Essais & Simulations n°115

www.mesures-et-tests.com
Le point sur les incertitudes de mesure
Page 40
MESURES ET MÉTHODES DE MESURES
Dossier spécial
Optique
Page 8
ESSAIS ET MODÉLISATION
Outils et solutions
pour l’acquisition de données
Page 32
N° 115 • OCTOBRE 2013 • TRIMESTRIEL • 20 €

Ingénierie Virtuelle
pour accélérer l’innovation industrielle
Courtesy of Volkswagen
Build it Right
Simulation des procédés de fabrication :
des matériaux composites à la fonderie,
l’emboutissage et le soudage
Test it Right
Simulation des performances
produit : de la sécurité aux chocs,
crash et confort des passagers
Decide & Deliver it Right
Systèmes d’aide à la décision pour
gérer efficacement les données de
simulation et les équipes d’ingénierie
Copyright © ESI Group 2013 G/RO/13.49
Solutions & Services pour les Industries Manufacturières
ESI est un éditeur français de logiciels et de services d’ingénierie à forte valeur ajoutée proposant des solutions de prototypage
virtuel avec prise en compte de la physique des matériaux.
ESI a développé une suite d’outils métiers permettant de simuler le comportement du produit et des procédés de fabrication
durant ses phases de conception, et ce jusqu’à la phase de validation. Ces outils ont vocation à accélérer le développement
produit et à minimiser de manière significative les coûts d’ingénierie par la réduction, voire la suppression, des prototypes réels.
Notre groupe, de plus de 1000 collaborateurs, est présent en France et dans une quarantaine de pays. Nous accompagnons des
grandes sociétés et des PME industrielles variés telles que EDF, AREVA, EADS, THALES, DCNS, ASTRIUM, RENAULT, PSA, FAURECIA
et bien d’autres....
ESI France| Parc d’Affaires Silic | 99, rue des solets | 94513 RUNGIS | Tel: 33 (0) 4 78 14 12 10
www.esi-group.com | info@esi-group.com

Edito
Puissance de calcul et simulation numérique,
fers de lance de la compétitivité
La compétitivité industrielle ne semble – enfin – plus être un point noir dans l'avenir
économique de la France, ni un énième leitmotiv exprimé haut et fort par notre actuel
représentant du Redressement productif, ministère créé de toutes pièces par le Président
Hollande. Des coups d'éclats à Florange à la toute relative efficacité dans la gestion
des dossiers PSA à Aulnay-sous-Bois, ce ministère apparaissait souvent encore loin des préoccupations
des entreprises françaises, à commencer par la compétitivité. Pourtant, les 34
plans de « reconquête industrielle » lancés le 12 septembre dernier par François Hollande
et portés par Arnaud Montebourg ont reçu un accueil plutôt favorable dans la mesure où ces
directives montrent la volonté de relancer de grands axes d'innovation, ce qui manquait aux
entreprises de notre pays.
Surtout, à côté des grands secteurs dominant l'économie figure un volet détaillé sur le recours
et le développement d'une spécificité française, les supercalculateurs. Né de la volonté des
rédacteurs de la « Nouvelle France industrielle » de construire la France de la puissance de
calcul et de la simulation numérique, ce texte a raison de rappeler que « la course mondiale
aux supercalculateurs les plus puissants est d’abord un enjeu d’innovation. » Le ministre et
ses collègues n'oublient pas non plus de saluer le rôle des pôles de compétitivité mais aussi de
citer l'un des partenaires privilégiés du magazine Essais & Simulations, l'association Teratec.
En plein développement, la structure Teratec a posé depuis plus d'un an les premières pierres
d'un modèle unique au monde dans le domaine du HPC, pour le plus grand bonheur des instigateurs
des 34 Plans qui peuvent désormais s'appuyer sur des compétences fortes ayant fait
du territoire un pionnier dans le domaine. Éléments moteurs de la croissance, le calcul haute
performance et la simulation numérique sont utiles dans tous les secteurs d'activité : de l'automobile
à l'aéronautique en passant par l'énergie, la santé ou encore l'univers du multimédias.
Les idées, les acteurs et les structures sont là ; reste la volonté d'avancer dans le même sens
pour un projet commun : celui de la compétitivité industrielle de la France.
Olivier Guillon
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 1

Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 2

Sommaire
Actualités
Entreprises & Marché
De nouveaux moyens d’essai importants pour le Cetim ..…4
Hyundai améliore virtuellement le confort des occupants ..…4
Produits & Technologies
Un nouvel acteur dans l'isolation antivibratoire ..............…5
Un bon bilan pour le Forum Teratec 2013 ...................…6
Un système d’essais pour tester les réservoirs
à carburant chez FGA ..................................................…6
Enova Paris 2013 Un événement pour quatre univers .…7
Mesures et Méthodes de mesure
Le Colloque CMOI-Fluvisu met le cap à Orléans ....…8
Vérification expérimentale de modèles
opto-thermo-élastiques simulés avec le logiciel
OOFELIE Multiphysics ........................................…11
IDIL Fibres Optiques, le spécialiste des applications
scientifiques et industrielles de la fibre ................…14
Couplage mesure de champs / simulation numérique
pour l'identification de loi comportement
en mécanique des solides ...................................…15
Variabilité de l’environnement thermique choix
d’une échelle de température adéquate ...............…18
Modernisation du plus grand centre de tests
de technologie de peinture .................................…20
CORRELISTC, un logiciel dédié à la métrologie
des déformations mécaniques ............................…21
Essais et Modélisations
Des produits testés de plus en plus volumineux ....…22
Outillages HALT-HASS : un savoir-faire
dans leur conception, étape stratégique
des essais aggravés ...............................................24
Matériaux composites et simulation numérique
– Enjeux et perspectives .................................…25
Un nouvel investissement de taille pour le Cetim ..…28
Immersion dans la R&D de l’Institut de Soudure ....…30
Simuler, quand les mesures sont impossibles ......…32
Turbomeca opte pour la Q.series
de Gantner Instruments ....................................…33
Accéder à ses données de partout .....................…33
S’adapter aux fortes évolutions dues
aux matériaux composites .................................…34
Dossier
INCERTITUDES DE MESURES
Préface : Maîtriser les incertitudes en matière
d’essais et de simulations ..........................................…40
Uncertainty of a RCS FLOW Measurement :
joint use of experiments and CFD ............................…41
Correction des erreurs angulaires issues de mesures
de courants marins basées sur l'effet Doppler ...........…46
Mesure de la micro rugosité de pièces mécaniques
en milieu industriel : méthode d’estimation de l’incertitude
de mesure et de la conformité ....................................…51
Component coverage factor for uncertainty estimation
with few measurements and non-gaussian distribution …53
Influence de la propagation des incertitudes paramétriques
sur la probabilité de défaillance par interaction
entre deux lois de Weibull ...........................................…57
Coup de jeune sur le système d'acquisition
d'une soufflerie .......................................................…36
L'interview
Bernard Larquier - BEA Métrologie ..............................38
Des Essais Insolites
Simulation en eaux troubles .......................................60
Vie de l’ASTE
Le Guide d'aide à la mesure pour les PME
lancé en fin de l'année ................................................61
Outils
Programme des formations .......................................62
Agenda ......................................................................63
Répertoire des annonceurs .......................................64
Essais & Simulations est la revue partenaire exclusive
de l’ASTE (Association pour le développement
des sciences et techniques de l’environnement).
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 3

Actualités
Entreprise et Marché
V-Road, un moyen mobile pour les
essais
Mis au point par V-Motech, PME
membre du pôle Mov'eo, le « V-Road »
est un banc climatique (-30°C à
+60°C) mono rouleaux intégré dans
une plateforme mobile. Cet équipement
s'adresse aux métiers de la
R&D automobile (constructeurs, équipementiers
et universitaires) dans le
domaine des groupes motopropulseur
et véhicules. Le V-Road permet de réaliser
des essais de performances, de
mise au point en vitesse stabilisée ou
transitoire, de validation en roulage,
avec ou sans conditions climatiques
extrêmes, mesure de polluants...
Entreprise innovante spécialisée dans
l’ingénierie mécanique et les essais
groupe motopropulseur, V-Motech
est présente dans les métiers de la
mécanique, de l’électronique et des
systèmes embarqués. L’entreprise
a notamment orienté son innovation
sur la mobilité et la modularité de ses
moyens d’essais avec la possibilité de
mutualiser ces derniers pour une économie
d’échelle significative.
Levée de fonds record pour Isorg
Fruit du projet Printronics (porté par
le pôle Minalogic), la start-up Isorg
(« Image Sensor Organic »), spin-off
du CEA Liten, projette de lever 15 M€.
L'objectif pour la société est de poursuivre
son développement et implanter
prochainement sa première ligne
de production. Ce financement dévrait
permettre à Isorg de développer la
société dans le domaine de la R&D,
les applications-clients, le recrutement
et le développement commercial. La
start-up a également annoncé l'implantation
de sa future ligne de production
sur la nouvelle zone d'activités
technologiques de Sassenage "Vet'Innov"
(Village d'entreprises technologiques
innovantes).
Isorg développe et industrialise des
photo-détecteurs et des capteurs
d'image en électronique organique. La
société a choisi de s'orienter exclusivement
sur une technologie de rupture
transformant la surface des substrats
en plastique et en verre en une
surface intelligente capable d'interagir
avec son environnement extérieur.
Le but ultime de l'entreprise est de
devenir le pionnier de cette nouvelle
industrie de l'électronique organique
imprimée au niveau mondial.
Équipement
De nouveaux moyens d’essai
importants pour le Cetim
Un nouvel équipement pour le Cetim
dans le ferroviaire (DR : Cetim)
Répondre aux besoins des professionnels
des roulements et des transmissions
mécaniques, telle est la mission
du Cetim. Pour ce faire, le centre
technique a mis en œuvre un banc
d’essai mutualisé de roulements ferroviaires.
Les industriels peuvent ainsi
tester des solutions innovantes et
comprendre les phénomènes au sein
des composants mécaniques sous
forte charge.
Ce nouveau banc permet de réaliser
des essais sur des roulements
de grande taille (alésage : 160 mm,
diamètre extérieur : 250 mm) et sous
fortes charges (jusqu’à 15 000 daN
constant en radial, jusqu’à ±5 000
daN cyclé en axial). Pour un effort radial
constant, correspondant au poids
du train, les efforts axiaux appliqués
sont cyclés et correspondent à des
phases de virage ou de mauvais alignements
de la voie.
Une compagne d'investissements
de 11M€ stimulée par l'aéronautique
D'autres investissements de taille
concerne cette fois l'aéronautique.
L'institut technologique prévoit en
effet d’investir 11M€ dans de nouveaux
équipements. Fort de ses
compétences reconnues en caractérisation
des matériaux, le Cetim a vu,
par conséquence, son activité « testing
» croître de 25% en quatre ans
pour atteindre un chiffre d’affaires de
quelques 8M€.
Le centre entend bien garder son
avance et doubler le chiffre d’affaires
de l’activité caractérisation des matériaux
tant dans les domaines de la
recherche et du développement que
dans le « testing » associé à la production,
activité stimulée par l’aéronautique
Simulation
Hyundai améliore virtuellement
le confort des occupants
Habituellement, les fabricants de voiture
testent le confort vibratoire des
sièges en ayant recours à des essais
avec des volontaires aux résultats subjectifs
et difficilement « répétable ».
Afin d’améliorer cette pratique, les ingénieurs
de Hyundai ont décidé de développer
puis de calibrer un nouveau
modèle virtuel de mannequin dynamique,
dédié tout spécifiquement aux
tests de confort vibratoire.
Avec la solution de prototypage virtuel
intégral d’ESI (Virtual Seat Solution),
les ingénieurs de Hyundai utilisent désormais
leur mannequin dynamique
afin de tester, de manière intégrée et
entièrement virtuelle, le confort dynamique
de sièges avec occupant. Pour
ce faire, l’assise du mannequin dans le
siège est tout d’abord simulée avant de
simuler le test vibratoire avec le mannequin
assis afin d’obtenir la fonction
de transfert.
Grâce à ce modèle de mannequin
maintenant validé, Hyundai peut désormais
réaliser des tests de confort
vibratoire à l’aide de Virtual Seat Solution,
dès les premières étapes de développement
et, valider ainsi en amont
le design du siège en termes de confort
dynamique. Les tests de vibration virtuels
sont suffisamment précis pour
remplacer certains prototypes réels,
permettant à Hyundai de produire des
sièges toujours plus confortables, plus
rapidement, et à moindre coût
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 4

Communiqué
Un nouvel acteur dans l'isolation antivibratoire
Actualités
Produits et Technologies
La société VIB&TEC assure désormais la distribution exclusive des produits et services Bilz Vibration
Technology AG sur les marchés Français et Suisse. Spécialisé depuis plus de trente ans dans l’isolation
antivibratoire et le nivellement des machines et systèmes, Bilz (Vibration Technology) s’est illustré
sur de nombreux marchés de l’industrie et de la recherche, tels que la métrologie, le contrôle, les
moyens d’essais, la tôlerie, la microscopie électronique, l’interférométrie laser, la nanocaractérisation,
la pesée etc.
La gamme des solutions Bilz s’étend
des plaques antivibratoires caoutchouc
(f0 > 10hz) aux isolateurs pneumatiques
très basse fréquence, passifs et
actifs (0,5 < f0 < 6hz). Systèmes pouvant
être associés à une régulation automatique
du niveau pour les gammes
Faebi & BiAir. L’Activ Isolation System
AIS, isolateur pneumatique actif, s'applique
aux instruments exigeants et
offre une compensation des vibrations
en temps réel. Il supprime les phénomènes
de surtensions à la résonance
et assure une isolation très basse fréquence
suivant six degrés de liberté
avec un repositionnement dans l’espace
à +/- 10µm. La société propose
également des solutions standards et
sur-mesure répondant aux exigences
des petites et grandes installations
(10kg à 500to et +). À titre d'exemple,
Bilz a mis sur le marché une table antivibratoire
pneumatique équipée d’un
caisson acoustique dédiés aux AFM.
Un nouveau concept d’isolation
vibro-acoustique présenté sur
Enova Paris
L’équipe technico-commerciale de
VIB&TEC est composée d’anciens collaborateurs
de Bilz (Vibration Technology)
et cumule douze ans d’expérience
sur le marché français. Elle assure
pour ses clients l’étude des problématiques
vibratoires et définit les solutions
adaptées afin d'apporter toutes
les garanties d’efficacité requises. Ses
équipes proposent également l’installation
des technologies Bilz ainsi
que des prestations de mesure vibratoires
sur site. Par ailleurs, VIB&TEC
présentera notamment son nouveau
concept d’isolation vibro-acoustique
intégrée dédié aux instruments de recherche
à l’occasion du salon Enova
Paris 2013 (stand B44)
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 5

Actualités
Produits et Technologies
PLM : Lascom et le CSTB associent
leurs expertises
L’éditeur de solutions PLM (Project/
Product Lifecycle Management)
Lascom et le Centre scientifique et
technique du bâtiment (CSTB) associent
leurs expertises dans le domaine
du numérique. La première étape de
ce partenariat vise la création d’une
plateforme collaborative associant la
solution PLM de Lascom au logiciel
de gestion de maquettes numériques
eveBIM du CSTB. Cet outil va permettre
d’optimiser la démarche de
travail collaboratif entre les différents
métiers intervenant sur un même projet
de bâtiment durable.
Le premier projet commun est une
plateforme collaborative issue du
couplage entre le logiciel eveBIM
et la plateforme PLM. Conçu par le
CSTB, le logiciel eveBIM, dédié à la
gestion de maquettes numériques de
bâtiments en format standard IFC, et
reposant sur un process d’échange
de fichier global représentant le projet
dans sa totalité, constitue une première
réponse à la problématique de
travail collaboratif.
Compte rendu
Un bon bilan
pour le Forum Teratec 2013
La 8e édition du Forum Teratec qui
s'est déroulée fin juin a confirmé l'importance
stratégique du HPC dans le
monde de l'industrie et des services,
et son élargissement à celui des PME/
PMI. Le Forum a accueilli plus d'un millier
de visiteurs à l'École Polytechnique
de Palaiseau. Les sessions plénières
de la première journée ouverte par un
panorama prospectif fait par le professeur
Charbel Farhat de l’Université de
Stanford, ont permis de confronter les
réalisations et les attentes des utilisateurs
les plus avancés avec les stratégies
des fournisseurs technologiques.
Et les ateliers du deuxième jour ont
montré l’importance et la diversité des
applications du HPC dans de très nombreux
domaines.
Plus d'un millier de visiteurs
De grandes entreprises, comme Airbus,
Air Liquide, EdF, Michelin, Total,
Unilever, de grandes organisations,
comme le Department of Energy (DoE)
américain, EBI (European Bioinformatics
Institute), le CERN et de nombreuses
entreprises technologiques
(Allinea, Bull, Enginsoft, Intel, SAP,
etc.) ont présenté leur vision et leurs
actions dans ces domaines.
Enfin, près de 1 100 visiteurs professionnels
ont pu découvrir dans le grand
hall de l’exposition, les produits et services
des soixante-cinq exposants,
constructeurs et éditeurs de logiciels,
sociétés de services, laboratoires ou
organisations professionnelles, qui
ont présenté au cours de ces deux
journées leurs innovations les plus
récentes, un panorama très complet
d'une offre riche et évolutive
Vent de renouveau sur les essais
sable et poussière
Le Département Innovation et application
d'Environne'Tech a mis en place
un nouveau banc d'essais de vent
de sable et poussières. Son caisson
d’exposition est d'1m3.. Il possède différentes
servitudes (électrique, pneumatique
et hydraulique) et une importante
précision dans les réglages et le
monitoring.
Mis en service en mai dernier au
centre d'essais de Bourgoin, ce banc
permet aux clients d'Environne'Tech
et du groupe Emitech de confier des
spécimens à tester de plus grande
taille et de bénéficier de délais de réalisation
d'essais plus courts avec la
possibilité en quelques heures de passer
de la configuration vent de poussière
à celle de vent de sable.
Ces essais s'adressent aux équipements
embarqués qui rencontrent des
conditions d’empoussièrage susceptibles
de les endommager, de perturber
leur fonctionnement, leurs communications.
Ils mettent en évidence
les pertes d'étanchéité, les pénétrations
de particules voire des phénomènes
d'abrasion...
Contrat
Un système d’essais pour tester
les réservoirs à carburant chez FGA
Moog a livré un nouveau système d’essais
de réservoirs à carburant à Fiat
Group Automobiles (FGA). Ce système
permet de réaliser des essais de fonctionnalité
dynamiques sur les réservoirs
à carburant pour automobiles,
avec la possibilité de simuler les conditions
réelles sur route et de caractériser
le comportement des carburants et des
composants du réservoir. Les résultats
d’essais permettront à FGA d’optimiser
la configuration et la conception de réservoirs
spécifiques.
Objet d’un dépôt de brevet en instance,
le système d’essais à 8 DDL (degrés
de liberté) de Moog est composé
d’une table de simulation électrique à
6 DDL sur laquelle est rapportée une
table basculante à 2 DDL destinée à
amplifier les mouvements de tangage
et de roulis. Cette table de simulation
électrique a pour fonction de reproduire
les profils de route accidentés et générateurs
de hautes fréquences, la table
basculante étant chargée de simuler le
comportement en dérive et en accélération
du véhicule.
Ce système permet à FGA de tester
diverses conditions qui provoquent un
extrême ballottement du carburant,
comme la conduite en montagne, le
freinage brusque ou les manœuvres
en courbes très serrées. En outre, avec
les logiciels Replication et Sinesweep
de Moog, FGA pourra reproduire et
exécuter des fichiers d’historique de
conduite qui auront été enregistrés sur
piste, ainsi que procéder à des études
de fréquences de résonnance
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 6

Actualités
Produits et Technologies
Événement
Enova Paris 2013
Un événement pour quatre univers
Les 8, 9 et 10 octobre prochains, se tiendra à Paris expo Porte de Versailles, Enova Paris 2013, la
plus importante manifestation professionnelle nationale réunissant en un même lieu quatre univers
technologiques et scientifiques aux applications de plus en plus complémentaires et imbriquées : l’électronique
et les systèmes embarqués avec le Carrefour de l’électronique la mesure, l’instrumentation et
la métrologie avec MesurexpoVision & le Village Métrologie l’optique et la photonique avec Opto et les
hyperfréquences, le sans fil et les antennes avec RF&Hyper.
Si la partie exposition proprement dite
réunira quelque 400 exposants, de nombreux
« temps forts » ponctueront la visite
des 8 000 professionnels issus de la
R&D mais aussi de l’industrie en quête
d’innovations. Outre les animations spécifiques
aux différents univers technologiques
- « Les Ateliers du Test » (par
le SIMTEC), « L’Espace Embarqué »
par Cap’Tronic et « L’Espace Systèmes
communicants » par IETR - l’esprit novateur
sera de nouveau au cœur de
l’exposition avec les Trophées de l’Innovation,
les Trophées Cap’Tronic ou
encore le Prix Yves Rocard..., il convient
d’ores et déjà de mentionner la tenue
simultanée de deux grands événements
au sein du programme de conférences :
le 16e Congrès international de Métrologie
(7-10 octobre) qui accueillera un
millier de participants représentant une
cinquantaine de pays, et la 2e édition du
Congrès francophone des applications
des fibres optiques (8-10 octobre).
Place grandissante des systèmes
embarqués
Par ailleurs, les systèmes embarqués et
les systèmes communicants vont bénéficier
d’une mise en avant spécifique. De
part leur propre évolution technologique
(miniaturisation, fiabilité et performances
accrues...) les systèmes embarqués répondent
à une demande de plus en plus
élargie des donneurs d’ordre manufacturiers.
Ainsi, plusieurs initiatives ont été
prises à ce sujet : la création d’un Espace
d’exposition dédié aux systèmes
embarqués avec la présence du pôle
Cap’Tronic qui présentera les dernières
innovations de PME françaises, trois
demi-journées de conférences baptisées
« Les Matinées de l’embarqué »,
et deux demi-journées de conférences
(organisées par IETR) consacrées aux
Systèmes communicants. De son côté,
GL events Exhibitions a adjoint à ses
Trophées de l’Innovation 2013 une nouvelle
catégorie appelée « Technologie
embarquée »
Infos pratiques
Date : Les 8, 9 et 10 octobre
2013
Lieu : Paris expo Porte de Versailles
- Hall 7.2
Horaires : mardi et mercredi :
9h – 18 h et jeudi : 9h – 17h
>> www.enova-event.com
Essais climatiques Essais mécaniques Essais électriques Essais environnementaux
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Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 7

Mesures et Methodes de Mesure
Événement
Le Colloque CMOI-Fluvisu met le cap à Orléans
Du 18 au 22 novembre prochain se déroulera à l’Ecole Polytechnique de l'Université d'Orléans le 13e
colloque international francophone sur les Méthodes et techniques optiques pour l'industrie du club
CMOI/SFO. Cet événement sera organisé pour la troisième fois consécutive en coopération avec le
15e congrès français du club Fluvisu/SFO – Visualisation et traitement d'images en mécanique des
fluides.
Deux ans après l'édition lilloise, le colloque
s'installera dans les locaux de
l'université d'Orléans et le Comité
d’Organisation sera présidé par Christine
Mounaïm-Rousselle (laboratoire
Prisme-Université d’Orléans), membre
du comité exécutif du club CMOI/SFO et
membre du comité Fluvisu/SFO. Dans
sa tâche, elle sera accompagnée de Paul
Smigielski (Rhenaphotonics Alsace, président
du club CMOI/SFO et membre
d’honneur du comité scientifique du club
Fluvisu/SFO), et de Jean-Michel Desse
(Onera Lille), président du club Fluvisu/
SFO et membre du comité scientifique
et technique du club CMOI/SFO.
Chercheur au sein du laboratoire Pluridisciplinaire
de Recherche en Ingénierie
des Systèmes et Mécanique,
Energétique (Prisme), Christine Mounaïm-Rousselle
enseigne également à
Polytech’Orléans, là où se dérouleront
conjointement le 13e colloque CMOI/
SFO et le 15e congrès Fluvisu/SFO.
L'enseignante-chercheur est spécialisée
dans le diagnostic optique pour la recherche
dans la combustion automobile,
un domaine particulièrement lié aux thématiques
abordées au sein du club Fluvisu
; « ce qui explique en partie pourquoi
cet événement commun se déroule
sur les lieux de Polytech’Orléans, dont
l'une des spécialités est l'électronique
et l'optique », souligne l'organisatrice.
Il faut dire que ces deux domaines de
recherche évoluent énormément, selon
les mots de Christine Mounaïm-Rousselle,
« en raison de fortes avancées
technologiques, en particulier dans
l'imagerie, que ce soit dans les capacités
des caméras en termes de résolution
– jusqu'au nanomètre ! – ou de hautes
cadences et la possibilité d'observer
des phénomènes rapides ». Il en est de
même pour les techniques de mesure
qui bénéficient de progrès considérables
en matière de modélisation des phénomènes
et de traitement des données.
Dans ce cadre, la logique de rapprocher
les thématiques abordées par les
membres et les métiers du club CMOI
et celles de Fluvisu prend tout son sens,
« car pour avancer dans la recherche et
la compréhension physique des phénomènes,
on doit absolument connaître et
utiliser toutes les techniques optiques,
voire en développer de nouvelles », insiste
Christine Mounaïm-Rousselle. La
visualisation est essentielle dans l'analyse
de l'écoulement autour d’un véhicule
ou d’une éolienne par exemple,
pour mesurer la vitesse autour d'un
obstacle quelconque ou encore cartographier
les mélanges air-carburant
dans des chambres de combustion
pour l'automobile ou l'aéronautique par
exemple... « Dans tous les cas, nous devons
mettre au point des techniques innovantes
pour observer ce qui se passe,
comprendre puis modéliser. Un autre
domaine d’applications est en plein essor,
celui du médical ».
Des développements importants, à
tous les niveaux
Les activités des membres du club
CMOI sont multiples et profitent pour
beaucoup d'une demande croissante
de la part des industriels, à l'instar de
l'holographie (procédé d'enregistrement
de la phase et de l'amplitude de l'onde
diffractée par un objet) et l'holographie
numérique, la thermographie infrarouge
(très présente en production et en maintenance
industrielle), les capteurs à fibre
optique, « lesquels sont de plus en plus
présents dans le secteur du médical,
précise Paul Smigielski, sans oublier la
spectroscopie [étude expérimentale du
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 8

logiciels pour la métrologie
Logiciel de gestion de parc d’instruments de mesure et d’assistance à l’étalonnage
Deca, outil de gestion de la métrologie, multisite
et multilingue.
Application unique pour l’ensemble des sites,
Deca permet :
■ l’uniformisation des procédures ainsi que la cohérence de la politique
qualité,
■ l’uniformisation des indicateurs,
■ la mutualisation des parcs d’instruments de mesure.
Proposée en hébergement, cette solution :
■ permet à vos prestataires de mettre à jour les fiches de vie et de
joindre les documents électroniques,
■ assure une disponibilité immédiate de l’application sur tous les sites,
■ élimine les coûts internes d’infrastructure,
■ élimine les coûts internes d’administration de l’application.
Fonctionnalités :
■ Pilotage de l’activité métrologique :
• Gestion du parc d’instruments.
• Suivi des plannings de contrôles et de charge.
• Identifications des retards.
• Gestion des entrées/sorties avec traçabilité des bons de livraison
et de réception.
• Prévision des budgets.
• Analyse des coûts, des non conformités et des temps.
• Gestion des prestations et des accréditations des fournisseurs.
• Association de tous types de documents numériques.
• Mise à jour par lot des interventions techniques.
• Adaptation des droits utilisateurs selon des profils métiers pour
un accès ciblé aux données et une saisie personnalisée.
■ Fonctions métrologiques avancées :
• Assistance à l’étalonnage.
• Opperet, évaluer et optimiser les périodicités d’étalonnage.
• Calcul d’incertitudes de mesure (ISO 13005 ou GUM).
21 CFR part 11 :
■ Les recommandations de la FDA recensées dans le 21 CFR Part 11
portent sur deux axes principaux :
• L’audit trail dont l’objectif est de conserver la trace de toute modification
survenue sur les données.
• La signature électronique visant à certifier les opérations ou les
documents critiques.
Cette réglementation s’attache à assurer l’authenticité, l’intégrité,
la confidentialité et la pérennité des données.
La certification NF Industrie Pharmaceutique délivrée par l’AFNOR
et renouvelée chaque année vous assure la conformité de Deca ® à
cette réglementation.
[LES RÉFÉRENCES]
NOUVELLE VERSION
PAR AFNOR CERTIFICATION
LOGICIEL
INDUSTRIE PHARMACEUTIQUE
SUPPORT UTILISATEUR
www.deca.eu
Deca Mail :
■ Appel automatique par e-mail des instruments
à vérifier.
■ Relance des correspondants en cas de retard.
■ Envoi automatique des rapports par messagerie
au format PDF ou Excel.
ALCAN, ALCATEL, ALSTOM, APAVE,
AREVA, ASTRIUM, BOMBARDIER, CEA,
CONTINENTAL, DASSAULT, DGA, E2M, EADS, EDF,
GE ENERGY, FAURECIA, LEGRAND SA, MESSER,
MICHELIN, MITTAL, NEXTER, R.A.T.P., SAFRAN,
SEB, SNCF, TESTO, THALES, VALEO,
WELEDA, ZODIAC …
Tableaux de bord
info@deca.eu
FELIX Informatique • 3, rue de la Moselotte • B.P. 41040 • 54521 LAXOU Cedex • Tél. 03 83 96 23 23
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 9

