 2 jours
les évolutions les plus récentes en la
matière.
Les sessions plénières du mardi 1er
juillet feront état de l'impact grandissant
du HPC dans de très nombreux
domaines de l'industrie et de la recherche
et son rôle dans les grands
défis scientifiques et technologiques.
Cette journée, qui verra notamment
des présentations faites par les responsables
d'AIRBUS, de la plateforme européenne
ETP4HPC, du projet Square
Kilometre Array (SKA), de UberCloud
HPC Experiment, de DISTENE, sera
marquée par la présence de Monsieur
Arnaud Montebourg, ministre de l'économie,
du redressement productif et
du numérique et sera l'occasion d'une
présentation du Plan Supercalculateurs
qui fait partie des 34 plans de reconquête
de la Nouvelle France Industrielle
annoncé par le gouvernement en
septembre 2013.
Les huit ateliers du mercredi 2 juillet,
orientés "technologies" ou "usage", seront
animés par les principaux acteurs
du marché et des experts reconnus
qui feront le point sur les technologies
émergentes et sur de nouveaux secteurs
d’application du HPC.
Une large part consacrée aux technologies
Les ateliers « technologies » porteront
sur plusieurs problématiques :
Évolutions des applications et des
architectures HPC & Big Data – Influences,
confluences. Eclairage sur
les perspectives et l’état de l’art des architectures
et plateformes matérielles
et logicielles adaptées à l’exploitation
et la valorisation de ces grands calculs
et masses de données complexes.
Conception numérique optimale des
systèmes complexes: état de l'art et
verrous technologiques: Le point sur
les verrous majeurs de la conception
optimisée : verrous principaux et état
de l'art associé des méthodes permettant
de les lever.
Calcul scientifique & Open Source :
pratiques industrielles des logiciels
libres : témoignages d’utilisateurs et
d’offreurs de solutions, pour dresser
un vaste panorama des pratiques de
l’Open Source dans des milieux industriels
comme le spatial, l’aéronautique,
l’énergie, le médical ou encore la micro-électronique.
HPC & Big Data – logiciels et outils :
Etat de l’art et perspectives sur la maîtrise
de la consommation énergétique,
la programmation efficace et l'exécution
optimisée, la résilience et la tolérance
aux pannes.
Les ateliers orientés vers l’usage
Simulation des matériaux: nouveaux
matériaux, usage et tenue en fonction :
De par les nombreux degrés de liberté
que leur description implique, les
matériaux sont très consommateurs
de puissance machine. Dans ce sens,
l'adaptation des codes aux nouvelles
générations de machines constitue un
des défis pour le futur.
Technologies numériques pour le végétal
: Enjeux et problématiques liés
au végétal, outils et méthodes de simulation
de la croissance des plantes
et d’aide à la décision, techniques de
traitement des données d’imagerie et
de grandes applications : semences et
transformations.
HPC et Santé : De la recherche thérapeutique
à la médecine personnalisée
: Le domaine de la santé bénéficie
aussi de la progression des technologies
de modélisation et de calcul.
L’augmentation de la capacité des supercalculateurs
permet aujourd’hui de
modéliser davantage de phénomènes
physico-chimiques et physiologiques,
pour, à terme, aller vers une médecine
de plus en plus personnalisée.
Modélisation et simulation des systèmes
urbains : Comment les outils
logiciels de modélisation et de simulation,
de gouvernance et de management
des systèmes urbains, représentent
une opportunité pour analyser,
simuler et optimiser le fonctionnement
des systèmes urbains vus en tant que
système global, et la prise de décision
éclairée des acteurs de la ville.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 36

Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 37

Forum Teratec
Essais et Modelisation
Avis d’expert
La simulation numérique :
un élément incontournable de l’industrie actuelle
Le rôle croissant que joue la simulation numérique depuis de nombreuses années se confirme, au point
de toucher tous les pans de l’industrie. Véritable élément désormais incontournable, la simulation a
su bénéficier des progrès considérables en termes de calcul haute performance (HPC). Elle connaît
néanmoins des limites qu’elle devra franchir pour répondre pleinement aux besoins des industriels, à
commencer par la maîtrise du calcul parallèle.
Comment envisager de nos jours un
monde industriel sans simulation numérique
? Peut-on imaginer revenir à
la planche à dessin et abandonner les
outils de CAO ? Peut-on imaginer que
les pilotes de lignes commencent leur
apprentissage sur des avions réels ?
Peut-on faire des prototypes de produits
pour tester leur robustesse sans
avoir préalablement simulé leur tenue
mécanique ? Va-t-on forer un puits de
pétrole à l’endroit indiqué par une baguette
de sourcier ?
La simulation numérique est tellement
présente dans nos métiers qu’elle est
une évidence. Au même titre que de
piloter un avion ou une Formule 1 depuis
son salon semble à la portée de
tous grâce à sa console de jeu. Dans
la plupart des cas, la question n’est
donc plus : « puis-je le simuler ? » mais
plutôt « Quel effort dois-je faire pour
réaliser ma simulation ? », « Quel est
le niveau de représentativité de ma simulation
? » ou encore « Ma simulation
va-t-elle être réalisée dans un temps
suffisamment court ? »
Les enjeux de la simulation, c’est d’être
capable de prendre en compte simultanément
de plus en plus d’éléments
et de phénomènes, de façon plus précise,
dans des temps de traitement
Cnes – Portage et optimisation de code : maintien en condition opérationnelle des applications
HPC pour la DSI en charge des moyens des calculs mutualisés et du HPC
Airbus – Optimisation et portage : parallélisation des outils pour les simulateurs de vol, prise
en compte du HPC pour les outils aérodynamiques du bureau d’étude
toujours plus courts. La réponse à ces
enjeux passe par une augmentation
exponentielle du nombre d’information
à traiter.
Le HPC (High Performance Computing)
: c’est donner les outils pour
traiter efficacement ces données
de simulation
À titre d’exemple, le volume de données
à traiter pour une simulation est
désormais de l’ordre de plusieurs TeraOctets
(1000 Go), que ce soit pour
des applications de dimensionnement
de champs pétrolifères, de simulation
de réaction nucléaire ou de tenue
structurale d’un avion. Traiter cette
masse de données dans des temps
raisonnables nécessite :
Des infrastructures matérielles adaptées
à la fois pour effectuer les calculs
(serveurs de calcul HPC), pour stocker
les données et faire transiter les donner
entre les processeurs et les espaces
de stockage.
Des infrastructures logicielles pour administrer
les infrastructures matérielles
et optimiser leur utilisation (soumission
des calculs, visualisation à distance,
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 38

Forum Teratec
Essais et Modelisation
Sogeti High Tech et le HPC
Dans la course à la simulation numérique, Sogeti High-Tech, grâce d’une
part à son positionnement fort sur la simulation et d’autre part avec son
expérience sur des thématiques HPC pour des acteurs majeurs (Airbus,
CEA, Total, CNES…) possède les compétences pour garantir la pérennité
et l’efficacité du parc applicatif des outils de simulation au regard des
infrastructures HPC existantes. Même si Sogeti High-Tech est clairement
positionnée sur la partie applicative du HPC, elle sait également répondre
globalement aux problématiques de ses clients. Sogeti High Tech peut
en effet s’appuyer sur l’apport du groupe (Sogeti) et des partenaires en
dehors du groupe, en particulier grâce à l’alliance IBM. Sogeti High-Tech
est également membre de l’association Ter@tec dont le but est de promouvoir
l’usage du HPC.
Total – Audit, architecture et maintenance des
outils simulation géoscience : préconisation
et implémentation d’un supervisuer de jobs,
maintenance des codes de calculs
gestion des droits d’utilisation, gestion
des licences, monitoring…)
Des applications de simulation
conçues pour exploiter au mieux les
infrastructures existantes
Ces trois éléments constituent l’écosystème
du HPC qui fournit l’ensemble
des moyens pour une simulation numérique
efficace.
L’efficacité à traiter un problème de
simulation est grandement liée au
nombre d’« opérations à virgule flottante
par seconde » (FLOPS) réalisées
par le calculateur.
Pour fixer quelques ordres de grandeurs
:
En 1964, la barre du mégaFLOPS (106
FLOPS) a été franchie par le superordinateur
américain Control Data 6600.
En 1985, la barre du gigaFLOPS (109
FLOPS) a été franchie par le superordinateur
américain Cray-2.
En 1997, la barre du téraFLOPS (1012
FLOPS) a été franchie par le superordinateur
américain ASCI Red .
En 2008, la barre du pétaFLOPS (1015
FLOPS) a été franchie par le superordinateur
américain Roadrunner.
Le passage à l’exascale est attendu
dans moins d’une décennie, ce qui engendrera
une rupture radicale.
Maitriser les techniques du calcul
parallèle
Initialement, l’augmentation de la puissance
de calcul était obtenue par augmentation
de la fréquence d’horloge
des microprocesseurs. Ce schéma de
progression s’est rapidement heurté
aux limites énergétiques et de dissipation
de chaleur nécessaire (la puissance
nécessaire grandissant comme
le cube de la fréquence). Désormais,
les fréquences commercialisées plafonnent
entre 1 et 5 Ghz. Mais la performance
continue d’augmenter grâce
à l’utilisation simultanée de plusieurs
cœurs de calculs en parallèle. Ainsi,
nous sommes passés d’une performance
individuelle à une performance
collective voire de masse.
Pour traduire ce changement au quotidien,
prenons l’exemple des ordinateurs
individuels. Il y a quelques années,
les fabricants indiquaient avec
fierté la fréquence des processeurs
utilisés sur des stickers. De nos jours,
cette information a disparu et a été
remplacée par le nombre de cœurs
présents (CoreDuo, Core i5…) dans la
machine.
Le changement d’architecture matérielle
a un fort impact sur la façon de
concevoir et de développer les applications
de simulation. L’utilisation
optimale des ressources matérielles
par les logiciels nécessite de maitriser
les techniques du calcul parallèle. De
même que la gestion des personnes
sur un projet de grande taille nécessite
une forte gestion de projet, l’ordonnancement
des calculs sur plusieurs
cœurs nécessite une attention particulière
: transmettre la bonne donnée
au bon moment aux processeurs,
démarrer un calcul quand le résultat
d’un autre est obtenu, … Dans le HPC
comme dans la vie, la parallélisation a
ses limites : « Neuf femmes ne font pas
un enfant en un mois ! ». L’enjeu pour
la simulation est désormais de penser
parallèle dès la conception des codes
de calcul quitte à remettre en cause
certaines méthodes de résolution.
Dans ce contexte où la masse de données
à traiter ne cesse d’augmenter et
où son traitement est de plus en plus
distribué physiquement, l’un des principaux
enjeux est le déplacement de la
donnée : que ce soit vers les processeurs,
vers les espaces de stockage,
vers les serveurs de calcul.
EDF – Audit et architecture : analyse d’architecture de supervision d’une chaîne neutronique,
étude de faisabilité et préconisations
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 39

Forum Teratec
Essais et Modelisation
La parole à… une entreprise confirmée
Entretien avec Vincent Chaillou,
directeur-général délégué d’ESI Group
Essais & Simulations
Décrivez-nous les activités d’ESI
Group
ESI Group est un fournisseur de logiciels
et services pour simuler virtuellement
la fabrication, les tests et l’utilisation
de produits existants ou futurs.
Pour bien décrire notre activité, il est
important de comprendre la vision
d’ESI. Celle-ci est différente des autres
éditeurs dans la mesure où l’équipe
fondatrice s’est avant tout intéressée à
la partie « matériaux ». Cette expertise
a émergé au sein d’ESI depuis maintenant
quarante ans.
Qui sont vos clients (leurs secteurs
d'activité) et qu'attendent-ils de
vous ?
Grâce aux développements d’ESI dans
les logiciels de prototypage virtuel, aux
solutions co-créées avec nos clients,
et, parallèlement, à des opérations
successives de croissance externe,
nous avons pu réaliser des enchaînements
de tests virtuels pour nos clients
dans l’automobile avec Volkswagen.
Il s’agit d’une étape importante mais
qui nécessite encore de nombreux
développements car la difficulté ne réside
plus dans les tests virtuels mais
dans le couplage et l’enchaînement de
ces tests ; nécessitant alors des puissances
de calcul gigantesques.
Avant, l’objectif de nos clients était de
réaliser de meilleurs tests. Puis, ils
Historiquement, ESI a été un pionnier
dans le domaine du crash - avec le tout
premier crash test virtuel en 1985 pour
Volkswagen... Puis on a répété ce modèle
dans la sécurité du passager puis
dans les tests sur les procédés de fabrication
en commençant par l’emboutissage,
où l’on vient simuler l’écrasement
de la tôle en fonction de ses propriétés
matérielles et du procédé utilisé. Enfin,
ESI Group a, au fil des années, ajouté
d’autres cordes à son arc en adressant
des marchés supplémentaires tels que
la fonderie et la soudure. Le savoir-faire
et la valeur ajoutée d’ESI résident dans
la combinaison de technologies complexes,
avec notamment l’utilisation de
la réalité virtuelle pour manipuler les
prototypes virtuels dès la conception
des produits.
Modélisation des fluides autour d’une
centrale nucléaire
(et les clients de nos clients !). Ceux-ci
nous demandent aujourd’hui de modéliser
les composants sur lesquels ils
vont réaliser tous leurs essais virtuels
pour assurer la pré-certification.
Pendant longtemps, la demande de
nos clients était émulée – ou freinée ! –
par la puissance des ordinateurs. Petit
à petit, ils sont capables de sortir des
modèles de plus en plus larges, précis
et complets… mais toujours limités
à la puissance disponible. Toutefois,
progressivement, les niveaux de puissance
industrielle et la miniaturisation
des postes de travail ont permis de virtualiser
les process. Le prototypage virtuel
est devenu une réalité depuis environ
cinq ans. Du côté des industriels,
un premier déploiement d’un véhicule
devrait voir le jour à compter de 2015
Exemple de Réalité Virtuelle, logiciel IC.IDO (crédit photo : Renault)
ont souhaité sauter cette étape. Aujourd’hui,
les industriels misent tout sur
le prototypage dans le but d’optimiser
les tests virtuels afin de développer
des produits qui consomment moins
et sont à la fois plus légers et attractifs
etc. Mais la restriction, outre les
puissances disponibles, réside dans
le budget et la possibilité de justifier
un tel investissement. Le ROI se situe
désormais au cœur de toutes les problématiques.
Quand êtes-vous arrivés sur le
Campus et en quoi est-ce un atout
pour vous pour répondre aux demandes
de vos clients ?
En tant que membre fondateur de l’association
Teratec, il était tout naturel
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 40