Mesures et Methodes de Mesure
spectre d'un phénomène physique –
NDLR], le diagnostic par imagerie et les
techniques optiques pour les sciences
du vivant ». Autre domaine de recherche
abordé, mais qui peine à se frayer un
chemin en France : la photonique. « Ce
domaine est encore trop peu reconnu
dans l'Hexagone alors même qu'il a
été considéré – à juste titre – par le 7e
PCRD comme une ''science du futur''.
D'ailleurs, contrairement à la France,
l'Allemagne la considère comme une
priorité nationale ! ». Il existe une diversité
infinie d'applications de la photonique
et « la photonique doit occuper en
France la place qu'elle mérite ». Des développements
sont également en cours
dans la microscopie et la nanoscopie,
domaines qui s'orientent de plus en plus
vers la nano-photonique et l'observation
d'éléments « extrêmement minuscules.
Ces recherches s'appliquent pour l'essentiel
au médical et aux sciences du
vivant mais elles peuvent également
s'adresser au contrôle de qualité et de
process de production, aux évolutions
de sources d'éclairage ou à la métrologie
optique ».
Ouvrir des applications nouvelles
pour répondre aux besoins de l'industrie
Regroupant cette année une quinzaine
d'exposants et près de 200 visiteurs, le
colloque CMOI/SFO sera une nouvelle
fois couplé avec le congrès français du
club Fluvisu/SFO*, présidé par Jean-Michel
Desse, ingénieur-chercheur à
l'Onera depuis 1978. Précédent organisateur
du colloque CMOI-Fluvisu qui
s'est déroulé à Lille à la fin novembre
2011 (voir encadré), Jean-Michel Desse
est spécialisé dans le domaine de l'aérodynamique
appliquée et l'analyse des
écoulements par voie optique pour la
mesure de champ d’indice de réfraction
développée autour de techniques telles
que l'holographie image et numérique à
plusieurs longueurs d'ondes.
Les méthodes de diagnostic optique en
mécanique des fluides touchent de très
nombreux domaines, à partir du moment
où l'on est en capacité de visualiser un
écoulement, par des moyens optiques
ou corrélés à des outils de simulation
numérique. Outre l'aérodynamique et
l'énergétique, cette branche de la recherche
concerne des secteurs innovants
comme les sciences de l'environnement
et de la terre, à l'exemple des
diagnostics effectués en météorologie.
Elle s'adresse également à l'aéronautique
ou à des activités plus spécifiques
telles que la découpe laser plasma et
l’étude et le contrôle de la qualité des
pièces optiques ou encore en microscopie,
l’identification des bactéries dans
le secteur pharmaceutique ou l’analyse
des virus dans le domaine des sciences
du vivant. « Nous intervenons régulièrement
dans le cadre de projets ANR
ou de programmes européens comme
actuellement où nous travaillons sur le
développement d'outils métrologiques
en 3D ; l'objectif est de pouvoir être en
mesure de visualiser les écoulements
tridimensionnels à partir d’informations
enregistrées simultanément et suivant
plusieurs directions de visée derrière
une structure d'avion ou de missile par
exemple ».
Jean-Michel Desse énumère bien
d'autres domaines d'applications industrielles,
dans le cadre notamment de la
détection de défaut sur les chaînes de
production, à commencer par le contrôle
de pièce, les écoulements diphasiques,
le recours à la fibre optique, la corrélation
d'images, la mesure de vitesse etc.
« De nombreux industriels résolvent
leurs problèmes de manière intuitive
alors que des méthodes optiques leur
feraient gagner beaucoup de temps et
amélioreraient considérablement la qualité
de leur produit. À titre d'exemple, les
tests sur les préservatifs sont effectués
en gonflant les produits à l'hélium puis
en les passant devant un interféromètre
que l'on installe directement sur
la chaîne de fabrication ». Il en est de
même pour qualifier l’écoulement d’air
produit par les sèche-cheveux : « pour
visualiser le jet d'air afin que l'appareil ait
une meilleure efficacité »
Olivier Guillon
* Le club Fluvisu a pour mission la promotion
de méthodes de diagnostic optique en mécanique
des fluides, soit à travers la création de
nouvelles méthodes, soit par l'optimisation ou
l'amélioration des méthodes existantes. Le
club a également pour objectif de favoriser
les échanges scientifiques et techniques ; le
congrès Fluvisu étant le point d'orgue de ces
échanges et des rencontres associées.
Retour sur la précédente édition lilloise
En 2011 à Lille, le colloque a rassemblé plus de 200 participants sur les trois jours de conférence (du 22 au 24 novembre)
ainsi qu’une trentaine de stands, quatre tables top et une quinzaine de posters. C’est au total quatre-vingt conférences
qui ont été dispensées avec deux conférences invitées : celle du professeur Nikita Fomin (Luikov Heat and Mass Transfer
Institute de Minsk, Biélorussie) et celle du professeur Fulvio Scarano (Aerospace Engineering Department, Delft University
of Technology, Delft – NL). Le colloque a également donné lieu à six conférences introductives et une quinzaine d’affiches
(posters). Le vendredi matin, les participants ont visité le centre de l’Onera-Lille avec des installations uniques comme la
soufflerie de vrille, la station de catapulte (vol libre), la tour de crash et quelques souffleries subsonique et transsonique. Le
colloque a reçu l’aide de plusieurs subventions provenant notamment de la région Nord-Pas-de-Calais, de la Communauté
urbaine de Lille, du ministère de la Recherche, de l’Onera et de l’École des Mines de Douai.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 10

Mesures et Methodes de Mesure
Outil
Vérification expérimentale de modèles opto-thermo-élastiques
simulés avec le logiciel OOFELIE Multiphysics
Le but de ce travail est de comparer les prédictions du logiciel OOFELIE Multiphysics, développé par la
société Open Engineering et coordinateur du projet, avec les résultats obtenus sur un banc de test afin
d’en déduire des possibles améliorations à apporter au logiciel. Pour ce faire, deux systèmes optiques
sont définis et modélisés dans OOFELIE.
Le premier se compose d’une lentille
sphérique en BK7 maintenue dans
une monture en aluminium et chauffée
à l’aide de résistances chauffantes.
Les effets des contraintes thermo-mécaniques
induites par la variation de
température sur les performances optiques
de la lentille sont mesurés par
interférométrie. Le deuxième système
optique est un barreau de cristal YAG
chauffé à l’aide d’un four adapté. Pour
ce cas test, des mesures interférométriques
et polarimétriques sont réalisées.
Les premières servent à mesurer
la modification de géométrie du barreau
au niveau des dioptres d’entrée
et de sortie due à l’effet de lentille. Les
secondes ont pour but de déterminer le
changement de polarisation lié à la biréfringence
induite par les contraintes
mécaniques au sein du barreau. Les
bancs de test respectifs et leurs résultats
sont décrits ci-dessous et comparés
aux résultats des simulations
d’OOFELIE.
Ce travail a été réalisé dans le cadre
du projet Multiphysics et financé par la
Région Wallonne (Belgique). Ce projet
profite d’une importante collaboration
entre des concepteurs de logiciels
informatiques, des centres de recherche,
des universités et des industriels
tous situés en Wallonie. Son but
est de développer un logiciel complet
et innovant capable de modéliser des
systèmes complexes faisant intervenir
des interactions multiphysiques couplées.
OOFELIE Multiphysics
OOFELIE Multiphysics est un outil
de modélisation numérique capable
d'adresser des problèmes multiphysiques
couplés, incluant les domaines
optique, mécanique, thermique, fluidique,
électrique, électromagnétique,
acoustique,…[1] (se référer à l'encadré
en bas de l'article). La solution
OOFELIE est couplée avec le logiciel
de simulation optique ZEMAX via
une communication complètement
automatisée. L’analyse approfondie
des performances optiques de systèmes
opto-thermo-mécaniques sous
contraintes est dès lors possible, améliorant
ainsi le design des systèmes
optiques.
Cas de test de la lentille sphérique
La lentille sphérique est en BK7 et biconvexe.
Elle présente une focale de
200 mm et un diamètre de 50 mm. La
monture est en aluminium anodisé noir
et maintient la lentille en place grâce à
un anneau vissé dans la monture. La
lentille et sa monture sont issues du
commerce.
La lentille (dans sa monture) est tenue
devant l’interféromètre à l’aide d’une
pince associée à une monture 5 axes
pour permettre l’alignement de la lentille.
La lentille est chauffée à l’aide de
deux résistances chauffantes (ou heaters)
collées sur la monture. Des thermocouples
sont placés sur la monture
afin de surveiller l’évolution de la température
pendant les mesures. Une
première série de mesures est réalisée
pour évaluer la distribution de température
sur la lentille en fonction de la
température imposée sur la monture.
Pour cela, des thermocouples sont
collés sur chaque face de la lentille (au
centre et au bord pour la face avant,
au centre pour la face arrière). Ces
derniers sont ensuite retirés pour permettre
les mesures interférométriques.
Les mesures de la dégradation des
performances optiques de la lentille
s’effectuent ensuite à l’aide de l’interféromètre.
Un calibre sphérique d’ouverture
F/3.3 est placé en sortie de l’interféromètre
pour obtenir l’illumination
de l’entièreté de la lentille. La lentille
est installée dans le faisceau de l’interféromètre
à une distance du point
focal égale à sa longueur focale, ce qui
rend le faisceau collimaté après avoir
traversé la lentille. Un miroir plan de
bonne qualité (λ/20) est placé derrière
la lentille pour réfléchir ce faisceau collimaté,
à travers la lentille, vers l’interféromètre.
Figure 1 : WFE mesurées aux températures
de 20.5°C et 57.2°C au centre de la lentille
et soustraction de ces deux cartes.
Les mesures interférométriques sont
effectuées à température ambiante
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 11

Mesures et Methodes de Mesure
ainsi qu’à différentes températures en
chauffant la monture jusqu’à une température
maximale de 80°C, au moyen
des heaters. La dégradation des performances
optiques de la lentille est
obtenue par comparaison de la WFE
du faisceau aux différentes températures
avec la WFE à la température
ambiante.
Deux exemples de cartes de WFE à
température ambiante et à une température
de 57.2°C au centre de la lentille,
ainsi que la soustraction de ces
deux cartes sont présentés ci-dessous
(Cf. Figure 1). La principale aberration
apparaissant avec l’augmentation de
température est du focus. Il est quantifié
grâce au coefficient de Zernike correspondant
à cette aberration.
La lentille, sa monture ainsi que l’apport
de chaleur par les heaters ont été
modélisés dans le logiciel OOFELIE
couplé à ZEMAX pour l’analyse des
variations des propriétés optiques de
la lentille avec la température. Des
flux convectifs entre la lentille et l’air
ambiant sont considérés et le champ
de températures obtenu présente une
bonne correspondance avec les températures
mesurées sur la monture et
la lentille lors des tests.
Deux simulations ont été réalisées, la
première ne permet pas de mouvement
de la lentille dans sa monture et
la deuxième permet à la lentille de glisser
à l’intérieur de la monture. Intuitivement,
cette dernière solution semble
la plus réaliste car une dilatation de la
monture suite à l’échauffement peut
conduire à une perte de contact partiel
entre la lentille et la monture. La
comparaison du focus obtenu pour les
deux simulations avec celui mesuré
lors des tests confirme cette idée (Cf.
Figure 3).
Figure 4 : Barreau YAG avec son four et
son contrôleur de température.
Il est important de noter que la déformation
de la lentille seule ne suffit pas
pour obtenir les dégradations optiques
observées. La variation de l’indice de
réfraction dans le volume de la lentille
doit aussi être considéré. Le gradient
d’indice de réfraction calculé par OO-
FELIE à partir du champ de température
simulé (cf. Figure 2) est exporté
dans ZEMAX en plus des déformations
géométriques.
Cas de test du barreau YAG
Le barreau YAG présente une section
carrée de 12 mm de côté et une longueur
de 50 mm. Les deux plus petites
faces sont polies et constituent
les faces d’entrée et de sortie du barreau.
Un four adapté à ce cristal est
utilisé pour simuler l’échauffement dû
au pompage laser (Cf. Figure 4). Un
système de contrôle de la température
est associé au four et permet de monter
jusqu’à une température de 200°C
avec une précision de 0.5°C et une
stabilité de 0.1°C.
Le test interférométrique du barreau
YAG est semblable à celui réalisé sur
la lentille mis à part que le calibre utilisé
avec l’interféromètre est plan et non
sphérique afin de produire une onde
plane (Cf. Figure 5). Une mesure de
référence est effectuée à température
ambiante puis d’autres mesures sont
faites pour différentes températures
du four (jusqu’à une température maximale
de 100°C).
La principale aberration observée lors
des mesures interférométriques et provenant
de l’échauffement du barreau
est à nouveau du focus. L’évolution
avec la température du coefficient de
Zernike correspondant est présentée
ci-dessous (Cf. Figure 6). La courbe
bleue de cette même figure représente
le coefficient de Zernike du focus obtenu
avec les simulations du barreau
YAG dans OOFELIE. Ce résultat ne
Figure 2 : Modèle de la lentille et de la monture
dans OOFELIE et gradient d’indice de réfraction
dans la lentille pour une température de 78.7°C.
Figure 3 : Comparaison entre le coefficient
de Zernike du focus mesuré et simulé.
Figure 5 : Banc de test interférométrique du barreau YAG.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 12

Mesures et Methodes de Mesure
correspond pas du tout à ce qui a
été mesuré car le modèle numérique
doit encore être amélioré, notamment
par la modélisation du four et des
échanges thermiques entre le four et
le barreau.
Le banc de test polarimétrique utilisé
pour les mesures de biréfringence est
présenté ci-dessous (Cf. Figure 7). Il
se compose d’un laser hélium-néon,
d’une lame quart d’onde, de deux polariseurs
et d’un détecteur. Le barreau
YAG dans son four est placé entre les
deux polariseurs. La méthode utilisée
consiste à faire tourner le premier polariseur
tout en maintenant l’analyseur
fixe. Un photodétecteur mesure l’intensité
lumineuse traversant les deux polariseurs
et le barreau YAG.
Bibliographie
1. I. KLAPKA & A. CARDONA, « An object oriented implementation of the finite element
method for coupled problem », Revue Européenne des Eléments finis, vol. 7, n° 5, pp.
469-504, 1998.
2. V. PARTENOV, V. SHASHKIN & E. STEPANOV, « Numerical Investigation of Thermally
Induced Birefringence in Optical Elements of Solid-State Lasers », Appl. Opt., vol. 32, n°
27, pp. 5243-5255, 1993.
3. NYE, J.F., [Physical Properties of Crystals – Their Representation by Tensors and
Matrices], Clarendon Press, Oxford (2009).
4. JAMIESON, T.H., « Thermal effects in optical systems », Opt. Eng. 20 (April 1981).
5. YODER,P.R., Jr., [Mounting Optics in Optical Instruments], SPIE Press, 2002.
6. JAMIESON, T.H., « Athermalization of optical instruments from the optomechanical
viewpoint », SPIE Proc., CR43 (1992).
7. FOSTER J.D. and OSTERINK L.M., « Thermal Effects in a Nd :YAG Laser », J. Appl.
Phys. 41(9), 3656-3663 (1970).
8. KOECHNER W. and RICE D.K., « Effect of Birefringence on the Performance of Linearly
Polarized YAG:Nd Lasers », IEEE J. Quantum Electron. QE-6(9), 557-566 (1970).
9. KOECHNER W., « Thermal Lensing in a Nd:YAG Laser Rod », Appl. Opt. 9(11), 2548-
2553 (1970).
Grâce à la méthode décrite ci-dessus,
l’évolution de la biréfringence en fonction
de l’angle du polariseur peut être
mesurée. On en déduit le déphasage
entre les polarisations TE et TM pour
différentes températures du four (Cf.
Figure 8). D’après ce graphique, on
voit qu’une faible biréfringence apparaît
avec l’augmentation de la température.
Ci-dessous est également présentée
l’évolution de l’intensité de la lumière
passant à travers le barreau lorsque
les deux polariseurs sont croisés à
90° lors d’une phase de transition
entre deux températures du four (Cf.
Figure 8). L’augmentation de l’intensité
signifie une modification de la polarisation
de la lumière induite ici par
la biréfringence apparaissant dans le
barreau YAG.
Evolution du déphasage entre les polarisations
TE et TM en fonction de la
température et évolution de l’intensité
de lumière transmise au travers du
barreau YAG et des deux polariseurs
croisés lors d’une phase d’échauffement
du four.
Conclusion
Pour comparer les résultats de simulations
dans OOFELIE à des résultats
expérimentaux, deux cas test ont été
réalisés. Le premier se compose d’une
lentille chauffée dans sa monture et
mesurée par interférométrie afin de
déterminer la dégradation du front
d’onde suite à l’échauffement. Le deuxième
comprend des mesures interférométriques
et polarimétriques sur un
barreau de cristal YAG chauffé dans un
four adapté.
Dans le cas de la lentille, l’aberration à
analyser est le focus et les simulations
dans OOFELIE donnent des résultats
proches de ce qui a été mesuré. Pour
parvenir à ces résultats, il est nécessaire
que le modèle prenne en compte
la possibilité pour la lentille de bouger
dans sa monture ainsi que l’apparition
Figure 6 : Comparaison de l’aberration du focus
mesurée et simulée pour le barreau YAG.
d’un gradient d’indice de réfraction
dans la lentille.
Pour le barreau YAG, l’aberration principale
due à l’échauffement est éga-
Figure 7 : Banc de test polarimétrique du barreau YAG.
Figure 9 : Comparaison des différences de
chemin optique simulées et calculées pour
un barreau YAG cylindrique.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 13

Mesures et Methodes de Mesure
Figure 8 : Evolution du déphasage entre
les polarisations TE et TM en fonction de
la température et évolution de l’intensité de
lumière transmise au travers du barreau
YAG et des deux polariseurs croisés lors
d’une phase d’échauffement du four.
lement du focus mais les simulations
dans OOFELIE n’ont pas donné de
résultats concluants. Un modèle plus
précis des conditions d’échauffement
et de l’environnement du barreau est
nécessaire. En ce qui concerne les
mesures polarimétriques, elles ont
permis de mettre en évidence l’apparition
de biréfringence à l’intérieur du
barreau suite à son échauffement mais
aucune mesure quantitative n’a pu être
effectuée jusqu’à présent. Une comparaison
avec les simulations d’OOFE-
LIE n’est donc pas encore possible
mais fait bien sûr partie de la suite de
ce projet.
A. Mazzoli (1), P. Saint-Georges (2),
A. Orban (1), J-S . Ruess (3), J. Loicq
(1), C. Barbier (1), Y. Stockman (1), M.
Georges (1), P. Nachtergaele (2), S.
Paquay (2), P. De Vincenzo (2)
(1) Centre Spatial de Liège, Avenue du
Pré-Aily, 4031 Angleur, Belgique
(2) Open Engineering, Rue des Chasseurs-Ardennais
8, 4031 Angleur, Belgique
(3) GDTech, Rue des Chasseurs-Ardennais
8, 4031 Angleur, Belgique
Communiqué
IDIL Fibres Optiques, le spécialiste des applications
scientifiques et industrielles de la fibre
Depuis maintenant plusieurs années,
la société IDIL s’est spécialisée dans
l’étude, la mise au point et la fabrication
de systèmes optoélectroniques fibrés
pour la science et l’industrie. Ces
systèmes comportent bien évidemment
de la fibre, mais surtout des composants
passifs et actifs, comme des
photodiodes, lasers, amplificateurs,
ainsi que de l’électronique et des logiciels
de pilotage.
Afin de fournir le meilleur service possible,
la société a décidé de maîtriser
un maximum de technologies et d’effectuer
toutes les étapes du processus
d’élaboration. IDIL s’occupe de l’étude
et de la fabrication de tous les sous-ensembles
(optique, mécanique, électronique,
logiciel) en interne. Il est ainsi
possible d’apporter un maximum de réactivité,
et surtout de laisser libre cours
à l’imagination fertile de l’équipe qui
comporte 20 ingénieurs et techniciens.
Les systèmes réalisés depuis 16
ans sont nombreux, et on peut citer
quelques exemples comme l’intégration
de la source fibrée du laser MégaJoule
développée conjointement
avec le CEA/CESTA. Cette source laser
comprend de nombreux éléments,
comme un laser à fibre, des amplificateurs
à fibre dopée ytterbium, des éléments
de diagnostics spectraux et de
puissances rapides, ainsi qu’un logiciel
de pilotage.
Des appareils de mesure adaptés aux
phénomènes ultrarapides ont également
été développés. Citons des systèmes
de chronométrie, de spectroscopie
d’impulsion laser à haute résolution
ou de vélocimétrie Doppler pour des
applications chocs ou plasmas.
Par ailleurs, IDIL est également spécialisé
dans la conception et la réalisation
de capteurs à fibres pour des applications
de mesures de contraintes,
températures, déformations, réactions
chimiques. IDIL propose des solutions
clé en main basées sur la technologie
réseaux de Bragg et effet Brillouin
dans les domaines de l’aéronautique,
le génie civil, l’automobile, l’industrie.
Récemment dans le cadre d’une application
génie civil, IDIL a réalisé une
centaine de capteurs sur des fibres
optiques directement insérées dans la
structure composite d’une passerelle
piéton.
Enfin, IDIL possède une activité montage
de connecteurs optiques permettant
d’offrir à ses clients des prestations
de montage de connecteurs sur
composants, réalisation de cordons
optiques et câbles standards ou à façon.
Contact :
IDIL Fibres Optiques
21, rue Louis de Broglie
22300 LANNION
T : 02 96 05 40 20
www.idil.fr
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 14

Mesures et Methodes de Mesure
Simulation
Couplage mesure de champs / simulation numérique
pour l'identification de loi comportement
en mécanique des solides
Le développement récent des techniques de mesure de champs offre la possibilité d'accéder à un nombre
de données extrêmement important. Partant de ce constat, un certain nombre de techniques d'identification
de paramètres de loi de comportement en mécanique des solides ont été développées afin de tirer partie de
cette richesse. On peut citer la référence [1] pour une revue de ces techniques. Plus récemment, certains
auteurs [2,3] (se référer à l'encadré en bas de l'article) ont proposé d'utiliser des descriptions basées sur
les Éléments Finis pour la mesure de champs de déplacement par corrélation d'images numériques. Outre
une amélioration des performances métrologiques de la mesure, on peut envisager grâce à cette avancée
de coupler directement la mesure de champs par corrélation d'images numériques avec la simulation numérique
par Éléments Finis.
Dans la référence [4], les auteurs proposent
une régularisation mécanique
du problème de corrélation d'image
dans le cadre de la mécanique de la
rupture. Dans [5], cette régularisation
est utilisée à des fins d'identification
de paramètres de loi de comportement
(élasticité et endommagement). Nous
nous proposons ici d'en détailler les
points clés de cette approche et de
donner un exemple montrant ses potentialités
pour l'identification de paramètres
de loi de comportement non-linéaire.
Identification à partir de corrélation
d'images régularisée
La corrélation d'images est une méthode
d'identification de champs de
déplacement basée sur la conservation
des niveaux de gris. On suppose
que les modifications subit par l'image
entre deux instants sont dues uniquement
à l'advection passive de la texture
de l'image :
f (⃗x)=g(⃗x+⃗u(⃗x))
Ici, f est l'image de référence g l'image
déformée et u le champ de déplacement
à mesurer. Habituellement, on
procède par maximisation d'un coefficient
de corrélation entre une vignette
l'image de référence et cette même
vignette dont la position a été corrigée
par le déplacement recherché dans
l'image déformée. Ceci implique que le
déplacement est obtenu indépendamment
pour chaque point de mesure (les
centres des vignettes). Dans la suite,
on supposera comme dans [2,3] que le
champ de déplacement est décrit par
des fonctions de forme Éléments Finis
s'appuyant sur un maillage de la région
à étudier. On procède alors à une résolution
par moindres carrés non-linéaire
en essayant de minimiser l'écart quadratique
global entre l'image de référence
et l'image déformée corrigée par
le champ de déplacement.
Le champ de déplacement recherché
s'appuyant sur un maillage Éléments
Finis, il est assez immédiat d'augmenter
le problème de corrélation par des
considérations mécaniques. En l'absence
de forces de volume (type gravité),
le vecteur force interne calculé au
sens des Éléments Finis doit voir s'annuler
ses composantes pour les degrés
de liberté s'appuyant sur les nœuds
sans conditions aux limites. La régularisation
mécanique proposée dans [4]
est obtenue en ajoutant aux termes de
moindres carrés non-linéaires de la corrélation,
une pénalisation par la norme
quadratique des composantes du vecteur
force interne qui sont sensées
s'annuler. On obtient ainsi un champ de
déplacement vérifiant les équations de
la corrélation d'images mais ayant été
passé au filtre des équations d'équilibre
de la mécanique. Formulé autrement,
cela permet d'effectuer une simulation
Figure 1 : Comparaison des champs de
déplacement en pixel dans la direction de
traction obtenus par corrélation d'images
uniquement et par la méthode proposée.
numérique pilotée par des images sans
avoir besoin de conditions aux limites.
Le filtre mécanique ainsi introduit fait
intervenir une loi de comportement et
ses paramètres. On peut alors essayer
de minimiser l'écart quadratique entre
l'image de référence et l'image déformée
corrigée par le champ de déplacement
non seulement par rapport aux
inconnues en déplacement mais aussi
par rapport aux paramètres de la loi
de comportement intervenant dans la
régularisation mécanique [5]. On peut
montrer que la méthode d'identification
ainsi élaborée est optimale d'un point
de vue de la sensibilité au bruit de mesure.
De plus, dans les cas considérés
on montre que les résultats obtenus
sont quasiment indépendants du maillage.
Pour des lois de comportement
non-linéaire plus complexes (plasticité
par exemple), on peut envisager de
faire intervenir les forces extérieures
appliquées à l'échantillon. De plus, il
s'avère nécessaire de traiter une série
d'images prises au cours de la sollicitation.
Ainsi la quantité à minimiser
s'écrit :
1 T
∫
m 0
∬[f (⃗x ,t )−g(⃗x+P(⃗u (⃗x,t ),t))] 2 dSdt+ 1 1
∫ T
o
k o
p
0 dU T
(F e
(t )−F i (U (t )))dt
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 15

Mesures et Methodes de Mesure
Dans cette équation on fait apparaître
un projecteur P de déplacement dans
le plan du capteur. En effet, si on s'intéresse
à la plasticité, des effets tridimensionnels
important peuvent se
produire. Il est alors souhaitable de les
prendre en compte par l'intermédiaire
d'une analyse mécanique 3D. Ainsi la
partie mécanique est 3D alors que la
partie corrélation d'image ne concerne
que la projection dans le plan du capteur
du déplacement sur la surface
du maillage utilisé. Fe est le vecteur
forces externes au sens des Elément
Finis, Fi le vecteur forces internes et
U désigne le vecteur contenant les valeurs
des degrés de liberté Eléments
Finis du champ de déplacement. p est
un coefficient de pénalité permettant
de pondérer le poids respectif de la
mécanique et de la corrélation dans la
résolution dont les contributions sont
adimensionnées par les constantes
mo et ko. Dans cette équation, les paramètres
de la loi de comportement
interviennent dans le vecteur forces
internes et influent donc sur la détermination
du déplacement. Ainsi on
cherchera à donner un poids fort (p de
l'ordre de 0.00001) à la mécanique de
manière à donner plus de sensibilité
aux paramètres de la loi de comportement.
Cette quantité fait l'objet d'une
minimisation à la fois par rapport au
champ de déplacement mais aussi par
rapport aux paramètres de la loi de
comportement.
Exemple
On illustrera les potentialités de la méthode
d'identification proposée sur un
exemple : l'identification d'une loi de
comportement élasto-plastique pour
un alliage de titane Ta6V. Les essais
quasi-statiques (5 mm/min) sont menés
sur éprouvette entaillée. La largeur
des éprouvettes est de 6.5 mm, l'angle
de l'entaille de 60°, son rayon 0.4 mm
et l'épaisseur 1.2 mm. Un polissage
soigneux est effectué afin de minimiser
l'influence de l'état de surface. On
se donnera les propriétés élastique du
matériau : module de Young 115 GPa
et coefficient de Poison 0.3. On cherchera
à identifier les paramètres de la
loi de type Swift gouvernant l'évolution
de la surface de charge en fonction de
la déformation plastique Ep :
̄S y (E p )=HE p
+B(C+E p ) d
Cette loi fait initialement intervenir 4
paramètres : H, B, C et d. Cependant
on impose la continuité des modules
tangents entre le régime élastique et le
régime plastique. Ainsi on se ramène
à la détermination de 3 paramètres :
la limite élastique initial Sy, le module
d'écrouissage linéaire H et l'exposant
de la loi puissance d. Notons que la
limite élastique initiale est donnée par
les paramètres B, C et d.
Figure 2 : Déformation plastique
et contraintes de Von-Mises.
La Figure 1 permet de comparer
les champs de déplacement pour
la dernière image considérée obtenus
par corrélation uniquement
et par la technique proposée (MIC)
après convergence à la fois sur le
déplacement et les paramètres de
la loi de comportement. Un très
bon accord est obtenu entre ces
champs de déplacement. Grâce à
la méthode proposée, on obtient
un champ de déplacement dont le
champ de contrainte associé vérifie
les équations d'équilibre (au
sens de la pénalité introduite plus
haut). La Figure 2 montre le champ
de déformation plastique cumulée
et le champ de contrainte équivalente
de Von-Mises. On observe
une forte localisation de la déformation
au niveau de l'entaille. Les
contraintes sont également maximales
en fond d'entaille.
Figure 3 : Convergence
des paramètres identifiés.
La Figure 3 permet d'apprécier la
convergence de la méthode en
terme de paramètres de loi de comportement.
Une vingtaine d'itérations
suffit à obtenir un jeu de paramètre
convergé. Dans le cas présent on
obtient : 915 MPa pour Sy, 886 MPa
pour H et 0.021 pour d. La méthode
proposée permet en plus de s'assurer
de la pertinence de la loi de
comportement identifiée. En effet,
a posteriori, on peut recalculer l'erreur
de corrélation moyenne comme
la valeur absolue de l'écart entre
l'image de référence et l'image déformée
corrigée par le champ de
déplacement. La Figure 4 présente
l'évolution de cette erreur pour trois
calculs différents. Le premier est
un calcul de corrélation standard, il
représente le minimum que puisse
atteindre l'erreur de corrélation. On
obtient une valeur moyenne autour
de 2% de la dynamique de l'image.
On trace aussi cette évolution pour
un calcul avec identification des paramètre
d'écrouissage pour une loi
de type Swift comme présentée plus
haut et l'erreur pour un écrouissage
linéaire simple (en omettant le terme
en loi puissance). On constate que
les niveaux d'erreurs pour ces deux
calculs sont supérieurs à ceux obtenus
par corrélation uniquement.
Ceci est naturel dans la mesure où le
champ issu de la corrélation ne satisfait
pas les équations d'équilibre alors
que les deux autres champs les vérifient
mieux mais que par conséquent
ils satisfont moins bien l'équation du
flot optique. Le Figure 4 montre également
que la loi de type Swift permet
d'atteindre des niveaux d'erreur
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 16

Mesures et Methodes de Mesure
Bibliographie
Figure 4 : Comparaison de l'évolution de l'erreur de corrélation
moyenne pour une loi d'écrouissage linéaire ou de type Swift
de corrélation plus faibles que la loi linéaire. C'est donc
qu'elle est mieux adaptée pour décrire le comportement
du matériau.
Conclusion
Dans cette contribution, on propose une technique de corrélation
d'image régularisée par la mécanique qui permet
à la fois la mesure d'un champ de déplacement mais également
l'identification des paramètres de la loi de comportement
du matériau. Pour cela, l'équation du flot optique
habituellement résolue pour la corrélation d'images est pénalisée
par une partie mécanique qui assure l'équilibre de la
structure considérée au sens des Eléments Finis. Les deux
problèmes sont ainsi résolus simultanément par minimisation
de la fonctionnelle régularisée obtenue. Cette minimisation
est effectuée par rapport au vecteur déplacement
mais aussi par rapport aux paramètres de la loi constitutive
considérée pour modéliser le comportement du matériau.
On montre qu'il est également possible d'utiliser un modèle
3D pour la partie mécanique, la corrélation d'images ne
concernant que la projection du déplacement en surface
dans le plan du capteur de la caméra. Les potentialités
de la méthode proposée sont illustrées par un exemple. Il
s'agit d'identifier les paramètres de la loi d'écrouissage d'un
alliage de titane. On montre comment la méthode converge
en terme de paramètres de loi de comportement et quels
sont les résultats obtenus. On montre également que cette
méthode permet une aide au choix du type de loi de comportement
dans la mesure où la meilleure loi sera celle qui
permettra d'obtenir les niveaux d'erreur de corrélation les
plus bas.
1. S., AVRIL, M. BONNET, AS. BRETELLE, M.GREDIAC,
F. HILD, P. IENNY, F. LATROUTE, D. LEMOSSE, S. PAGA-
NO, E. PAGNACCO & AUTRES « Overview of identification
methods of mechanical parameters based on full-field measurements
», Experimental Mechanics, vol. 48, n° 4, pp.
381, 2008
2. Y. SUN, JHL. PANG, CK. WONG & F. SU., « Finite-element
formulation for digital image correlation method », Applied
Optics, vol. 44, n° 34, pp. 7357, 2005
3. G. BESNARD, F. HILD & S. ROUX., « Finite-element displacement
fields analysis from digital images : Application
to Portevin-Le Châtelier bands », Experimental Mechanics,
vol. 46, n° 6, pp. 789, 2006
4. J. RETHORE, F. HILD & S. ROUX., « An extended and
integrated digital image correlation technique applied to the
analysis of fractured samples », European Journal of Computational
Mechanics, vol. 18, pp. 285, 2009
5. J. RETHORE, « A fully integrated noise robust strategy for
the identification of constitutive laws from digital images »,
International Journal for Numerical Methods in Engineering,
vol. 84, pp 631, 2010
Julien Réthoré(1), Gérald Portemont(2)
(1) LaMCoS, Université de Lyon / INSA Lyon / CNRS
20 Avenue Albert Einstein 69 621 Villeurbanne
(2) ONERA/DADS/CRD Département
d'Aéroélasticité et Dynamique des Structures
5, bd Painlevé, FR-59045, Lille Cedex, France
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 17

Mesures et Methodes de Mesure
Méthode
Variabilité de l’environnement thermique
choix d’une échelle de température adéquate
L’extension de la méthode résistance-contrainte, de l’environnement mécanique au climatique, implique
de considérer des contraintes de natures différentes. Dans le cas d’un environnement thermique
la température est une variable caractéristique essentielle. On montre que son utilisation dans le cadre
de la méthode résistance-contrainte justifie de la définir préférentiellement dans l’échelle thermodynamique.
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 »
[GRZ-13]. 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. Ceux-ci ont
permis d’introduire dans les versions précédentes,
de nombreuses améliorations et
extensions dont le détail et les justifications
seront regroupés dans un « Fascicule de
Documentation » accompagnant la norme
AFNOR. Or, à l’époque, les sujets concernés
ont fait l’objet de notes ou rapports
internes, non publiés faute de temps. Afin
de combler cette lacune, ils le seront dans
cette rubrique, sous forme d’articles courts.
La présente note concerne la variabilité des
contraintes d’environnement thermique, incluse
dans la Partie 5 (coefficient de garantie)
de la future norme AFNOR [NFX-13].
1. PROBLEMATIQUE
Un environnement climatique est caractérisé
par des températures dont les valeurs,
exprimées habituellement en degrés Celsius,
peuvent être positives, négatives ou
nulles. Ainsi qu’on va le voir, d’une part la
définition du coefficient de garantie, d’autre
part, la formulation basée sur des coefficients
de variation, limitent l’utilisation de
Abstract
Extension of the stress-strength method from the mechanical to the climatic
environment implies to consider stresses of different nature. In case of
a thermal environment, the temperature is an essential characteristic variable.
We show that its use in the stress-strength framework justifies that it
must be defined preferentially in the thermodynamic scale.
Key-Words: «stress-strength» method, probabilistic interaction, safety factor,
,thermal environment, temperature, Celsius degree, Kelvin degree;
cette échelle de température centésimale.
Ces limitations ne peuvent être surmontées
que si l’on adopte systématiquement
l’échelle de température thermodynamique,
exprimée en degrés Kelvin.
2. UTILISATION DES DEGRES CELSIUS
2.1.Limitations imposées par le coefficient
de garantie
Par définition, le coefficient de garantie est
un scalaire positif de valeur finie, égal au
rapport entre valeurs moyennes de la résistance
(µ r
) et de la contrainte d’environnement
(µ e
) :
Il est évident que ceci impose que les valeurs
moyennes soient de même signe et
différentes de zéro. A titre d’exemples, le
coefficient de garantie ne pourrait être défini
dans l’un ou l’autre des cas suivants qui correspondent
à des températures exprimées
en degrés Celsius :
Mots-clé
méthode « résistance -
contrainte », interaction probabiliste,
coefficient de garantie,
environnement thermique,
température, degré Celsius,
degré Kelvin ;
2.2. Limites d’utilisation de l’échelle Celsius
Les considérations précédentes montrent
que la formulation de la méthode « résistance
-contrainte » ne serait pas incompatible
avec l’utilisation de températures exprimées
en degrés Celsius, sous réserve de
respecter les conditions suivantes :
• Les températures moyennes caractérisant
la contrainte d’environnement et la résistance
devraient être strictement positives,
afin que le coefficient de garantie le soit
aussi,
• Un seuil minimal devrait être introduit, afin
qu’au voisinage de 0°C, cette valeur nulle
soit atteinte avec une probabilité négligeable,
• Si l’on admet la validité de l’interaction
entre deux distributions normales dés lors
que leur coefficient de variation est inférieur
à (1/3), ceci signifie que le seuil minimal
devrait être supérieur à 3 écart-types, soit
: Min(µ e
)>3σ e
Ces contraintes sont quelque peu restrictives,
ce qui ne milite pas en faveur de
l’utilisation d’une échelle de température
exprimée en degrés Celsius. Afin de couvrir
la généralité des cas possibles, nous allons
justifier ci-après le choix d’une échelle de
température thermodynamique exprimée en
degrés Kelvin.
3. UTILISATION DES DEGRES KELVIN
3.1. Ecart-type & Coefficient de Variation
Dans le cadre de la méthode « résistance -
contrainte », les variabilités caractérisant les
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 18

Mesures et Methodes de Mesure
distributions statistiques de la résistance et
de la contrainte d’environnement pourraient
être définies sous deux formes cohérentes :
• Soit par un écart-type : cette mesure ayant
alors la même dimension que celle de la valeur
moyenne correspondante,
• Soit par un coefficient de variation : cette
mesure égale au rapport entre l’écart - type
et la moyenne est donc adimensionnelle ;
Le choix préférentiel d’une formulation basée
sur le coefficient de variation a été
motivé par une pratique bien établie dans
le domaine des sciences de l’ingénieur, le
caractère adimensionnel autorisant par ailleurs
une plus grande généralité.
3.2. Non invariance du Coefficient de Variation
La variabilité d’une température est caractérisée
intrinsèquement par une variance,
donc par un écart-type, ce qui n’est pas le
cas du coefficient de variation. En effet, celui-ci
dépend de aussi de la valeur moyenne,
laquelle est fonction de l’échelle de température
utilisée.
On sait que seule l’échelle thermodynamique
des températures est compatible
avec diverses opérations algébriques telles
que l’addition, la multiplication et le quotient.
Partant de l’échelle de température thermodynamique
exprimée en degrés Kelvin (T)
on peut définir les autres échelles existantes
en degrés, par une transformation linéaire
telle que :
Par exemple, l’échelle Fahrenheit est définie
par une translation (b=−459.67) et un facteur
d’échelle (a=9/5).
L’échelle Celsius est la plus couramment
utilisée, car parmi les grandeurs du SI, elle
est admise comme unité dérivée de l’échelle
normalisée Kelvin. Elle est définie par une
translation (b=−273.15) et par un facteur
d’échelle unitaire (a=-1), ce dernier entraînant
l’identité des incréments de température
(1°C α1K).
Concrètement, alors que l’échelle thermodynamique
est une mesure absolue, ces diverses
transformations ne débouchent que
sur des mesures relatives auxquelles on ne
peut appliquer les opérations précédentes.
Ainsi, le rapport de deux températures exprimées
en degrés Celsius n’aurait aucun sens
physique, pas plus que leur valeur moyenne
ou leur multiplication par un scalaire (dans
ce cas l’effet ne serait pas nécessairement
proportionnel à l’amplitude).
Cette perte d’invariance se répercute logiquement
sur la valeur du coefficient de variation
exprimé dans l’échelle Celsius, lequel
prend une valeur différente et beaucoup plus
faible, lorsqu’il l’est dans l’échelle Kelvin :
Si par exemple : θ = 35°C &CV θ
= 20%, sachant
que T 0
= 273.15, on obtient : CV T
≈
2.3%
4. CONCLUSIONS
En toute généralité, compte tenu de l’étendue
des plages de température considérées
en matière d’environnement climatique, l’utilisation
de l’échelle thermodynamique est
seule acceptable. En effet, une température
exprimée en degrés Kelvin est une grandeur
« mesurable », par opposition à une
température exprimée en degrés Celsius
qui n’est qu’une grandeur « repérable ».
Afin de préserver la cohérence de la méthode
« résistance – contrainte », il est donc
souhaitable (sauf exceptions mentionnées
dans le texte), d’utiliser systématiquement
l’échelle de température thermodynamique
pour déterminer un coefficient de garantie.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 19

Mesures et Methodes de Mesure
Pratiquement, ceci implique de transformer
préalablement les températures exprimées
en degrés Celsius en degrés Kelvin, puis de
calculer les coefficients de variation correspondant
à cette unité.
Lambert PIERRAT
LJ-Consulting & LJK-LAB, Grenoble, Expert ASTE
e_zainescu@yahoo.com - 04 76 42 14 36
Henri GRZESKOWIAK
HG-Consultant, Gambais, Expert ASTE
henri@grzeskowiak.fr - 09 75 46 11 11
Références
[ANT-00] C. Antoine, « Moyenne selon une loi de composition », Math. & Sciences
Hum., N° 15, 5-35, 2000
[GRZ-13] H. Grzeskowiak, «Vie de l’Aste - Communiqué : Commission Méca-Clim de
l’Aste », Revue Essais & Simulations, N° 113, p. 60-61, Avril 2013
[LIN-69] N. C. Lind, « Deterministic Formats for the Probabilistic Design of Structures »,
Study N°1, 129-142, Solid Mechanics Division, University of Waterloo, Ontario, Canada,
1969
[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
[OWE-62] D. B. Owen, « Handbook of statistical tables », Addison-Wesley Publishing
Co., Inc., Reading, Mass., 1962
[PIE- 06] L. Pierrat, « Approximation analytique du coefficient de garantie dans le cas
d’interaction de deux lois normales », Internal Report, LJ-Consulting, 2006 (transféré
dans la dernière version de la GAM-EG 13)
Références de l'article précédent
(cf. Essais & Simulations n°114)
Dans le précédent numéro de votre magazine paru en juin dernier, les références de l'article intitulé « Utilisation de la méthode
résistance-contrainte dans le cas d’interaction de deux lois normales une approximation simple du facteur de sécurité »
n'avaient pas été mentionnées. Les voici :
[ANT-00] C. Antoine, « Moyenne selon une loi de composition », Math. & Sciences Hum., N° 15, 5-35, 2000
[GRZ-13] H. Grzeskowiak, «Vie de l’Aste - Communiqué : Commission Méca-Clim de l’Aste », Revue Essais & Simulations, N° 113, p.
60-61, Avril 2013
[LIN-69] N. C. Lind, « Deterministic Formats for the Probabilistic Design of Structures », Study N°1, 129-142, Solid Mechanics Division,
Univ. of Waterloo, Ontario, Canada, 1969
[NFX-13] Norme Française NFX 50-144-3 « Application de la démarche de personnalisation en environnement : Partie 5 Coefficient de
garantie », AFNOR, à paraître 2013-2014
[OWE-62] D. B. Owen, « Handbook of statistical tables », Addison-Wesley Publishing Co., Inc., Reading, Mass., 1962
[PIE- 06] L. Pierrat, « Approximation analytique du coefficient de garantie dans le cas d’interaction de deux lois normales », Internal
Report, LJ-Consulting, 2006
Communiqué
AKEOPLUS, la mesure et contrôle qualité robotisé
Créée en 2006 à Château Gaillard dans l’Ain, cette société Leader dans la création d'algorithme innovant
pour la fabrication de machines et systèmes industriels, et plus particulièrement leurs procédés de fabrication
robotisé. Ce savoir-faire permet aujourd’hui à AKEOPLUS d’optimiser les cellules de contrôle de ses
clients dans de nombreux domaines, avec un seul objectif : donner aux industriels français les moyens
d’être toujours plus performants.
AKEOPLUS est spécialisé dans le développement
de solution d’optimisation
de procédés industriels en intégrant des
systèmes perfectionné sur des bras
robots polyarticulés (Fanuc, Staubli,
Kuka, Denso) contrôlés et guidés par des
capteurs optiques. La solution finale est livrée
avec une interface utilisateur simple
et conviviale permettant le contrôle des
paramètres strictement nécessaires pour
l’opérateur.
Akéoplus innove encore en proposant des
solutions dans la mesure embarquée et
le contrôle de qualité directement dans
les lignes de productions industrielles.
Cette nouvelle offre s’appuie sur son expertise
dans le traitement d’image et sur
de l’instrumentation de caractérisation dédiée,
de la plus simple à la plus perfectionnée,
par des méthodes optiques, spectrométriques,
de diffraction, …
Cette nouvelle offre peut nécessiter des
ressources de calculs très importantes,
c’est donc naturellement qu’Akéoplus investit
également dans le calcul haute
performance et proposera bientôt une
offre de moteur de rendu d’image de haute
qualité et de reconstruction d’images
2D/3D.
Cet ensemble de savoir-faire permet
de proposer des logiciels de pilotage
robotique pour la mesure automatique
embarquée et le contrôle de qualité directement
dans les lignes de productions
industrielles, mais nous pouvons aussi
avec nos partenaires accompagner nos
clients dans la conception et la fabrication
d’une machine de contrôle robotisé
complète. Les principaux domaines
concernés sont l’aéronautique, automobile,
agroalimentaire, plasturgie,
métallurgie, médical, pharmaceutique,
militaire.
>> www.akeoplus-vision.com 0625100218
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 20

Mesures et Methodes de Mesure
Communiqué
CORRELISTC, un logiciel dédié
à la métrologie des déformations mécaniques
Le logiciel de stéréocorrélation CORRELISTC est le fruit d'un partenariat entre le LMT Laboratoire de Mécanique
et Technologie de l'Ecole Normale Supérieure de Cachan, EADS- IW et HOLO3. Il a été développé
dans le cadre du projet VULCOMP soutenu par l'ANR et dédié à la vulnérabilité des composites.
Dernier né des développements d'HO-
LO3 ce logiciel de corrélation d'image
permet, à partir d'une simple paire de
caméras numériques de cartographier
de manière très fine le champ de déplacement
à la surface d'une pièce
mécanique (ou de n'importe quel objet)
soumise à une sollicitation externe
(effort mécanique, échauffement,..). Il
donne aussi la possibilité de plusieurs
post traitements tels que la création de
jauges virtuelles, de profils. Les enregistrements
peuvent être réalisés en quasi-statique
(caméras standards) ou en
dynamique (vidéo rapide).
Outre le développement d'une interface
orientée vers un usage industriel, un effort
important a été consacré à l'aspect
Déformations longitudinales
d'une éprouvette en aluminium
Crédit Photo :EADS-IW
«CORRELISTC un outil innovant pour une
exploitation optimisée des essais mécaniques
»
métrologique. L'information de base
fournie par un système de stéréocorrélation
est une cartographie de déplacement
dont l'unité est le pixel caméra. Le
passage à des données millimétriques
est réalisé grâce à une phase de calibrage
rigoureuse mais néanmoins relativement
simple à mettre en oeuvre. Les
déplacements en tout point de la surface
peuvent ainsi aisément être mesurés
avec par exemple une résolution d'une
dizaine de micromètres pour un champ
analysé de 800x800 mm.
L'autre grandeur intéressant le concepteur
d'une pièce mécanique est la
déformation mécanique sous sollicitation.
Dans le cas de la stéréocorrélation
d'images elle s'obtient par des
dérivations d'ordre un du champ de
déplacement. On accède ainsi à des
cartographies complètes de toutes les
composantes du tenseur des déformations.
Bien sûr, la notion de jauge de
HOLO3 est le Centre de Transfert de Technologies
(CRITT) qui valorise les innovations
issues du monde de la Recherche dans le
domaine de l'optique, telles que : Numérisation
3D / Interférométrie de speckle / Imagerie
multi-spectrale / Réalité Virtuelle / Tracking vidéo / LIBS / Imagerie infrarouge/
Corrélation d’image. Le centre conçoit des équipements industriels
basés sur l'optique, conduit des opérations de recherche appliquée et réalise
quotidiennement des prestations métrologiques à la demande.
déformation, chère au mécanicien a
été reportée dans le logiciel CORRE-
LISTC ; il s'agit ici de jauge « virtuelle »
que l'on peut placer a posteriori (après
l'essai) en tout point de la surface et
dans l'orientation que l'on veut. Au-delà
de l'allongement dans la direction de
la jauge, la jauge « virtuelle » fournit
également d'autres informations : déplacement
X,Y,Z, allongement dans la
direction perpendiculaire, composantes
du tenseur des déformations, directions
principales,...L'aspect métrologique des
déformations a aussi été largement
étudié : de nombreuses comparaisons
entre les informations de jauges « virtuelles
» et de jauges réelles collées sur
la surface ont montré des écarts ne dépassant
pas 0,02 %, y compris pour de
grandes déformations.... pour lesquelles
les jauges réelles se décollent parfois.
Enfin, le gros intérêt de cette technologie
est la possibilité de comparer de
façon globale des données expérimentales
à des données de simulation type
éléments finis et permettre ainsi un recalage
fin de modèles de simulation.
Contact
Email : jp.chambard@holo3
Nom de la Société : HOLO3
Adresse : 7 rue du général Cassagnou
68300 SAINT-LOUIS
Tél. : 03 89 69 82 08
Fax : 03 89 67 74 06
Site internet : www.holo3.com
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 21

Essais et Modelisation
Interview
Des produits testés de plus en plus volumineux
Rencontré à Hanovre à l'occasion de la Foire technologique qui
s'est déroulée au printemps dernier, Alan Begg, premier vice-président
Développement Technologie de SKF, nous détaille sa vision
de l'avenir au sein du groupe suédois, tant en matière d'outils de
maintenance conditionnelle qu'au niveau des problématiques en
termes d'essais. Celles-ci résident notamment dans les dimensions
de produits à tester, de plus en plus importantes.
Essais & Simulations
Monsieur Begg, en quoi consiste
votre rôle au sein du groupe SKF ?
Alan Begg
Pour simplifier, je dirige la technologie
de SKF et toutes les phases de
recherche et développement. J'ai
la responsabilité des dépenses en
R&D (qui représentent environ la
moitié du budget qui m'est attribué)
et celles des laboratoires de recherche
avancée : en Hollande, en
Suède, en Inde et en Chine.
Sur quoi portent les innovations
majeures aujourd'hui ?
L’un de nos axes stratégiques d'innovation
est la suite logique de nos
développements depuis vingt-cinq
ans autour de notre solution Condition
Monitoring. Cela concerne les
systèmes de monitoring et de surveillance
de température, des seuils
de vibration, des paramètres électriques,
etc. Nous nous orientons
également vers des solutions de
mobilité. L'objectif étant globalement
d'anticiper les défaillances pouvant
survenir sur les installations. Nous
travaillons ainsi à la fois sur les systèmes
complexes et sur les solutions
sans fil de façon à pouvoir surveiller
l'état de ces systèmes en permanence
pour envoyer l'information
au plus vite. Nous travaillons aussi
sur la possibilité de constater une
dégradation du roulement le plus en
amont possible, et plus seulement à
trois mois de la casse par exemple.
Les industriels seront-ils réceptifs
à ces solutions de maintenance
conditionnelle ?
Aujourd'hui, on intervient lorsque le
roulement subit déjà une dégradation.
Désormais, l'idée est d'intervenir
bien avant en allant jusqu'à la
microstructure ; un peu comme un
genre de « check-up » de l'installation.
Tout l'intérêt de ces développements
pour les industriels dépend du
délai dans lequel on a la possibilité
d'intervenir : il ne faut que quelques
minutes pour remplacer le roulement
d'une petite turbine ; ce n'est pas le
cas sur un pétrolier ou sur un site
off-shore. Le délai d'information doit
nécessairement être plus long car
le temps d'attente pour réparer ou
remplacer une pièce peut prendre
plusieurs jours voire plusieurs semaines.
En détectant la défaillance plus tôt,
on peut éviter que le roulement se
dégrade, notamment en cas d'absence
d'huile, pouvant provoquer un
frottement métal à métal, ou encore
lorsque l'on détecte une surcharge
sur le pas de l'hélice d'une éolienne,
lors d'une tempête par exemple ; le
système peut avertir de la présence
d'un danger potentiel.
Quels sont vos grands défis technologiques
?
La taille ! On assiste aujourd'hui à
une augmentation des diamètres,
en particulier sur les éoliennes offshore,
nécessitant des roulements
qui atteignent quatre mètres. Le défi
réside surtout dans la fabrication
(moins la conception) et notamment
dans leur traitement thermique et les
problèmes de dispersion du carbure,
les passages obligés en rectification
pour enlever de la matière du fait
des déformations.
Et en termes d'essais ?
Avant, c'était plus simple car les
roulements étaient plus petits ! Or
le coût des tests grimpe lorsque la
taille du roulement augmente. Nous
devons aussi nous doter de moyens
d'essais et de bancs de tests de plus
en plus grands. Les investissements
augmentent également au niveau de
la simulation et de la modélisation.
Le nombre d'informations étant plus
important, les outils de traitement
et d'acquisition de données doivent
s'adapter à leur tour. Toutefois, nous
disposons de grands bancs de test,
ce qui nous permet de procéder à
des essais de validation et de calibration.
Enfin, nous nous orientons vers deux
directions. La première consiste à aller
de plus en plus dans la microstructure
de nos produits, la seconde
est que l'on va de plus en plus loin
dans l'environnement à travers les
outils de calcul.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Alan Begg,
le patron de la Technologie
chez SKF
Premier vice-président Développement
Technologie et Qualité,
le Dr. Alan Begg est membre de
la direction du Groupe SKF. Âgé
de 58 ans, Alan Begg possède un
doctorat en métallurgie de l'Université
de Cambridge. Il est également
professeur honoraire à l'Université
de Birmingham et membre du
Conseil stratégique des technologies
auprès du gouvernement
britannique. Alan Begg a occupé
des postes techniques supérieurs
au sein de grandes multinationales
au Royaume-Uni et aux États-Unis.
Après avoir passé une grande partie
de sa carrière chez BP, il est
devenu directeur du centre technique
de T&N, vice-président de la
technologie chez Federal-Mogul,
avant de diriger la technologie du
groupe Morgan Crucible. Il rejoint
SKF de l'Académie automobile à
Birmingham (Royaume-Uni), avant
de prendre la direction de la technologie
du groupe.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 22

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Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 23
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Essais et Modelisation
Essais aggravés
Outillages HALT-HASS : un savoir-faire dans leur
conception, étape stratégique des essais aggravés
Fondée en 1972, la société MB Électronique s'est orientée depuis plusieurs années vers deux grandes activités
: la première est la commercialisation de systèmes et d’équipements électroniques de test et de mesure, la
seconde est la fourniture de services exclusifs comme l'assistance, la formation et la maintenance associés aux
systèmes et aux équipements. Partenaire de QUALMARK depuis 2005, MB Electronique a également développé
ses compétences dans le domaine des essais aggravés HALT (Highly Accelerated Life Test) & HASS (Higly
Accelerated Stress Screen). La société offre ainsi aux industriels son savoir-faire sur l’ensemble des tests HALT/
HASS et notamment sur la conception des outillages adaptés d’une part à la spécificité des produits à tester et
d’autre part aux stress subits par ces DUT pendant les séquences d’essais.
Depuis plus de quarante ans, la société
MB Électronique établit des partenariats
sur le long terme avec des
fournisseurs tels que AIM, Ametek,
Espec, Fluke, Qualmark, Yokogawa
et plus récemment Agilent. Mais MB
Électronique s'est également spécialisée
dans les essais aggravés en
se dotant d'un véritable laboratoire
équipé notamment de deux systèmes
Qualmark. L'entreprise propose des
prestations dans le domaine des essais
aggravés (HALT&HASS) ; cette
méthode de test permet dans un
temps très court d’améliorer la fiabilité
des systèmes électroniques, électrotechniques
ou mécatroniques en complément
de méthodes conventionnelles
de fiabilité prévisionnelle telles
que le REX (retour d’expérience), les
méthodes théoriques (FIDES, etc.)
ou encore les filières de qualification
(ISO16750, EN50155, DO160, etc.).
Introduite il y a une dizaine d’années
par les donneurs d’ordres de l’industrie
aéronautique, la méthode de test
HALT/HASS est encore relativement
récente en France. Mais, si au départ
les essais aggravés étaient utilisés
principalement dans les secteurs industriels
fortement impliquées dans le
process de fiabilité comme l’aéronautique
et l’automobile, aujourd’hui tous
les secteurs d’activité sont concernés.
Réalisation d'un outillage : repères
et conseils pratiques
La réalisation d’un outillage est une
phase déterminante dans le processus
de déverminage lors de la production.
Elle revêt une importance à plusieurs
niveaux. Tout d'abord, l'ergonomie
de l’outillage ; celle-ci est primordiale
dans la mesure où elle facilite l’accessibilité
et la dépose des produits à
tester dans la chambre. Vient ensuite
la phase de qualification de l’outillage.
Différents cycles « Profil HASS » sont
alors appliqués pour valider l’outillage
de test et vérifier la répétabilité. Cette
opération se décline généralement en
deux étapes. La première permet de
valider l’outillage (au préalable étudié/
conçu avec un logiciel de CAO mécanique)
avec un ou plusieurs produits à
tester pour vérifier que les échanges
vibratoires et thermiques sont correctement
transmis. La deuxième phase
dite POS (proof of screen) permet de
vérifier l’intégrité du profil que l’on
utilisera en production. Celui-ci doit
être soigneusement « calibré » d’où
la nécessité d’effectuer un nombre
de cycles significatifs (30 à 50 runs).
En termes de bonnes pratiques, il est
important que les fixations soient suffisamment
solides pour résister aux
vibrations. Le but des essais est de
tester le produit, et non ses fixations.
Il faut conserver l’intégrité du produit
et limiter la masse des fixations.
La masse des outils est, en effet, un
paramètre qui risque de diminuer la
transmission des vibrations en les atténuant
trop. Il ne faut en aucun cas
contrarier la transmission du stress.
Par ailleurs, il est important de « simplifier
» au maximum les fixations car
(en général) simplifier les outils de
fixation conduit à en diminuer le poids.
De plus, des fixations complexes
peuvent se fragiliser. Il faut également
veiller à conserver l’intégrité des produits
en évitant tout frottement mécanique
(entre l’outillage et le produit à
tester) qui risquerait alors d’endommager
l’unité sous test (UUT).
Exemple d'outillage
Concept 4 quadrants : gain de
temps et optimisation des flux de
production
En matière d'outillage, le concept 4
quadrants permet une optimisation du
flux de production. Concrètement, la
table QualMArk est équipée de quatre
zones de surfaces équivalentes ayant
une réponse vibratoire identique. Rappelons
qu’un temps de cycle HASS
est de l’ordre de trois heures incluant
le test thermique et vibratoire. L’intérêt
est donc ici de pouvoir tester quatre
produits identiques ou différents en un
seul cycle de déverminage.
Expert depuis une dizaine d'années
dans ce domaine, MB Electronique
est capable de réaliser l’étude et la
conception de ce type d’outillages de
test en s’assurant de la parfaite transmission
de l‘énergie de la table vers
l’UUT (unité sous test), ainsi que de
la qualité des échanges thermiques
entre l’enceinte et le produit. Le respect
des exigences de production, de
temps et de répétabilité des tests sont
ses maîtres-mots. MB Électronique
accompagne, aujourd’hui, des clients
de plus en plus nombreux à être
convaincus de la pertinence d'une démarche
HALT/HASS.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 24