Forum Teratec
Essais et Modelisation
d’être physiquement présent sur le
Campus. Nous nous devions d’en faire
partie et c’est pourquoi, nous avons
commencé par y installer un laboratoire
d’une dizaine de personnes ; ce
nombre devrait d’ailleurs augmenter
en fonction des projets que l’on mènera
à l’avenir.
L’un de nos rôles est d’anticiper les
évolutions en matière de hardware ;
or, les visionnaires présents sur Teratec
nous font bien comprendre que les
besoins de puissances sont infinis. De
15 à 64 puis 128, aujourd’hui nous en
sommes souvent à 10 000 cœurs par
job (c’est-à-dire une tâche de calcul
– NDLR), et nous nous préparons à
franchir dans le futur la marche des
100 000 cœurs par job ! ESI se doit
d’anticiper l’accroissement des capacités
de calcul HPC, et met au point des
logiciels dans le but de répondre aux
attentes futures des industriels.
Autre demande croissante de nos
clients : le calcul d’éléments physiques
en temps réel. Pour vous donner un
ordre d’idées, au cours des dix dernières
années, un calcul qui prenait
seize heures a été réduit à quelques
minutes, ce qui représente un progrès
significatif. Mais parallèlement, les modèles
à traiter sont devenus de plus en
plus gros et complexes… Pour les plus
importants d’entre eux, il arrive encore
que les calculs durent seize heures !
Or aujourd’hui, les industriels veulent
des calculs qui prendraient quelques
millisecondes, de la prise en compte
du prototype à l’expérimentation en
temps réel.
toute une communauté d’acteurs destinés
à travailler ensemble à travers des
plateaux-projets. Cela nous permet
d’une part de disposer de moyens nous
évitant de perdre en taille de modèles
et un gain de temps considérable.
À titre d’exemple, nous avons renouvelé
notre huitième contrat avec Volkswagen
qui souhaitait, pour valider
notre accord, être certain que nous
serions capables le suivre dans ses
perspectives de développement. En
d’autres termes, le constructeur allemand
souhaite à terme passer de 1
000 à 10 000 cœurs par job … ce qui
nous a poussé à démontrer que nos
solutions étaient en mesure de suivre
le nombre et l’évolution de ses machines,
et que la scalabilité ( capacité
d’un logiciel à adapter sa performance
à un changement d’ordre de grandeur
de la montée en charge grâce au
nombre de processeurs – NDLR) de
nos logiciels pourra assurer les calculs
de performance au crash, de sécurité
ou et de confort vibratoire autour d’un
même modèle, permettant ainsi d’entrer
dans des stratégies d’optimisation.
Cette démonstration, nous avons pu la
réaliser ici grâce à la présence d’équipements
de calcul suffisamment puissants
et importants.
Où se place la place la France dans
le domaine du HPC ?
Teratec a replacé la France dans la
course du HPC. Il faut dire qu’il a été
astucieux de la part du CEA de se doter
d’une mission de prestations dans
les domaines à risque puis dans des
applications très variées comme l’automobile,
le ferroviaire et les loisirs.
Ainsi, de grands noms tels qu’Airbus,
Renault ou L’Oréal ont recours au Très
Grand centre de calcul (TGCC) du
CEA, revitalisant le HPC sur le territoire
alors que nous nous étions laissé
devancer ces dernières années. Nous
avons aussi la chance d’avoir Bull, une
société qui a très bien su s’accrocher
au wagon en devenant un chef de file
pour vendre nos systèmes. La France
dispose désormais d’un constructeur
de taille. Enfin, il existe en France de
nombreux chercheurs dont les travaux
peuvent incontestablement mener à
des créations d’entreprises. La route
est donc ouverte.
Outre le HPC, le Big Data prend de
plus en plus d’importance. Par essence,
les métiers du calcul haute-performance
créent immédiatement de
profondes connaissances dans ce domaine,
relançant ainsi par ricochet le
développement de nouvelles technologies
et de progrès comme le cloud.
Cette émulsion que l’on connaît en
France, mais aussi en Espagne et en
Italie notamment, va donc ouvrir de
nouveaux champs d’application. Mais
nous ne devons pas nous endormir sur
ces acquis et poursuivre nos efforts de
réindustrialisation, en nous adressant
tout particulièrement aux PME.
Propos recueillis par Olivier Guillon
En quoi peut-on dire que le Campus
Teratec est un « écosystème » ?
Est-il favorable à votre activité et
dans quelle mesure ?
Oui, la création de Teratec va dans le
sens de la création d’un écosystème
physique et concret (pas virtuel), avec
la présence du CEA qui est un partenaire
historique d’ESI. L’implantation
de Bull est également essentielle, tout
comme Intel qui a rejoint le campus,
nVidia ou encore Genci qui nous permettent
d’accéder à des équipements
hors du commun. Teratec rassemble
Quelques mots sur Vincent Chaillou
Vincent Chaillou, directeur-général délégué d’ESI Group, s’occupe plus
particulièrement de la direction technique, des produits et de l’engineering,
c’est-à-dire de tout ce qui concerne l’édition de logiciels. Ainsi, depuis
une vingtaine d’années, il gère les équipes de R&D et de marketing
produits pour ce qui relève du domaine du prototypage virtuel. Avant d’intégrer
ESI, Vincent Chaillou a acquis une solide expérience dans le CAD-
CAM, en créant notamment la filiale Computervision en France, avant
d’en devenir vice-président aux États-Unis puis en Asie. Son parcours lui
confère donc une expérience à la fois dans le software et le hardware à
travers la création de produits spécifiques.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 41

Forum Teratec
Essais et Modelisation
La parole à… une start-up
Entretien avec Laurent Anné,
directeur commercial et co-fondateur de Distene
Essais & Simulations
Laurent Anné, quel est votre parcours
et quand avez-vous créé
Distene ?
Laurent Anné
Après avoir soutenu ma thèse dans
le domaine de l’analyse numérique et
des mathématiques appliquées, j’ai
intégré la société de service Simulog,
alors première start-up de l’Inria
et spécialiste à l’époque des logiciels
de simulation. Puis, avec Mark Loriot,
aujourd’hui président et co-fondateur
de Distene, nous avons démarré une
activité à part au sein de Simulog,
orientée vers le développement de
composants. Puis d’une simple activité,
Distene est devenue un service à
part entière avant d’être une filiale de
Simulog. Lors de la mise en vente de la
société, nous avons tous les deux racheté
la filiale pour en faire une société
officiellement créée en 2004. À ce jour,
Distene compte douze personnes,
dont onze sont présentes sur le Campus
Teratec ; la douzième travaille au
sein d’un I-Lab (laboratoire commun)
créé en partenariat avec l’Inria, The
Meshing Lab.
Quelles sont les activités de Distene
aujourd’hui ?
Les activités de l’entreprise sont de
deux ordres. Le premier concerne le
cœur de métier de Distene, à savoir
la conception et le développement
de composants destinés aux développeurs
de logiciels. Ces composants
logiciels de génération de maillage interviennent
entre la CAO et la phase
de calcul. Distene travaille sur cette
étape intermédiaire mais au lieu de
fournir un logiciel à des utilisateurs finaux,
la société développe des composants
qui servent ensuite à ceux qui
mettent au point ces logiciels de simulation,
à savoir les éditeurs de logiciels
de simulation numérique. Cette activité
de composants logiciels (dont le nom
de la gamme est MeshGems) représente
environ 65% de notre chiffre
d’affaires et s’adresse aux éditeurs de
logiciels présents à travers le monde.
Les 35% restants de notre activité sont
consacrés à la commercialisation en
France et en Europe du sud d’EnSight,
un outil de post-traitement et de visualisation
scientifique ; cette solution
met en image les données obtenues
à partir de résultats de simulation de
manière à les rendre visibles de manière
réaliste (comme, par exemple,
le crash d’un véhicule ou l’écoulement
d’un fluide autour la d’une voiture ou
d’un avion, etc.). L’objectif est, pour les
ingénieurs, de mieux comprendre ce
qui se passe.
Que représente pour vous le Campus
Teratec ?
Nous nous sommes installés à
Bruyère-la-Chapelle dès 2004, lors
de la création de la société Distene
en tant qu’entité à part entière. Teratec
symbolise très concrètement notre
croissance de plus de 150% en huit
ans d’activité, soit près de 20% de
croissance annuelle. Nous occupons
des locaux de près de 300 m2 au sein
du nouveau Campus contre 115m2
seulement dans nos anciens locaux.
Nous tenons à ce titre à remercier la
CCI de l’Essonne qui a beaucoup aidé
dans la création de cette structure et
contribue fortement à son animation.
Même si le Campus Teratec n’a pas fini
de se développer et d’attirer d’autres
entreprises dans les années à venir,
nous collaborons déjà avec des acteurs
significatifs qu’il aurait été difficile
d’approcher si nous nous n’étions
pas installés ici. Nous travaillons par
exemple avec Bull, (qui est différente
du Campus en lui-même ; notamment
tous les membres de l’association Teratec
ne sont pas physiquement présents
sur le Campus Teratec) dans le
cadre du projet FUI baptisé TIMCO, ce
rapprochement ayant eu lieu au travers
de l’association Teratec. Et d’autre
part, nous collaborons avec Bull dans
le cadre de leur projet Xtreme Factory.
Dans ce cas, le fait d’être présent
sur le Campus nous a permis de rencontrer
les ingénieurs en charge de ce
projet et de travailler avec elles. Il en
est de même, dans le sens inverse,
avec la société de service Eagocom;
nous faisons appel à cette entreprise,
présente sur le Campus Teratec, pour
assurer notre maintenance informatique
ce qui nous permet de dégager
un temps précieux pour nos activités
de R&D.
Que vous apporte-t-il ?
Le fait d’être physiquement présents
sur le Campus Teratec nous ouvre
des portes car nous rencontrons directement
les acteurs ; car une collaboration,
c‘est avant tout une histoire
d’hommes et de rencontres. On apprend
à se connaître et à savoir ce que
fait chacun. De là, les idées émergent
et les projets naissent rapidement.
D’autant que notre raison d’être, c’est
l’innovation et la recherche de performance
dans le maillage afin de répondre
aux exigences de clients toujours
plus gourmands en opérations
de calcul et en modèles de simulation ;
et le prochain défi est précisément la
génération HPC (Haute Performance)
de maillages.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 42

Forum Teratec
Essais et Modelisation
La parole à… une PME
Entretien avec Dr. Samir Ben Chaabane,
Manager Business Line Simulation Numérique chez Silkan
Essais & Simulations
Présentez-vous ainsi que l'entreprise
et son contexte de création
Samir Ben Chaabane
J’ai rejoint le groupe Silkan en 2012 en
tant que Business Line Manager pour
développer l'activité Simulation Numérique.
Docteur ingénieur diplômé en
modélisation numérique de l'Université
de Technologie de Compiègne, j’ai
occupé durant une vingtaine d’années
plusieurs postes dans l'enseignement
supérieur et la recherche en tant qu’ingénieur
R&D, professeur, directeur
de département, directeur adjoint de
l'école d’ingénieur du Pôle Léonard de
Vinci... qui m’ont permis de mener de
nombreux projets de R&D de grande
envergure en relation avec la simulation
numérique.
Silkan Group est une entreprise innovante
à la pointe des technologies numériques
et un acteur majeur français
dans le domaine de la simulation. Elle
a succédé en 2012 à HPC-Project fondée
en 2007 qui était spécialisée dans
le développement de solutions et de
stratégies pour le Calcul Haute Performance.
L’entreprise emploie quatrevingts
collaborateurs et des implantations
en Ile-de-France : à Meudon où
se trouve le siège social, à Bièvres, et
à Bruyères-Le-Châtel sur le Campus
Teratec, mais aussi en région PACA
(à Aix-en-Provence et à Montpellier).
Enfin, Silkan a ouvert deux filiales aux
États-Unis (Los Altos, Californie) et au
Canada (Montréal).
Quels sont les savoir-faire de l'entreprise
? Que propose Silkan aux
industriels et à quelles de leurs
problématiques répond-elle ?
L’offre du groupe Silkan comprend l’intégration
de systèmes de simulation
technico-opérationnelle, des solutions
de simulation numérique ainsi que
l’intégration de systèmes embarqués
critiques répondant aux exigences
de sureté de fonctionnement. Silkan
adresse ainsi tous les marchés où les
opérations de sureté nécessitent l’analyse
de comportement de systèmes,
le contrôle-commande, la formation et
l’entrainement, tels que les secteurs de
l’aéronautique, de la défense, de l’automobile,
de l’énergie…
Le groupe Silkan dispose de capacités
d'intégration et d'optimisation de solutions
métiers basées sur la simulation
numérique réduisant le temps de développement
des produits innovants ainsi
que leur coût tout en améliorant leur
robustesse. Le groupe dispose également
de capacités de développement
de solutions utilisant des systèmes
embarqués temps réel (hardware et
software) fiables, intégrant les phases
de conception, de modélisation et de
tests. Enfin, l’entreprise est en mesure
de développer des simulateurs d'entrainement
et systèmes de gestion de
crises haute fidélité intégrant la physique
du problème considéré.
À titre d'exemple, on peut citer Builder,
le nouveau produit que nous venons
de lancer sur le marché. Cette suite
logicielle permet de gérer la conception
de pièces mécaniques à travers
la simulation de leur comportement en
service, de leurs procédés de fabrication,
de leur durée de vie... Toutes ces
simulations sont pilotées à travers une
interface conviviale, utilisant des outils
mathématiques d'analyse, de fiabilité
et d'optimisation garantissant leur robustesse
et leur sureté de fonctionnement
et pouvant faire appel au HPC.
Comment a évolué l'entreprise
depuis sa création et quelle place
occupe-t-elle aujourd'hui sur le
marché ?
Le Groupe SILKAN a connu une forte
expansion (interne et externe) de son
activité et de son chiffre d'affaires et
a vu son expertise s'étendre à plusieurs
secteurs comme les systèmes
embarqués temps réel, la simulation
numérique et les simulateurs d'entrainement.
Ainsi, l’entreprise s’est vue mise à
l’honneur en 2013 en recevant le Prix
de Champion du Pôle de Compétitivité
Systematic Paris-Region et en
figurant dans les meilleurs classements
du Technology Fast50 France
(9ème/50) et Technology Fast500
EMEA (46ème/500) qui récompensent
les plus belles progressions de croissance
des entreprises technologiques
françaises.
Quel rôle joue Silkan au sein de Teratec
et quand s'est-il implanté sur
le Campus ?
Le Groupe SILKAN est un membre
actif de Teratec et d’ETP4HPC, plateforme
européenne pour la promotion
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 43

Forum Teratec
Essais et Modelisation
du Calcul Haute Performance. Le
HPC étant une brique technologique
à l'origine de la création de l’entreprise
(alors dénommée HPC-Project),
il demeure aujourd'hui le moteur des
activités. La décision de s'installer sur
le Campus Teratec a été prise dès le
lancement de ce programme. SILKAN
s'est installé effectivement sur le campus
depuis février 2013, l’inauguration
des locaux en présence des partenaires
s’est déroulée le 6 novembre
dernier, réunissant plus d’une centaine
de participants.
Que vous apporte le fait d'être sur
le Campus dans votre activité ?
La proximité avec le TGCC et le CEA
DAM, et la présence sur le site de
grandes entreprises et de PME innovantes
du software et du hardware
permettent à SILKAN de mieux développer
ses solutions en relation avec
le HPC et de nouer des relations avec
ces partenaires en simulations complexes,
parallélisassions de codes...
Peut-on parler d'un écosystème ?
Effectivement on peut parler d'écosystème
car ce Campus représente la première
technopole Européenne dédiée
à la simulation et au Calcul hautes
performances et qui regroupe des entreprises
complémentaires impliquées
dans le HPC. Cet écosystème est très
ouvert, il suffit de voir le nombre et la
variété d'entreprises adhérentes à Teratec
et qui ne sont pas présentes sur
le Campus. Tout cela est boosté par la
présence du TGCC du CEA, l’un des
plus gros centres de calcul d’Europe.
Quelle place occupe aujourd'hui
la France dans le domaine du HPC
? EN quoi Teratec joue-t-il un rôle
majeur ?
La France a toujours été bien placée
dans le domaine du HPC. La course
au calculateur le plus puissant fait
rage et implique aujourd'hui, outre les
pays occidentaux à la pointe dans le
domaine (USA, France, Allemagne et
Japon), des pays émergents comme la
Chine, l'Inde, le Brésil et même l'Arabie
Saoudite. Mais la France reste l'un des
leaders incontestables quand à l'usage
du HPC par les entreprises et les laboratoires
de recherche.
On assiste aujourd'hui au développement
de nouvelles technologies
(processeurs, bus et ordinateurs) qui
donnent accès à des puissances de
calcul phénoménales et qui nécessitent
des efforts non négligeables
pour développer les algorithmes et
logiciels appropriés. C’est ce qui était
d’ailleurs détaillé dans l’excellent rapport
réalisé par Gérard Roucairol, président
de Teratec et de l’Académie des
Technologies pour le compte du Commissariat
général aux investissements
et à la Direction générale de la compétitivité,
de l’industrie et des services
(DGCIS), intitulé "La simulation haute
performance au service de la compétitivité
des entreprises". Ce rapport qui
visait à renforcer et étendre l'usage de
la simulation et du HPC en France est
à l'origine du lancement par le Gouvernement
français en octobre 2013 du
programme "Calcul intensif et simulation
numérique" doté d’un budget de
plus 150M€.
La parole à… un laboratoire
Marie-Christine Sawley,
directrice Intel du laboratoire Exascale Computing Research
Essais & Simulations
Présentez-vous en quelques mots
ainsi que le positionnement du laboratoire
Marie-Christine Sawley
J’occupe la fonction de directrice Intel
du laboratoire Exascale Computing
Research, qui est actuellement
en cours d’installation sur le Campus
Teratec. Je suis arrivée chez Intel il y
a trois ans et demi pour prendre en
charge le laboratoire. J’ai soutenu ma
thèse sur la physique des plasmas en
1985 et j’ai continué ma carrière en
pilotant des projets de HPC, à a fois
matériel et applicatifs. J’ai notamment
dirigé le centre national (suisse) de
calcul scientifique.
Mon parcours lié au management de
la recherche et de la technologie a motivé
Intel à m’intégrer pour diriger ce
laboratoire (qui rassemble quatre personnes
du côté d’Intel) aux côtés de
plusieurs partenaires. L’un d’eux est
le laboratoire Parallélisme, réseaux,
systèmes, modélisation (PRiSM) du
Pr. William Jalby qui dépend de l’uni-
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 44

Forum Teratec
Essais et Modelisation
versité de Versailles Saint-Quentin-en-
Yvelines (UVSQ) et rassemble le plus
grand nombre de chercheurs avec une
vingtaine de personnes travaillant avec
nous. Le CEA est également partenaire
d’Exascale Computing Research
et travaille sur le développement
d’infrastructures logicielles et sur de
nombreux domaines d’application. Le
Genci, groupe créé en 2006 pour rassembler
les grands acteurs du calcul
intensif (émanation de l’Agence nationale
de la recherche (ANR) – NDLR)
est le quatrième partenaire du laboratoire.
Quel est le rôle de ce laboratoire ?
Exascale a été fondé par les quatre
partenaires évoqués précédemment
il y a bientôt quatre ans. Son rôle est
de mener conjointement des travaux
pour mettre au point des outils et
des méthodes permettant de mieux
comprendre le comportement des applications
sur nos architectures. Le
laboratoire travaille également avec
certaines applications du monde académique
et industriel sur les technologies
d’avenir. Le laboratoire se
concentre sur les aspects logiciels de
l’Exascale, à la fois au développement
d’outils et méthodes pour caractériser
la performance et rendre les applications
plus efficaces, ainsi que sur certaines
applications représentatives du
monde de la simulation. Le laboratoire
héberge des étudiants en master ainsi
que des doctorants sur ces outils et
ces méthodes afin de pouvoir les appliquer
au mieux dans leur carrière par la
suite dans l’industrie.
Dans quel contexte Exascale a-t-il
été créé ?
Pour comprendre les raisons de sa
création, il faut revenir en arrière. Les
gains en puissance de calcul ont été
obtenus sur les vingt dernières années
en utilisant un nombre croissant
de processeurs de plus en plus puissants
(Loi de Moore) ; c’est ainsi que
nous avons passé la barre du Petascale
en 2008, gagnant six ordres de
grandeur en vingt ans Avec l’exascale,
nous allons franchir un nouveau cap
en termes de puissance de calcul et
de complexité des architectures, à un
point tel que ces trois ordres de grandeur
posent des problématiques qui
deviennent aigues. Le premier d’entre
eux est la consommation énergétique :
l’ordinateur au sommet du TOP500 aujourd’hui
consomme aux alentours de
17 mégawatts. On comprend dès lors
que l’on a atteint une limite critique,
fixée par les utilisateurs à 20 MW. Une
autre problématique résidait dans la
question du parallélisme massif ; auparavant,
un superordinateur comprenait
quelques centaines de cœurs de
calcul. Aujourd’hui, c’est autour de 1
million de cœurs qui équipent les plus
grandes machines.
Comment explique-t-on cette
hausse exponentielle des cœurs de
calcul ?
Tout simplement pour des applications
de plus en plus complexes, en particulier
dans l’industrie aéronautique (avec
des simulations non plus au niveau d’un
élément mais de l’appareil complet), le
naval, l’automotive, l’astrophysique ou
encore la science des matériaux ; ce
dernier domaine de recherche a pris
un essor extraordinaire ces quinze
dernières années, avec des capacités
de simulation multi-échelle allant depuis
les atomes à des objets microscopiques.
Il existe un domaine qui tient
le calcul haute performance au cœur
de son métier depuis bien longtemps,
celui de la météorologie. Ce domaine
de recherche bénéficie d’avancées significatives
permettant aux chercheurs
de calculer avec précision la vitesse du
vent, la présence de nuages pouvant
former de la grêle et tomber à tel ou tel
endroit, à un moment bien déterminé.
Cette modélisation permet une plus
grande finesse des données et de les
traiter en temps réel.
Qu’apporte concrètement le laboratoire
Exascale aux industriels ?
Le monde de l’ingénierie (en particulier
pour la conception de moteurs ou
de turbines par exemple) a besoin de
résolution importante et d’une précision
extrême, exigeant dès lors des
maillages de plus en plus fins. Les ingénieurs
doivent en outre intégrer des
phénomènes physiques de plus en
plus complexes, associant les phénomènes
thermiques et l’environnement
de la pièce dans son ensemble. Enfin,
ils sont demandeurs d’outils de simulation
leur permettant de développer à
moindre coût et en des temps réduits
les prototypes nécessaires au développement
de leurs produits.
L’industrie pharmaceutique s’intéresse
aussi de façon croissante à la simulation,
notamment en biologie afin de
mettre au point des molécules complexes.
Celles-ci font ensuite l’objet
d’opérations très fines de ciblage avant
de procéder aux phases de tests in
vitro. Nous travaillons en amont, sur
des développements qui permettent
de tester certains algorithmes ou méthodes
sur nos processeurs actuels et
de se préparer aux futures architectures
qui offriront plus de parallélisme
et d’hétérogénéité.
Qu'est-ce qui a motivé le choix
d'Intel de s'implanter sur le Campus
Teratec ?
Nous sommes toujours en cours d’installation.
Bientôt, plus de vingt-cinq
personnes y travaillent à temps plein.
Nous menons aussi des collaborations
« satellites » dans le cadre notamment
de programmes européens. Nous prévoyons
naturellement de nous impliquer
dans des projets avec les autres
membres de la communauté Teratec
qui doit devenir un creuset d’idées
nouvelles pour faire avancer le calcul
scientifique d’une façon significative
Propos recueillis par Olivier Guillon
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 45

Dossier
L’interview
Interview
« Les essais demeureront incontournables »
Jean-François Imbert, ancien vice-président Engineering d’Airbus et ancien directeur-adjoint d’Intespace,
nous dresse un panorama de l’évolution des essais et de la simulation. Pour lui, l’essor actuel
de la simulation ne remet pas en cause l’existence et l’importance des essais, mais il insiste sur la
nécessité pour ces deux domaines de collaborer plus étroitement.
Essais & Simulations
Quelle place occupe aujourd’hui la
simulation par rapport aux essais ?
Jean-François Imbert
Clairement, la simulation joue aujourd’hui
un rôle croissant. Elle a connu
des évolutions considérables dans ces
dernières décennies, notamment par
rapport à l’époque où elle ne jouait
qu’un rôle de support durant les phases
de qualification et de certification. Aujourd’hui,
elle intervient dans toutes les
phases du cycle de vie notamment en
amont pour optimiser le produit et en
aval, pendant sa vie opérationnelle.
La simulation joue un rôle incontournable
lorsqu’il est impossible de tester
le système en vraie grandeur notamment
pour les scénarios d’accident,
par exemple dans le secteur nucléaire.
Elle joue maintenant un rôle essentiel
dans la quête de performance dans
des secteurs comme l’aéronautique
ou elle est reconnue comme moyen
de conformité à part entière, si elle est
validée les essais. Ainsi, les décisions
industrielles critiques et les démonstrations
de conformité reposent de plus
en plus sur la simulation.
Comment ont évolué les essais ?
Il est important de rappeler qu’il y a plusieurs
types d’essais : les essais liés à
la recherche technologique (R&T), qui
concernent notamment la compréhension
de phénomènes, les essais d’industrialisation
de nouvelles technologies,
les essais de développement, les
essais de certification etc. Pour ces différents
essais, on a pu constater récemment
deux grandes tendances, le
besoin persistant de programmes d’essais
importants compte tenu de l’introduction
massive de nouvelles technologies,
mais aussi un besoin croissant
d’essais de validation induit par le rôle
croissant de la simulation. Ainsi les essais
« physiques » qui constituaient la
part essentielle des démonstrations de
conformité changent progressivement
de finalité et deviennent des référents
de validation des calculs.
Qu’en est-il d’un point de vue de la
certification ?
La certification, c’est la démonstration
formelle de la conformité aux exigences
réglementaires. Traditionnellement,
les essais sont reconnus comme
un moyen de conformité privilégié.
Mais maintenant, c’est aussi le cas de
la simulation… si elle est validée par
les essais.
La certification des produits industriels
complexes a toujours reposé sur l’approche
pyramidale. Elle consiste à
décomposer le produit considéré en
entités de complexité décroissante
depuis le niveau des essais d’ensemble
puis, en descendant, par les
sous-ensembles …, jusqu’aux essais
élémentaires sur éprouvette à la base
de la pyramide. Prenons l’exemple de
la certification des structures aéronautiques
; jusqu’aux années 90, on a utilisé
une approche pyramidale essentiellement
basée sur les essais ; puis
cette pyramide des démonstrations de
conformité a progressivement évolué
en une pyramide simulation/essais.
Par ailleurs, la construction d’une pyramide
optimale est un véritable défi ;
il s’agit de planifier à chaque niveau,
le dosage optimal « essais et simulation
». Très schématiquement on assiste
à une rationalisation des essais
dans la partie haute de la pyramide
(essais d’ensemble, composants principaux
…), tout en constatant une
demande croissante d’essais de validation
ou calibration des modèles, et
de caractérisation de variabilité dans
la partie basse (coupons, jonctions,
détails …).
Quels rapports existe-t-il aujourd’hui
entre essais et simulation
et quelles tendances futures
voyez-vous se dessiner ?
Avec le rôle accru de la simulation, la
demande en essais de validation de
modèles va s’amplifier. Or ces essais
sont généralement difficiles à cause
de difficultés techniques et organisationnelles.
Ainsi, leur réussite repose
toujours sur une synergie renforcée
entre les essais et la simulation, une
vieille préoccupation toujours difficile
car les départements calculs et essais
ont toujours du mal à travailler étroi-
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 46