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Tendances
Matériaux composites
et simulation numérique – Enjeux et perspectives
Le marché mondial des composites connait une croissance annuelle de +10% (source Toray Industries,
Inc.). Aéronautique et spatial, automobile, nautisme, biomédical, sports et loisirs... aucun secteur
n’y échappe, comme le montre ce compte-rendu de séminaire organisé par le Nafems.
« Les premières structures aéronautiques
‘composites’ datent des années
30, avec le De Haviland DH91 Albatross,
qui à l’époque utilisait des panneaux de
bois multi-couches aux propriétés anisotropiques.
Depuis, l’utilisation des matériaux
composites s’est généralisée :
elle est passée de 10% dans les années
80 à 30% sur l’A380, pour atteindre plus
de 50% aujourd’hui sur l’A350 XWB »,
rappelle Michel Mahé, chef de département,
Head of A350 Stress chez Airbus
et président de Séance.
Même constat dans le secteur naval
pour les voiliers multicoques dont les
performances n’ont cessé de s’accroitre
au cours des dix dernières années,
comme le souligne Laurent Gornet,
maître de conférences HDR, enseignant-chercheur
à l’Ecole Centrale de
Nantes : « Les performances des voiliers
se sont constamment accrues avec
un ratio poids/longueur des coques de
plus en plus faible, grâce notamment, à
l’utilisation de matériaux composites ».
L’exemple du trophée Jules Verne parle
de lui-même: le temps de traversée est
passé d’un peu plus de soixante-dixneuf
jours en 1993 à un peu plus quarante-huit
jours en 2010, soit plus de
40% de réduction en dix-sept ans !
Autre exemple, dans le secteur de l’Automobile
et des Transports où l’allégement
des véhicules reste une préoccupation
constante chez les constructeurs.
« Dans ce secteur, les procédés de fabrication
et de mise en forme doivent
être adaptés aux cadences et aux
contraintes des chaines de fabrication
et à la production de pièces en grande
série », souligne Benjamin Surowiec,
responsable simulation composite en innovation
chez Plastic Omnium.
Mais, la nature même de ces matériaux
hétérogènes, la variété des procédés de
fabrication et de mise en œuvre, la multiplicité
des applications possibles sont
autant de challenges pour le fabricant
de matière, pour l’ingénieur responsable
des études et des validations, et pour les
fournisseurs de solutions de simulation
numérique. La simulation numérique
joue un rôle clef à toutes les étapes du
processus, depuis la conception jusqu’à
la certification. Elle entre en jeu dans la
caractérisation des matériaux, la modélisation
et la validation des structures et la
simulation des procédés de fabrication,
trois aspects essentiels que nous illustrons
ci-dessous.
Bien caractériser les matériaux
pour mieux les simuler
Rappelons tout d’abord qu’ « un matériau
composite est constitué de l’assemblage
d'au moins deux matériaux
non miscibles et de nature différente,
se complétant et permettant d’aboutir à
un matériau dont l’ensemble des performances
est supérieur à celui des composants
pris séparément » (Berthelot
1996). Bien connaitre les propriétés et
les caractéristiques des matériaux composites
est un préalable indispensable
pour pouvoir faire les bons choix de
concepts et pour simuler avec confiance
le comportement des structures.
Jerôme Bikard, expert Modélisation numérique
des procédés et lois de comportement
chez Rhodia Engineering
Plastics, présente une étude ayant pour
but l’intégration du comportement élastique
endommageable orthotrope des
composites thermoplastiques TPC PA66
dans l’approche ‘MMI Confident DesignTM’,
approche mise en place chez
Rhodia pour répondre aux besoins de
ses clients de caractériser le comportement
attendu de ces matériaux. En effet,
« aujourd’hui nous ne vendons pas des
matériaux, nous vendons des fonctions
et il est important de pouvoir fournir à
nos clients des données de comportement
des matériaux qu’ils utiliseront
dans leurs produits », précise-t-il.
Laurent Guillaumie, ingénieur d’Etudes
et Recherches à l’Onera, expose les
travaux menés à l’Onera pour caractériser
le comportement dynamique
des plaques sandwichs à base de nida
et de peaux en stratifié, au travers de
trois grandeurs : nombre d’onde, densité
modale et impédance mécanique
des ondes de flexion. Il explique : « ces
travaux s’inscrivent dans une démarche
visant à développer et valider des outils
de modélisation et de prédiction du
comportement vibratoire des matériaux
composites, de plus en plus complexes
et légers, qui sont utilisés dans les structures
de fuselage d’avion ».
Simuler le comportement des
structures
Au cours de leur cycle de vie, les produits
réalisés avec des matériaux composites
peuvent être soumis à des mécanismes
complexes de déformation, d’endommagement,
de rupture.... Ces mécanismes
sont doublement complexes à analyser
car, d’une part les matériaux utilisés sont
en perpétuelle évolution et, d’autre part,
il est souvent nécessaire de mettre en
place une approche multi-échelle pour
mieux les appréhender.
Laurent Gornet, maître de conférences
HDR, Enseignant-Chercheur à l’Ecole
Centrale de Nantes, nous propose une
approche multi-échelle pour la modélisation
de l’endommagement et de la
rupture de panneaux sandwichs constitués
de peaux stratifiées carbone/époxy
et d'une âme Nomex® utilisés pour les
voiliers multicoques.
Jean-Paul Charles, ingénieur chez Eurocopter,
Professeur associé à Aix-Marseille
Université (LMA), expose les travaux
réalisés par une équipe associant
Christian Hochard (Aix-Marseille Université,
LMA), Ana-Cristina Galucio (EADS
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 25

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Philippe Pasquet - Nafems
Essais & Simulations :
Philippe Pasquet, pouvez-vous vous présenter ?
Philippe Pasquet
Je suis membre du Nafems et j'interviens en tant qu'expert dans le domaine de la simulation ; je suis plus particulièrement
spécialisé dans les matériaux. J'ai effectué toute ma carrière depuis 1978 dans la simulation numérique, à la fois
chez les éditeurs et dans des sociétés de services d'ingénierie qui réalisent des calculs et des expertises pour le compte
des industriels. J'ai au cours de ma vie professionnelle beaucoup travaillé pour le CEA par exemple.
Quelle place occupe la simulation dans les opérations d'essais effectuées sur les matériaux ?
Elle occupe une place importante mais de là à dire comme elle a évolué, cela dépend beaucoup des applications. Dans
le secteur du nucléaire par exemple, on utilise depuis toujours des matériaux très spécifiques et qui nécessitent de faire
beaucoup d'essais et d'opérations de simulation. Ces essais sont essentiels pour concevoir des parois de plus en plus
minces et imperméables aux radiations, mais aussi pour répondre aux risques de filtration et tester les comportement
de ces matériaux. De même, les essais et la simulation sont tout aussi essentiels dans le secteur aéronautique. L'importance
de la simulation n'a finalement pas fondamentalement changé, ni réellement augmenté dans ces domaines de
l'industrie. Ce qui a en revanche beaucoup évolué, c'est la sophistication des matériaux et leurs voies de caractérisation.
La simulation des comportements est un domaine complexe dans la mesure où elle exige beaucoup d'opérations
de simulation car les matériaux sont très hétérogènes.
Quelles sont les particularités des matériaux « en vogue », à l'image des matériaux composites ?
Il existe une règle simple, même si elle reste complexe dans sa mise en oeuvre : plus on fabrique un matériau, tel que
les matériaux composites, plus on est en mesure de maîtriser son procédé. C'est moins le cas pour les matériaux naturels
tels que certains métaux et les bétons projetés par exemple, ou encore le bois, lequel est de plus en plus utilisé
dans le génie civil. Il s'agit en effet d'un matériau « à la mode », dont le recours croissant dans l'architecture s'explique
en raison des demandes de constructions plus écologiques. Les matériaux naturels sont par essence moins faciles à
maîtriser. Or, on recherche aujourd’hui à aller le plus loin possible dans l'analyse de leurs comportements en remontant
au niveau du grain voire de l'atome. Cela nécessite de plus en plus d'opérations de simulation à la fois en amont mais
aussi en aval pour les essais de grandeur.
Quels sont les grands défis que doit relever la simulation ?
Dans le domaine du nucléaire par exemple, où les exigences fortes de caractérisation de matériaux de type aux caractéristiques
fortes pour éviter tout risque d'agression à l'intérieur ou à l'extérieur des centrales, la simulation s'adapte
plutôt bien. Il en est de même dans l'énergie pour les matériaux utilisés dans la fabrication de pipelines ou encore dans
l'éolien et les hydroliennes ou encore dans l'aéronautique. Mais ce sont plutôt les utilisateurs qui s'adaptent mal, non
pas en raison de leur formation ni de leurs compétences, mais à cause du manque de temps. Ils ont donc du mal à
faire évoluer leurs habitudes et restent attachés aux mêmes schémas de modélisation. Pourtant, ce n'est pas faute de
proposer des outils de plus en plus nombreux, sophistiqués et adaptés à leurs besoins. Les industries ont besoin de
mieux synchroniser leurs équipes de R&D et leurs bureaux d'études.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 26

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
IW) et Didier Trallero (Eurocopter). « Pour représenter les
phénomènes de fatigue dans les pièces composites, il est
important de considérer les phénomènes d’endommagement
de la matrice et leur influence sur la rupture des fibres. En
parallèle il est nécessaire de prendre en compte l’effet des
gradients de déformation ».
Jerôme Limido, docteur-ingénieur chez Impetus AFEA, expose
la méthode développée pour l’analyse des mécanismes
de coup de bélier hydrodynamique sur des réservoirs en
composites. « L’originalité de notre approche réside dans
la modélisation mixte SPH-FEM, basée sur un couplage de
méthodes sans maillage à l’aide de SPH (Smoothed Particle
Hydrondynamic) et d’éléments finis iso-géométriques d’ordre
élevé », explique-t-il.
Prendre en compte les procédés de fabrication
Les procédés de mise en œuvre des matériaux composites
sont nombreux et complexes : moulage au contact, par projection,
enroulement filamentaire, RTM, LRI, etc. Toutefois
leur industrialisation est encore récente, ce qui engendre de
nombreuses difficultés quant à la prédictibilité des résultats.
La présentation de Philippe Martiny, Team Leader Composite
Structures and Processes au Cenaero, traite de la prédiction
des déformations en sortie de cuisson en vue la compensation
du moule. « Dans certaines applications, en particulier
pour les pièces de grande longueur que l’on rencontre dans
l’aéronautique ou le naval, cette différence n’est pas acceptable
et il convient de corriger la forme du moule afin de compenser
ces déformations » explique-t-il.
Bundi Donguy, ingénieur d’applications chez Hutchinson R&D
présente une méthode de modélisation pour le calcul mécanique
des pièces composites en thermoplastiques renforcées
de fibres. La méthode prend en compte les caractéristiques
matériaux (orientation des fibres) induites par le procédé de
fabrication des pièces par injection, dans les calculs mécaniques
de structures. « Pour cette étude, nous avons utilisés
plusieurs logiciels du commerce en raison de la complexité
des modélisations (viscoélasticité, EVP, crash...). Une des
difficultés consiste à bien mapper le maillage d’injection et le
maillage de structure », ajoute-t-il.
Composites et écoconception : où en est‐on vraiment ?
Plusieurs procédés existent aujourd’hui comme la solvolyse, la
thermolyse et le broyage. Des travaux de recherche sont prévus
dans les années à venir pour préparer des résines directement
solvolisables. On réfléchit également à une extension de
la durée de vie des matériaux de façon à réduire le recyclage.
Composites et simulation numérique : quels challenges
pour les logiciels de demain ?
Comme largement débattu au cours de la journée, plusieurs
challenges sont à considérer : la nécessité d’une approche
multi-échelle, la prise en compte globale conception-analyse-fabrication,
et l’intégration de la simulation numérique à
tous les niveaux de la pyramide depuis la caractérisation des
matériaux jusqu’à la certification. Mais le principal challenge
réside sans doute dans une approche méthodologique spécifique
appuyée sur des outils logiciels dédiés, seule démarche
capable de fournir une réponse appropriée plus intelligente que
le simpliste (et erroné) black metal. Les logiciels du commerce
ont clairement pris conscience de ces aspects et ont, pour une
part, intégré des outils spécialisés permettant une modélisation
appropriée des structures multicouches et intégrant des lois de
comportement propres. Il reste sans doute encore beaucoup à
faire pour que les utilisateurs se sentent en confiance dans leur
utilisation et leur mise en œuvre.
Réalisé par notre partenaire NAFEMS
Perspectives
S’il est certain que les matériaux composites prennent une
place croissante dans les produits et les secteurs industriels
modernes, il est tout aussi sûr que le manque d’expérience,
de recul et de formation sont autant de difficultés auxquelles
les industriels doivent faire face pour leur mise en œuvre.
Alors, dans ce domaine encore jeune et en constante évolution,
quelles sont les perspectives pour les années à venir ?
Composites bi‐axiaux : une approche nouvelle pour
le développement des composites ?
Thierry Massard, directeur scientifique au CEA/DAM et CEO
de Think Composites, propose de porter un regard nouveau
sur la conception des composites avec une approche pragmatique
basée sur un minimum d’orientations (deux en général),
sur l’utilisation de couches élémentaires très minces, et
sur des constats d’homogénéisation qui s’affranchissent des
règles de symétrie des empilements.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 27

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Inauguration
Un nouvel investissement de taille pour le Cetim
Le Cetim, institut technologique labellisé Carnot, a investi au printemps dernier pas moins de 700 000
euros dans un nouveau laboratoire dédié aux essais mécaniques pour les assemblages. Un investissement
qui entre naturellement dans la stratégie du Cetim qui est de « garder un coup d'avance » comme
le détaille Pierre Chalandon, responsable ingénierie des assemblages.
Cela fait une dizaine d'années qu'il
manquait au Cetim un investissement
conséquent, capable de lui
donner la capacité d'assurer des
prestations uniques en France et à la
mesure des évolutions du marché en
termes d’assemblages mécaniques.
En effet, on assiste aujourd'hui à des
nouveaux enjeux dans le domaine
des transports et de l’énergie, ainsi
que des besoins de capacité de serrages
plus élevés allant jusqu’à 10
000 Newtons.mètre (N.m) « alors
qu'auparavant, nous étions limités
à des capacités de 3 200 N.m, indique
Pierre Chalandon. Il en a été
de même pour les machines de traction,
avec une nouvelle machine de
600 kN ».
Aujourd'hui, l’activité « ingénierie des
assemblages » du Cetim confirme
sa stature industrielle, en particulier
avec d’ici fin d’année 2013 la présence
d’un bras articulé couplé à
une visseuse, qui permettra pré-valider
des gammes industrielles.
Le banc de serrage grande capacité
(10 000 N.m) et haute vitesse (500
tours/minute) donne la possibilité de
caractériser et de qualifier les éléments
filetés. Il supporte un effort
de 1 300 kN et une température de
150 °C. Le système permet de mesurer
et/ou déterminer une ou plusieurs
caractéristiques du serrage,
et notamment les coefficients de
frottement ainsi que la tension réellement
introduite dans la vis.
La machine de traction 600 kN est
quant à elle destinée à la caractérisation
mécanique des assemblages
soudés, vissés, rivetés, mais aussi
des assemblages complets (pièces
et sous-ensembles). Elle permet
ainsi de vérifier la conformité aux
normes ou le respect de caractéristiques
mécaniques pour des besoins
spécifiques. Elle supporte des essais
à des températures extrêmes allant
de -70°C à 250°C et un chargement
de 600kN. Elle sera également utilisée
pour valider le dimensionnement
de l’assemblage par corrélation des
essais et des calculs, avec mesure
de déformation sans contact (cor-
Banc de serrage de grande capacité
Machine de traction
rélation d’images) ou avec contact
(instrumentation).
Pas d'équivalent en France
La stratégie consiste à équiper ce nouveau
laboratoire de moyens d'essais
permettant d’assembler des éléments
plus volumineux et de s'adapter aux
besoins des industriels. Il s’agit notamment
d’un banc de serrage grande
capacité 10 000 N.m et haute vitesse,
d’une machine de traction 600 kN et
d’un équipement de mesure de déformation
sans contact. Associé à l’expertise
du Cetim dans le domaine, il
représente un ensemble de moyens
et de compétences pointues pour caractériser
et valider les assemblages
vissés, toujours plus complexes et normalisés,
et sans équivalent en France
; « certes, de grands constructeurs,
notamment dans l'automobile comme
PSA, disposent de moyens d'essais
comparables, avec la même philosophie,
mais pas avec de telles capacités
».
Le laboratoire s’adresse aux industriels
qui conçoivent des équipements
à composants multiples assemblés
mécaniquement et qui doivent s’assurer
de leur performance, de leur fiabilité
ainsi que de leur conformité aux règles
de l’art et aux normes en vigueur. Il leur
permettra de caractériser ces assem-
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 28

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
blages pour valider leur performance,
leur dimensionnement via la corrélation
essais / calcul, alimenter les outils
de simulation, ou encore contrôler leur
qualité à réception.
Les nouveaux équipements élargissent
considérablement le champ d’action
des essais. Le domaine d'action
du Cetim est avant tout consacré à
la France et à son industrie. Mais le
centre ne s'interdit pas de travailler
hors des frontières lorsqu'il y est sollicité,
« au cas par cas, même si cela reste
encore marginal », concède Pierre
Chalandon. Les domaines d'application
concernent avant tout l'énergie,
comme le nucléaire et l'éolien, mais
également les transports (automobile,
aéronautique et spatial, ferroviaire...)
ainsi que tous types d'industries ; «
En associant l’ensemble des compétences
du Cetim,nous répondons à
un large spectre de clients comme la
manutention et le levage, les engins
de chantier, le biomédical, la micromécanique,
allant de la petite visserie à
la grosse pièce pour le maritime par
exemple ».
Répondre à de nouveaux enjeux
Il faut dire que les enjeux ont bien évolué
: le cœur de métiers d'un nombre
croissant d'industries est devenu l'assemblage,
donnant par la même occasion
un coup d'accélérateur à la
gestion du multi-matériaux. Les questions
de robustesse alliées à celles
des augmentations de cadences dans
un contexte « ultra-concurrentiel »
(notamment dans l'aéronautique)
occupent aujourd'hui l'essentiel des
préoccupations des industries, ellesmêmes
devenues pour beaucoup des
assembleurs. Ainsi cette tendance
soulève de nouveaux enjeux de compétitivité,
faisant la part belle aux éditeurs
de d'outils de simulation et de
modélisation. En effet, l'optimisation
du dimensionnement via des outils industriels
et numériques est au centre
des stratégies d'entreprise. Stimulé
par la part croissante de matériaux
composites dans l'industrie, l'assemblage
multi-matériaux soulève de nouvelles
questions, la plupart liées à la
méconnaissance des composites par
rapport à l'acier ou aux métaux dits traditionnels.
Si l'aéronautique possède
une avance dans le domaine, il est difficile
de reprendre les connaissances
en tant que telles ; bien souvent, les
développements dans l'aéronautique
en matière de compatibilité électromagnétique
(CEM), de couplage galvanique
ou d'acoustique par exemple,
ne sont pas applicables dans le reste
de l'industrie ou dans d'autres produits
que des avions ! « Ainsi des verrous
technologiques subsistent dans le domaine
des matériaux composites. Le
Cetim y travaille puisqu’il en est un acteur
historique aujourd’hui pleinement
intégré dans Technocampus EMC2
.Notre force est donc d’associer étroitement
des spécialistes tant en matériaux
composites qu’en assemblages
mécaniques, assemblages thermo-soudés
ou encore assemblages
collés-chimiques.». De quoi prendre
les enjeux présents et à venir à bras
le corps.
Olivier Guillon
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 29

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Reportage
Immersion dans la R&D
de l’Institut de Soudure
Organisées par le Club Laser Procédés et l'Institut de Soudure, les Journées nationales des Procédés
laser pour l'industrie (JNPLI) se sont déroulées dans les locaux de l'Institut de Soudure à Yutz, en Moselle.
À cette occasion, Essais & Simulations s'est rendu dans le département consacré à la recherche
et a pu constater l'importance des équipements d'essais de l'Institut de Soudure, venant appuyer des
prestations et des études uniques en France et parfois même en Europe.
Avant d'entamer à travers les pages
de ce numéro d'Essais & Simulations,
dont l'un des dossiers concerne la
place des essais dans l'élaboration
de nouveaux matériaux, il paraît important
de rappeler quelques généralités
à propos de l'Institut de Soudure.
Rassemblant sur une trentaine
d'implantations (en France principalement,
plus neuf à l'étranger et DOM-
TOM) un millier de collaborateurs, le
Groupe Institut de Soudure s'adresse
à environ 8 000 clients pour un chiffre
d'affaires de plus de 96 M€ (en 2012),
et dont 18% est effectué à l'international.
Son savoir-faire concerne les
matériaux et leur comportement,
les technologies d'assemblage, les
contrôles non destructifs (CND) ainsi
que la réglementation sous pression.
Les solutions proposées vont de la
mise en conformité des constructions
à l'amélioration des techniques de
soudage et de la fabrication soudée,
la durée de vie des installations, la
réduction des temps de production et
de maintenance, et autres problématiques
qui, mises bout à bout, entrent
dans la spirale du casse-tête habituel
de l'industriel.
Des essais au cœur de la recherche
La recherche et développement de
l’Institut de Soudure est répartie sur
trois sites en Lorraine : Yutz, Goin
pour le procédé FSW et Saint Avold.
Le laboratoire de recherche de Yutz
comporte deux bâtiments. Le premier
abrite les activités d'assemblage et de
contrôle non-destructif. C'est ici que
reposent d'importants moyens laser
comme cette machine REIS récemment
installée (depuis la fin 2012).
Celle-ci est capable d'atteindre des
vitesses d'exécution de 90 mètres/
minute et d'effectuer des rotations
de 650° à 750°/seconde. « Cette machine
bénéficie de degrés de liberté
élevés grâce à la fibre optique directement
intégrée dans le bras », indique
Fabrice Scandella, Fellow Matériaux/
Procédés à l'Institut de Soudure. D'un
montant de près d'1M€, cet équipement
permet d'obtenir une précision
hors du commun (étant donné ses
dimensions) de 1/100e de millimètres
grâce à ses moteurs linéaires. L’Institut
supérieur européen de l’entreprise
et de ses techniques (Iseetech) ainsi
que le Feder, l’État, le Conseil régional
de Lorraine et le Conseil général de la
Moselle ont contribué au financement
de certains de ces équipements.
Le second bâtiment abrite la plateforme
Mécanique-Corrosion de Yutz.
Celle-ci rassemble tous les équipements
nécessaires pour élaborer les
essais dans le domaine, qu'il s'agisse
des machines de fatigue et de fluage,
des bancs de test et un laboratoire de
corrosion. Les équipements en question
sont à l'image de la politique d'investissement
de l'Institut de Soudure
dans ses moyens de caractérisation :
un parc de huit machines de fatigue
d’une capacité de 10 à 1 600 kN, sur
une plage de température de -150 °C
à 1 000 °C, un parc de cinq machines
de fluage qui réalisent des essais
jusqu’à 1 000 °C et une dalle d’essai
de vingt-quatre mètres pour des essais
multiaxiaux jusqu’à 2 500 kN. Par
ailleurs, le département possède un
logiciel de détermination de nocivité
de défaut Crackwise, des centrales
Essai de fatigue sur des rails
d’acquisition de mesure statiques
et dynamiques (au total, cent-quarante
voies de mesures), des stations
de mise en pression répétée de 20
bars, une chaîne de mesures électrochimiques
et des réacteurs pour des
essais de corrosion jusqu’à 300 bars
et 400 °C.
Ici sont testés, entre autres, des prototypes
pour des clients industriels
tels que l'industrie ferroviaire (rails,
appareils de voie et voitures) sur un
banc de grandes dimensions installé
sur un coussin d'air et pouvant accepter
une charge totale de 70 tonnes.
« Nous testons également, dans le
cadre de projets de recherche, des
structures mécano-soudées représentatives
de structures réelles telles
que des balanciers of flèches de pelleteuses,
ou de dispositifs de levage,
souligne Fabrice Scandella. L'objectif
est de développer des techniques
novatrices permettant d'augmenter la
durée de vie des structures soumises
à la fatigue ».
Le contrôle non destructif : un savoir-faire
inhérent à l'institut
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 30

ANR-11-CNRT-02
Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Les activités de la plateforme CND se
déploient sur deux sites : à Yutz pour
la partie Maintenance industrielle et à
Saint-Avold Porcelette pour la partie
Composites à travers la société Composite
Integrity, société commune
du Groupe Institut de Soudure et du
PPE (Pôle de plasturgie de l’Est). La
plateforme Contrôles non destructifs/
Maintenance industrielle développe
les méthodes de contrôle et de monitoring
adaptées à la surveillance des
installations en service et au suivi de
leur vieillissement (contrôle à chaud,
contrôle sans contact, contrôle global,
contrôle de géométries complexes…).
La structure Composite Integrity propose
quant à elle des prestations de
services et de développement en
contrôles non destructifs dans le domaine
des matériaux composites. La
société met en œuvre une gamme
exhaustive de techniques innovantes.
La plateforme CND propose une multitude
de prestations allant du contrôle
de zones dites inaccessibles, de
pièces de géométrie complexe ou de
matériaux complexes (anisotropes,
hétérogènes), à l'automatisation et
l'optimisation des opérations de CND
(grâce à la simulation numérique
par exemple), la surveillance des
installations en fonctionnement, en
passant par des prestations sur les
composites techniques et le développement
de la connaissance et de la
recherche sur la caractérisation des
structures aéronautiques composites
de grandes dimensions. Enfin, l'Institut
de Soudure est capable de définir
des solutions pour un contrôle non
destructif rapide en phase de maintenance.
Les moyens de CND sont
multiples : contrôle à chaud, contrôle
sans contact, contrôle global (émission
acoustique, ondes guidées…),
déflectométrie, shearographie, ultrasons
jets d’eau ou ultrasons mono et
multi-éléments...
Des essais en environnement assurés
en France et à l'étranger
En matière de contrôles destructifs,
l'Institut de Soudure dispose d'importants
équipements, mais pas spécialement
à Yutz. Depuis 2008, une
plateforme essai matériaux (PEM) se
trouve à Villepinte (Seine-Saint-Denis)
et s’étend sur 800 mètres carrés.
Accréditée Cofrac, celle-ci réalise des
essais mécaniques (de traction notamment),
des analyses chimiques,
des essais métallographiques sur les
matériaux et les assemblages. Autres
implantations, les laboratoires de
Port-de-Bouc (Bouches-du-Rhône) et
de Corbas (Rhône-Alpes), consacrés
aux essais mécaniques et métallographiques.
Enfin, une plateforme cette
fois orientée vers la corrosion est située
à Bangkok (Thaïlande). Inaugurée
en 2001, et baptisée IS Industrie
Thailand (Thailand), cette plateforme
de dernière génération permet de réaliser
des essais de résistance à la fissuration
par l’hydrogène (HIC) et à la
fissuration sous contrainte (SSC) en
milieu H 2
S.
Olivier Guillon
Innovation simulation
Votre développement produit maîtrisé et optimisé
Nouvelles fonctions produit, réduction des coûts et des phases de
développement, intégration mécanique, électronique, informatique :
Avec le projet Capme’up, Cetim, IFPEN et CEA List allient leurs
compétences en simulation, essais sur bancs et expertises métiers
et offrent pour tous un choix de solutions adapté à vos besoins :
P Dimensionnement de système complexe
P Prédiction de Performance
P Comparaison de solutions technologiques, prototypage & tests virtuels
P Développement et vérification de lois de contrôle et commande
P Intégration de fonctions de surveillance en fonctionnement
Trois instituts Carnot en synergie pour concrétiser les projets d’innovation des PME et ETI
1305-010
Hélène Determe
Tél. : 03 44 67 36 82
sqr@ cetim.fr
CAP M E U P
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 31

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Retour d'expérience
Simuler, quand les mesures sont impossibles
Les températures extrêmes des hauts fourneaux limitent les mesures durant certaines phases du processus
de coulée de la fonte ; c’est pourquoi TRB s’est tourné vers la simulation, notamment au niveau
des couvercles de rigoles de hauts fourneaux.
Les hauts fourneaux, dans lesquels le
métal liquide atteint les 1 500°C, constituent
des environnements où toutes
les précautions sont prises afin de protéger
les hommes et les équipements.
En particulier des projections, lorsque
la fonte liquide s'écoule à l'extérieur du
haut fourneau au travers d’une rigole.
Celle-ci est donc recouverte en grande
partie d'un couvercle composé d'une
tôlerie en acier et d'une couche interne
en béton réfractaire. Le béton subit
des chocs thermiques et est exposé à
la corrosion ainsi qu'à l'érosion ; ceci
conduit à une durée de vie moyenne
de l'ordre du mois, et à son remplacement
régulier. Il est donc avantageux à
la fois d'améliorer la longévité de cette
couche de béton et de réduire son coût
de fabrication.
Coupe transversale d'une rigole (deux
couches de béton) surmonté d'un toit (une
seule couche de béton). La température du
métal fondu (non-représenté) est imposée
sur la zone centrale, surmonté d'une cavité
fermée d'air. Les résultats de simulation
montrent que la convection naturelle intervient
dans le transfert de chaleur dans l'air
jusqu'à cinq minutes, et qu'au-delà, c'est la
conduction qui est prépondérante.
La difficulté est d'accéder à des mesures
précises des agressions subites,
notamment thermiques. C'est
l'intérêt des simulations réalisées avec
Comsol Multiphysics et son module
Heat Transfer. La rigole est schématiquement
constituée de deux types
de béton réfractaire : le premier est
en contact avec le métal en fusion et
Vue d'un haut-fourneau au niveau du trou de coulée. On note la présence d'un toit de rigole au premier
plan.
sert de couche d’usure, le second fait
office de couche de sécurité. C'est
aussi le constituant du couvre rigole,
en contact simplement avec l'air situé
au-dessus de la fonte liquide.
Bonne corrélation entre les mesures
prises et la théorie
La simulation sous Comsol reprend
l’ensemble des étapes effectuées
dans la réalité. La première consiste
à préchauffer la rigole (afin d’éviter les
chocs thermiques lors de la premiére
coulée) aux environs de 500°C. La
phase suivante reprend les cycles de
vidanges du haut fourneau : 75 minutes
d’écoulement de la fonte liquide
au travers de la rigole et 75 minutes
de convection libre au sein de celle-ci
durant le bouchage du haut fourneau.
En vingt-quatre heures, la température
simulée de l'air en contact avec le
Thermogramme de la
partie interne d'un toit
de rigole (en haut) et
photographie vue sous le
même angle (en bas). La
légende de température
indique une température
maximale de 300°C.
métal liquide se stabilise aux environs
de 750°C, et celle de l'air en contact
avec le couvre rigole aux alentours
de 430°C. Sur une semaine, la température
externe simulée de la tôlerie
du couvercle atteint 80°C, ce qui est
proche de la température de 76°C mesurée
en thermographie infrarouge.
L’image thermique du dispositif venant
juste d’être retirée de la rigole indique
une distribution de température entre
200 et 300°C. On suppose que la
chute de température du béton réfractaire
due au retrait du couvercle est de
l’ordre de 100°C. Cela tend à confirmer
les données de simulation avec des
températures calculées, comprises
entre 400 et 500°C en paroi interne du
couvercle. La corrélation entre les mesures
et la théorie étant correct, il est
possible ensuite de varier les épaisseurs
et qualités de béton afin de trouver
la meilleure configuration.
Simon Chiartano,
Terres Réfractaires du Boulonnais (TRB)
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 32