Dossier
L’interview
tement ensemble. Cette étroite collaboration,
au-delà de la simple relation
client-fournisseur, doit être effective
à chaque étape du processus, établissement
des spécifications d’essai,
conception et la simulation de l’essai,
réalisation de l’essai… A noter également
l’intérêt particulier pour « l’essayeur
», de la simulation avant essai
qui permet de valider la conception de
l’essai, notamment sa configuration,
ses conditions, ainsi que son instrumentation,
par rapport aux exigences
de validation.
En quoi la simulation devrait-elle
prendre encore davantage de
place ?
Compte tenu des capacités de calcul
accrues, la simulation va encore progresser
notamment dans les domaines
suivants, optimisation multidisciplinaire
(MDO), une meilleure intégration au
PLM (Product Life Cycle Management
ou management du produit durant son
cycle de vie) , simulation multi-physique,
et simulation réaliste (ou « haute
fidélité »)… Ainsi, dès aujourd’hui en
aéronautique, on utilise des modèles
de simulation réaliste avec plus de 50
millions de degrés de liberté pour maitriser
les risques industriels de l’essai
statique au niveau de l’avion complet.
La réussite de l’implantation industrielle
de ces nouvelles capacités de simulation
reposera sur un renforcement
des processus de V&V (Vérification et
Validation) propres à la simulation. En
effet l’objectif n’est pas seulement de
démontrer que l’on est capable de reproduire
avec une certaine précision
des résultats d’essais physiques, mais
que les modèles ont une réelle capacité
prédictive pour un plus large domaine
d’utilisation et que nous avons
donc une véritable capacité «d’essais
virtuels ». Ainsi, il est devenu essentiel
de quantifier les incertitudes des deux
cotés (simulation et essais) et leur
propagation grâce aux approches probabilistes.
Notons que ces méthodologies
sont couramment pratiquées dans
le nucléaire et s’étendent aujourd’hui
aux autres secteurs.
Et du côté des essais ?
La perception des différents acteurs
industriels vis-à-vis des essais a sensiblement
évolué ces dernières années.
L’attitude traditionnelle de certains
responsables techniques ou de programme,
exigeant systématiquement
des essais physiques pour pouvoir
prendre des décisions importantes, et
n’accordant que peu de crédit à la simulation,
semble faire place à une perception
apparemment opposée : « la
simulation permet la prise de décision
plus tôt dans le programme et permet
de rationaliser les essais physiques
et donc de réduire couts et cycles de
développement ». Certains extrapolent
cette dernière opinion en prévoyant la
disparition des essais physiques à plus
ou moins brève échéance en pariant
sur la virtualisation totale des processus
industriels. Inutile de préciser que
je ne suis pas de cet avis ; les essais
ont encore de beaux jours devant eux,
mais ils doivent s’inscrire dans une
évolution des processus industriels,
avec notamment, des essais de certification
rationalisés et une synergie
réussie avec les simulations.
Quels sont les défis à relever ?
Les fortes exigences de compétitivité
industrielle induisent généralement l’introduction
massive de nouvelles technologies.
Je pense à titre d’exemple au
cas des aérostructures et à l’utilisation
croissante des matériaux composites.
Ce recours à l’innovation conduit à des
essais spécifiques et plus complexes
dont beaucoup nécessitent une collaboration
étroite avec la simulation. Un
défi majeur du futur pour les essais est
donc celui de la maitrise des processus
collaboratifs entre les services essais
et simulation, rendantD’autre part,
les incertitudes encore persistantes
dans les opérations de simulation numérique
nécessitent l’utilisation de
nombreuses techniques de mesure. Il
est important de bien évaluer ces incertitudes,
du capteur au traitement du
indispensable la mise en place d’ outils
collaboratifs efficaces, qui ne sont pas
encore entrés dans la pratique courante.
Je citerai comme exemple de
bonne pratique, le processus MyTest
d’Airbus, récemment utilisé pour les
essais structuraux et basé sur le progiciel
Dynaworks d’Intespace. Il y a un
autre défi que je souhaite souligner ici,
celui de la maitrise de la quantification
des incertitudes en essai, d’une part
les incertitudes liées au moyen d’essai
et à son pilotage, d’autre part, les incertitudes
de la chaine de mesure, du
capteur aux processus de traitement
du signal qu’il est primordial de bien
évaluer pour pouvoir établir une corrélation
avec les résultats de simulation.
Et concernant les évolutions futures
?
La vision 2050 pour l’Aviation (« Flightpath
2050 Europe’s Vision for Aviation
») du Comité européen ACARE
(Advisory Council for Aviation Research
and Innovation in Europe),
prévoit une implantation accrue et
massive de la virtualisation donc de
la simulation numérique, et tout en
poursuivant l’amélioration de la sécurité
aérienne, l’avènement de la certification
virtuelle, pouvant aller dans le
futur jusqu’à la suppression partielle de
certains essais de certification. Cette
vision confirme bien les tendances
que j’ai décrites. Les essais sont donc
amenés à poursuivre leur évolution,
tout en continuant à jouer un rôle essentiel.
Il faut pour cela réussir le défi
de la synergie avec la simulation.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 47

Dossier
Essais et Modelisation
Partenariat
Airbus, DGA TA et Intespace,
ensemble pour relever les défis de l’A350
Un essai statique d’ensemble, situé au sommet de la pyramide des essais de certification d’un avion,
est une aventure humaine et industrielle. De par leurs tailles et le dimensionnement des équipes qui
les conçoivent et les exploitent, ce sont des installations hors norme dans le monde des essais structuraux.
Pour répondre au challenge du programme A350, DGA TA et Intespace se sont associés pour
proposer une offre d’essai clé en main à Airbus.
Dès 2009, une organisation en plateau
sur le site Airbus de Lagardère a été
mise en place entre Airbus, DGA TA et
Intespace. Cette organisation a permis
une meilleure réactivité en intégrant
les personnels des trois entités dans
une seule équipe.
Durant les deux années de conception,
la définition de l’installation d’essai est
devenue mature en même temps que
le design de l’avion, ce qui n’est pas
sans poser des difficultés au niveau
des interfaces, et c’est grâce à un travail
conjoint entre les équipes des trois
entités que les jalons ont pu être passés
et l’installation a pu être livrée en
temps et heure.
L’autre challenge de la phase de
conception a consisté en la définition
d’une installation d’essai permettant
de réduire les durées de reconfiguration
de l’installation entre chaque cas
d’essais. Ainsi, la capacité des vérins
en efforts et en déplacement permettait
de ne pas avoir de changement à
effectuer en cours de campagne. De
même, des systèmes de débrochage
des lignes d’efforts ont été développés
pour faciliter les tâches de reconfiguration
de l’installation entre les cas
d’essais. Pour finir, les accès au spécimen
ont été optimisés pour réduire les
temps d’inspections et d’instrumentations,
éléments dimensionnant sur une
campagne d’essai statique full scale.
Le portique de l’A380 a été adapté pour
permettre un chargement homogène
et conforme aux déformées attendues.
Les cheminements des efforts étant différents
entre le chargement de l’A380
et de l’A350, des renforcements locaux
ont été mis en œuvres sur le portique.
De même, le génie civil a été modifié
pour permettre les reprises d’efforts
par la chape du bâtiment. Les équipes
de différents intervenants ont travaillée
en 2x8 et six jours sur sept pour arriver
à tenir le challenge du planning.
Pour tenir le challenge du planning
dans les phases d’intégration et d’exploitation,
Intespace a également mis
en œuvre des techniques de management
visuel basés sur la méthode
Obeya, issue des principes du lean
manufacturing de Toyota.
Des réunions courtes autour d’un support
visuel réunissant toutes les entités
œuvrant sur le projet ont permis une
amélioration de la communication et
un gain significatif dans la prise de
décision. Ces réunions participatives
sont animées à tour de rôle par les
membres des équipes, elles adressent
les points dur du projet de façon systématique
et permet de passer les jalons
projet.
L’utilisation du Logiciel MyTest, développé
par Intespace et basé sur le logiciel
Dynaworks, a permis également
un gain de temps significatif dans la
campagne d’essai.
D’une part grâce au module instrumentation
qui permet aux différents
concepteurs de faire leurs demandes
d’installation de jauges par le biais
d’une interface basée sur la maquette
virtuelle du spécimen.
D’autre part grâce au module monitoring
qui permet de configurer les pages
de visualisation de façon intuitive et qui
facilite la superposition des prévisions
issues des calculs aux mesures en
temps réel sur le spécimen.
Ces résultats ont été reconnus par le
management d’Airbus qui a gratifié les
équipes d’un Award pour la significative
compression du planning et d’un
second pour la mise en œuvre du logiciel
MyTest qui ont permis à l’A350
d’effectuer son premier vol le 14 juin
2013, quelques jour avant le salon du
Bourget.
Laurent Ferré, chef de projet (Intespace)
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 48

Dossier
Essais et Modelisation
Cas d’application
Prédiction et correction des distorsions
géométriques issues de la fabrication
de pièces composites hautes performances
pour l’industrie automobile
Introduction
La prise de conscience de l’impact
environnemental, les régulations,
la faible consommation d’essence
comme argument de vente et le besoin
d’une autonomie croissante
des véhicules électriques dirigent
les constructeurs automobiles vers
des matériaux permettant un allégement
des véhicules. Dans ce cadre,
l’utilisation accrue des matériaux
composites pour des composants
structuraux à hautes contraintes mécaniques
en remplacement de pièces
métalliques représente aujourd’hui
un réel challenge.
Le premier critère à atteindre lors
de la transition d’un matériau métallique
vers un matériau composite
pour des composants structuraux est
la non-régression du comportement
mécanique sous chargement statique
ou dynamique.
Or, le comportement mécanique
d’une pièce composite va certes dépendre
de sa conception (choix des
matériaux, séquence d’empilement,
taille des plis, etc.) mais également de
Mots clefs
Chaine de simulation de fabrication
des matériaux composites,
distorsions géométriques,
conception Produit/
Procédé
Résumé
La validité d’approches numériques pour l’optimisation de manière fiable
et rapide de procédés de fabrication tel l’estampage de tissus secs ou
encore pour la conception d’une stratégie d’injection ou d’infusion de résine
dans une préforme est aujourd’hui largement démontrée. Les outils
d’analyse numérique permettent également la prédiction en amont de la
phase de développement de défauts tels des plissements ou de la délamination
survenant lors du thermoformage de pré-imprégnés à matrice
thermoplastique ou thermodurcissable.
L’un des principaux défis des concepteurs et fabricants de pièces composites
est aujourd’hui de garantir la conformité du produit final aux tolérances
géométriques imposées par le cahier des charges et minimisant la
génération de contraintes lors de l’assemblage.
Ce papier explique les différentes approches numériques pour la prédiction
de contraintes résiduelles et des distorsions résultant du procédé de
fabrication pour des pièces composites à fibres continues et matrice thermodurcissable.
Ce papier vise également à démontrer l’importance de
l’intégration de ces prédictions de distorsions dans une chaine numérique
de fabrication complète.
son procédé de fabrication. La pièce
fabriquée, contrairement à la pièce
telle que conçue, contiendra quoiqu’il
en soit des imperfections telles que
des micros porosités, du cisaillement
dans les fibres, des contraintes résiduelles,
des variations d’épaisseur,
etc. Il se trouve que ces légers défauts
locaux peuvent fortement impacter
le comportement en service
du produit fini. L’importance de cette
interdépendance entre la conception
produit et la conception du procédé
de fabrication a déjà clairement été
identifiée par l’industrie automobile
avec l’utilisation croissante de métaux
avancés (HLE, Aluminium) l’introduction
des matériaux composites
pour des applications hautes performances
consolide ce besoin pour
une approche de conception produit/
procédé.
Ce papier se concentre sur un défaut
spécifique qui est la distorsion
géométrique observée en fin de fabrication.
Le non-respect des tolérances
géométriques résulte en des
contraintes supplémentaires générées
lors de la phase d’assemblage,
qui impacteront par la suite les performances
du produit fini. Il est par
conséquent critique de minimiser ces
distorsions. Une approche numérique
permettant la prévention de ces
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 49

Dossier
Simulation
défauts en amont de la phase de développement
est ici présentée.
Procédés de fabrication de pièces
composites adaptés à une production
de masse
Les critères de performances recherchés
pour des pièces structurelles
imposent dans la majorité des cas
l’utilisation de matériaux composites
à fibres continues pour lesquels le
savoir-faire et l’expérience en matière
de conception et de fabrication
proviennent essentiellement de l’industrie
aéronautique. Cependant, le
transfert de technologie d’une industrie
à l’autre, soit de l’aéronautique à
l’automobile n’est pas si simple. En
effet, des contraintes spécifiques à
l’industrie automobile telles les temps
de cycle ou la nécessité d’une automatisation
complète de la fabrication
s’ajoutent ici. D’autre part, le coût du
produit fini qui est directement lié aux
coûts des matériaux et de production,
impacte directement le prix de vente
du véhicule et est donc de la plus
haute importance. Enfin, pour améliorer
le cycle de vie des véhicules
et pour se conformer aux récentes
régulations, les paramètres de recyclages
ne peuvent être négligés.
Pour résumer, l’utilisation des matériaux
composites pour des applications
structurelles dans la production
de masse automobile est sujette aux
contraintes suivantes :
• Temps de cycle de production
• Automatisation du procédé
• Coût du produit fini
• Recyclage
• Performances (non régression permises
en comparaison aux métaux)
La nécessité d’une automatisation
du procédé de fabrication et les
contraintes de temps de cycle (plusieurs
milliers de pièces par jours)
éliminent certains procédés standard
utilisés dans l’aéronautique telle la
dépose manuelle de tissus secs ou
pré-imprégnés, la dépose de bande,
l’enroulement filamentaire, etc.
D’autres procédés dédiés aux fibres
non-continues (fibres longues ou
courtes) tels le SMC (Sheet Moulding
Compound, le BMC (Bulk Moulding
Compound), le GMT (Glass fiber Mat
reinforced Thermoplastics) et le LFT
(Long Fiber reinforced Thermoplastics)
répondent quant à eux aux
contraintes de temps de cycle et sont
d’ailleurs déjà largement utilisés dans
l’automobile mais ils ne répondent
Image 1 : Chaine de fabrication pour
pré-imprégnés thermoplastiques
pas, de par la nature des fibres
(non-continues), aux comportements
mécaniques requis pour des pièces
structurelles. Enfin, les pré-imprégnés
et en particulier ceux à matrice
Image 2 : Chaine de fabrication tissu
sec / matrice thermodurcissable
thermodurcissable sont relativement
chers avec des contraintes de stockage
couteuses et des durées de vie
courtes et par conséquent non adaptés
à l’industrie automobile.
Pour ces raisons, il s’opère une sélection
naturelle des procédés de
fabrication adaptés à la production
de masse de pièces structurelles automobile.
Les deux principaux procédés
sont les suivants :
• Thermoformage de pré-imprégnés
thermoplastiques (le matériau reste
cher mais offre des qualités de recyclage
non négligeables et ne nécessite
pas de précaution de stockage
coûteuses). La chaine de fabrication
associée est représentée dans
l’image 1.
Préformage automatisé de tissu sec
(estampage) suivi d’une injection de
résine dans un moule fermé (RTM:
Resin Transfer Molding). La chaine
de fabrication associée est représentée
dans l’image 2.
Les deux procédés de fabrication
représentés ci-dessus génèrent des
contraintes dans la pièce qui résultent
en sa déformation ou distorsion
géométrique lors du démoulage.
Afin d’obtenir la forme recherchée,
soit une pièce dans les tolérances
imposées par le cahier des charges,
la géométrie de l’outil doit dans la plupart
des cas être compensée. Il s’agit
ici de générer un outil « faux » pour
une bonne pièce finale.
Pour des pièces simples (simples
en terme de complexité de leur géométrie
et/ou d’empilement), les distorsions
géométriques peuvent être
minimisées en respectant certaines
recommandations concernant le procédé
de fabrication et les paramètres
influant et en suivant des règles de
conception provenant d’approches
empiriques ou encore basées sur l’expérience.
Cependant, cette approche
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 50

Dossier
Simulation
se révèle très souvent insuffisante
pour des pièces plus complexes et
malgré le respect de certaines règles
établies dans l’entreprise, des distorsions
géométriques hors tolérances
sont observées après démoulage.
Dans ce cas de figure, très fréquent
dans l’industrie, l’obtention d’une
pièce dans les tolérances géométriques
requises et respectant les
critères de qualités imposés passe
par de nombreux essais expérimentaux,
visant à mesurer l’impact des
différents paramètres du procédé de
fabrication, et par plusieurs itérations
de compensation d’outil. Ces essais
sont en général très coûteux et les
délais de production en résultent
conséquents.
La réalisation de ces essais à travers
des outils de simulation numériques
peut donc représenter un gain de
temps et une économie financière
très importante. D’autre part la simulation
permet une multiplication des
essais dans des temps très courts,
ce qui ne serait pas réalisable expérimentalement.
Cette multiplication
des essais « virtuels » permet une
meilleure compréhension des paramètres
influant les distorsions géométriques
et vise à obtenir la solution
optimale à ces défauts.
Cependant, l’adoption d’outils numériques
par les industriels pour la
prédiction et la correction des distorsions
géométriques des pièces
composites ne sont possibles que
si une confiance en les résultats des
outils de simulation est établie. Un
second critère d’acceptation de ces
outils est leur facilité d’utilisation qui
ne doit pas rendre la tâche des ingénieurs
plus compliquée. Alors que
l’analyse par éléments finis (FEA)
est déjà complétement adoptée par
les industriels pour la résolution des
problèmes de retours élastiques de
pièces métalliques, l’adoption (soit le
remplacement quasi-total des essais
physiques par la simulation comme
ce que l’on peut observer pour les
métaux) des outils existants pour les
pièces composites par les industriels
n’est aujourd’hui pas atteinte.
Cette observation a conduit ESI
Group, éditeur de logiciel spécialisé
dans la physique des matériaux et
expert dans la simulation des procédés
de fabrication des matériaux
composites à fibres continues et à
matrice thermoplastique ou thermodurcissable,
à travailler lors des
quatre dernières années sur différents
projets R&D se focalisant sur
les phénomènes physiques générant
la distorsion des pièces composites
à matrices thermodurcissables. Une
douzaine de projets industriels réalisés
lors de ces deux dernières années
ont permis de valider l’approche
numérique développée et ont conduit
à l’industrialisation de cette approche
dans une solution commerciale, nommée
PAM-DISTORTION, qui vient
compléter la chaine numérique de
fabrication existante (PAM-FORM et
PAM-RTM).
Distorsions géométriques des
pièces composites à matrice thermodurcissable
Ce chapitre se focalise sur la chaine
de fabrication représentée dans
l’image 2 dans laquelle un empilement
de plis de tissus secs est placé
entre des outils de formage afin d’obtenir
la préforme qui est elle-même
ensuite placée dans un moule RTM
pour que la résine thermodurcissable
y soit injectée et cuite (cuisson pouvant
démarrer pendant l’injection) ;
enfin, la pièce est démoulée.
Les déformations géométriques observées
sur le produit fini sont une
conséquence des contraintes générées
lors de la fabrication de la pièce.
Ces contraintes, pour leur majeure
partie, proviennent de la phase de
cuisson durant laquelle la résine
thermodurcissable passe de l’état liquide
à l’état caoutchouteux puis de
l’état caoutchouteux à l’état solide. La
pièce non cuite est portée à une température
dite de cuisson pour ensuite
être refroidie à une température ambiante.
Lors de ce cycle, deux types
de déformations affectant directement
les distorsions géométriques
sont observés :
• Les déformations thermiques dues
aux changements de température
de la résine thermodurcissable et du
renfort. Ces déformations sont fonction
de l’état de la résine : l’expansion
thermique de la résine dans l’état
Image 3 : Évolution des propriétés de la
résine lors d’un cycle simple de cuisson
caoutchouteux est très différente de
celle dans l’état vitreux.
• Le rétreint chimique lié au changement
d’état de la résine thermodurcissable
de l’état liquide à l’état
vitreux (solide).
Le relâchement, durant le démoulage,
des contraintes générées lors
de la cuisson résulte en une défor-
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 51

Dossier
Simulation
mation géométrique (distorsion) du
produit final.
Un cycle simple de cuisson et des
phénomènes physiques observés
(transformation de phase, évolution
du degré de cuisson et de la température)
sont résumés dans l’image 3.
La base d’une prédiction précise des
distorsions est évidemment une prédiction
précise des contraintes. Or,
la précision dans la prédiction des
contraintes ne peut être atteinte que
si l’ensemble des phénomènes physiques
impliqués est considéré.
La plupart des logiciels disponibles
sur le marché négligent le changement
de phase se produisant lors de
la cuisson ; l’évolution des propriétés
physiques de la résine lors de
la cuisson et donc de ses changements
d’états n’est donc pas prise en
compte.
Cette première approche n’est pas
inutile. Elle peut en effet donner une
première estimation des distorsions.
Cependant, elle peut également
conduire à la conclusion abusive que
les outils de simulation, de manière
générale, ne peuvent correctement
prédire les déformations finales de la
pièce.
La seconde approche telle que intégrée
par ESI dans PAM-DISTOR-
TION vise à considérer l’ensemble
des phénomènes physiques impliqués
lors de la cuisson tout en permettant
également une approche
simplifiée (telle que décrite précédemment).
La contrepartie de cette seconde approche
est la nécessité des propriétés
matériaux de la résine thermodurcissable
dans l’état caoutchouteux
ainsi que dans l’état vitreux. Alors que
les propriétés dans l’état vitreux sont
généralement connues, l’obtention
des données dans l’état caoutchouteux
peut être plus compliquée : ces
données peuvent soit être estimées à
partir des données dans l’état vitreux
ou soit mesurées à travers des essais
matériaux.
Les propriétés matériaux étant une
donnée de base de la simulation et
les standards manquant pour certaines
caractéristiques (comme par
exemple le coefficient de rétreint
chimique), il est par conséquent important
d’adopter une approche pas
à pas pour une utilisation efficace des
outils de simulation sur des pièces industrielles.
La première étape consiste donc à
valider les propriétés matériaux utilisées
dans la modélisation : un calibrage
de ces données est réalisé
sur des géométries simples par comparaison
des résultats d’essais avec
la simulation. Une fois cette première
étape effectuée, tous les phénomènes
physiques étant considérés
dans l’outil de simulation, les pièces
industrielles peuvent être analysées
avec confiance.
Simulation des distorsions géométriques
Image 4 : Contour de température issu
de la simulation de cuisson et visualisé sur
une section du panneau de fuselage
Image 5 : Historique de température sur un
élément du modèle pendant la cuisson avec
un pic dû à la réaction exotherme. Courbe
verte : température imposée à la surface
de la pièce. Courbe rouge : Température
calculée dans le plan milieu de la pièce
Image 6 : Déplacement de chacun des
nœuds du panneau de fuselage calculé par
PAM-DISTORTION à l’issue de la cuisson
Ce chapitre décrit les trois principales
étapes dans la simulation des distorsions
géométriques d’une pièce
composite à matrice thermodurcissable.
Quel que soit le logiciel utilisé
(si on considère que celui-ci prend en
compte l’ensemble des phénomènes
physiques impliqués – voir description
de la seconde approche), les
trois étapes suivantes sont respectées
:
• Création d’un maillage solide de la
pièce;
• Simulation du procédé de cuisson
pour obtenir l’évolution au cours du
temps de la température et du degré
de cuisson en tous points de la
pièce ;
• Simulation des distorsions à partir
des historiques de température et
de degré de cuisson calculés dans
l’étape précédente.
La création du maillage est une étape
critique et aussi la plus coûteuse en
temps.
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 52

Dossier
Simulation
Image 7 : Déplacement de chacun des
nœuds du panneau de fuselage calculé par
PAM-DISTORTION à l’issue de la cuisson
et visualisé sur une section du modèle
Deux stratégies de modélisation
sont possibles : soit chaque pli de
l’empilement est représenté par une
couche d’éléments solides, soit une
couche d’éléments solides représente
plusieurs plis. Cette deuxième
option implique une homogénéisation
des propriétés matériaux pouvant
être réalisée « manuellement »
ou en utilisant une application intégrée
au logiciel. Cette seconde option
présente l’avantage de réduire
considérablement la taille (en termes
de nombre d’éléments) des modèles
numériques, cette taille étant pour
certains logiciels disponibles sur le
marché une limitation importante.
ou encore la taille des détails géométriques
sur les pièces automobile.
La plupart des logiciels n’ont pas la
capacité de calcul nécessaire au
traitement de modèles excédant
quelques centaines de milliers d’éléments
et ainsi optent pour une analyse
par section et non sur l’ensemble
de la pièce. Cette approche qui n’est
qu’une conséquence des limitations
des capacités de calcul impacte la
précision des résultats.
Le maillage alors crée est utilisé
pour le calcul de cuisson. La simulation
de cuisson est une analyse
thermochimique permettant le calcul
de l’évolution de la température et
du degré de cuisson en fonction du
temps et en tous points (nœuds) de
la pièce. Cette simulation doit considérer
l’aspect exotherme de la réaction
de cuisson. Des résultats types
de simulation de cuisson sur un panneau
de fuselage sont représentés
sur les images 4 et 5.
Enfin, l’étape finale est le calcul des
sion dans l’autoclave, contact avec
le moule, etc.). L’un des résultats du
calcul est le déplacement normal de
chacun des nœuds du modèle.
Deux conclusions sont alors possibles
au calcul de distorsion : la
pièce remplie les critères d’acceptation
en matière de tolérance géométrique
ou, la pièce est en dehors de
ces tolérances.
Dans ce second cas, un procédé
itératif de simulation est utilisé pour
corriger ces distorsions. Des itérations
peuvent dans un premier temps
être réalisées sur les paramètres du
procédé de fabrication (comme par
exemple la modification du cycle de
température dans le procédé de cuisson)
afin de vérifier si ces distorsions
peuvent être réduites à moindre coût
soit sans nécessiter une revalidation
complète du modèle. Cependant, ces
itérations « à moindre coût » sont généralement
insuffisantes et des itérations
sur la géométrie du moule sont
alors nécessaires. Dans ce cas, les
déplacements aux nœuds calculés
lors de l’analyse de distorsion sont
utilisés pour générer un nouvel outil
compensé, un déplacement inverse
(pondéré ou non) étant appliqué aux
nœuds de l’outil. L’outil final conduisant
à une pièce dans les tolérances
Image 8 : Zoom sur un détail du panneau
de fuselage. Pièce avant distorsion
(contour noir) et après calcul des distorsions
avec PAM-DISTORTION
Quel que soit la stratégie de maillage
adoptée, de nombreux cas industriels
résultent en des modèles de plusieurs
centaines de milliers d’éléments, la
raison étant par exemple la dimension
des pièces dans l’aéronautique
Image 9 : Représentation schématique
de l’impact de l’orientation des fibres sur la
rigidité locale de la pièce
distorsions : analyse mécanique qui
prend en compte les contraintes internes
thermiques et chimiques (à
partir des historiques de température
et de degré de cuisson calculés lors
de l’étape précédente de cuisson)
et des chargements externes (pres-
Image 10 : Chaine de simulation itérative
pour la prédiction et la correction des distorsions
géométriques
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 53