Dossier Matériaux
Essais et Modelisation
Partenariat
Turbomeca opte pour la Q.series de Gantner Instruments
Le motoriste leader sur le marché international de la conception, la production, la vente et le soutien de turbines à gaz
pour hélicoptères a pris la décision de transformer complètement le site de Bordes. Son objectif est de permettre la
fondation d’un véritable pôle aéronautique centré autour des turbines à gaz grâce à la modernisation de ses installations
et particulièrement des moyens d’essai série et R&D. Ainsi, dans le cadre de la rénovation de ses bancs d’essai
turbines, Turbomeca a fait confiance à la Q.series, le système de mesures Gantner Instruments France.
Toutes les turbines sortantes des
chaînes d’assemblage passent au
banc d’essai permettant ainsi de mesurer
les performances mécaniques
et thermodynamiques d’un moteur et
d’établir les spécifications en termes
de puissance, consommation, temps
d’accélération,… Les principales les
exigences liées à ce type d’essai sont
la haute vitesse d’échantillonnage (de
centaines d’échantillons à quelques
milliers par seconde), la conversion
analogique à numérique 24 bits, pour
une mesure « de classe laboratoire »
permettant au final de viser la classe
0,1, la triple isolation galvanique (de
100V à 1200 V), ou encore le conditionnement
intégré et programmable, pour
supprimer l’étage conditionnement
analogique discret. Parmi les autres
exigences figurent la robustesse et la
modularité, la capacité à « horodater »
les données à la source et synchroniser
son horloge interne à partir d’une
source de temps de référence externe
(NTP ou IRIG)
La Q.series au banc d’essai
Des phases de validation du matériel
allant de la vérification des performances
métrologiques des modules,
de stabilité en étuve jusqu’au Benchmark
où les appareils ont été mis en
conditions réels et comparés aux
autres équipements. « Nous avons
trouvé dans la gamme Q.Series une
réponse à la fois à nos exigences métrologiques
et à notre recherche d’une
solution modulaire, nous permettant
de mutualiser le matériel d’acquisition
R&D, a indiqué le chef de projets informatique
industriel de Turbomeca.
La grande diversité des modules disponibles
et les nombreux conditionnements
proposés pour une même électronique,
nous permettent de toujours
trouver une solution adaptée à nos besoins
(Q.Bloxx, Q.Staxx, Q.Brixx, etc.),
assisté en cela par les équipes BGP,
Gantner et InTest. »
Du conditionnement capteur à la
retransmission numérique synchronisée
Les conditionneurs de la Q.series sont
disponibles dans différents formats
selon où ils seront placés, les Q.bloxx
sont montés sur rail DIN dans les armoires
électriques de la salle de pilotage,
les Q.staxx (module IP65) sont
placés sur des platines près de la turbine
et les Q.brixx, module durci et mobile
là où en a besoin rapidement.. Tous
ces modules partagent les mêmes
électroniques donc les mêmes caractéristiques
et mettent à disposition les
informations sur une liaison numérique
RS485. La collecte des mesures est effectuée
par le concentrateur Q.pac qui,
muni de 4 liaisons RS485, s’occupe
de récupérer de manière synchrone
jusqu’à 10 KHz les données issues des
conditionneurs répartis sur tout le banc
d’essai. Plusieurs systèmes comme
celui-ci peuvent être ainsi connectés
ensemble, synchronisés (IRIG, NTP,..)
et envoyer via une liaison TCP/IP les
données ainsi horodatées vers la solution
logicielle de contrôle / commande
de bancs d’essais « InNova » d’InTest.
Selon le directeur technique InTest,
« Turbomeca exploite très largement
les performances de la solution InNova
/ Q.series, tant en termes de précision
de mesure que de bande passante
(mesure de classe laboratoire en
streaming rapide), validant l’adéquation
de cette architecture innovante à
l’environnement complexe et exigeant
des bancs de développement et de réception
aéronautiques. »
Solutions
Accéder à ses données de partout
Spécialisée en acquisition de données, la société Spectrum a introduit sur le marché le digitizerNETBOX. Solution
d’acquisition de données connectée à distance par liaison Ethernet conforme à la norme LXI, cet outil peut être utilisé
comme instrument de laboratoire directement connecté à un ordinateur portable ou à un PC de bureau ou monté en
Rack 19’’ connecté au réseau de l'entreprise et accessible de partout.
Destiné aux industriels et aux laboratoires
de R&D, Le digitizerNETBOX
propose divers modes d'enregistrement
et un moteur de déclenchement
extrêmement complet. Par exemple,
les deux sources de trigger externe,
ainsi que chaque voie d'entrée,
peuvent être utilisées pour produire un
déclenchement valide. Les utilisateurs
peuvent choisir de déclencher sur un
front, sur un niveau, une fenêtre, une
impulsion ou une largeur d'impulsion.
Chaque entrée de déclenchement peut
être combinée avec d'autres pour créer
des pattern conditionnels. Les modes
d'enregistrement supportés sont mono
coup (enregistrement de transitoires),
streaming (FIFO), segmenté (Enregistrements
multiples), Gated, combinaison
d’acquisitions rapides et lentes
(mode ABA). Le digitizerNETBOX est
disponible avec quatre, huit ou seize
voies d'acquisition de données entièrement
synchrones.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 33

Spécial Acquisition de données
Essais et Modelisation
Perspectives marché
S’adapter aux fortes évolutions
dues aux matériaux composites
Face à l’essor des matériaux composites, à leur diversité et de la complexité de leur structure, les
industriels sont confrontés à un problème évident de gestion de données à la fois plus lourdes, plus
nombreuses et plus complexes. Les éditeurs redoublent donc d’efforts pour mettre au point des solutions
toujours plus puissantes sans pour autant omettre l’aspect essentiel, celui de la convivialité et de
la simplicité d’utilisation de l’outil logiciel.
L’industrie, tous secteurs confondus
(l’aéronautique, l’automobile et l’énergie
en tête), se trouvent aujourd’hui
face à l’utilisation d’informations portant
sur des matériaux de plus en plus
complexes. La raison ? La croissance
importante – voire l’explosion dans des
filières comme l’aéronautique – de l’utilisation
des matériaux composites. Or
leurs compositions sont très diverses
d’un secteur à l’autre ; surtout, le recours
à des matériaux nés d’alliages
multiples pose le problème d’une méconnaissance
totale ou relative de leur
comportement et donc d’un manque
d’anticipation par rapport aux matériaux
« classiques » et métalliques ou
isotropes. « Or il est essentiel de savoir
jusqu’où nous pouvons aller avec ces
matériaux et quelles limites en termes
de température et d’hygrométrie par
exemples il est possible d’atteindre ;
d’autant que leurs conséquences en
la matière peuvent être plus fortes que
pour des matériaux tels que l’acier
ou l’aluminium », souligne Olivier
Tabaste, directeur de la business unit
dédiée au life cycle management au
sein de MSC Software. L’éditeur, qui
a démarré cette activité depuis déjà
de nombreuses années, s’était déjà
beaucoup penché sur les questions de
gestion de données. Mais depuis juin
dernier, MSC Software met les bouchées
doubles en lançant sur le marché
une nouvelle gamme étendue de
solutions logicielles qui s’appuient sur
l’architecture de gestion de données et
de process (aspect simulation) et tout
particulièrement sur les données relatives
aux matériaux.
Il faut dire qu’outre la méconnaissance
encore importante du comportement
de ces matériaux nés de développements
trop récents s’ajoute le problème
des limites de chargement ainsi
que l’incapacité de mesurer leur utilisation
; « nous avons absolument besoin
de virtualiser le comportement des matériaux
composites et de les mesurer.
Or cela implique des coûts de certification
et de validation infiniment plus
élevés en raison de leur complexité et
des volumes d’informations de plus en
plus importants ». C’est le cas tout particulièrement
dans l’aéronautique mais
pas seulement ; la production d’énergie,
notamment dans la production
d’éoliennes, ainsi que les équipementiers
automobiles commencent à leur
tour à être confrontés aux mêmes problèmes.
« Et ce n’est qu’un début ! Les
limites de connaissance en la matière
et dans la mesure des comportements
freineront de plus en plus la mise en
œuvre de la production. Ce n’est encore
pas le cas dans l’automobile mais
l’émergence des composites dans les
pièces structurelles d’un véhicule impose
de prendre en compte ces questions
du fait de leur production [future]
massive ».
Il est essentiel pour bien accompagner
la croissance de ces nouveaux matériaux
dans l’industrie d’être en mesure
de traiter des paramètres désormais
plus nombreux sur le comportement
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 34

Spécial Acquisition de données
Essais et Modelisation
d’une pièce en plastique ou en caoutchouc.
« Or ces informations, nous ne
pouvons pour le moment les obtenir
directement ; on doit procéder au préalable
à des essais. De là, une fois les
valeurs obtenues sur les courbes, on
doit les extraire et en dériver les informations.
Par exemple, si l’on procède
à des essais sur un matériau à travers
un échantillonnage comprenant cent
éprouvettes, et que nous obtenons autant
de résultats différents, cela pose
un problème de précision et d’uniformisation
de valeur. Nous avons besoin
d’une seule et unique valeur, la plus
précise possible », rappelle Olivier
Tabaste. Ainsi, on effectue des essais,
on stocke les données et on les analyse
pour en tirer des valeurs ; ce qui
implique d’être capable de tirer des
informations brutes, de les traiter et
de les analyser pour les convertir en
données utilisables. On a besoin de
savoir d’où viennent ces données et
en sortir une valeur juste (ou la plus
juste possible) dans laquelle les utilisateurs
auront confiance. Ce critère de
confiance ne peut être établi qu’après
des essais de vérification faisant entrer
la valeur dans un cycle d’approbation.
C’est pourquoi la tâche est longue et
fastidieuse, et les outils logiciels sont là
pour automatiser les process et rendre
la gestion de données plus simple et
plus rapide.
Une gamme dédiée aux matériaux
Développée chez MSC Software, la
nouvelle gamme MaterialCenter s’appuie
sur la technologie SIM Manager.
Et si le nom est différent des appellations
habituelles (SIM…), c’est parque
les deux outils peuvent être utilisés
de façon indépendante. Ce système
comprend un serveur, une base de
données et un système de stockage
de données lourdes. L’un des objectifs
essentiels auxquels l’éditeur a dû
répondre en priorité est de permettre
à l’utilisateur de rechercher rapidement
une information compatible avec son
application, d’effectuer une requête
simple sur une interface légère. Une
fois l’information trouvée, l’utilisateur
doit être sûr que celle-ci a déjà été validée
et que la valeur peut être utilisée
en toute confiance. Enfin, la plateforme
se devait absolument d’être collaborative
et accessible par des utilisateurs
de différents métiers et différentes
fonctions au sein de l’entreprise. Pour
les utilisateurs d’autres outils MSC, la
migration des informations est possible.
Concrètement, on crée un conteneur
d’informations et un schéma composé
de tiroirs. L’utilisation est simple
puisqu’il suffit de se connecter au serveur
et définir une liste de données à
stocker. Différents utilisateurs n’auront
pas le même degré d’accès – en fonction
de leur fonction – mais les visiteurs
moins privilégiés ont toutefois la
possibilité d’importer des informations,
lesquelles peuvent entrer dans une démarche
de validation afin d’être à leur
tour utilisées pour d’autres requêtes.
Un autre utilisateur peut ainsi s’en servir
voire les diffuser et échanger librement.
De nouvelles contraintes à affronter
Selon Olivier Tabaste, les verrous
technologiques ne résident plus vraiment
dans la gestion de données en
tant que telle. « Nous nous efforçons
de toujours nous adapter aux besoins
exprimés par les industriels, et ce en
permanence. » Le plus grand défi se
présente plutôt au niveau des besoins
de caractérisation sur des matériaux
de plus en plus complexes ; comme il
l’a été évoqué plus haut, la déferlante
des matériaux composites, leur diversité
et la complexité des structures
nécessitent la gestion de données et
d’informations bien plus denses et volumineuses,
d’autant que les connaissances
liées au comportement de ces
dits matériaux lors des phases d’essais
sont loin d’être totalement acquises.
L’autre « challenge » des entreprises,
et donc des éditeurs de logiciels, est
cette fois d’ordre juridique. Le problème
se pose quant à la possibilité
d’incorporer les aspects légaux dans
la gestion de données, à l’exemple de
l’assemblage qui implique désormais
de respecter les mesures émises par
les législateurs, à travers le règlement
REACH en Europe ou MSDS aux Etats
Unis, et qui s’imposent aujourd’hui aux
industriels. Par exemple, les équipementiers
de l’automobile vont désormais
être obligés de satisfaire les réglementations
à la fois européennes
et américaines, lesquelles se montrent
de plus en plus contraignantes. Obligés
de se conformer à de plus en plus
d’interdits et de règles, ils risquent dorénavant
de voir les grands donneurs
d’ordres – qui n’occupent bien souvent
plus qu’une fonction d’assembleurs
– se retourner contre eux en cas de
manquement aux réglementations en
cours. « Les équipementiers devront
être capables de se maintenir face à
une pression plus forte, ce qui implique
pour eux de se doter de moteur de recherche
et de rapport suffisamment
puissants pour toujours être conformes
à la loi ».
Olivier Guillon
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 35

Spécial Acquisition de données
Essais et Modelisation
Cas d'application
Coup de jeune sur le système d'acquisition
d'une soufflerie
Dans le cadre de la rénovation du système d’acquisition de données d'une soufflerie climatique, la
société Nérys a choisi d'utiliser une architecture distribuée de valises de mesure intégrant chacune un
système NI CompactRIO. Cette solution développée par National Instruments permet une centralisation
des données au niveau du PC superviseur, en utilisant le logiciel Vasco standard ainsi que des
développements spécifiques.
La Soufflerie climatique d’Île-de-
France met à disposition de ses
clients, principalement dans le secteur
automobile, une veine d’essai dans laquelle
certaines caractéristiques des
véhicules peuvent être testées (refroidissement,
chauffage, aéraulique…).
La nécessité d’augmenter le nombre
de voies de mesure et leur fréquence
d’acquisition, l’intégration de voies numériques,
et la mise à jour matérielle et
logicielle ont motivé la conception et la
mise en œuvre d’un nouveau système
de mesure.
Quatre valises de mesure pour une
modularité maximale
Les essais réalisés peuvent nécessiter
un nombre de voies très variable et
lorsqu’une voiture est en essai, celle de
l’essai suivant doit pouvoir être préparée
et instrumentée, ce qui permet de
gagner du temps. Le matériel d’acquisition
devant donc être très adaptable,
la solution retenue est d’avoir un système
d’acquisition distribué composé
d’un poste fixe dans la salle de supervision
et de quatre systèmes mobiles
indépendants, destinés aux véhicules.
Ces systèmes devant être fréquemment
déplacés, nous avons décidé
de les intégrer dans des valises industrielles
et étanches, ce qui permet
également un rangement aisé, par
exemple dans le coffre du véhicule. En
fonction du nombre de voies nécessaires
à l’essai et au suivant, il est possible
d’utiliser de une à quatre valises
pour instrumenter les véhicules. Les
valises de mesure ont été conçues et
intégrées par Nérys.
À l’intérieur des valises, les borniers
des modules d’acquisition sont câblés
sur des connecteurs situés sur
les flancs des valises. Des torons de
câbles sont connectés sur les valises
et à leur autre extrémité aux capteurs
thermocouples, aux sorties tension des
appareils ou à la prise diagnostique du
véhicule pour la communication numérique.
Nous avons choisi d’utiliser le
CompactRIO, pour son autonomie. Un
châssis est installé dans une baie de la
salle de supervision et dans chacune
des quatre valises.
Un grand nombre de mesures de
tension, de température et numériques
Le CompactRIO de la baie gère 64
entrées tension. Chaque valise permet
l’acquisition de 16 voies tension
et 64 voies thermocouple type K. Par
ailleurs, deux des quatre valises sont
équipées de cartes permettant de récupérer
les informations qui circulent
sur le bus du véhicule, suivant le protocole
normalisé OBD 2 (92 voies) ou
via un fichier de type DBC (jusqu’à
250 voies). Le PC de supervision doit
également récupérer, via une DLL, une
vingtaine de données provenant d’un
autre équipement. De plus, en fonction
de l’essai à réaliser, il peut être nécessaire
de définir des voies de calcul :
puissance, vitesse, rendement… Cette
architecture, à base de CompactRIO,
permet d’acquérir simultanément
jusqu’à 750 voies en essai.
L’acquisition tension est réalisée à 100
Hz, et les acquisitions température
et DLL à 2 Hz. Les voies numériques
sont également acquises à 2 Hz, mais
la fréquence de communication sur
le bus CAN rapide est de 500 kHz.
La plage de tension en entrée est de
0 à 300 V (prévue pour les véhicules
électriques). Des modules NI 9206 ont
été sélectionnés pour leur précision et
un pont diviseur de tension est placé
en amont de chaque voie de chaque
carte. Les ponts diviseurs ont été regroupés
sur un circuit imprimé et comportent
chacun un interrupteur pour
activer ou non le pont, ce qui permet
une plus grande flexibilité du système
par rapport aux signaux d’entrée. Pour
les signaux à 300 V, un pont diviseur
supplémentaire est à connecter à l’extérieur
de la valise.
De multiples PC : configuration, supervision,
suivi et post-traitement
Pour ce qui est de l’architecture logicielle,
la suite logicielle Vasco, intégralement
développée par Nérys sous
LabVIEW, est mise en œuvre. La configuration
d’un essai est généralement
réalisée en atelier lors de la préparation
et de l’instrumentation du véhicule.
Elle est cependant accessible à
tout PC du réseau sur lequel Vasco est
installé.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 36

Spécial Acquisition de données
Essais et Modelisation
National Instruments
repense son CompactRIO
Alors que bon nombre d'entre nous étions sur les bords d'une
plage ensoleillée, les équipes de National Instruments préparaient
activement les nombreux lancements de la rentrée.
Parmi les nouveautés de l'entreprise texane, le contrôleur
cRIO-9068, qui, bien qu'entièrement repensé, garantit une
parfaite compatibilité avec la plate-forme NI CompactRIO
existante aussi bien au niveau de NI LabVIEW que des E/S.
S'appuyant sur l'architecture LabVIEW RIO (E/S reconfigurables),
le nouveau contrôleur CompactRIO permet d'accomplir
toutes les tâches de contrôle et de surveillance embarqués
tout en respectant les contraintes de coûts et de temps
de développement. Les ingénieurs et scientifiques du monde
entier utilisent la plate-forme CompactRIO pour construire
des systèmes capables d'éteindre des incendies à bord
des avions cargo, de générer de l'électricité grâce au vol de
cerfs-volants attachés par un câble et de déverser avec précision
20 tonnes de béton frais.
L’essai est géré par le PC fixe de supervision (équipé de
deux écrans pour le confort d’utilisation) mais peut également
l’être d’un PC portable (si des essais doivent être réalisés
chez un client par exemple). Un poste de suivi client
permet de suivre l’essai en temps réel. Cela est également
possible avec le PC portable, configuré de manière adéquate,
pour suivre l’essai depuis l’intérieur du véhicule par
exemple.
Dans un souci de confidentialité des données, le poste de
suivi client n’a accès qu’aux données relatives à l’essai en
cours et aux informations autorisées par le superviseur. À
la fin de l’essai, une boîte de dialogue permet d’effacer ou
non l’ensemble des données Vasco enregistrées au cours
de l’essai.
Concernant l’acquisition centralisée des données, le principe
est le suivant : chaque CompactRIO est connecté au
réseau banc et écrit dans des variables partagées qui sont
lues par le programme qui est exécuté sur le PC de supervision.
Il n’y a pas de synchronisation entre les CompactRIO,
c’est l’horodatage du PC qui est utilisé. Certaines
parties du code développé pour les CompactRIO ont été
déportées sur le FPGA. Un essai est cadencé par différentes
séquences composées d’agencements et de points
de fonctionnement. Il est possible d’en valider un, d’en
ajouter, d’en supprimer ou d’en modifier pendant l’essai.
Plusieurs types d’enregistrements
Au lancement d’un essai, les paramètres équipement spécifiques
(nom du client, référence du véhicule, modèle…)
sont automatiquement enregistrés. Les données sont enregistrées
sous plusieurs types de fichiers : les données
brutes acquises, les données moyennées sur une seconde,
les points de fonctionnement (enregistrement d’une unique
valeur moyennée par voie à un moment précis) et le fichier
servant au rafraîchissement des données affichées sur une
page web sécurisée.
Au cours de l’essai, si l’enregistrement est en cours, l’utilisateur
a la possibilité de noter des événements qu’il aurait
remarqués, et qui sont ensuite intégrés dans le fichier de
données résultat. Après un essai, si des voies de calculs
sont modifiées dans la configuration, il est possible de recalculer
les voies en question. Il est également possible, en
passant par un exécutable, de fusionner plusieurs fichiers de
données ensemble.
Importance de la gestion des défauts
Le nombre de voies utilisées au cours d’un essai pouvant
être relativement important, une fonction permet de remplacer
les données d’une voie défectueuse par celles d’une
voie dont les données sont correctes. Cela s’avère utile par
exemple lorsqu’il y a un fil brisé sur un thermocouple, et que
cette valeur (qui est alors la plage haute de mesure du thermocouple
et non pas la valeur réelle) est un paramètre d’entrée
d’un calcul.
L’état de la connexion entre le PC de supervision et les CompactRIO
est affiché dans une fenêtre qui apparaît automatiquement
si une perte de connexion est survenue. Si, au
cours de l’essai, une voie passe en alarme, des indicateurs
lumineux en informent les utilisateurs. Ces informations
mises à jour en temps réel permettent aux utilisateurs de réagir
rapidement. L’utilisation de cette architecture modulaire
permet d’adapter l’essai aux besoins propres à chaque client
tout en préparant l’essai également spécifique du client suivant.
Florent Duvinage (société Nérys)
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 37

L’interview
Entretien
Bernard Larquier – BEA Métrologie
>> Directeur BEA Métrologie et trésorier du Collège Français de Métrologie (CFM)
Essais & Simulations
Pouvez-vous vous présenter en
quelques mots, ainsi que l'association
à laquelle vous appartenez ?
du CFM et du Congrès. Il préside aussi
le comité d'organisation ; ce comité
est la cheville ouvrière du Congrès
International de Métrologie. Un comité
scientifique le soutient dans le choix
des conférences.
Bernard Larquier
Le Collège Français de Métrologie est
une association dont les vocations
multiples sont basées sur la diffusion
des informations technologiques et des
moyens pour les applications industrielles.
Outre le Congrès International
de Métrologie, l'association organise
des journées techniques qui ont pour
thèmes les incertitudes de mesure, les
moyens de mesure tridimensionnelle,
la mise en pratique des techniques
d'étalonnage etc. Nous réalisons également
des guides et des ouvrages
destinés à améliorer les techniques
de mesure, l'organisation de la formation
dans ce domaine, mais aussi
pour mener à bien un audit ou acquérir
des pratiques de base. Une dizaine de
guides ont été publiés à ce jour. Enfin,
le CFM fait naturellement office de lieu
d'échanges de bonnes pratiques et de
retours d'expérience.
Quant à moi, je dirige une société de
prestations de mesure qui s'appelle
BEA Métrologie et qui se situe dans la
région bordelaise. Bordeaux est lieu
important pour le Congrès International
de Métrologie, le temps fort de
l'association, puisque la première édition
s'y est tenue il y a tout juste trente
ans. Pour le rendre géographiquement
plus accessible aux participants, le
Congrès a désormais lieu uniquement
à Paris. Je participe au comité d'organisation
du Congrès depuis 1998 – je
suis membre de l'association depuis
1995. Aujourd’hui, je préside pour la
première fois l'événement. Le président
change régulièrement mais il a
toujours une très bonne connaissance
Justement, quels seront les moments
forts de cette nouvelle édition
?
Pour la deuxième fois, le congrès (qui
a lieu tous les deux ans) se tiendra en
parallèle du salon Mesurexpovision
(composante du salon Enova Paris
qui comprend le Carrefour de l'électronique,
Mesurexpovision & Village Métrologie,
Opto et RF&Hyper – NDLR).
Depuis près de deux ans – dès la fin
de la précédente édition – nous travaillons
sur l'organisation de cette nouvelle
édition. Sur plus de 200 propositions
de conférences, nous en avons
retenu 180, à la fois sous forme orale
et affichée (à travers des posters).
Cette sélection de conférences, c'est
le cœur du Congrès. L'objectif étant
de permettre durant quatre jours à des
industriels et des chercheurs de partager
leurs connaissances. Nous espérons
pour les 30 ans du Congrès (qui
abritera le Village de Métrologie et une
soixantaine de sociétés exposantes),
passer la barre des mille congressistes
issus d'une quarantaine de pays.
Comment a évolué ce Congrès dans
son contenu depuis trente ans ?
Le Congrès International de Métrologie
est aujourd’hui davantage orienté sur
les échanges entre scientifiques et industriels.
Au départ, et ce durant une
vingtaine d'années, les présentations
et les interventions étaient d'ordre
scientifique ; il faut dire que les acteurs
de la recherche fondamentale sont
souvent plus volontaires pour proposer
des conférences. Or on s'éloignait
de plus en plus des industriels. C'est
pourquoi nous avons décidé de créer
des tables rondes depuis les quatre
dernières éditions. Et cela marche bien
en raison de leur portée sur les applications
industrielles. De plus, les interventions
– qu'elles soient orales ou affichées
– sont équitablement réparties
entre des thèmes scientifiques et des
cas industriels. Enfin, en termes de calendrier
des conférences, nous avons
permis aux visiteurs – et tout particulièrement
aux industriels qui ont souvent
moins l'occasion de se déplacer toute
la durée du salon – de ne venir qu'un
ou deux jours en se focalisant toute
une journée sur un thème en particulier.
Un thème n'est donc plus réparti
sur les quatre jours du Congrès.
Quels thèmes seront abordés à
l'occasion du Congrès de Métrologie
2013 ?
Les thèmes sont extrêmement variés.
Notre volonté est de couvrir l'ensemble
des domaines de la mesure que l'on
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 38

L’interview
peut trouver dans l'industrie, y compris
les domaines de métrologie plus particuliers
comme la métrologie sensorielle.
La grande tendance aujourd’hui
concerne essentiellement la métrologie
dans le secteur de la santé. Les
questions de sécurité dans la santé,
le management des risques et, d'une
manière générale, la métrologie dans
le médical (qui fera l'objet d'une table
ronde), occupent une place croissante
dans les métiers de la mesure. Le
secteur bouge énormément, d'autant
que les laboratoires d’analyses et de
biologie médicale devront très prochainement
être accrédités. Autre secteur
en pleine croissance cette année, celui
de l'agroalimentaire. Une table ronde
sur la traçabilité des produits agroalimentaires
(de la récolte à l'emballage
en passant par l'élevage) aura lieu et
montrera le rôle primordial de la mesure
et les outils technologiques associés.
Des domaines traditionnels
comme l'électrique et la mécanique
seront également représentés ; ces
deux secteurs sont le cœur historique
du Congrès.
Quelle place occupe la question du
recrutement au sein du prochain
Congrès ?
La Mesure au cœur des Métiers est
un autre temps fort du Congrès International
de Métrologie qui se présente
comme une invitation à tous (écoles
d'ingénieurs, universités, BTS etc.) à
découvrir les métiers de la mesure.
Tous ceux qui forment à ces professions
expliqueront aux intéressés que
la mesure et les techniques de métrologie
sont essentielles aujourd’hui
et que ces métiers ont un bel avenir
devant eux. Pourtant, les industriels
connaissent, à l'image d'autres secteurs,
des problèmes de recrutement.
L'une des raisons réside dans le fait
que les professeurs parlent peu de ces
filières à leurs élèves et les orientent
davantage vers la conception. Or il est
important de maîtriser les processus
de mesure rattachés à la fabrication,
chaque étape de la fabrication étant
accompagnée de validation par des
mesures adaptées, et ce jusqu'au produit
final pour qu'il soit conforme aux
attentes du consommateur. En cas
d'accident notamment, il ne faut pas
occulter le fait que l'expertise s'intéresse
en priorité aux moyens de mesure
qui ont servi à certifier le produit
défectueux. Enfin, n'oublions pas que
les outils de mesure aident à réduire
les taux de rebuts et les coûts de revient,
et à rendre les délais plus rapides.
Où en est l'industrie dans le recours
aux moyens de mesure ?
Curriculum vitae
Nous sommes encore loin d'une
maturation. Il existe toujours un problème
de compatibilité dans le process
de fabrication ; celui-ci génère
d’ailleurs beaucoup de difficultés
avec les clients. Une des pistes majeures
pour résoudre ce problème
est la maîtrise du process de mesure,
comme cela se pratique dans l'aéronautique,
le médical sans oublier
l'automobile bien sûr ; ce secteur a
d'ailleurs été la première industrie
à réfléchir sur la mesure à grande
échelle à l'aide d'outils statistiques.
Un autre secteur (dont nous avons
parlé précédemment) nous surprend
– agréablement – beaucoup : celui
de la santé. Bon nombre de problèmes
intervenant dans ce domaine
d'activité sont souvent liés à des mesures
non maîtrisées qui peuvent
induire des erreurs de diagnostic.
Ainsi, les progrès ont été considérables
ces dernières années. Autre
secteur porteur d'innovations, celui
des nanotechnologies. Cela correspond
à un besoin évident : nous fabriquons
des choses que l'on ne sait
toujours pas mesurer ! La métrologie
a, dans ce domaine particulier, un
avenir certain. Mais dans le reste
de l'industrie, on ne constate qu'une
succession de progrès, d'améliorations
; certes intéressantes mais pas
d'innovations majeures.
Et dans le domaine des essais,
quelle place occupe la mesure ?
Le secteur des essais n'est plus fermé
à la mesure. Il est en train de découvrir
la force de la métrologie. Or
jusqu'à présent, on ne faisait uniquement
que des essais, mais lorsque
l'on réalise des essais de traction, on
a besoin de moyens de métrologie
fiables. À partir de là, on a constaté
qu'on est passé du postulat « l'essai
est validé ou il ne l'est pas » à des
conclusions moins catégoriques ;
car lorsque l'on effectue des essais
non destructifs, on pousse l'analyse
plus loin. Les organismes prennent
d'ailleurs davantage conscience de
l'importance de la métrologie dans
les essais physiques et mécaniques.
Les essais ont besoin de la métrologie
car dans chaque essai, on doit
savoir évaluer les risques associés
à l'essai, soit en interne, soit par le
biais d'un prestataire.
Propos recueillis par Olivier Guillon
Né le 24 août 1959 à Bordeaux, Bernard Larquier est ingénieur Cesti-Supmeca,
école d’ingénieur généraliste avec une dominante mécanique. Il effectue
l'essentiel de son parcours professionnel au sein de la société BEA Métrologie
qu'il a créée en 1985. Bernard Larquier est également président d’une association
aquitaine de métrologie, le Pôle Aquitain de Métrologie et est la président
d’honneur du MFQ Aquitaine (Mouvement français pour la qualité).
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 39