Dossier
Simulation
géométriques requises est la plupart
du temps le résultat de plusieurs itérations
de compensation du moule.
La simulation de la distorsion :
maillon d’une chaine numérique
Comme présenté dans le chapitre
précédent, les distorsions géométriques
d’une pièce composites ne
peuvent dans certains cas être corrigées
qu’à travers une nouvelle géométrie
d’outil, soit un moule compensé
à partir des résultats d’analyse de
distorsion. Il est alors indispensable
de vérifier que ces modifications
géométriques du moule (ouverture
ou fermeture de murs, changement
de rayon ou de courbure, etc.) n’ont
pas de conséquences néfastes sur
les étapes précédentes du procédé
de fabrication. En effet, en prenant
l’exemple de la chaine de fabrication
présentée dans l’image 2, une modification
de moule se répercute directement
sur les outils de préformage
et de RTM.
Un changement de rayon ou d’ouverture
d’angle, même très faible, peut
impacter la qualité de la préforme de
manière importante: le même procédé
de fabrication avec une géométrie
légèrement différente peut par
exemple générer des plissements ou
tout simplement modifier le cisaillement
des fibres.
Les performances mécaniques d’une
pièce composite à fibres continues
dépendent grandement du cisaillement
dans les fibres. L’image 9
illustre l’impact de cette variation
d’angle dans les fibres sur la rigidité.
De la même manière, un des paramètres
clefs des procédés d’infusion
ou d’injection (tel par exemple le
RTM) est la perméabilité du renfort
Glossaire
HLE : Haute Limite Elastique
SMC : Sheet Moulding Compound
BMC : Bulk Moulding Compound
GMT : Glass fiber Mat reinforced Thermoplastics
LFT : Long Fiber reinforced Thermoplastics
FEA : Finite Element Analysis
(la préforme). Or, cette perméabilité
est fonction du cisaillement dans triques observé à l’issue de chaines
phénomène de distorsions géomé-
les fibres. En effet, la résine circule
de fabrication types de pièces structurelles
automobiles à fibres continues
plus rapidement dans la direction
des fibres ; des changements dans
et matrices thermodurcissable. Les
le cisaillement de la préforme modifient
donc le flux de résine et peuvent différentes approches numériques
par conséquent impacter la qualité implémentées dans les logiciels commerciaux
ont été présentées.
du procédé d’injection (comme par
exemple un rallongement du temps
L’objectif de la simulation de distorsion
peut tout simplement être de va-
de remplissage) ou encore la qualité
du produit final (comme par exemple
l’apparition de zones sèches ou l’augmentation
du niveau de porosité). dans la plupart des cas, il vise à troulider
un procédé de fabrication mais,
Pour résumer, les distorsions géométriques
d’une pièce composite à ma-
géométriques hors tolérances.
ver une solution à des déformations
trice thermodurcissable sont prédites
Le dernier chapitre démontre l’interdépendance
des différentes étapes
à partir des contraintes générées lors
de la cuisson mais la correction de
ces distorsions est un processus itératif
qui ne se réduit pas à la phase conséquent la nécessité du chaine
du procédé de fabrication et par
de cuisson mais qui doit considérer
de simulation complète telle que proposée
par ESI Group pour la valida-
la chaine complète de fabrication en
raison de l’interdépendance entre
tion des modifications géométriques
les différentes étapes du procédé.
Une modification de la géométrie du d’un moule.
moule ne peut être validée que par la
simulation de l’ensemble des opérations
du procédé. L’image 10 illustre
ce processus itératif de validation
à travers une chaine de simulation
complète.
Mathilde Chabin et David Prono, ESI
Group, Campus de Ker Lann, rue
Maupertuis, Bâtiment B, 35170 Bruz,
Conclusion
France
Cet article est une introduction au >> Infos : composites@esi-group.com
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 54

Dossier
Simulation
Équipements
Poclain Hydraulics optimise ses solutions
avec un outil de simulation
Les performances offertes par l'outil de simulation LMS ont permis à Poclain Hydraulics, fabricant de
systèmes hydrostatiques, à concevoir des solutions moins gourmandes en carburant, plus innovantes
et surtout plus durables.
Le projet,
en quelques lignes
Produit
LMS
Défis
Réduction des délais de mise
sur le marché
Évaluation rapide de plusieurs
nouveaux concepts
Optimisation des produits
avant la fabrication
Au démarrage du projet, l'idée a été
d'imaginer de nouvelles solutions basées
sur une meilleure compréhension.
Poclain Hydraulics* a donc choisi
d'utiliser le logiciel LMS Imagine.Lab
Amesim de Siemens PLM Software
pour concevoir des systèmes hydrostatiques
robustes, comme les transmissions
destinées aux véhicules
lourds. Depuis quelques années, les
équipementiers automobiles ne se
contentent plus de fournir des pièces
à leurs clients constructeurs (OEM),
ils proposent des systèmes complets.
Poclain Hydraulics a également opéré
cette mutation en s'appuyant sur de
nouvelles compétences grâce auxquelles
il est désormais en mesure
de simuler l'intégralité du système de
transmission des véhicules de ses
clients.
LMS Amesim permet à Poclain Hydraulics
de simuler le comportement
de la transmission pour aider ses ingénieurs
à développer plus rapidement
et à moindre coût des réponses
à des problèmes donnés. « LMS
Amesim nous permet d'imaginer de
nouvelles solutions grâce à une meilleure
compréhension du système, explique
Gilles Lemaire, responsable du
support scientifique chez Poclain Hydraulics.
Grâce à la simulation, nous
pouvons notamment nous focaliser
sur des variables qui ne sont même
pas mesurables et tester de nouveaux
Clés de la réussite
Possibilité d'utiliser différents
niveaux de simulation
Représentation claire de tous
les composants
Meilleure compréhension des
phénomènes physiques sousjacents
aux modèles
Résultats
Réduction significative des essais
et prototypes physiques
nécessaires
Accélération du processus de
conception
Réduction des coûts
Réduction de l'impact environnemental
Systèmes plus innovants
concepts sans avoir à recourir à des
prototypes coûteux. Pour la simulation
de véhicules, même si nous disposons
d'une bonne connaissance de chaque
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 55

Dossier
Simulation
composant, l’interaction entre les différents
composants n'est pas toujours
facile à évaluer. »
Poclain Hydraulics a choisi LMS Amesim
pour ce projet en raison de la diversité
des bibliothèques disponibles
ainsi que des différents niveaux de
simulation proposés, du détail des
pièces hydrauliques aux systèmes
Offre de transmission hydrostatique standard
de Poclain Hydraulics.
hydrauliques globaux et véhicules
complets. La possibilité d'obtenir une
simulation du système global intégrant
une représentation explicite des composants,
comme les pompes, moteurs
et soupapes etc., a également été un
critère déterminant.
Construire un car de tourisme au
rendement énergétique amélioré
Dans un projet de nouveau véhicule tel
qu'un car de tourisme hybride, Poclain
Hydraulics s'efforce dans un premier
temps de comprendre les éléments
d'efficacité d'un car existant, en tenant
compte du cycle de service du véhicule,
du conducteur et des conditions
de circulation locales. La deuxième
phase consiste à étudier de nouvelles
solutions et analyser leur rendement,
non seulement pour le cycle de service
réel, mais aussi en termes de robustesse
de la solution face à différents
cas de charge.
La principale difficulté pour le projet de
car consiste à stocker autant d'énergie
de freinage que possible et à la
restituer avec une efficacité optimale.
Pour stocker le maximum d'énergie, le
système doit être dimensionné de manière
à pouvoir répondre aux besoins
du conducteur à n'importe quel moment
du cycle de service, quelles que
soient les conditions de service. Grâce
à la connaissance du rendement de
chaque composant du système hydraulique
à n'importe quelle phase du
cycle procurée par la simulation, il est
ainsi possible d'optimiser le rendement
global de la restitution d'énergie. Cela
n'est pas facile à mesurer sur un véhicule
réel mais peut être aisément simulé
par informatique.
L’essentiel de la contribution de la
simulation réside dans l'analyse de
l'impact du système sur la consommation
de carburant du véhicule, en
fonction de la transmission mécanique
principale et du moteur. Par exemple,
en diminuant la demande d'énergie
« Les fonctionnalités de simulation de LMS Amesim nous ont permis
d'identifier la meilleure manière de restituer l'énergie stockée en améliorant
le contrôle des systèmes hydromécaniques. Nous nous sommes
également particulièrement intéressés à la manière dont la boîte de vitesses
est commandée pendant le freinage pour permettre le fonctionnement
coordonné de tous les systèmes. Il est ainsi possible d’optimiser
d'une part l'expérience de conduite pour le conducteur et d'autre part la
régénération d'énergie. » - Gilles Lemaire
« LMS Amesim nous permet d'imaginer de nouvelles solutions grâce à
une meilleure compréhension du système. Avec la simulation, nous pouvons
notamment nous focaliser sur des variables qui ne sont même pas
mesurables et tester de nouveaux concepts sans avoir à recourir à des
prototypes coûteux. Pour la simulation de véhicules, même si nous disposons
d'une bonne connaissance de chaque composant, l'interaction entre
les différents composants n'est pas toujours facile à évaluer. » - Gilles
Lemaire, responsable du support scientifique chez Poclain Hydraulics
au niveau du moteur lors des phases
de restitution, l'impact sur son rendement
n'était pas toujours positif. « Les
fonctionnalités de simulation de LMS
Amesim nous ont permis d'identifier la
meilleure manière de restituer l'énergie
stockée en améliorant le contrôle des
systèmes hydromécaniques, explique
Gilles Lemaire. Nous nous sommes
également particulièrement intéressés
à la manière dont la boîte de vitesses
est commandée pendant le freinage
pour permettre le fonctionnement coordonné
de tous les systèmes. Il est ainsi
possible d'optimiser d'une part l'expérience
de conduite pour le conducteur
et d'autre part la régénération d'énergie.
»
À partir de cette analyse, les ingénieurs
de Poclain Hydraulics adaptent
Assistance hydrostatique pour camions
AddiDrive Assist.
de nouveaux composants avec des
rendements supérieurs tout en dimensionnant
ces composants comme il
convient, avec à l'esprit les résultats
pour différents cycles de service. « Au
bout du compte, nous disposons d'une
bonne connaissance de l'application,
d'une bonne compréhension de ses
fonctionnalités et de clés décisives
pour son amélioration, souligne Gilles
Lemaire. À un niveau supérieur, cette
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 56

Dossier
Simulation
Système de freinage régénératif hydrostatique
pour camions et autobus Regen
expérience nous permet de pouvoir
analyser une nouvelle application,
comme un « véhicule ayant un cycle de
travail plus dynamique » par exemple,
de manière à identifier des solutions
de régénération d'énergie potentielles.
» De son côté, Yohann Brunel,
ingénieur d'études avancées au sein
de Poclain Hydraulics, explique que
« parallèlement, nous exploitons les
différents niveaux de détails offerts par
LMS Amesim pour étudier des phases
transitoires. Nous sommes en mesure
d'étudier un comportement, comme
l'accouplement ou le désaccouplement
des moteurs, à partir d'une représentation
complète de chaque piston de moteur,
pour permettre la synchronisation
avec la vitesse de rotation des roues. »
Définition de différents niveaux de
contrôle
Pour obtenir un fonctionnement harmonieux
de l'ensemble, sans conflit ni
problème d'instabilité, Poclain Hydraulics
avait besoin de pouvoir définir différents
niveaux de contrôle. Le niveau
de contrôle supérieur contribue à la
gestion de l'énergie en répartissant la
puissance entre les deux systèmes,
tandis que le niveau intermédiaire
permet de faire en sorte que chaque
sous-système fournisse à tout moment
l'énergie requise. Le niveau inférieur
gère les limites fonctionnelles des systèmes.
Tous les contrôles élémentaires
ont été effectués en important la bibliothèque
de signaux et contrôles directement
de LMS Amesim.
« La stratégie de commande est validée à l'aide de LMS Amesim. La
principale difficulté consiste à trouver une stratégie robuste, quel que soit
le cycle de service. Il peut en outre être nécessaire d'adapter la stratégie
lorsque la dimension du système est modifiée. » - Yohann Brunel, Ingénieur
d'études avancées au sein de Poclain Hydraulics
Pour améliorer le système, par
exemple en choisissant les meilleurs
composants et la meilleure manière de
les contrôler, l'analyse consiste à observer
l'énergie qui transite par le système
à la décélération et à l'accélération.
Cela permet à Poclain Hydraulics
de faire un suivi de l'énergie perdue ou
non récupérable. Les principaux critères
sont la consommation de carburant
sur un cycle de service donné et le
retour sur investissement (RI). L'usure
des freins peut également être étudiée
par le biais de cette analyse. « La stratégie
de commande est validée à l'aide
de LMS Amesim, précise Yohann Brunel.
La principale difficulté consiste à
trouver une stratégie robuste, quel que
soit le cycle de service. Il peut en outre
être nécessaire d'adapter la stratégie
lorsque la dimension du système est
modifiée. »
Créer des solutions à forte valeur
ajoutée
L'ingénierie système basée sur les
modèles est un excellent moyen de
réduire les coûts de développement
sur des concepts existants et de trouver
des idées innovantes, comme le
montre l'exemple de Poclain Hydraulics.
Elle permet également un travail
d'équipe plus efficace, du concepteur
de la pièce au programmeur du logiciel
de commande-contrôle en passant par
le concepteur du système.
D'après Yohann Brunel, l'approche
de l'ingénierie système basée sur les
modèles est également un excellent
moyen de travailler en collaboration
avec les clients. « Le degré de collaboration
varie. Certains clients définissent
leur cahier des charges précis
et demandent à Poclain Hydraulics de
fournir le composant approprié pour répondre
à leurs besoins. L'expertise de
l'entreprise en matière de contraintes
mécaniques et l'utilisation de LMS
Amesim sont des facteurs essentiels
dans sa capacité à fournir des solutions
complètes à forte valeur ajoutée,
au même titre que sa connaissance
des systèmes durables. »
Parmi les solutions de mobilité durables
proposées par Poclain Hydraulics,
la solution d'assistance pour camions
AddiDrive Assist et le système
stop and start hybride CleanStart sont
déjà disponibles sur le marché et s'appuient
sur la capacité de l'entreprise
à concevoir des systèmes dédiés
pour ses clients. « Le développement
durable est un enjeu de plus en plus
important sur le marché, explique Yannick
Seeleuthner, responsable marketing
du groupe Poclain Hydraulics.
Cela n'a rien de nouveau pour Poclain
Hydraulics qui a toujours fait du développement
durable une de ses valeurs
clés. Les transmissions hydrauliques
offrent depuis toujours le meilleur rendement
énergétique pour les applications
mobiles. Par ailleurs, nos produits
sont recyclables à 100 % et nous disposons
dans nos usines de solutions
pour minimiser encore notre empreinte
environnementale. Réduire la consommation
de carburant des machines de
nos clients est un moteur essentiel
dans nos processus de conception. »
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 57

Dossier
Simulation
En pratique
Simuler la thermoacoustique
avec Comsol Multiphysics
Quand le son se propage dans des structures et des géométries de petites dimensions, les ondes
acoustiques s'atténuent du fait de pertes thermiques et visqueuses. Ce phénomène connu intervient
dans les couches limites thermiques et visqueuses proches des parois, dont l'importance est d'autant
plus grande que la géométrie est petite. C’est la cas par exemple dans des microphones MEMS, pour
l'impédance de transfert d'une plaque perforée, dans des dispositifs d'aide à l'audition ou en photoacoustique.
Une simulation correcte, par exemple avec l'interface spécialisée Thermoacoustics du module
Acoustics de Comsol Multiphysics, nécessite donc la prise en compte de ces pertes.
La simulation des phénomènes thermoacoustiques
nécessite quelques
précautions. Tout d'abord, la physique
doit être correctement définie et la
taille du maillage suffisamment fine
pour capturer les couches limites visqueuses
et thermiques. Il est important
par ailleurs de noter qu'un modèle
thermoacoustique résout la pression,
le champ de vitesse (ce sera 3 composantes
en 3D par exemple) et la température.
De ce fait, la résolution d'un
modèle implique un grand nombre de
degrés de liberté et requiert une mémoire
vive importante.
Distribution de pression (‡ gauche) dans
un simulateur du conduit auditif de l'oreille
à 7850 Hz, pour comparaison (‡ droite)
avec les données de référence IEC 60318-
4. L'impédance de transfert du coupleur
(en bleu, avec les pertes thermiques et
visqueuses) est comparée à différentes
fréquences avec les données de référence
(en rouge) et une courbe d'un modèle sans
perte (en vert).
Une définition erronée des coefficients
de dilatation et de compression
thermique est également une source
courante d'erreurs de modélisation.
Si les coefficients sont faux ou nuls, il
en résulte des ondes acoustiques se
propageant à une vitesse du son incorrecte
ou ne se propageant pas du tout.
La vitesse du son est en effet reliée à
ces deux coefficients. Une vérification
simple consiste ‡ afficher ces paramètres
après le calcul et à vérifier ainsi
leurs valeurs.
Mailler un modèle thermoacoustique
Le maillage d'un modèle thermoacoustique
doit être suffisamment fin
pour capturer les phénomènes en jeu
dans les couches limites proches des
parois. Cependant, un maillage par défaut
conduit souvent à un nombre élevé
de mailles. Voici quelques astuces
pour minimiser le nombre de mailles :
- Créez des paramètres de contrôle
de votre maillage. Par exemple, si
votre analyse est fréquentielle, il est
possible de définir un paramètre de
l'épaisseur de la couche limite visqueuse
(ou thermique) à cette fréquence
f0. Dans l'air, nous savons
que l'épaisseur de la couche limite
visqueuse à 100Hz est de 0.22mm,
et de façon générale, l'épaisseur vaut
dvisc = 0.22[mm]*sqrt(100[Hz]/f0). Si
vous faites varier la fréquence, ce paramètre
permettra de préciser la taille
maximale des mailles proches des parois.
- Utilisez un maillage de couche limite.
Cela permettra de conserver le même
nombre de mailles quelque soit la fréquence.
Ce qui est particulièrement intéressant
en 3D. Si vous précisez seulement
la taille maximale des mailles
proches des parois, le nombre de
mailles augmente quand l'épaisseur
de la couche limite diminue.
- Utilisez une expression logique pour
définir le maillage. Par exemple, utilisez
la fonction min(,) pour définir
la taille maximale des éléments ou
l'épaisseur d'une couche limite. Dans
la figure 2, des maillages (de la section)
à différentes fréquences sont proposés
pour une conduite circulaire de
diamètre 2a=2mm. La taille maximale
des éléments est fixée à a/3 et le maillage
de couche limite utilise par défaut
5 mailles dans l'épaisseur, définie
par min(a/30,0.3*dvisc). Cela permet
de conserver un nombre de mailles
constant autour de 500Hz (avec un
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 58

Dossier
Simulation
Exemple de maillage à nombre de mailles
constant pour quatre fréquences. Ce maillage
capture néanmoins les effets de la
couche limite acoustique pour les différentes
fréquences, en adaptant l'épaisseur
des mailles proches de la paroi avec celle
de l'épaisseur de la couche limite. Les couleurs
représentent la vitesse RMS d'une
onde se propageant dans une conduite circulaire,
de diamètre de 2mm et de longueur
infinie.
maillage de bonne qualité dans le
volume) et d'obtenir une finesse de
mailles proches des parois comparable
à l'épaisseur de la couche limite,
quelque soit la fréquence.
Une autre approche est de préparer
différents maillages, potentiellement
un par intervalle de fréquence de 1000
Hz, et de lancer plusieurs études, une
par intervalle de fréquences.
Des astuces à appliquer au cas par
cas
Afin de réduire les exigences du calcul
(notamment en mémoire vive), il est
pertinent de ne résoudre la thermoacoustique
que là où elle a de l'importance.
Voici quelques suggestions
concrètes :
- Couplez un modèle thermoacoustique
avec un modèle acoustique
(résolution de la pression
uniquement avec l'équation
d'Helmholtz). Quand dans
une géométrie coexistent
des zones de grande taille et
des zones de petite taille, il
est pertinent de ne résoudre Exemple d'un maillage thermoacoustique tenant
la thermoacoustique que compte des effets de la couche limite acoustique.
dans les zones de petite
taille et l'acoustique dans les
numériques quand la taille des modèles
devient très grande.
autres. Dans Comsol Multiphysics,
l'interface Thermoacoustic est
automatiquement couplée avec l'interface
Pressure Acoustics.
En résumé
- Utilisez des sous-modèles et des modèles
réduits. Par exemple, calculez
l'impédance de transfert dans un modèle
détaillé de thermoacoustique et
utilisez la dans un modèle de pression
acoustique.
- Quand la fréquence augmente, la
couche limite acoustique décroît en
épaisseur et en importance. Cela implique
qu'à partir d'une certaine fréquence,
les pertes liées à la couche
limite deviennent négligeables, et que
vous pouvez ne résoudre qu'un modèle
de pression acoustique.
- Dans des structures de section
constante, vous pouvez utiliser un
modèle de Narrow Region Acoustics
disponible dans l'interface Pressure
Acoustics. Dans ces modèles, le fluide
est homogénéisé et les pertes liées à
la couche limite sont lissées dans tout
le domaine fluide. C'est une première
approche de la réponse du système
sans le coût numérique d'un modèle
thermoacoustique complet.
- La documentation de l'interface Thermoacoustic
précise différentes astuces
pour configurer au mieux les solveurs
Les points les plus importants à retenir
quand on simule l'acoustique avec l'interface
Thermoacoustic sont :
- Résoudre la thermoacoustique seulement
là où c'est nécessaire, en particulier
là où la couche limite thermique
ou visqueuse est comparable à la taille
de la géométrie (ce qui dépend de la
fréquence et de l'échelle de la géométrie).
- Vérifier les données matériaux, notamment
que les valeurs des coefficients
de compressibilité et de dilatation
thermique sont bien non-nulles.
- Comparez la taille des mailles
proches des parois et l'épaisseur de la
couche limite visqueuse et thermique.
Mads Herring Jensen
Comsol blog sur http://www.comsol.fr/
blogs/modeling-thermoacoustic-interfacecomsol/
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 59

Dossier
Simulation
Méthode
Diagnostic de défauts dans les structures
mécaniques par Subspace Fitting
La localisation de défauts dans les
structures mécaniques est une tache
cruciale pour de nombreuses applications
industrielles. Prédire de manière
précoce un endommagement permet
alors de réduire considérablement les
coûts liés à la maintenance. Dans cette
optique de nombreuses méthodes basées
sur l’analyse vibratoire ont émergé
ces dernières années.
Plus particulièrement, les méthodes
basées sur le recalage de modèles
Eléments Finis (EF) visent à corréler
un modèle numérique avec des
données expérimentales issues de la
structure surveillée. La corrélation est
effectuée en ajustant les paramètres
incertains du modèle. Lorsque ces paramètres
sont sensibles aux défauts, il
est alors possible de les diagnostiquer.
La méthode présentée est basée sur le
recalage d’une matrice d’observabilité
obtenue par EF à partir d’une matrice
d’observabilité identifiée expérimentalement
par une méthode temporelle de
sous-espaces. Cette technique appelée
Subspace Fitting est illustrée par
la localisation d’une fissure dans une
poutre.
Théorie
Le SF est un concept qui vise à faire
correspondre le comportement dynamique
d’une matrice d’observabilité
construite par EF () avec celle obtenue
expérimentalement () à partir d’une
identification par sous-espaces. Un
problème de la forme
est obtenu, où sont les paramètres du
modèle EF à recaler. L’optimisation est
conduite au travers d’un algorithme de
Gauss-Newton. La synoptique de la
méthode est reportée en Figure 1.
Pour les systèmes mécaniques, une
fissure peut être modélisée par une
perte de rigidité locale. D’un point de
vue du modèle EF, cela se traduit par
une variation du module d’Young au niveau
de l’endommagement.
Pour diagnostiquer ce défaut le modèle
EF est partitionné en deux sous-structures.
L’une d’entre elle étant associé
au défaut. En choisissant comme paramètres
à recaler la largeur, la position
du centre et le module d’Young de
cette sous-structure, la méthode permet
alors de localiser l’endommagement
et d’en estimer son importance.
Application expérimentale pour
une poutre
La méthode proposée est appliquée
à la localisation d’un défaut dans une
poutre. Cette poutre possède les caractéristiques
géométriques suivantes :
une longueur de 1 m, une largeur de
0.0249 m et une épaisseur de 0.0053
m. Ses caractéristiques physiques sont
celles de l’acier, c’est à dire un module
d’Young de 200 GPa, une densité de 7
850 kg/m3 et un coefficient de Poisson
de 0.3. Cette poutre est encastrée à
l’une de ses extrémités.
La poutre est excitée par un marteau
d’impact à 0.25 m de l’encastrement.
Trois accéléromètres sont utilisés pour
enregistrer la réponse temporelle,
d’une durée de 5s, échantillonnée à 2
048 Hz, positionnés à 0.1 m, 0.5 m et
0.9 m de l’encastrement (Figure 2).
Le défaut est obtenu en sciant la
poutre sur une largeur de 0.0006 m et
une profondeur de 0.004 m, à 0.2 m de
l’encastrement.
À la fin de la procédure, le défaut est
localisé entre les postions 0.19 m et
0.21 m avec une réduction du module
d’Young de 77%. Les résultats de la
localisation de l’endommagement sont
reportés en Figure 3.
Conclusion
Remerciements
Les auteurs remercient l’Union
européenne (Feder Centre) et
le Conseil régional du Centre
pour leur soutien financier.
Une méthode de recalage de modèle
EF est utilisée pour diagnostiquer un
défaut dans une poutre. La méthode
est basée sur le SF et l’emploi d’un
modèle EF sous-structuré. La méthode
est appliquée pour la localisation d’un
défaut dans une poutre, en recalant
les paramètres de la sous-structure relative
au défaut. Après recalage le défaut
est localisé avec une bonne précision.
Cette méthode est applicable,
en utilisant une stratégie différente de
localisation, au diagnostic de plusieurs
défauts, et pour des structures mécaniques
plus complexes.
Roger Serra (ENI Val-de-Loire)
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 60