Dossier
Incertitudes de mesure
Préface
Maîtriser les incertitudes
en matière d’essais et de simulations
Pour nombre de lecteurs concernés par la revue Essais & Simulations, le vocable « incertitude
» reste associé à la métrologie et aux « erreurs » de mesure. S’il est vrai que cette
interprétation renvoie à une longue histoire, il convient aujourd’hui de la dépasser. En effet,
l’évolution des performances des moyens d’essais (mécaniques, climatiques,…), de mesure
(capteurs de grandeurs physiques) et de traitement de l’information (algorithmes et logiciels),
se traduit par un accroissement significatif de la « précision » des résultats expérimentaux.
Sur des sites industriels ou lors de la mise en œuvre de grands moyens d’essais, on peut
obtenir des précisions qui relevaient antérieurement du laboratoire.
Ce contexte justifie que l’estimation des erreurs de mesure devienne une préocccupation
industrielle intimement liée à la pratique de l’ingénieur.
De plus, cette problématique tend à s’écarter du domaine métrologique, par une prise en
compte de l’incertitude au sens le plus large du terme : des faibles incertitudes instrumentales
aux grandes incertitudes de prévision, en passant par les incertitudes de modélisation ou de
simulation. Cette extension conceptuelle ne va pas sans difficulté puisqu’elle nécessite de
maîtriser un ensemble de disciplines dont la réunion est loin d’être évidente : statistique mathématique, théorie des
probabilités, processus stochastiques, modélisations physique et mathématique, théories de la mesure et des modèles,
simulation numérique, etc.
Comme il serait irréaliste de vouloir traiter de manière exhaustive un aussi vaste sujet, ce dossier se limite à cinq articles
successifs dont chacun vise à illustrer un ou plusieurs aspects différents de cette problématique.
Dans les deux premiers, leurs auteurs montrent comment la mise en œuvre conjointe de plusieurs techniques permet
d’aboutir à une maîtrise efficace des incertitudes expérimentales.
Le premier article concerne la mesure d’un débit d’eau chaude réalisée dans un environnement d’accès difficile. Une
méthode de calibration précise a été mise au point en couplant des résultats expérimentaux (maquette à échelle réduite
du processus) et des résultats de simulation (code de calcul numérique).
Comme le montre le second article, la mesure de courants marins nécessite d’estimer certains facteurs d’influence à
l’aide de capteurs additionnels. Une plateforme d’étalonnage spécifique à été mise au point, permettant de valider une
procédure de correction semi-analytique des incertitudes affectant ces capteurs.
Alors que ces deux premiers articles considèrent des incertitudes gaussiennes, les deux derniers sortent de ce cadre
habituel et abordent des aspects plus théoriques.
Le troisième article réalise une transition entre ces deux parties, le respect de tolérances très étroites amenant l’auteur
à considérer des incertitudes non gaussiennes et à développer sur ces bases une méthode statistique d’estimation de
la conformité du processus de mesure de la microrugosité de pièces mécaniques.
Dans la réalité, les incertitudes relatives ne sont pas toujours faibles et gaussiennes mais distribuées suivant des lois
bornées, de même que l’effectif des observations est souvent réduit. Une approche analytique est alors impossible, ce
qui a conduit les auteurs du quatrième article à utiliser la méthode de simulation de Monte Carlo en vue d’obtenir des
résultats utiles relatifs à plusieurs distributions symétriques et bornées souvent rencontrées dans la pratique.
Le cinquième et dernier article vise à montrer que l’incertitude est inhérente aux approches de fiabilité du type résistance-contrainte
et que, dans un cas précis d’interaction probabiliste, de faibles incertitudes paramétriques affectent
significativement la validité des prévisions de défaillance.
Je tiens à remercier vivement les auteurs pour leurs contributions à ce dossier élaboré en période de vacances caniculaires.
Lambert Pierrat
LJ-Consulting & LJK-LAB
Grenoble
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 40

Dossier
Compte tenu du caractère international
des secteurs abordés, certains articles
sont écrits et publiés en anglais.
Incertitudes de mesure
Reactor Coolant System
Uncertainty of a RCS FLOW Measurement :
joint use of experiments and CFD
For safety reasons, reactor coolant system (RCS) flows in nuclear power plants have to be maintained
between a high and a low limit. The current measurement uncertainty is impacted by the heterogeneity
of the RCS fluid temperature. The objective of the present study is to use existing plant elbow taps
(differential pressure measurement) to measure accurately and absolutely the RCS flow continuously
and independently of the temperature measurement. Computational Fluid Dynamic (CFD) simulations
are used to find out a calibration coefficient for the method. An uncertainty calculation is performed.
This innovative method was tested on actual data issued from French nuclear power plants.
1. INTRODUCTION
EDF (the French Electricity Generation
company) operates 58
PWR-type nuclear units: 34 units
of 900MWe 3-loopers, 20 units of
1,300MWe 4-loopers, 4 units of
1,450MWe 4-loopers. Safety is the
main concern for plant operation:
thus accurate calibration and monitoring
of the primary system operation
setpoint are of highest importance.
As is well known the RCS
(Reactor Coolant System) on the
primary side is equipped with limited
instrumentation for temperature,
flow, and power: thus reliability of
these measurements is a key requirement,
based on adequate monitoring
methods. Among these parameters,
RCS flow (loop flow, and global
reactor coolant flow) is to meet specific
requirements: RCS flow has
Résumé
Pour des raisons de sûreté, le débit primaire des centrales nucléaires doit
rester entre une limite haute et une limite basse. L’incertitude de la mesure
actuelle est impactée par l’hétérogénéité de température du fluide primaire.
L’objectif de cette étude est d’utiliser les mesures de delta de pression existantes
dans certains coudes de centrales nucléaires pour mesurer en absolu
et précisément le débit primaire, sans que des mesures de température
du fluide primaire ne soient nécessaires. La simulation de mécanique
des fluides (CFD) est utilisée pour déterminer un coefficient d’étalonnage
de la méthode. Un calcul d’incertitude est alors réalisé. Cette méthode innovante
de mesure de débit primaire a été testée sur des données réelles
de centrales nucléaires.
Mots-Clé : Système de refroidissement, mesure de débit, coefficient de
calibration, simulation mécanique fluides, boucle d’essai, modèle réduit,
analyse de sensibilité, calcul d’incertitude ;
Key –Words
Reactor Coolant System, flow
rate measurement, calibration
coefficient, Computational
Fluid Dynamic, test loop, scale
model, sensitivity analysis,
uncertainty calculation;
to be accurately checked between
a high and a low limit (low limit for
fuel integrity, and high limit for potential
vessel mechanical effects).
Currently RCS flow measurement is
performed with an indirect method
(heat balance between primary and
secondary systems), called RCP114
(performed once at the beginning
of the cycle at full load): thus accuracy
of the measurements of RCS
temperatures on hot and cold legs
is the main uncertainty contribution.
Because of the measurement technology,
uncertainty of the sensors
themselves is not the main parameter.
Hot leg temperature is measured
in a bypass loop fed by extraction of
a small flow of the RCS fluid through
three scoops: it follows that the T hot
measurement is impacted by this
imperfect sampling of the heterogeneous
RCS fluid (distribution of hot
and cold streams from reactor core).
This heterogeneous distribution of
hot and cold streams is partially due
to the core loading pattern: in recent
years this loading pattern has been
optimized with particular repartition
of the fuel rods in order to limit the
neutron flux on the reactor vessel to
protect its lifetime. Thus emergence
of alternative RCS flow measurement
technologies independent of
the heat balance method may generate
interest. A real-time monitoring
system of relative RCS flow exists in
order to rapidly detect primary coolant
pump failure (rotor breakup or
inopportune pump stop). This device
uses elbow taps located on each
RCS loop between outlet of steam
generator and inlet of primary pump.
Of course the elbow tap calibration
with the heat balance method cannot
provide a better accuracy than
the heat balance method itself: the
study hereafter presented aims at
developing and evaluating techniques
to investigate possible use
of the existing plant elbow taps to
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 41

Dossier
Incertitudes de mesure
accurately and absolutely measure
RCS flow, both continuously and
independently of the loop temperature
measurements. The original approach
mingles both CFD simulation
and experimental test on a scale flow
bench. CFD is able to predict the elbow
tap coefficient with a relevant
value (with potential bias as small as
possible) and associated accuracy,
smaller than that of the heat balance
method.
2. ELBOW TAP TECHNOLOGY FOR
FLOW MEASUREMENT
2.1. Method Description
Studies and scientific literature
already exist about the possibility
to measure a flow in a pipe elbow
[CRA-09] [MIL-76]. This method,
called elbow tap, is considered as a
differential pressure primary device.
Indeed the square root of the differential
pressure between the flow
going along the inner section of the
elbow and the flow going along the
outer section of the elbow is in principle
proportional to the flow rate.
Different factors have an influence
on the relation between the square
root of the differential pressure and
the flow rate.
In order to develop an accurate elbow
tap method applied to RCS flow
measurement (see the pipe elbow
on Figure1), it is important to identify
the most influential factors in the
Figure 1: Elbow tap pressure lines on a
RCS pipe in a nuclear power plant loop
mathematical formula. In order to
build this formula, linking the square
root of the differential pressure and
the flow rate, the flow is assumed to
be inviscid (i.e. an ideal fluid with no
viscosity). Then the Euler equation
over a radial axis can be written:
(1)
In a first approach, the following basic
assumptions are made:
the velocity of the fluid is uniform
over the whole cross section: vθ
(r)=V,
the pipe diameter is much lower than
its radius of curvature.
It is therefore possible to integrate
the Euler equation over a diameter.
This gives the following mathematical
equation where both the flow rate
and the differential pressure appear:
(2)
This equation is true in an ideal
case. In real conditions, this one can
be approximated with equation (3).
The “K” coefficient still depends on
the flow condition, where “K” is close
to 10π/4 with a correction factor resulting
from the real flow conditions.
At operating conditions, the fluid
temperature is around 289°C, the
pressure is 155bar and the flow is
very turbulent.
(3)
2.2 Elbow tap for RCS flow measurement
Equation (3) used by EDF R&D requires
the knowledge of a «K» coefficient.
This coefficient can be seen
as a calibrating coefficient. Even if
some influence factors appear directly
in the formula, the “K” coefficient
may still depend on flow conditions
such as the inlet velocity profile of the
flow, the fluid temperature, the exact
geometry of the pipe elbow, etc. So
the “K” coefficient is not exactly a
«universal» constant and may vary
in accordance with the conditions of
the flow change. The aim of the calibration
of equation (3) is to figure
out a value for this coefficient as
relevant as possible for a RCS flow
measurement in terms of exactness
and uncertainty. EDF R&D has developed
a methodology in order to
achieve that.
EDF owns a varied range of data
that can help the study of this “K”
coefficient. Those data come from
the following sources:
measurements from nuclear power
plants (EDF owns and operates 58
PWRs, see above),
experiments on a 1/4 scale model
flow test loop, called EVEREST,
where the flow rate, the temperature
of the fluid and the pressure of
the fluid are lower than those of real
plant operation condition (see the
section concerning the experimentation
on a scale model),
simulation from a CFD code developed
by EDF (this open-source
code is named: Code_Saturne®);
The conclusions that can be made
from those sources are different.
Indeed to compute out the “K” coefficient
from the nuclear plants measurements,
a reference value of the
RCS flow rate is required. But the
unique current method to get the
RCS flow rate value is the RCP114,
which is the method we want to improve.
Since the RCS pump curve
may evolve during the plant life, the
pump Δp flow rate measurement.
EVEREST is a 1/4 scale model
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 42

Dossier
Incertitudes de mesure
test bench where inlet parameters
are lower than real values. Getting
conclusions from those experiments
only may not be relevant enough. So
the methodology developed by EDF
R&D to find out the value for the K
coefficient consists in doing some
simulations with Code_Saturne®
[ARC-04]. The real measurements
on-site and the experiments on EVE-
REST will be used to validate the
method and to carry out the accuracy
calculation.
2.3 A four step methodology
The first step of the methodology
consists in creating a pipe computational
domain that is adequate
enough to represent the RCS flow.
The computational domain represents
the outlet water box of the
steam generator and the 40° pipe
elbow following. It is important to
model the water box because its effect
on the flow may be important.
The computational grid must have
at least two millions cells to ensure
the mesh convergence and can be
conforming or non-conforming. The
mesh convergence was studied with
different grids containing one million,
two millions and four millions cells.
The main flow characteristics and
the pressure values stop evolving
from a two millions cells simulation
to a four million cells simulation.
Thus two millions cells are enough
for this study.
The second step consists in defining
the parameters of the simulation.
One important choice regards the
turbulence model. A LES model is
much time consuming and cannot
be applied with such a complex flow.
So the right choice is to use a RANS
model. Different RANS models have
been developed such as k ϵ
or k (1)
,
first order models, or R ij
SSG, second
order model. Numerical experiments
have been performed from
which it seems that the standard
Figure 2: CFD of the RCS flow
kϵ model is not precise enough for
our purpose and that the R ij
SSG do
not improve that much the results
but is more time consuming. So the
turbulence model SST k (1)
has been
chosen for this study. Finally the inlet
values have to be specified such
as the velocity of the fluid at the inlet
of the water box (supposed to be
constant and uniform), the density of
the fluid, the viscosity of the fluid, etc.
Those values can be evaluated from
the operating condition of a nuclear
power plant. For a French 1,450MW
PWR, those operating conditions are
a cold leg temperature of 289°C, a
pressure of 155 bar and a flow rate
of 24,840 m3h-1.
The third step is then the simulation.
The time resolution of the simulation
has to be quite small, 10 -2s in this study.
The simulation is well converged
after 2,000 to 3,000 iterations. A picture
of the global geometry of the
pipe and the simulation can be seen
on Figure 2.
The fourth and final step is the
post-processing of the results. The
CFD gives the pressure field in
the whole domain. Thus it is now
possible to get the pressure in the
different tap locations. Then a K
coefficient can be computed using
equation (4) since the last unknown
was the differential pressure (the
(4)
flow rate being an inlet parameter
of the simulation).
Eventually four “K” coefficients
are computed from
the four differential pressures:
one for each tap of
the inner surface. The four
differential pressures are
directly taken from the CFD
results. A patent has protected
this methodology since
July 2011 [DEN-11]. Since
measuring a flow rate from an elbow
tap is not innovative, the patent
is based on the calibrating process,
using CFD, for measuring an industrial
flow rate with high accuracy.
3. UNCERTAINTY QUANTIFICA-
TION OF “K” COEFFICIENT
As described in a large number of
publications, the uncertainty quantification
in CFD is based on identification
and estimation of the effects
of all sources of uncertainty. A well
accepted technique is the V&V
[OBE-00] method that defines Verification
as the activity to evaluate the
numerical error, and Validation as
the activity to evaluate physical uncertainties.
Inspired on V&V, EDF’s
method consists of the identification
and characterization of each source
of uncertainty. Then different groups
are defined and a method for its estimation
is applied. The choice of
a realistic method for each uncertainty
source is based on available
data at EDF: actual measurements
from PWRs and experimental data
on a 1/4 scale model flow test loop.
Some sources have been identified
but neglected because not significant,
and the others identified and
estimated with a conservatism approach
for safety reasons. The last
step consists of estimating the total
uncertainty of the “K” coefficient.
Combined uncertainty is calculated
with conservative hypotheses. The
quadratic summation also known as
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 43

Dossier
Incertitudes de mesure
‘root sum of the squares’ is reasonable
in this instance as described
further.
Figure 3: 1/4 scale mock-up in flow test
loop EVEREST
3.1. Characterization and estimation
of uncertainty sources
Identification step provides a list of
uncertainty sources:
• physical model,
• time and space discretization,
• input data,
• iterative convergence,
• round-off,
• computer programming;
From this large but not exhaustive
list, the physical model and
the space discretization source are
evaluated as a unique source. First,
because all of them have a common
origin: simplifications from real phenomenon.
Turbulence model, boundary
conditions, physical properties
Figure 4: “K” coefficient vs. Reynolds number
and geometry are considered on this
group. On the other hand no affordable
method exists (in terms of time
calculation). Thus estimation of uncertainty
is made by 1/4 scale model
data comparison. EDF R&D operates
its own flow test loop (with a
±0.4 % flowmeter) where a 1/4 scale
model is installed (see Figure 3).
Using equation (4), an experimental
“K” coefficient can be calculated
accurately. Then the mean deviation
between experimental and CFD, “K”
coefficients are calculated for various
flow rates. A normal (or Gaussian)
distribution is chosen to cover amply
“K” coefficient deviation data. For extrapolating
from 1/4 scale to full scale
model an analysis based on a dynamic
similitude law is made. For the
same Reynolds number (2.106) two
simulations are made, the first one at
1/4 scale conditions (temperature of
26 °C and D=0.2m) and the second
one at full scale conditions (temperature
of 289 °C and D=0.78m).
Results show that “K” coefficients
are comparable. The second part of
this analysis is the evolution of “K”
coefficient vs. Reynolds number for
scaled and full model (see Figure 4):
“K” coefficient is quite stable and no
important dependencies exist.
Regarding input data, EDF R&D
evaluates its influence by a sensitivity
test of the velocity and the temperature
inputs. Taking advantage
of actual measurements from PWR,
three levels for CFD input data are
chosen. First a nominal value (T nom
and V nom
) is defined based on nominal
operating
conditions. Then
minimum and
maximum values
are defined from
safety limits. Finally
CFD simulations
are executed
for different combinations
of levels
(T min
/ V max
, T max
/
V min
, etc.). Results are analyzed by
a statistical approach. A mean value
and a standard deviation are calculated
based on a normal distribution
(conventional coverage factor of 2σ).
As said above, “K” coefficient is computed
using equation (4) where the
differential pressure is taken from
simulations results. “K” coefficient
varies lightly as a function of sampling
number used for calculation.
Analyze of all CFD results permits to
choose an optimal sampling number.
Variations of differential pressure are
computed for the last 500 iterations
where convergence is guaranteed.
Once more an average and standard
deviation is calculated from the last
500 iterations via normal distribution
method. For round-off and computer
programming uncertainty sources
are insignificant and not considered
in this study.
Uncertainty estimation, as shown
above, deals only with differential
pressure calculation from equation
(4) due to CFD errors. Thermal expansion
might also have an effect
on “K” coefficient uncertainty due to
temperature difference, from 25°C to
289°C. Based on well-know coefficient
of thermal expansion for stainless
steel, an estimation is done for
“K” coefficient for low and nominal
operating temperatures. Results
show the effect is small but not negligible:
deviation reaches 1 %.
3.2. Estimation of uncertainty
budget
Physical model and discretization
uncertainty represent systematic error
that might be corrected when reference
values are available. In this
case that’s not possible because the
bias is known only for scaled model.
Input data uncertainty represents a
random error that must be related
to physical model and discretization
uncertainty. Those uncertainty
sources are not independent and
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 44

Dossier
Incertitudes de mesure
covariances must also be taken into
account when calculating the combined
uncertainty.
Uncertainties due to iterative convergence
and thermal expansion are
mutually independents and can be
combined by quadratic summation
method. Uncertainty budget is finally
expressed as:
(5)
Acknowledgements
This study was a collaborative work involving various EDF teams: the authors
are grateful for the help and contribution of both STEP department
(scale model experiments and uncertainty method) and MFEE department
(CFD expertise) from the EDF R&D as well as nuclear operators who provided
essential plant data.
Note: an extended version of this paper has been accepted for presentation
at the International Congress of Metrology [DEN-13]
where:
σ total
uncertainty budget of K coefficient;
σ inp
uncertainty of inputs data;
σ mod
uncertainty of physical model
and space discretization;
σ conv
uncertainty due to iterative
convergence;
σ ther
uncertainty due to thermal expansion;
4. CONCLUSION
The current method to calculate RCS
flow rate in nuclear power plants can
be influenced by the temperature
heterogeneity in the hot leg of the
primary loop. A method using the
existing elbow taps at the outlet of
the steam generator should be able
to solve this issue. EDF R&D has
developed a new method in order to
get a continuous, accurate and absolute
measurement of the RCS flow
rates that is independent of the loop
temperature measurements.
Once known, the uncertainty of the
K coefficient, from the equation (3),
can be used to calculate the global
uncertainty of the flow rate measurement.
Due to the redundancy of the
differential pressures on PWRs, the
global uncertainty of the method is
below 3%. Thus this RCS flow measurement
is more accurate than the
RCP114. Real tests were performed
on the Civaux plant (two 4-looper
1,450MW units). All measurements
are coherent with the RCP114 flow
rate. This can be considered as a
first validation of the method.
Due to its generic character, such
a methodology could be advantageously
used in other application
fields.
Olivier Deneux 1 and Mario Arenas 1
1EDF R&D, STEP Department, 6 quai
Watier, 78401 Chatou, France
Références
[ARC-04] F. Archambeau, N. Méchitoua, and M. Sakiz, “Code_Saturne: a Finite Volume Code for the Computation of
Turbulent Incompressible Flows”, International Journal on Finite Volumes, Vol. 1, 2004
[CRA-09] M. A. Crabtree, “Industrial Flow Measurement”, Master’s thesis, University of Huddersfield, 2009
[DEN-11] O. Deneux, J. M. Favennec, and J. Veau, “Suivi de débit dans une conduite hydraulique fermée”, patent INPI
n° 1156689, 2011
[DEN-13] O. Deneux , M. Arenas, “CFD and Metrology in Flowmetering: RCS Flow Measurement with Elbow Taps and
its Uncertainty”, Accepted for presentation at the 16 th International Congress of Metrology, S2 Session, Paris, France.
October 2013.
[GUM-100] GUM : “Evaluation of measurement data-Guide to the expression of uncertainty in measurement”, JCGM
100. 2008
[MIL-76] R.W. Miller, “Flow Measurement Engineering Handbook”, 1976
[OBE-00] W.L. Oberkampf, T.G. Trucano, “Validation Methodology in Computational Fluid Dynamics”, Sandia National
Laboratories, 2000
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 45

Dossier
Incertitudes de mesure
Effet Doppler
Correction des erreurs angulaires issues de mesures
de courants marins basées sur l'effet Doppler
La vitesse et la direction des courants marins peuvent être mesurées avec des “courantomètres” ou
des “profileurs” acoustiques basés sur l’effet Doppler, nommés ADP ou ADCP (Acoustic Doppler Current
Profiler). Ces instruments sont installés sur des supports mobiles ou fixes (bateaux, cages ou
lignes de mouillage), et il est nécessaire de corriger leurs mesures en fonction de leur orientation (ou
cap), du roulis et du tangage, afin de les interpréter dans un référentiel terrestre. Pour cela, ils sont
équipés de compas magnétiques et de capteurs d’inclinaison. Mais les compas sont sensibles à leur
environnement magnétique et donc, leur étalonnage doit être réalisé dans leur configuration de mesure.
Dans ce but, une plateforme d’étalonnage spécifique a été conçue et réalisée, permettant de
définir une procédure de correction des données issues des compas magnétiques et des capteurs
d’inclinaison. Les résultats obtenus montrent que les incertitudes finales sont incluses dans les faibles
intervalles de tolérances assignés.
1. INTRODUCTION & OBJECTIFS
Abstract
Speed and direction of sea currents can be measured with currentmeters
or profilers based on the Doppler effect, called ADP or ADCP (Acoustic
Doppler Current Profilers). These instruments are installed on mobile or
steady supports (carriers, mooring cages or lines), and it is necessary to
correct the measured data in heading, roll and pitch, in order to interpret
them in a terrestrial referential. In this way, ADP and ADCP are equipped
with magnetic compass and tilt sensors. But compass are sensible to their
magnetic environment and then their calibration must be realised in their
configuration of measurement. In this aim, a specific calibration platform
has been designed and carried out, that permits to define a correction
procedure of the measured values issued from the magnetic compass and
tilt sensors. According to the test results, the final uncertainties are within
low assigned tolerances.
Key-Words: sea current, profiler, effect Doppler, magnetic compass, tilt
sensor, angular errors, calibration, correction procedure, uncertainty estimation;
Jusqu’au début des années 2000,
vitesse et direction des courants
d’eau (mer et fleuves) étaient mesurées
avec des courantomètres mécaniques.
Ceux-ci ont été remplacés
progressivement par des instruments
basés sur des techniques acoustiques
utilisant l’effet Doppler. Les
courantomètres effectuent cette mesure
dans une tranche d’eau située
à quelques dizaines de centimètres
de l’émetteur, par l’envoi d’impulsions
et l’écoute de leurs échos. Les
profileurs Doppler nommés selon les
fabricants ADP ou ADCP (« Acoustic
Doppler Current Profiler »), réalisent
la même opération mais dans
des tranches d’eau successives réparties
sur une plus grande distance
(de quelques mètres à plusieurs
centaines de mètres), selon leur
fréquence d’émission et la composition
particulaire du milieu [1]. Ce
sont des instruments qui permettent
la mesure des courants marins ainsi
que l’estimation du débit des fleuves
et des rivières. Les ADCP peuvent
être fixés sous la coque des bateaux,
ce qui permet d’accéder rapidement
aux sections de vitesse de
déplacement des masses d’eau, sur
des cages de mouillage déposées
sur le fond ou sur des cages que l’on
Mots-clé
courant marin, profileur, effet
Doppler, compas magnétique,
capteur d’inclinaison, erreurs
angulaires, étalonnage, procédure
de correction, estimation
d’incertitude ;
descend à l’aide d’un treuil (technique
du LAD pour Lowered ADcp)
et, plus rarement, sur des lignes de
mouillage. Dans tous les cas, il est
nécessaire de retrouver la direction
des courants, d’abord par rapport
au Nord magnétique puis par rapport
au Nord géographique. Cette opération
est réalisée à l’aide d’un compas
magnétique inclus dans l’instrument.
Pour compenser les angles
que peuvent prendre le compas et le
courantomètre par rapport à la verticale,
ils sont dotés d’un capteur d’inclinaison
additionnel (« tilt sensor »).
Compas et capteurs d’inclinaison
étant rarement étalonnés, leurs
biais ne sont pas corrigés car cette
opération nécessite une maîtrise
de l’environnement électromagnétique,
les compas y étant sensibles,
comme décrit théoriquement par
D. Gebre-Egziabher et al. [2]. Pour
répondre à ce besoin, suite à une
technique expérimentée en 2007
[3], nous avons développé et mis au
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 46

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Incertitudes de mesure
point une plateforme d’étalonnage
des compas et capteurs d’inclinaison
des courantomètres et ADCP montés
dans leurs cages de mouillage.
La réalisation des premiers tests a
permis d’établir un bilan des incertitudes
affectant les angles et directions
de référence et d’adopter une
méthode de correction des compas
basée sur leur sensibilité à la nature
des matériaux magnétiques « durs »
et « doux » qui les entourent.
2. ADP & ADCP : PRINCIPES & IN-
CERTITUDES
2.1. Principe de fonctionnement
Courantomètres et profilométres
mesurent des vitesses (V 1
, V 2
, V 3
)
dans l’axe de leurs faisceaux. Leurs
émetteurs sont généralement inclinés
d’un angle β égal à 20°, 25° ou
30°, valeur pouvant être choisie par
l’utilisateur selon qu’il privilégie la
portée ou l’incertitude des mesures
qui décroit quand β augmente.
Connaissant cet angle d’inclinaison
on peut calculer des vitesses (V x
, V y
,
V z
) dans leur propre repère à l’aide
d’une matrice de transformation [4]
du type:
(1)
Des compas magnétiques de type «
flux gate» permettent de retrouver la
valeur des courants (V tx
, V ty
, V tz
) par
rapport au Nord magnétique (angle
de cap Ω), puis par rapport au Nord
géographique. Les angles de roulis
et de tangage (Ψ,θ) sont mesurés
par des capteurs d’inclinaison (« tilt
sensors »). Ceux-ci sont composés
d’une cavité à moitié remplie d’un
liquide diélectrique dont le déplacement
se traduit par des variations capacitives,
transformées en tensions
électriques. Les données issues de
ces capteurs permettent de calculer
une matrice de correction [5] :
(2)
où C = cos et S = sin.
Vitesse et direction sont ensuite obtenues
à partir des composantes
Est -Ouest (V tx
) et Nord-Sud (V ty
) du
courant qui en sont extraites.
Les compas magnétiques de type
« flux-gate » comportent 3 magnétomètres
montés orthogonalement
qui mesurent des inductions (M x
, M y
,
M z
).
L’angle de cap est déterminé [6] en
établissant le rapport de leurs projections
(M xh
, M yh
) dans le plan horizontal,
selon la relation (3) :
(3)
2.2. Incertitudes de mesure entraînées
par les rotations
Ces capteurs sont rarement étalonnés
et jusqu’à présent, les incertitudes
entraînées par leurs erreurs
résiduelles (cap, roulis, tangage),
n’avaient pas fait l’objet d’études approfondies.
Il est possible d’évaluer
ces incertitudes en calculant la matrice
des variances - covariances de
la matrice des vitesses exprimées
dans un repère terrestre :
(4)
Dans cette relation, V_ est la matrice
des dérivées de (V tx
, V ty
, V tz
) par rapport
à (Ψ, Ω, σ) et V_A la matrice des
variances – covariances des corrections
de cap, roulis et tangage.
Plusieurs simulations ont été effectuées
préalablement sur des valeurs
de vitesse d’ADP (convexes
3 faisceaux) et d’ADCP (convexes
4 faisceaux). Elles montrent que les
incertitudes sur les amplitudes calculées
des courants sont sensibles
aux amplitudes des vitesses (V tx
,
V ty
, V tz
) mais surtout aux incertitudes
sur les mesures de roulis et tangage.
Quant aux directions des courants,
elles sont sensibles essentiellement
aux incertitudes sur les mesures de
cap.
3. PLATEFORME D’ETALONNAGE
3.1. Conception & Réalisation
A la suite d’expériences de faisabilité
réalisées en 2007 [2], une plateforme
a été conçue et réalisée en
vue d’étalonner des compas et capteurs
d’inclinaison.
Les courantomètres étant souvent
montés dans des cages de mouillage
avec divers autres instruments,
leurs compas doivent être étalonnés
dans l’environnement d’utilisation.
Cette plateforme devait donc pouvoir
supporter des charges de l’ordre
de 800 kg et son lieu d’implantation
a été localisé dans une zone où
les gradients magnétiques sont inférieurs
à 5 nT/m. La cartographie
magnétique de cette zone a été obtenue
à l’aide d’un magnétomètre à
proton GSM 19.
Sur cette zone, une dalle en béton
d’une bonne planéité a été fabriquée
: elle présente une inclinaison
maximale évaluée à 3 mm/m soit
0,18 ° et une rugosité moyenne de
0,15 °. Un plateau tournant et inclinable
a été réalisé, dont l’inclinaison
peut être mesurée à l’aide d’un rapporteur
numérique ayant une incertitude
type de 0,12 ° (fig.1).
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 47