Vie de l’ASTE
Compte-rendu
Journée ASTE- LAAS/CNRS « Capteurs
innovants pour les essais d’environnement »
À Toulouse le 26 mars 2014…
Dans les laboratoires d’essais d’environnement
la qualité de la mesure est
essentielle, puisque ceux-ci vendent
des mesures sur les matériels qui
leur sont confiés. Lors de la caractérisation
des environnements auxquels
sont soumis ces matériels, la qualité
des mesures est encore fondamentale,
d’autant que c’est à partir de ces
mesures que sont établies les spécifications
d’essais de validation du design.
À la source de ces mesures, on
trouve les capteurs (transducteurs) qui
peuvent être thermiques mécaniques
ou acoustiques. En fait, les capteurs
thermiques sont ceux qui sont le plus
souvent utilisés par ces laboratoires.
Aussi l’association ASTE, le LAAS-
CNRS et le Club des Affiliés se sont
associés pour organiser une journée
permettant de découvrir certaines innovations
dans le domaine des capteurs,
essentiellement thermiques, innovations
importantes pour les laboratoires
d’environnement. Cette journée a eu
lieu le 26 mars dernier au LAAS/CNRS
à Toulouse. Elle a bénéficiée du parrainage
du pôle Aerospace Valley et
de la plateforme Fahrenheit, ainsi que
du soutien du programme CAP’Tronic.
Près de quarante-cinq personnes ont
assisté à l’évènement.
Les participants ont été accueillis dans
la salle de conférence du LAAS par
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 61

Vie de l’ASTE
André Peyre-Lavigne, l’animateur du
Club des Affiliés du LAAS. La journée
a commencé par les présentations des
organisateurs. Anne Marie Gue, la directrice
adjointe du LAAS, a décrit les
activités du LAAS/CNRS et Joseph
Merlet, Président de l’ASTE, a présenté
l’association. Les exposés techniques
de la journée ont débuté avec
une conférence de Xavier Lafontan de
la société INTESENS sur un capteur
de température miniature sans fil autonome.
Anis Ziadi de la société DSi a
présenté, dans le deuxième exposé,
un nouvel outil pour la mesure rapide
de température avec un thermocouple.
Après une pause riche en échanges,
les conférences ont repris avec une intervention
de Jean-Jacques Bois de la
société Nanolike sur l’application des
nanotechnologies pour le développement
de capteurs de température et
de jauges de déformation, un exposé
de David Garnier de la société Texys
intitulé « Nouveau capteur de mesure
de température sans contact » et celui
de Patrick Pons du LAAS sur les capteurs
passifs sans fils à transduction
électromagnétique. Chaque conférence
a été suivie de questions et d’un
échange très riche avec les auditeurs.
Les participants ont ensuite partagé un
buffet-déjeuner dans le grand hall du
LAAS et ont profité de ce moment
convivial pour discuter et nouer des
contacts.
L’après-midi a débuté par un exposé
d’Elian Coment intitulé « Conception et
réalisation de fluxmètre thermique ».
Ensuite, avant de commencer les visites
du LAAS, Hervé Aubert, le responsable
adjoint de la plateforme
MIcro et Nanosystèmes pour les Communications
sans fils, a apporté des
explications très détaillées sur l’activité
de la plateforme de micro et nanotechnologies
du LAAS-CNRS. Le premier
groupe de participants a pu visiter la
salle blanche de cette plateforme, le
second a assisté à la présentation de
la plateforme Adream, support expérimental
de recherche et bâtiment intelligent
du LAAS-CNRS.
Toutes les visites ont suscité un grand
intérêt chez les participants, qui ont
posé de nombreuses questions.
La journée s’est terminée par une table
ronde animée par Joseph Merlet. Le
président de l’ASTE a remercié toute
l’équipe du LAAS qui a participé à cette
journée, pour l’accueil et l’organisation
qui ont contribué à la réussite totale de
cet événement.
Assemblée générale de l’ASTE
La prochaine AG annuelle de l’ASTE
se tiendra le 12 juin 2014 à Vélizy-Villacoublay
et donnera lieu à renouvellement
du Conseil d’Administration.
ASTE va donc procéder à un « appel
à candidature » pour ce nouveau
Conseil qui élira, à la suite de la tenue
de l’AG, les nouveaux membres du Bureau
lors d’une réunion du Conseil qui
aura lieu en suivant.
Le bureau sortant présentera, lors de
cette AG, le rapport moral et le rapport
financier annuel de l’association.
GAM PME
L'ASTE a reçu l'appui du ministère
de l'Industrie/DGCIS pour la réalisation
d'un outil d'aide à la décision en
matière de câblage des appareils de
mesure en environnement industriel.
Cet outil, sous forme d'un guide interactif,
sera mis gratuitement à la disposition
des PME pour les aider à faire
des mesures de qualité sans investissement
complémentaire en matériel.
L’ASTE en est actuellement à la phase
de finalisation des résultats et dissémination.
Un petit-déjeuner gratuit de présentation
de l’outil GAM PME a eu lieu le
vendredi 14 mars 2014 à Vélizy-Villacoublay
Une autre présentation est organisée
à l’Aerospace Valley de Toulouse sous
forme d’un « TEA-TIME » de 17 h à 19
h le lundi 19 mai : « Comment maximiser
la réussite de vos mesures »
Programme :
• Accueil des participants
• Présentation de l’ASTE par Joseph
Merlet
• Présentation du projet GAM PME par
Jean-Paul Prulhière
• Présentation du Guide de bonnes
pratiques pour une bonne CEP des
systèmes de mesure
• Présentation du logiciel GAM PME
par Jean-Paul Prulhière
• Questions-Réponses
• D’autres présentations sont en cours
d’organisation en coordination avec
l’association CAP’TRONIC ; une présentation
est prévue au Laboratoire
national de métrologie et d’essais
(LNE) le 10 ou 12 septembre 2014
ACCORD ASTE-INSA-CVL
Un accord devrait être signé le 21 mai
entre ASTE-INSA-CVL pour l’organisation
d’une manifestation commune :
Colloque « Analyse Vibratoire expérimentale
» et Colloque Astelab, ainsi
qu’un salon pour les professionnels
rassemblant les principaux acteurs
dans le domaine des « Vibrations, des
chocs, de l’analyse modale et des simulations
associées » qui aura lieu du
18 au 20 novembre 2014.
À cette occasion, un appel à communication
va être lancé pour Astelab : plusieurs
sessions seront ouvertes.
Nouveaux stages de formation
pour 2014
Trois nouvelles formations sont proposées
par l’IUT de Limoges « Analyses
Physico-Chimiques et Matériaux »
dans le cadre du catalogue de formation
de l’ASTE :
• Techniques spectroscopiques les 8 et
9 juillet
• Techniques de caractérisation de
composés organiques les 30 septembre
et 1er octobre
• Contrôles non destructifs les 4 et 5
novembre
Pour vous inscrire ou obtenir des informations
supplémentaires, contactez Véronique
Lanéry au 01 61 38 96 32 ou info@
aste.asso.fr
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 62

Formations
ASTE
Association pour le développement
des Sciences et Techniques de l’Environnement
Programme des formations 2014
PROGRAMME DES FORMATIONS
Mécanique vibratoire
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires
(Niveau 1)
Mesure et analyses des phénomènes vibratoires
(Niveau 2)
Application au domaine industriel
IUT du Limousin
INTESPACE-31
SOPEMEA-78
3,5 1 620 €
4 1 800 €
3 1 500 €
15-18 avril
2-5 sept
12-16 mai
8-12 sept
10-12 juin
14-16 oct
Chocs mécaniques : mesures, spécifications,
essais et analyses de risques
ASTE (78) 3 1 500 €
1-3 avril
4-6 nov
Acquisition et traitement des
signaux
Pilotage des générateurs de
vibrations
Principes de base et caractérisation des signaux IUT du Limousin 3,5 1 620 € 20-13 mai
Traitement du signal avancé des signaux
vibratoires
ASTE 3 1 500 € 16-18 sept
Principes utilisés et applications SOPEMEA 4 1 800 € 24-27 nov
Analyse modale
Analyse modale expérimentale et Initiation
aux calculs de structure et essais
INTESPACE 4 1 800 €
2-5 juin
27-30 oct
Acoustique
Principes de base, mesures et application
aux essais industriels
INTESPACE 4 1 800 € 17-20 nov
Climatique
Principes de base et mesure des phénomènes
thermiques
IUT du Limousin 3 1 500 € 18-20 nov
Application au domaine industriel INTESPACE 4 1 800 € 7-10 oct
Electromagnétisme
Sensibilisation à la compatibilité
électromagnétique
Application à la prise en compte de la CEM
dans le domaine industriel
Exploitation des normes CEM
Prise en compte de l'environnement
dans un programme industriel
IUT du Limousin 4 1 800 € 7-11 avril
INTESPACE 3 1 500 € 16-18 sept
EMITECH
78 - Versailles
2 1 100 € 19-20 février
2 1 100 € 11-12 sept
Personnalisation du produit
à son environnement
Prise en compte de l’environnement mécanique 3 1 500 € 21-23 oct
Utilisation des outils de synthèse mécanique
ASTE (78)
pour la conception et le pré dimensionnement
3 1 500 € 12-14 nov
des équipements
Prise en compte de l’environnement climatique 3 1 500 € 23-25 sept
Prise en compte de l’environnement
électromagnétique
EMITECH
78-Versailles
3 1 500 € 22-24 avril
Mesure
Extensomètrie : collage de jauge, analyse
des résultats et de leur qualité
Concevoir, réaliser, exploiter une campagne
de mesures
ASTE (78) 3 1 700€
17-19 juin
18-20 nov
ASTE (78) 2 1 100 € 3-4 déc
Essais
Simulation
Bonne pratique des mesures IUT DU LIMOUSIN 2 1100 € 1-2 juin
Conception et validation de la fiabilité -
Dimensionnement des essais pour la validation
de la conception des produits
Fiabilité, déverminage, essais (accélérés,
aggravés)
Accroissement de la fiabilité
par les méthodes HALT & HASS
Caractérisation métrologique des systèmes
de mesure et essais - NOUVEAU
IFMA
(63175 AUBIERE)
3 1 500€ 3-5 juin
ASTE (78) 2 1 100 € 10-11 sept
EMITECH (78) 1 850€
ASTE (78) 2 1 100 €
5 juin
10 sept
9-10 avril
16-17 oct
Accréditation des laboratoires d’essais ISTIA ANGERS (49) 2 1 100 € 9-10 sept
Méthodes statistiques appliquées
aux essais
La simulation numérique et les essais :
complémentarités - comparaisons
ISTIA ANGERS (49)
ASTE (78)
2 1 100 € 2-3 juillet
2 1 100 €
26-27 mars
13-14 oct
CONTACT : Patrycja PERRIN - Tél. 01 61 38 96 32 - info@aste.asso.fr
Essais & Simulations • JUIN 2014 • PAGE 63

Au sommaire
du prochain numéro
Dossier
Des capteurs innovants pour les essais d'environnement
Mesures et méthodes de mesure
Contrôle en production :
Solutions technologiques et mises en pratique
Mesures optiques :
La qualité de la production grâce à la mesure optique
Essais et modélisation
Optimisation de production :
Suivi du cycle de vie des produits : du PLM au SLM...
Essais :
Bancs de test traction, fatigue… sur les chaînes de production
END
La place des END dans les centres de tests
Sans oublier
Des avis d'experts ainsi que toutes les informations concernant la vie de
l'ASTE et du Gamac, les événements, les formations et les actualités du marché
de la mesure, des essais, de la modélisation et de la simulation.
Répertoire des annonceurs
ASTE ...................................61
CETIM ...................................5
IMPLEX .................................9
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CONCEPTION ÉDITORIALE & RÉALISATION
MRJ
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(la rédaction n’est pas responssable des documents qui lui sont
adressés, sauf demande express, ceux-ci ne sont pas retournés)
DIRECTEUR DE LA PUBLICATION
Jérémie Roboh
RÉDACTION
Olivier Guillon
(o.guillon@mrj-corp.fr)
Comité de rédaction :
Raymond Buisson, Adbérafi Charki (Istia), Bernard Colomiès (Sopemea
- ASTE), François Derkx (IFSTTAR), Jean-Claude Frölich (ASTE); Olivier
Guillon (MRJ), Henri Grzeskowiak (HG Consultant), Michel Roger
Moreau (Gamac - ASTE), Joseph Merlet (ASTE), Lambert Pierrat (LJ
Consulting), Jean Paul Prulhière (Metexo), Philippe Sissoko (LCIE),
Pierre Touboul (Onera)
On participé à ce numéro :
Mathilde Chabin (ESI Group), Laurent Ferré (Intespace), Mads
Herring Jensen (Comsol), Lambert Pierrat (LJ-Consulting & LJK-
LAB), David Prono (ESI Group), Roger Serra (ENI Val-de-Loire)
ÉDITION
Maquette et couverture :
RVJ-WEB (www.rvj-web.com)
PUBLICITÉ
MRJ - Tél. 01 73 79 35 67
Patrick Barlier - p.barlier@mrj-corp.fr
Sonia Cheniti - s.cheniti@mrj-corp.fr
DIFFUSION ET ABONNEMENTS
Camille Laurès (abonnement@essais-siimulations.com)
www.essais-simulations.com
Abonnement 1 an (4 numéros) : 58 €
Prix au numéro : 20 €
Règlement par chèque bancaire à l’ordre de
MRJ
(DOM-TOM et étranger : nous consulter)
Photo de couverture : COMSOL
COMSOL ...............4e de couv.
DB VIB ...................................2
ENOVA PARIS........3e de couv.
ESI GROUP ...........2e de couv.
FORUM TERATEC .............35
M+P INTERNATIONAL ........15
MESURES & TESTS ..........16
NAFEMS FRANCE ..............27
OMEGA ENGINEERING .....11
SOGETI ...............................37
Trimestriel - N° 117
Juin 2014
Editeur : MRJ
SARL au capital de 50 000 euros
54, Boulevard Rodin - 92130 Issy les Moulineaux
RCS Paris B 491 495 743
TVA intracommunautaire : FR 38491495743
N° ISSN : 2103-8260
Dépôt légal : à parution
Imprimeur : Imprimerie de Champagne
Z.I. Les Franchises - 52200 Langres
Toute reproduction partielle ou globale est soumise à
l’autorisation écrite préalable de MRJ.
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