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Incertitudes de mesure
Figure 1 : plateforme d’étalonnage inclinable équipée
d’une cage tripode,d’un courantomètre et de son système
d’alignement de la cage et du courantomètre.
3.2. Caractéristiques métrologiques
Suite à l’installation de cette plateforme,
une nouvelle cartographie
magnétique a été réalisée (fig. 2).
Les anomalies magnétiques ont été
déterminées après correction des
variations séculaires du champ (retrait
du modèle global IGRF ou International
Geomagnetic Reference
Field). Elles présentent des pentes
croissantes de 3,8 nT/m (direction
Nord-Ouest – Sud-Ouest) et de
3 T/m dans la (direction Nord – Sud),
valeurs conformes à la tolérance admissible,
et qui correspondent à une
incertitude de déviation angulaire de
0,09 °.
L’effet des variations temporelles du
champ magnétique terrestre, mesurées
sur 5 jours à l’aide d’une station
de référence du type « Sentinel »,
Figure 2 : cartographie magnétique
réalisée après la mise en place
de la plateforme
correspond à une incertitude
de 0,30 °. Les variations
de déclinaison magnétique
calculées à l’aide
du modèle WMM2010, ont
été estimées de l’ordre de
8,3’ Est/an (soit 0,14 °/an).
Ensuite, la dalle béton a
été graduée à l’aide d’un
récepteur GPS Leica utilisé
en mode RTK (Real
Time Kinematic) (mesure
différentielle à partir d’une
station de référence). Les
coordonnées du centre de
la plateforme et d’un pilier de
référence ont été repérées (mesures
dans le système RGF-93 et passage
dans le système altimétrique NGF-
IGN69, coordonnées planes).
Le gisement de cet axe de référence
a été calculé et, connaissant la
Figure 3 : Technique d’étalonnage du
Nord géographique.
convergence locale du méridien, la
direction du Nord géographique (N),
ou azimut, en a été déduite (fig.3).
3.3. Incertitudes
L’axe « pilier – centre » de la plateforme
a été matérialisé et la direction
du Nord vrai a été reportée sur
la dalle à l’aide d’un rapporteur à
alidade réglable à 0,017 ° près, lequel
a servi également à graduer
la dalle de proche en proche, tous
les 10 °. Les directions Nord-Sud et
Est -Ouest ont ensuite été vérifiées
par repérage à l’aide d’un récepteur
GPS (en RTK). Les écarts angulaires
maximum calculés sont de
0,44° (azimut de l’axe Nord-Sud par
rapport au Nord vrai) et de 0,22 °
(axe Est - Ouest). Une flèche rigide
a été fixée sur la plateforme et l’axe
central du plateau inclinable a été
repéré à l’aide d’un théodolite, puis
matérialisé par un tracé.
Suite à ces mesures, un budget d’incertitudes
a pu être établi, pour les
directions de référence de la plateforme
et les mesures magnétiques.
Les sources d’incertitudes étant
mutuellement indépendantes, les
incertitudes élargies affectant les
directions de référence (U direref
) et
les mesures magnétiques (U magné
),
obtenues à partir de la loi de composition
des variances, se traduisent
par une sommation quadratique qui
donne : = 0,55 °, et = 0,69 °. Compte
tenu de la fidélité des compas étalonnés
(0,22 ° pour un Nortek), l’incertitude
élargie d’étalonnage atteint
= 0,98 °.
4. ESSAIS & CORRECTION DES ER-
REURS
Différents essais ont été réalisés
avec des profileurs de marques RDI
Instruments et Nortek. Afin de tester
l’homogénéité du champ et la reproductibilité
des mesures, un profileur
AQUAPRO a été monté dans une
cage tripode équipée de lests amagnétiques.
Une première série de
mesures a été faite cage centrée,
puis décalée successivement de 50
cm, vers la gauche et la droite.
Les écarts ainsi obtenus se super-
Figure 4 : Erreurs de cap du couple Tripode
+ Aquadopp n°AQP3356 (dans l’axe
puis décalé vers la droite et la gauche).
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 48

Dossier
Incertitudes de mesure
posent avec une reproductibilité de
0,19 ° (fig.4).
Les résultats exposés sur la figure
4 montrent que si l’alignement de la
cage et du courantomètre est réalisé
avec soin, d’une part la reproductibilité
des mesures est satisfaisante,
d’autre part le champ magnétique
est suffisamment homogène sur le
plateau pour ne pas entraîner de
biais détectables.
La figure 4 montre également que les
erreurs de cap présentent des variations
sinusoïdales. Elles peuvent
être parfaitement modélisées par
les relations dites d’Archibald Smith,
reprisent par W. Denne en 1998 [6].
Une première relation tient compte
uniquement de l’effet des matériaux
magnétiques « durs » (qui génèrent
un champ magnétique permanent).
La seconde modélise l’effet des
matériaux magnétiques « durs » et
« doux » qui créent un champ sous
l’action d’un champ magnétique.
La relation qui tient compte de toutes
les sources d’erreur est la suivante
(5) :
(5)
Le terme (Γ) traduit les écarts angulaires
engendrés par le compas
en fonction du cap mesuré (Ω)
et des constantes de correction
(A,B,C,D,E). La constante (A) permet
de corriger l’offset lié au désalignement
des trois magnétomètres.
Les constantes (B,C) permettent de
corriger les champs magnétiques
induits par les matériaux « durs »
(termes de pulsation simple). Quant
aux constantes (D,E) elles prennent
en compte, respectivement, les effets
symétriques et asymétriques
des matériaux « doux » (termes de
pulsation double). Les coefficients
(A,B,C,D,E) sont estimés par une
méthode de moindres carrés, ce qui
permet de modéliser et de corriger
les écarts de mesures avec une justesse
meilleure que celle que l’on
pourrait obtenir avec un polynôme
d’ordre 6.
Pour l’exemple traité, l’écart type
d’ajustement obtenu à partir des résidus
est de 0,35 °.
Pour les essais en roulis et tangage,
la plateforme est inclinée par incréments
de 2 °sur une plage de 20 °.
Le courantomètre est tourné de 90 °
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de l’automobile,
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de l’étude des sols,
des tests d’emballage,
de la recherche médicale,
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transports
Équipements spéciaux, expandeurs,
générateurs d’acyclismes...
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 49

Dossier
Incertitudes de mesure
Figure 5 : étalonnage en roulis de l’AQP3356
(et erreurs de mesure des autres capteurs d’angle)
pour couvrir sa gamme ± 20 ° sur
chacun des 2 axes perpendiculaires.
Le capteur de tangage présente une
courbe d’erreur sinusoïdale. Durant
son étalonnage, le capteur de
roulis reste constant, par contre, le
compas présente un biais qui augmente
avec l’inclinaison, montrant
qu’il n’est pas bien compensé par le
logiciel de l’instrument. L’étalonnage
en roulis donne les mêmes résultats,
l’erreur du compas étant encore plus
importante (fig.5).
Pour corriger les erreurs de roulis
et de tangage, des relations polynomiales
et sinusoïdales identiques à
la relation (5) ont été testées. Elles
fournissent des résultats quasiment
identiques, soient des écarts types
d’ajustement de l’ordre de 0,1 °.
de ces instruments et de
la faiblesse des moyens
existants en matière de
tests et d’étalonnage des
capteurs d’angle et d’inclinaison.
L’utilisation de
cette plateforme d’étalonnage
va permettre de
mieux connaître et de
corriger les biais de ces
capteurs. Les enjeux associés
à plusieurs domaines d’application
sont importants, en particulier
pour la mesure précise du débit des
grands courants marins et des cours
d’eau, ou pour optimiser le rendement
des hydroliennes, lequel est
généralement fonction de l’angle
d’incidence du courant sur la turbine.
Compte tenu de la dimension et de
la charge utile de cet instrument, il
Références
pourrait être utilisé également pour
étalonner avec une grande exactitude
les compas de certains AUV
(Autonomous Underwater Vehicle)
ou de certains drones exploités en
milieu aérien.
Marc Le Menn*, André Lusven, Eric
Bongiovanni, Pascal Le Du, Didier
Rouxel, Sylvain Lucas, Laurent Pacaud
*Marc.lemenn@shom.fr - SHOM, 13 rue
du Chatellier, CS 92803, 29228 Brest Cedex
[1] Le Menn M., “Instrumentation and metrology in oceanography”,
ISTE-Wiley, 2012, p. 129-151.
[2] D. Gebre-Egziabher, G. H. Elkaim, J. D. Powell and B. W. Parkinson, ‘A
non-linear, two-step estimation algorithm for
calibrating solid-state strapdown magnetometers’, Proc. Int. Conf. on Integrated
Navigation Systems, St Petersbourg Russia, 28-30 May 2001.
5. CONCLUSIONS
Les courantomètres et profileurs
de courant sont des instruments
complexes dont la maîtrise métrologique
reste difficile compte tenu du
nombre de grandeurs à prendre en
compte et des spécificités du milieu
marin. Si en vitesse des intercomparaisons
peuvent être réalisées
dans certains cas, l’étude de leurs
erreurs angulaires est un domaine
jusqu’à présent peu abordé. Ceci résulte
en partie d’un manque d’informations
relatives aux performances
[3] Le Menn M. & Le Goff M.,“A method for absolute calibration of compasses”,
Measurement Science and Technology, 18, 2007. p. 1614-1621.
[4] Cabrera R., Huhta C., Lohrma A., “A new Acoustic Doppler, Current Profiler
for shallow water”: Document Son Tek, http://www.sontek.com.
[5] Alderson SG., Cunningham SA., “ Velocity errors in acoustic Doppler
Current Profiler measurements due to platform attitude variations and their
effect on volume transport estimates ”, Journal of Atmospheric and Oceanic
Technology, 16, 1999. p. 96-106.
[6] Caruso MJ., “Application of magnetoresistive sensors in navigation systems”,
Sensors Actuators, 1220, 1997. p. 15-21.
[7] Denne W., “Magnetic compass deviation and correction”, 3rd edition
Brown, Son and Fergusson, 1998, p.165.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 50

Dossier
Incertitudes de mesure
Moteur automobile
Mesure de la microrugosité de pièces mécaniques
en milieu industriel : méthode d’estimation de
l’incertitude de mesure et de la conformité
L’amélioration des performances des moteurs à combustion interne implique une réduction significative
des pertes par frottement. On l’obtient en général par une amélioration des états de surface
mécaniques. Actuellement, dans un environnement industriel moins favorable qu’en laboratoire, il est
nécessaire de maîtriser des spécifications de microrugosité inférieures à 0,25 µm. On propose une
nouvelle méthode statistique d’estimation des incertitudes concernant l’état de surface des paliers d’un
vilebrequin qui permet de définir sa conformité associée à un niveau risque spécifié.
1. INTRODUCTION ET OBJECTIFS
A l’issue d’une opération de « toilage
», la rugosité des paliers d’un
vilebrequin de moteur automobile
peut être mesurée le long des génératrices
de ses surfaces cylindriques
à l’aide d’un rugosimètre à contact
(figure 1).
Figure 1 : Vilebrequin en vue de dessus
Résumé
Improvement of internal combustion engines performances implies a significant
reduction of friction mechanical losses. This one can be currently obtained
by an improvement of the mechanical surface textures. Today, in an
industrial environment less favourable than in a laboratory, it is necessary
to master specifications of microrugosity under 0.25 µm. We propose a new
statistical method for estimating the uncertainties relative to the surface
texture of crankshaft bearings that permits to define its conformity associated
to a specified risk level.
Key-words : combustion engine, crankshaft, bearing, micro-rugosity, uncertainty
measurement, conformity proof;
Parmi le grand nombre de paramètres
qui permettent de caractériser
le profil de rugosité d’une surface
[ZAN-03], certains d’entre eux sont
plus adaptés au contexte de la microrugosité.
Il s’agit essentiellement
de la hauteur moyenne du profil (R z
)
et du taux de longueur portante (R k
).
Par suite de son caractère énergétique,
la moyenne quadratique (R q
)
est utilisée pour caractériser le bruit
de fond susceptible de perturber les
mesures. Tous ces paramètres, ainsi
que les méthodes de mesure permettant
de les estimer, font l’objet de
plusieurs normes [ISO].
En matière de microrugosité, la mise
en œuvre des mesures se heurte à
de nombreuses difficultés (taille du
palpeur, angle de mesure, accès
aux zones à mesurer, importance
des bruits de fond…).
En outre, l’estimation des incertitudes
de mesure ne peut entrer strictement
dans le cadre conventionnel
des recommandations existant en
matière de métrologie [GUM-100].
S’agissant d’un contexte industriel,
ceci a motivé la recherche de solutions
permettant de garantir que les tolérances
spécifiées soient satisfaites.
Mots-clé
moteur automobile, vilebrequin,
palier, microrugosité, incertitude
de mesure, preuve de conformité;
Le processus de validation des caractéristiques
du dispositif et de la
méthode de mesure adoptés par
PSA, largement détaillé dans [LER-
13], s’est déroulé en quatre étapes
successives rappelées ci-après :
• Evaluation des bruits de fond « statique
» et « dynamique »,
• Mesures sur deux étalons de type
D1 (étalons à profil unidirectionnel irrégulier
et répétitifs suivant la norme
NF EN ISO 5436-1),dont la qualité
métrologique est attestée par un certificat
du [PTB],
• Mesures d’inter-comparaisons sur
un seul vilebrequin,
• Evaluation des incertitudes et garantie
de conformité ;
Cet article se limite à la dernière
étape, concernant la méthode d’évaluation
des incertitudes et de la garantie
de conformité.
2. PROBLEMATIQUE DES INCER-
TITUDES DE MESURE
L’estimation des incertitudes de mesure
affectant les paramètres d’un état de surface
est une tâche relativement ardue.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 51

Dossier
Incertitudes de mesure
En effet, un grand nombre de facteurs
influencent les résultats de mesure
et certains critères font appel à
des algorithmes complexes qui ne
permettent pas toujours de calculer
analytiquement la sensibilité paramétrique
du résultat final.
Pour le calcul des incertitudes relatives
aux états de surface, nous
utilisons habituellement la méthode
préconisée par la norme [GUM-100].
Nous savons que nos calculs ne respectent
pas toutes les hypothèses
imposées par cette norme et donc
que les résultats correspondants
ne sont pas rigoureusement exacts.
Cependant, une telle approche a au
moins le mérite d’exister, chacun
sachant que le résultat final est toujours
entaché d’incertitude.
En effet, de nombreux facteurs d’incertitude
ne sont pas indépendants
les uns des autres et certains sont
très difficiles à déterminer et à modéliser
: flexion et louvoiement du
stylet, jeux internes au capteur, traitement
du signal interne aux dispositifs
de mesure, logiciels de traitement...
En ce qui concerne ce dernier point,
on observe une tendance à l’augmentation
des écarts entre les résultats
de différents logiciels : toutes
choses égales par ailleurs (même
paramètre et mêmes données d’entrée),
les écarts s’accroissent avec
la complexité des calculs et celle de
la topographie mesurée.
Tous ces facteurs interviennent de
manière encore plus critique dans
le contexte spécifique de la microrugosité
et nous avons constaté à plusieurs
reprises que l’incertitude calculée
avec notre méthode habituelle
était peu cohérente avec les résultats
trouvés. Cette situation résulte
probablement d’une prise en compte
incomplète ou erronée des sources
d’incertitude.
Quoi qu’il en soit, identifier a priori
toutes les sources d’incertitude et
propager celles-ci à travers un modèle
aussi représentatif que possible,
était une entreprise qui nous
a semblé trop longue et trop complexe,
au regard d’une amélioration
des résultats.
Ces considérations ont motivé la recherche
d’une méthode statistique
permettant de prononcer la conformité
d’une pièce, en relation avec la
méthode de mesure et les moyens
mis en œuvre.
Au-delà de cette problématique, une
telle démarche apporte un nouvel
éclairage aux autres activités métrologiques
de l’entreprise : techniques
de mesure, méthodologies, normalisation.
Noter que jusqu’à ce jour, nous
n’avons pas testé les méthodes de
Monte-Carlo [GUM-101], car la fonction
de transfert relative aux états de
surface parait trop complexe à appréhender.
Toutefois, dans certains
cas, ces méthodes semblent prometteuses.
3. ESTIMATION DES INCERTI-
TUDES
Dans la plupart des cas, la variabilité
du résultat final est influencée
principalement par la dispersion des
résultats de mesure qui résulte de la
non homogénéité de la surface. Toutefois,
dans le cas du vilebrequin, la
faiblesse des tolérances de microrugosité
amoindrit ce constat.
Cette variabilité détermine le jugement
prononcé en matière de
conformité.
Nous nous intéressons plus loin au
taux de longueur portante (R k
) mesuré
sur un nombre limité de vilebrequins.
Suite à de nombreuses mesures effectuées
sur plusieurs vilebrequins
(dont un de référence), nous avons
observé que, sur chaque palier cylindrique
considéré individuellement,
les valeurs du paramètre (R k
) sont
distribuées approximativement suivant
une loi uniforme.
La borne inférieure, qui résulte de
nombreuses observations est justifiée
par le processus de fabrication
et par le fait que la taille du grain de
« toilage » ne permet pas d’obtenir
des valeurs inférieures à :
Ceci est conforme à la réalité physique,
sachant qu’une distribution
strictement bornée est plus réaliste
que la distribution gaussienne couramment
utilisée.
4. INCERTITUDE & CONFORMITE
L’hypothèse d’une distribution uniforme
issue des observations, dont
la valeur de la borne inférieure est
justifiée par des arguments physiques
permet, ainsi qu’on va le voir,
d’estimer la valeur de la borne supérieure
en fonction du nombre de
mesures réalisées.
Cette borne supérieure est la valeur
maximale statistiquement admissible
(à un niveau de probabilité donné)
qui permet de garantir la conformité
de la pièce en production.
4.1. Formulation statistique
On considère les variables suivantes
:
⎝ min
: Valeur minimale physiquement
réalisable en production
⎝ obj
: Valeur objectif maximale admise
(tolérance)
〈 : Risque décisionnel de première
espèce (client)
n : Nombre de mesures réalisées
(1)
On suppose qu’une caractéristique
d’intérêt notée (Y) suit une loi uniforme
U[⎝ min
,⎝] dans laquelle (⎝ min
)
est une variable déterministe et (⎝>
⎝ min
) la variable aléatoire dont on recherche
un estimateur.
Le paramètre d’intérêt (⎝) détermine
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 52

Dossier
Essais et Modelisation
l’expression de la conformité de la
caractéristique, dont la valeur maximale
autorisée est (⎝ obj
).
4.2. Incertitude
Un décalage permet de se ramener
à une loi uniforme de borne inférieure
nulle telle que :
(Y−θ min
) = U[0,(θ−θ min
)]
On considère un échantillon de ( n )
valeurs mutuellement indépendantes
identiquement distribuées
telles que :
[Y] = (Y i
) i = 1,2,..n
suivent une loi
U(θ−θ min
).
Alors : Max(Y−θ min
) = Max(Y)-θ min
Puisque : ∀y∈(θ min
,θ) alors :
(2)
L’espérance mathématique et la
variance de la variable Max(Y)
s’écrivent :
(3)
D’où un estimateur sans biais de (θ) :
(4)
Assorti d’un intervalle de confiance
bilatéral au niveau (1 −α) :
(5)
4.3. Conformité
La caractéristique sera réputée
conforme par le client si l’hypothèse
nulle (H 0
) est rejetée, soit :
(H 0
: θ>θ obj
), c'est-à-dire si l’on dépasse
(θ obj
), limite maximale autorisée
(tolérance).
La décision de conformité est définie
par l’équation :
Ce qui donne finalement compte
tenu de l’estimateur (θ), du niveau
de risque (α) et du nombre de mesures
(n) :
La valeur maximale mesurée doit
être inférieure à (k) pour que la pièce
soit déclarée conforme. On peut vérifier
que k∈(θ min,
θ obj
) est une valeur
pondérée de ces deux bornes.
4.4. Application numérique
Sur chaque palier nous mesurons
le taux de longueur portante dont
la limite maximale est fixée ici à
(R k
=0.3µm) et nous acceptons un
risque (α=10%).
Dans ces conditions, sachant que
min(R k
) = 0.15µm , si nous réalisons
(n=3) mesures et que l’une
quelconque d’entre elles dépasse le
seuil de (0.220 µm), la pièce sera rejetée
car réputée non conforme.
Noter que la réalisation de (n=9)
mesures conduirait à un seuil de
(0.266µm), supérieur au précédent
(environ 21% ).
5. CONCLUSIONS
(6)
(7)
La méthode proposée utilise des relations
analytiques simples qui permettent
d’estimer les incertitudes et
de formuler explicitement un critère
de conformité.
Elle est basée sur des hypothèses à
la fois réalistes (valeur minimale de
rugosité physiquement réalisable)
et peu informatives (répartition équiprobable
sur un intervalle).
La robustesse qui en découle est
compatible avec une mise en œuvre
de la méthode dans le contexte industriel
de PSA.
Bertrand LEROY
Métrologie Centrale Mécanique
PSA Peugeot-Citroën,
18 rue des Fauvelles, 92250,
La Garenne-Colombes, France
Références
[GUM-100] «Evaluation of measurement
data- Guide to the expression of
uncertainty in measurement», JCGM
100, 2008
[GUM-101] «Propagation of distributions
using a Monte Carlo method »,
Supplement 1, JCGM 101, 2008
[ISO-5436] NF EN « Méthode du profil,
partie 1 : étalons matérialisés »
[ISO-1302] NF EN « Indication des
états de surface dans la documentation
technique de produits »
[ISO-4287] NF EN« État de surface :
méthode du profil - Termes, définitions
et paramètres d'état de surface »
[ISO-4288] NF EN« État de surface :
méthode du profil - Règles et procédures
pour l'évaluation de l'état de
surface »
[ISO-13565-x] NF EN« État de surface
: méthode du profil - Surfaces
ayant des propriétés fonctionnelles
différentes suivant les niveaux »
[LER-13] B. Leroy, « La mesure de
la microrugosité en environnement
industriel : cas des pièces mécaniques
», Article accepté pour présentation
au Congrès International de
Métrologie, Paris, Octobre 2013
[PTB] Physikalisch -Technische Bundesanstalt
[ZAN-03] M.L. Zani, « La mesure de
rugosité : quelques normes et plusieurs
dizaines de paramètres », Revue
Mesures, pages 59-63, N° 758,
Octobre 2003
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 53

Dossier
Incertitudes de mesure
Compte tenu du caractère international
des secteurs abordés, certains articles
sont écrits et publiés en anglais.
Confidence interval
Component coverage factor for uncertainty estimation
with few measurements and non-gaussian distribution
In metrology practice, uncertainty budget calculation might include components based on little measurements
data. The concept of coverage factor at a given level of confidence to combined uncertainty
is taking care of this lack of information. We propose to apply a similar factor to the individual component(s)
of an uncertainty budget when the value is calculated with limited number of measurements.
These factors have the same function as the coverage factor defined in the GUM but on the level of the
individual component of the total uncertainty. The goal of the work is to provide values of these factors
for practical use. Inspired from the Supplement 1 of the GUM, we use Monte Carlo simulations to calculate
the component coverage factors for repeated measurements from non-normal distributions. We
apply the algorithm to the most common distributions in metrology, for 95% and 99% confidence level:
rectangular, arc sine, triangular and trapezoidal distributions.
1. INTRODUCTION
In metrology practice of uncertainty
budget calculation, it is common to
see type A uncertainty component
calculated with only 3 measurements.
This obviously leads to underestimation
of the global uncertainty.
As highlighted in the Annex E of the
GUM [1], for only 3 observations of
a normally distributed variable, the
experimental standard deviation of
the mean can be underestimated by
about 50 %.
Application of the coverage factor
concept to an uncertainty measurement,
when reporting measurement
results is widely accepted. The reference
text GUM recommends the
use of a coverage factor in order to
Résumé
Dans la pratique métrologique, le calcul d’un budget d’incertitudes peut
inclure des composantes à la fois non gaussiennes et définies par un faible
nombre d’observations. La détermination analytique d’un facteur d’élargissement,
basé sur le concept d’intervalle de confiance, ne présente pas de
difficulté lorsque la distribution de l’incertitude finale est strictement gaussienne.
Mais dans les conditions générales présentées ci-dessus, l’intervalle
de confiance peut être asymétrique et est difficilement déterminé analytiquement.
C’est pourquoi nous proposons de l’estimer numériquement,
par simulation de Monte Carlo. Pour des niveaux de confiance habituels
(95% & 99%), on a calculé, en fonction de la taille des échantillons (n = 2
à 50), les facteurs d’élargissement relatifs à plusieurs distributions, fréquemment
rencontrées dans la pratique (uniforme, arc sinus, triangulaire,
exponentielle et trapézoïdale).
Mots-clé: intervalle de confiance, niveau de confiance, facteur d’élargissement,
distribution non gaussienne, échantillon de faible taille, simulation
de Monte Carlo ;
determine an expanded uncertainty,
which encompass a given percentage
of the probable value of the
measurand. We propose to apply a
similar factor to the individual component(s)
of the uncertainty budget
when the value is calculated with a
limited number of measurements.
These factors have the same function
as the coverage factor defined in
the GUM but on the level of the individual
component of the total uncertainty,
we will call them component
coverage factors. The goal of the
presented work is to provide values
of these factors for different types of
distribution, for practical use.
The condition for application of
the GUM uncertainty framework is
among others that the distribution
Key-words
confidence interval, confidence
level, coverage factor, non
Gaussian distribution,
low sample size,
Monte Carlo simulation;
for the measurand can adequately
be approximated by a Gaussian
distribution. For non-Gaussian distribution,
there is always the possibility
to use the method proposed in
Supplement 1 of the GUM which gives
as output the probability density
function of the measurand and as a
consequence the coverage probability
of an interval, once the probability
distribution function of the input
quantities are known [2, 3]. However,
this possibility is seldom used in
practice.
Inspired from the Supplement 1 of
the GUM, we use Monte Carlo simulations
to calculate the component
coverage factors for repeated
measurements from non-normal
distributions. An algorithm has been
developed and applied to the most
common distributions in metrology,
for 95% and 99% level of confidence:
rectangular, arc sine, triangular and
trapezoidal distributions. Tables of
component coverage factors depending
on assumed probability distribution
and number of repeated measurements
are given in section 3.
For large number of repetitions (number
of measurements n >30), the
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 54

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Incertitudes de mesure
difference due to non-normal distribution
are negligible but for small n,
the use of Student-based coverage
factors clearly underestimates the
uncertainty.
2. PROPOSED METHOD
Obtaining coverage factors for probability
distributions encountered in
metrology by an analytical method
is still the object of many studies [4;
5; 6]. As stated in the GUM (G.1.3),
a detailed knowledge of the probability
distribution characterized
by the measurement result and its
combined standard uncertainty is
required to obtain the value of the
coverage factor. To overcome this
difficulty we propose a numerical
method based on Monte Carlo simulation.
According to the GUM, the coverage
factor is defined as the factor to multiply
the combined standard uncertainty,
uc(x), in order to have the expanded
uncertainty U, on the basis
of a level of confidence. In this definition,
the coverage factor multiplies
the combined standard uncertainty.
The combined standard uncertainty
is a sum of individual components.
Assuming that the number of individual
components is large and that
there is not a dominant component
either of type A based on few observations
or of type B based on rectangular
distribution, then the validity
of Central Limit Theorem justifies the
usage of t-Student distribution to calculate
coverage factors (GUM G.2.3,
[7]). When the central limit theorem
is not applicable, the use of Student-based
coverage factor will lead
to underestimation of the uncertainty
and a dedicated calculation as presented
in this paper is needed.
2.1. Algorithm
Let’s consider any probability distribution
of a random variable. In the
Supplement 1 of the GUM, it is recommended
how to generate the
distributions which are of interest
to this work [8]. If we take a sample
of this distribution by making a limited
number n of repeated measurements,
the best estimate of the
measurand is the arithmetic mean
of the observations ( x l
) and the experimental
standard deviation of this
estimate is the standard deviation
S( x l ) of this mean.
In the proposed Monte Carlo approach,
this operation is repeated
N times, such there are N samples
of n observations, the number of
repeated measurements. For each
sample out of the N, the mean ( x l )
and the associated standard deviation
of the mean s( x l
) are calculated:
We obtain N values of ( x 1, x2
,... x N )
and [ s ( x ) s( x ),...
s( )].
1
,
2
The second step consists in applying
the concept of coverage factor as
defined in the GUM and explained
previously.
The component coverage factor k c
is defined as follows: if the best estimate
of the value attributable to the
measurand is x, with an associated
uncertainty u(x), there is a probability
(P) that the mean of repeated
measurement values will be in the
interval [ x − U, x + U ] where, U = kc
( P) u( x)
the
(k c
) values depending on the probability
(P).
In the present method, the best estimate
of the measurand is the mean
of the N iterations:
Therefore, k c
(99%),k c
(95%) is determined
numerically such that 99 %
(95 %) of the calculated ( x i ) are in
the interval: [ x − kc
( xl
),
x + kc
( xl
)]
The Monte Carlo method is valid if
the number of iteration N is sufficiently
large. The minimum N was
selected based on the asymptotic
behavior of the confidence level of
the interval. The results of the calculations
presented here are obtained
x N
(1)
(2)
(3)
(4)
(5)
with N = 106. Note that the algorithm
results have been verified to be independent
of the parameters of the
distribution.
2.2 Examples
The proposed algorithm can be run
for classical distributions but also for
any distributions that can be modeled
with Monte Carlo. Unlike the use
of Student-based coverage factor,
the use of Monte-Carlo based method
is not limited by the symmetrical
property of the distribution.
The special cases of an exponential
distribution for which 2 observations
(n=2) if available is taken as
example. It illustrates the case of
a variable X to which an exponential
distribution is attributed and for
which only 2 measurement points
are available. The algorithm is divided
in 2 parts. The first part consists
in taking N samples of 2 random observations
from the distribution. For
each of these N trials, the mean ( x l )
and the standard deviation the mean
S( x l ) are calculated.
(6)
Figure 2 illustrates the distribution of
the ( xl
). The mean of the ( x ), that
l
is ( x l ) is the best estimate of the
expected value of the distribution. In
the present case of exponential distribution
of expected value µ equals
to 0.5, x = 0.4495 for 10 6 iterations.
Figure 1 : Exponential distribution of the
mean of 2 observations built with Monte
Carlo for µ=0.5
The Monte Carlo method gives a
numerical representation of the dis-
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 55

Dossier
Essais et Modelisation
tribution of the mean of the 2 observations.
This distribution is not
symmetric in the case of exponential
distribution, such that the interval
with a given level of confidence is
not centered on the best estimate
of X. Furthermore, when an interval
is given, a coverage factor is theoretically
not required. However, from
the practical point of view of the user
familiar with the GUM coverage factor
method, we interpret the level of
confidence of that interval in terms
of component coverage factor. This
later is calculated as follows: (k c
) values
are tested such that the interval
[ x − k ( x ),
x + k ( x )]
c
l
has a coverage probability of 99 %
(95 %) of the ( x l ). This is done via
an iterative process, using linear
interpolation, starting from the Student’s
coefficient. Generally, 3 or 4
iterations are sufficient. In the present
case, a value of 124 (24.3) is
found for a level of confidence of
99 % (95 %). (see Table 1 and Table
2 in section 3). Another example is
treated with an arc sine distribution,
for 2 observations as well. Figure 2
shows the distribution of the means
of 2 random observations. Component
coverage factor of 263 (37) is
found for a level of confidence of
95 % (99 %).
The algorithm result has been tested
to be independent of the parameters
assigned to the distribution.
Figure 2 : Distribution of the mean of 2
observations of arc sine distribution, built
with Monte Carlo for µ=0.5
3. COMPONENT COVERAGE FAC-
TORS FOR NON-NORMAL DISTRI-
BUTIONS
The component coverage factors have
c
l
been calculated for the normal, rectangular,
arc sine, triangular, trapezoidal
and exponential distributions. The results
of the calculations are reported in
Table 1 for the 99 % confidence interval
and in Table 2 for the 95 % confidence
interval.
Table 1 : Coverage factor for different
distributions, for 99 % level of confidence
Table 2 : Coverage factor for different
distributions, for 95 % level of confidence
As expected, in the case of a normal
distribution, the algorithm gives rise to
the same value as the Student’s coefficient
for (v=n-1) degrees of freedom.
For the other distributions, the component
coverage factors for a small number
of observations are significantly
larger than for the Gaussian one.
Hence, the systematic use of Student’s
factors whatever the kind of distribution
will lead to an underestimate of the uncertainty.
4. CONCLUSION
In the present contribution, we propose
a numerical method, based on
Monte Carlo simulation, for the calculation
of component coverage factors
for non-Gaussian distributions and
limited number of repeated measurements.
The coverage factors for 95 %
and 99 % level of confidence have
been calculated as a function of the
number of observations for rectangular,
arcsine, triangular, trapezoidal and
exponential distributions. The calculated
component coverage factors for
a small number of observations are
significantly larger than for the Gaussian
ones. This difference decreases
when the number of observation increases.
Hence, it is proposed to use
these coefficients rather than the usual
Student’s factors for the contribution of
non-Gaussian distributed uncertainty
component in global uncertainty budget.
The proposed component coverage
factors do not rule out from the
use of Student’s distribution based values
in the case of an uncertainty budget
when the requirements for the application
of Central Limit Theorem are
met and the distribution approaches a
normal distribution.
J.Pétry, M. Maeck and M.Dobre
Service de Métrologie – Metrologische
dienst – Federal Public Service Economy,
Brussels, Belgium
Références
[1] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO, IU-
PAC, IUPAP and OIML 2008 Guide
to the Expression of Uncertainty in
Measurement—GUM 1995 with minor
corrections JCGM 100:2008
[2] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO,
IUPAC, IUPAP and OIML 2008
Evaluation of Measurement Data—
Supplement 1 to the ‘Guide to the
Expression of Uncertainty in Measurement’—Propagation
of distributions
using a Monte Carlo method
JCGM 101:2008
[3] Stephen V Crowder and Robert
D Moyer, Metrologia 43 34–41
(2006)
[4] P. Fotowicz, Metrologia, 42, 42-
45 (2006)
[5] I. Lira and W. Woger, Advanced
Mathematical and Computational
Tools in Metrology VII, World Scientific
Publishing Co., 73-84 (2006)
[6] P. Otomanski, Meas. Sc. Rev.
5(1), 11-14 (2005)
[7] Wilks, SS Mathematical statistics,
ed. Wiley, New York, 257-258
(1962)
[8] BIPM, IEC, IFCC, ILAC, ISO,
IUPAC, IUPAP and OIML 2008
Evaluation of Measurement Data—
Supplement 1 to the ‘Guide to the
Expression of Uncertainty in Measurement’—Propagation
of distributions
using a Monte Carlo method
JCGM 101:2008, 6.4
Note: a similar version of this paper
has been accepted for presentation
at the International Metrology
Congress, October 2013, Paris,
France
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 56

Dossier
Incertitudes de mesure
Résistance-contrainte
Influence de la propagation des incertitudes
paramétriques sur la probabilité de défaillance
par interaction entre deux lois de Weibull
Dans le cadre de la méthode « résistance-contrainte » basée sur l’interaction probabiliste entre deux
lois de Weibull, nous étudions la variabilité induite sur la probabilité de défaillance par les incertitudes
paramétriques du facteur de sécurité. Le caractère multiplicatif du modèle de propagation conduit directement
à des résultats simples et interprétables. On montre la sensibilité importante de la probabilité
de défaillance aux valeurs moyennes de la résistance et de la contrainte.
1. INTRODUCTION
Dans le cadre de la méthode « résistance-contrainte
», le modèle
d’interaction probabiliste entre deux
lois de Weibull offre une meilleure
souplesse d’adaptation que ceux
faisant intervenir des couples de lois
normale ou lognormale.
Considérons deux lois de Weibull,
représentatives des distributions de
la contrainte et de la résistance, notées
respectivement
Wc
[ η
c
, β
c
] et Wr
[ η
r
, β
r
]
ayant pour fonction de répartition :
(1) F w
x,
η,
β = 1−
exp−
x η
Expression dans laquelle η est le paramètre
d’échelle et β le paramètre
de forme.
Pour des composants mécaniques
suffisamment fiables, on a montré antérieurement
que la solution de l’intégrale
de convolution qui détermine la
probabilité de défaillance peut s’écrire
sous forme explicite, à partir d’un développement
limité [PIE-92]:
Abstract
In the framework of the « stress-strength » method based on the probabilistic
interaction between two Weibull distributions, we study the variability induced
on the failure probability by the parametric uncertainties of the safety
factor. The multiplicative character of the propagation model leads directly
to simple and interpretable results. We show the dramatic sensitivity of the
failure probability relating to the stress and strength mean values.
Key-words : “Stress-Strength” method, probabilistic interaction, Weibull
distribution, failure probability, multiplicative model, lognormal distribution,
uncertainty propagation, parametric sensitivity;
( ) ( ) β
( ) [ ( )]
βr
(2) Pd
≈ ηc
ηr
⋅ Γ 1+
β
r
βc
Il s’agit d’une approximation du premier
ordre qui majore la solution
exacte d’autant moins que la probabilité
de défaillance est faible (environ 1%
pour P d
≈ 10 -2 ).
Le rapport des paramètres d’échelle
(η r
/η c
), assimilable à un coefficient
près au facteur de sécurité, est nécessairement
supérieur à l’unité. Les paramètres
de forme déterminent la variabilité
des distributions : en général le
coefficient de variation de la contrainte
est inférieur à 100%, ce qui correspond
à une loi exponentielle (β c
≡1),
alors que celui de la résistance est nettement
plus faible, pratiquement compris
dans la plage 2.5% à 12% (soit :
50

Dossier
Essais et Modelisation
de mettre en œuvre une séquence de
calculs algébriques assez fastidieuse
qui ne permet pas d’appréhender
clairement l’influence des approximations
successives impliquées dans ce
processus. En outre, elle fournit une
solution approximative d’autant moins
précise que la non linéarité du modèle
est prononcée, ce qui est le cas d’une
fonction puissance telle que celle apparaissant
dans (2).
2.2. Approche multiplicative
La structure du modèle (2) suggère une
approche plus pertinente : alors que la
propagation de distributions normales
est intrinsèquement adaptée aux modèles
linéaires de type additif (ce qui
n’est pas le cas ici), la propagation de
distributions lognormales l’est dans le
cas de modèles multiplicatifs [PIE-13].
Plusieurs avantages en découlent :
d’une part si les distributions des paramètres
d’entrée sont lognormales,
celle de la probabilité de défaillance
l’est aussi, d’autre part la solution correspondante
est formellement exacte
et peut être obtenue plus directement.
Le choix d’incertitudes paramétriques
distribuées suivant des lois lognormales
est tout aussi justifié que le choix
de lois normales, car dans ce dernier
cas la distribution de l’incertitude affectant
la probabilité de défaillance est assimilée
abusivement à une loi normale.
A la limite, les deux approchese se rejoignent
puisque la loi lognormale tend
vers une normale lorsque son coefficient
de variation est suffisamment
faible (son asymétrie positive s’atténue).
Nous faisons donc l’hypothèse
que les paramètres d’échelle sont
des variables aléatoires lognormales
notées LN c
[µ c
,σ c
] et LN r
[µ r
,σ r
] dont les
deux paramètres [µ i
,σ i
] sont ceux de la
loi normale parente dont découle la loi
lognormale par une transformation exponentielle
[PAP-84]. Dans ces conditions,
la probabilité de défaillance est
distribuée suivant une loi lognormale
notée LN d
[µ d
,σ d
] dont les deux paramètres
s’écrivent directement :
(3)
(4)
En théorie, la connaissance de ces
deux moments permet d’obtenir explicitement
toutes les caractéristiques
statistiques utiles qui caractérisent
la probabilité de défaillance : valeur
moyenne m d
, coefficient de variation γ d
,
et quantile X q
associé à une probabilité
Ϥ correspondant à un quantile Z q
de la
loi normale standardisée.
(5)
(6)
(7)
Cette approche permet de définir des
intervalles de confiance classiques bilatéraux
(associés par exemple à un
niveau de confiance de 90 %) ou une
mesure plus pertinente en terme de
risque (par exemple une probabilité de
dépassement de 1 % associée à une
probabilité de défaillance assignée).
3. SOLUTION APPROCHEE
Bien que les expressions précédentes
fournissent une solution complète et
explicite au problème posé, leur exploitation
en vue d’une analyse de
sensibilité paramétrique n’est pas
suffisamment simple. C’est pourquoi
il est souhaitable de les formuler différemment
et d’y introduire quelques
simplifications.
A cet effet, l’introduction des coefficients
de variation et du facteur de sécurité
(terme plus général que le coefficient
de garantie) est compatible avec
la formulation adoptée dans le cadre de
la méthode « résistance-contrainte »
[NFX-13], ce qui facilite l’analyse et
l’interprétation des résultats.
En ce qui concerne les caractéristiques
statistiques de la loi lognormale,
un développement limité de la relation
(6) montre qu’il est possible d’assimiler
le coefficient de variation µ d
à l’écarttype
σ d
. Ce dernier est un majorant tel
que pour σ d
≤ 20%, l’erreur commise
est inférieure à 1%. Dans les relations
(4 à 7) on peut donc valablement substituer
les coefficients de variation aux
écart-types correspondants.
Il reste à exprimer les paramètres
(µ c
,µ c
) intervenant dans la définition
des lois lognormales en fonction des
valeurs moyennes assignées à la résistance
et à la contrainte, dont le rapport
s’identifie au facteur de sécurité.
A partir de (5,6) on obtient sans approximation
:
(8)
En notant S 0
= (m r
/m c
) le facteur de
sécurité relatif aux valeurs moyennes
déterministes de la résistance et de
la contrainte (en l’absence d’incertitudes),
on constate en tenant compte
de (5) et (8), que l’introduction des incertitudes
relatives caractérisées par
(γ c
,γ r
) se traduit par une légère perturbation
telle que :
(9)
Pour des incertitudes relatives inférieures
à 15 %, une telle correction
peut être valablement négligée, ce qui
permet d’assimiler la variabilité des
paramètres d’échelle à celle des valeurs
moyennes de la résistance et de
la contrainte correspondantes. Alors,
compte tenu de (4) et (6), on peut exprimer
le coefficient de variation affectant
la probabilité de défaillance sous
une forme très simple :
(10)
On constate que la sensibilité de la
probabilité de défaillance aux incertitudes
susceptibles d’affecter les valeurs
moyennes de la résistance et de
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 58

Dossier
Incertitudes de mesure
la contrainte est proportionnelle au paramètre
de forme de la distribution de
la résistance.
4. APPLICATION NUMERIQUE
A titre illustratif, il s’agit de la probabilité
de défaillance résultant de l’interaction
entre deux lois de Weibull :
β r
= 6 : correspondant à γ wr
≈ 19.4%
(dispersion intrinsèque de la résistance)
β c
= 3 : correspondant à γ wr
≈ 36.3%
(dispersion intrinsèque de la contrainte)
(n r
/n c
) : correspondant à S ≈ 3.117 (facteur
de sécurité)
Probabilité de défaillance :
• valeur exacte issue de l’intégrale de
convolution : P d
= 0.2721%
• valeur approchée suivant (2) :
Pd ≈ 0.2743% (erreur + 0.81%)
Variabilités des paramètres d’échelle :
γ c
= 3% & γ r
= 1.5% (dispersions paramétriques)
Variabilité de la probabilité de défaillance
: γ d
≈ 20.1%
Intervalle de confiance bilatéral à
90% correspondant à une approximation
normale avec Z2.5% = 1.96 :
P d
≈ [0.167%-0.382%]
On constate que la probabilité de défaillance
est très sensible à de faibles
variabilités paramétriques et ce, d’autant
plus que la variabilité intrinsèque
de la résistance est faible.
5. CONCLUSIONS
On a étudié la propagation des incertitudes
paramétriques à travers le
modèle multiplicatif non linéaire qui
détermine la probabilité de défaillance
par interaction entre deux lois
de Weibull.
Les résultats obtenus montrent que
la probabilité de défaillance est extrêmement
sensible aux variabilités
affectant les valeurs moyennes des
distributions de résistance et de
contrainte.
Cette sensibilité, proportionnelle au
paramètre de forme de la distribution
de la résistance, varie donc approximativement
en raison inverse de son
coefficient de variation.
Ceci montre qu’en matière de fiabilité
prévisionnelle, de faibles variabilités
paramétriques conduisent généralement
à des résultats d’autant plus
dispersés que les probabilités de défaillance
assignées sont faibles.
Ces approches d’interaction « résistance-contrainte
» doivent être
considérés avec circonspection,
d’une part si l’on considère que les
distributions théoriques s’écartent
plus ou moins des distributions
réelles, d’autre part si leurs coefficients
de variation présentent une
certaine incertitude.
En conclusion, il convient d’inciter
à la prudence et de considérer les
résultats de ces approches, non
pas en valeur absolue, mais en valeur
relative. Leur intérêt n’est donc
pas remis en cause lorsqu’il s’agit
de comparaisons réalisées dans le
cadre d’études de fiabilité prévisionnelle.
Lambert Pierrat
CNRS-LJK- LAB, ProbStat Dept. &
LJ-Consulting, Grenoble, 21 Allée Jean
Wiener, 38400 Saint Martin d’Hères Cedex,
France ; e_zainescu@yahoo.com /
tel. +33 (0)4 76 42 14 36
Références
[GUM-08] BIPM, « Evaluation of measurement data : Guide to the expression of uncertainty in measurement »,
JCGM 100 : 2008, French version, BIPM, sept. 2008
[PAP-84] A. Papoulis, « Probability, Random Variables and Stochastic Processes », International Edition, McGraw-
Hill, Inc.,2nd Edition, 1984
[PIE-92] L. Pierrat, « Estimation de la probabilité de défaillance par interaction de deux lois de Weibull », Revue de
Statistique Appliquée, XXXX (4), 5-13, 1992
[PIE-13] L. Pierrat, E. Georgin, « Approche probabiliste pour la propagation d’incertitudes à travers un modèle de
constante de temps thermique en régimes de convection naturelle et forcée », Accepté pour présentation au Congrès
International de Métrologie, Paris, Octobre 2013
[NFX-13] Norme Française NFX 50-144-3 « Application de la démarche de personnalisation en environnement : Partie
5 Coefficient de garantie », AFNOR, à paraître 2013-2014
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 59

Des Essais Insolites
Projet
Simulation en eaux troubles
Certaines œuvres du 7e art auraient peut-être pu revoir leur scénario si leurs réalisateurs avaient eu
entre les mains Nemo, un simulateur capable de détecter les menaces en pleine mer avec un réalisme
et une précision hors du commun. Certes, ce projet ambitieux porté par l’Ifremer de Brest, Télécom
Bretagne, le ministère de la Défense et des industriels comme Thales, accompagné et mis au point par
les sociétés Alyotech et Artal, n’en est qu'au trois quarts de son développement technologique. Mais
déjà de grands industriels de l'armement et du civil se montrent très intéressés par une solution qui leur
permettra de s'affranchir de phases d'essais à la fois lourdes et onéreuses.
Démarré il y a deux ans, le projet aboutira
mi-2014, une fois la conception du
système entièrement finalisée et les
tests de validation effectués. Ces tests
porteront essentiellement sur les mesures
en temps réel, lesquels seront
confrontés aux résultats des systèmes
fixes, dits classiques. Car l’intérêt du
projet Nemo réside dans le développement
d'une solution logicielle qui
s’applique à la fois dans le secteur de
la défense et du civil. Surtout, cet outil
permettra de simuler de manière réaliste
(et en 3D) la surface de la mer, et
ce en temps réel, et de proposer des
modèles mathématiques pour rendre
possible des calculs jusqu’alors fastidieux.
« L’objectif est de lancer un
produit logiciel capable de fournir des
vidéos assistant les différents modèles
de surveillance comme les radars et
autres multiples capteurs, précise
Stéphane Malledant, responsable du
business development Simulation et
informatique scientifique au sein du
partenaire éditeur Alyotech. Cette modélisation
peut donc s’opérer en pleine
mer ou à proximité des côtes ».
Représenter le réel à la surface,
en pleine mer ou près des côtes
Naturellement, la modélisation en mer
et celle près de zones côtières sont
différentes, en particulier au niveau de
la bathymétrie en raison de la variation
des reliefs dans l’eau ; les effets côtiers
présentent en effet beaucoup de variabilité
entre le sol et la surface. Ils influent
beaucoup sur les opérations de
modélisation. D’autant que l’un des défis
premiers est d’être le plus précis et
le plus représentatif possible de la réalité
tout en opérant en temps réel. « Il
faut pouvoir représenter le réel grâce
à une même dynamique rassemblant
tous les systèmes de caméras et de
vidéo-surveillance, les capteurs optroniques
à 25 images par seconde, la
fréquence des radars, etc. ».
Une tâche ardue, d’autant que les signataires
du projet que sont la DGA
mais aussi deux branches de Thales,
Thales Systèmes Aéroportés (TSA)
et Thales Optronique (TOSA), en
charge notamment des essais de validation,
sont confrontés à des risques
de toutes sortes. Ce système présente
ainsi un intérêt majeur, dans la mesure
où il répond à la demande des industriels
de réduire les coûts relatifs aux
essais en mer et les remplacer par des
opérations de simulation.
Des applications aussi bien dans la
défense que dans le civil
Les risques, du moins pour la DGA
et les deux entités du groupe Thales
impliquées dans le projet, concernent
surtout les objets flottants. Il s’agit bien
souvent d’importants navires qu’il est
important d’identifier le plus loin possible,
en fonction d’un espace-temps
particulier : « ce système aide à détecter,
reconnaître et déterminer si une
frégate située à quinze kilomètres des
côtes représente une menace ». Dans
le civil, le simulateur Nemo concerne
par exemple les questions d’immigration
clandestine, de trafics de toutes
sortes mais également, au niveau des
pollutions en mer ou sur les côtes, à
détecter des pollutions accidentelles
( ou volontaires… ) en étant capable
de déterminer en temps réel la nature
et la dangerosité des produits pétroliers
ou autres déversés dans l’eau.
Pour cela, l’observation multicapteurs
est primordiale.
À ce jour, le verrou technologique est
bel et bien levé. La prochaine étape
consiste à valider le système, comparer
le simulateur aux mesures prises
avec des moyens fixes et ainsi évaluer
l’efficacité des capteurs… pour
peut-être faire de la mer une terre de
sécurité.
Olivier Guillon
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 60

Vie de l’ASTE
GAM-PME
Le Guide d'aide à la mesure
pour les PME lancé en fin de l'année
L’Association pour le développement des sciences et techniques
de l’environnement (ASTE) a reçu l’appui du ministère
de l’Industrie et de la Direction générale de la compétitivité,
de l’industrie et des services (DGCIS) pour la réalisation d’un
guide interactif d’aide à la décision en matière de câblage des
appareils de mesure en environnement industriel.
La CEM dans le cas
des câblages des
appareils de mesure
La compatibilité électromagnétique
(CEM) est l'aptitude d'une
chaîne de mesure à fonctionner
dans un environnement industriel.
Le choix du type de câblage (bifilaire,
blindé, torsadé), sa position
par rapport aux plans de masse,
les types de montage influent sur
les couplages avec les perturbations
parasites (émissions rayonnées
et/ou conduites).
L'outil développé permet de simuler
le câblage envisagé avant son
montage effectif et juger de son
efficacité dans un environnement
perturbé (compte tenu du type de
mesure et de la précision de mesure
demandée). Si celle-ci est insuffisante
(mauvais rapport signal
utile/parasite), l'outil permet de
tester en temps réel des configurations
plus performantes (mise
en place de filtre, blindage plus
performant, changement du chemin
de câblage,..) et proposer des
règles simples d'utilisation, issues
de l'expérience d'experts en CEM.
Ce guide sera accessible sur Internet
à l'aide d'un navigateur Web et
facile d'utilisation pour des non spécialistes
de la CEM. Il sera également
mis gratuitement à la disposition des
PME-PMI pour les aider à faire des
mesures de qualité sans investissement
complémentaire en matériel.
Ce guide s'appuie sur une enquête
menée auprès de plusieurs dizaines
de PME-PMI qui a permis de prendre
en compte les perturbations électromagnétiques
souvent rencontrées en
environnement industriel, et de définir
les treize configurations génériques
couvrant plus de 90% des types de
mesure faites. Le guide quantifie visuellement
l'influence des parasites
sur les mesures et proposant si nécessaire
des solutions simples pour
les réduire ; il est associé à un guide
de bonnes pratiques adapté aux
câblages des lignes de mesure.
Ce projet avait été annoncé dans la
revue Essais & Simulations n° 110
d’avril 2012 et présenté les partenaires
qui y collaborent. Il est aujourd'hui
en phase de finalisation et
sera achevé pour la fin 2013 avec la
mise à disposition de l'outil. Quatre
présentations gratuites d'une journée
seront organisées en novembre-décembre
(Île-de-France, Rhône-Alpes,
Paca, Midi-Pyrénées), afin de permettre
aux PME ayant des difficultés
de mesure de tester l'outil en temps
réel et juger de son efficacité sur les
cas qu'ils rencontrent.
Venez nombreux et faites connaître
ces rencontres autour de vous. Les
dates et les lieux seront fournis sur le
site de l'ASTE. Si vous êtes intéressés,
contactez le secrétariat de l'association
(info@aste.asso.fr, +33 1 61
38 96 32), qui vous fournira les informations
nécessaires.
Journée technique ASTE – Laas
sur les capteurs
L’ASTE organise prochainement, en
collaboration avec le Laas – CNRS
de Toulouse, une journée technique
sur les capteurs. La première partie
de la journée sera consacrée aux
conférences : « Capteur de température
miniature sans fil autonome »
par Xavier Lafontan de la société Intesens
», « Nouvel outil pour la mesure
rapide de température avec un
thermocouple » par Anis Ziadi de la
société Dsi », « Nouveau capteur
de mesure de température sans
contact » par David Garnier de la
société Texys, et « Application des
nanotechnologies pour le développement
de capteurs de température
et de jauges de déformation » par
Laurence Ressier de l’Insa Toulouse
et Jean-Jacques Bois de la société
Nanolike. Au cours de l’après-midi,
les participants pourront visiter le
laboratoire du Laas et assister à la
démonstration de l’avion instrumenté.
>> Informations : s'adresser au secrétariat
de l’ASTE au 01 61 38 96 32 et à
l’adresse mail : info@aste.asso.fr.
AGO et AGE de l’ASTE
Le 13 juin 2013 se sont tenues à la
Sopemea à Vélizy-Villacoublay les
assemblées générales ordinaire
et extraordinaire de l’ASTE. Deux
nouveaux membres ont été élus
au conseil d’administration : Pascal
Abriat (IUT de Limousin) et Daniel
Vilmus (Sereme). Parmi les administrateurs
sortants, Jean-Claude Frölich
et Raymond Buisson ne se sont
pas représentés. Au cours de l’assemblée
générale extraordinaire, les
nouveaux statuts de l’association ont
été adoptés à l’unanimité.
Réunion du conseil d’administration
de l’ASTE
Le conseil d’administration s’est réuni
le 13 juin 2013, à l’issue de l’AGO et
l’AGE de l’ASTE. Les administrateurs
ont procédé à l’élection du bureau de
l’association. Le bureau actuel a été
prolongé dans ses fonctions. En voici
la composition :
• Joseph Merlet (Intespace) – Président
• Henri Grzeskowiak (HG Consultant)
– Vice-président,
• Jean-Paul Prulhière (Metexo) – Secrétaire
• Bernard Colomiès (Sopemea) –
Trésorier
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 61

Formations
ASTE
Programme des formations 2014
Association régie par la loi de 1901
N° de formation 11 75 0834 475
Mécanique vibratoire
Association pour le développement
des Sciences et Techniques de l’Environnement
2013-2014
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)
SOPEME (78)
3,5 15-18 avril 1 620 €
4 12-16 mai 1 800 €
3
15-17 oct.
11-13 juin
1 500 €
Chocs mécaniques : mesures, spécifications,
essais et analyses de risques
ASTE (78) 3
6-8 nov.
2-4 avril
1 500 €
Acquisition et traitement
des signaux
Pilotage des générateurs
de vibrations
Principes de base et caractérisation des
signaux
Traitement du signal avancé des signaux
vibratoires
IUT du Limousin 3,5 20-23 mai 1 620 €
ASTE (78) 3
17-19 sept.
2014
1 500 €
Principes utilisés et applications SOPEMEA (78) 4 26-29 nov. 1 800 €
Analyse modale
Acoustique
Analyse modale expérimentale et Initiation
aux calculs de structure et essais
Principes de base, mesures et application
aux essais industriels
SOPEMEA (78) 4 19-22 nov. 1 800 €
INTESPACE (31) 4 19-22 nov. 1 800 €
Climatique
Electromagnétisme
Principes de base et mesure des
phénomènes thermiques
IUT du Limousin 3 13-15 nov. 1 500 €
Application au domaine industriel INTESPACE (31) 3 9-11 oct. 1 500 €
Sensibilisation à la compatibilité
électromagnétique
Application à la prise en compte de la CEM
dans le domaine industriel
Exploitation des normes CEM
IUT du Limousin 4 7-11 avril 1 800 €
INTESPACE (31) 4
EMITECH
(78 - VERSAILLES)
2
16-19 sept.
2014
20-21
février
1 800 €
1 100 €
Prise en compte de l'environnement
dans un programme industriel
2
9-10 sept.
2014
1 100 €
Personnalisation du produit
à son environnement
Prise en compte de l’environnement
mécanique
Utilisation des outils de synthèse
mécanique pour la conception
et le pré-dimensionnement des équipements
ASTE (78)
3 22-24 oct. 1 500 €
3 20-22 nov. 1 500 €
Prise en compte de l’environnement
climatique
3
24-26 sept.
2014
1 500 €
Prise en compte de l’environnement
électromagnétique
EMITECH
(78 - VERSAILLES)
3 23-25 avril 1 500 €
Mesure
Extensomètrie : collage de jauge, analyse
des résultats et de leur qualité
Concevoir, réaliser, exploiter une campagne
de mesures
ASTE (78) 3 18-20 juin 1 700€
ASTE (78) 2 3-4 déc. 1 100 €
Essais
Simulation – Nouveau
Bonne pratique des mesures IUT du Limousin 2 4-5 juin 1100 €
Conception et validation de la fiabilité -
dimensionnement des essais pour la
validation de la conception des produits
IFMA
(63 - AUBIERE)
3 3-5 juin 1 500€
Fiabilité, déverminage, essais (accélérés,
11-12 sept.
ASTE (78) 2
1 100 €
aggravés)
2014
Construire la robustesse de vos produits
EMITECH (78) 1 5 juin 850€
par les méthodes HALT & HASS
Estimation des incertitudes de mesure dans
9-10 oct.
2
1 100 €
les essais
2014
ISTIA
9-10 sept.
Accréditation des laboratoires d’essais 2
1 100 €
(ANGERS - 49)
2014
Méthodes statistiques appliquées
aux essais
La simulation numérique et les essais :
complémentarités - comparaisons
ASTE (78)
2 3-4 juillet 1 100 €
2 17-18 oct. 1 100 €
CONTACT : Patrycja PERRIN - Tél. 01 61 38 96 32 - info@aste.asso.fr
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 62

Agenda
Evénements, colloques, séminaires à venir...
> Sepem Angers
Octobre
La prochaine édition des Salon des services, equipements,
process et maintenance (Sepem) aura lieu à Angers. Le Sepem
Industries s’applique à proposer des solutions pratiques
à tous les industriels d’une région donnée, quel que soit leur
secteur d’activités de provenance.
Du 8 au 10 octobre 2013
À Angers
www.sepem-industries.com
> EnovaPARIS
Carrefour de l’électronique, Mesurexpovision, Opto et
RF&Hyper (enovaPARIS) se tiendront de nouveau à Paris
Porte de Versailles du 8 au 10 octobre 2013.
Du 8 au 10 octobre 2013
À Paris – Porte de Versailles
www.enova-event.com
Novembre
> CMOI-Fluvisu
Du 18 au 22 novembre prochain se déroulera à l’Ecole Polytechnique
de l'Université d'Orléans le 13e colloque international francophone
sur les Méthodes et techniques optiques pour l'industrie du
club CMOI/SFO. L'événement sera organisé en coopération avec
le 15e congrès français du club Fluvisu/SFO.
Du 18 au 22 novembre 2013
À Orléans – École Polytechnique
www.club-cmoi.fr
> Midest 2013
La 43e édition du Midest, numéro 1 des salons de sous-traitance
industrielle, réunira pas moins de 1 700 exposants et près de 40
000 professionnels du 19 au 22 novembre prochains.
Du 19 au 22 novembre 2013
À Parc des expositions Paris Nord-Villepinte
www.midest.com
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 63

Au sommaire
du prochain numéro
Dossier
Énergies vertes : les défis liés
aux essais des véhicules électriques
Mesures et méthodes de mesure
Les outils de mesure pour détecter
les pollutions sur les sites industriels
Essais et modélisation
Les technologies 3D au cœur de la simulation numérique
(logiciels, simulation, réalité virtuelle imprimantes 3D...)
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
AKEO PLUS ........................20
ACTIDYN ............................49
ARENIUS ...............................7
ASTE ...................................63
ENOVA ...................3e de couv.
ESI GROUP .........4e de couv.
FELIX INFORMATIQUE ........9
HOLO 3D ..........................21
CONCEPTION ÉDITORIALE & RÉALISATION
MRJ
54, Boulevard Rodin - 92130 Issy les Moulineaux
Tél. : 01 73 79 35 67
Fax. : 01 34 29 61 02
www.mrj-presse.fr
(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 :
Anne Marie Ajour (ASTE), 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), Lambert Pierrat
(LJ Consulting), Jean Paul Prulhière (Metexo), Jean-François Romain
(MRJ), Philippe Sissoko (LCIE), Pierre Touboul (Onera)
On participé à ce numéro :
Mario Arenas (EDF R&D, STEP Department), C. Barbier (Centre Spatial
de Liège), Eric Bongiovanni (Shom), Olivier Deneux (EDF R&D, STEP
Department), P. De Vincenzo (Open Engineering), M.Dobre (Federal
Public Service Eco-nomy, Brussels), Florent Duvinage (société Nérys),
M. Georges (Centre Spatial de Liège), Henri Grzeskowiak (HG-Consultant),
Pascal Le Du (Shom), Marc Le Menn (Shom), Bertrand Leroy (PSA
Peugeot-Citroën), J. Loicq (Centre Spatial de Liège), Sylvain Lucas
(Shom), André Lusven (Shom), M. Maeck (Federal Public Service Economy,
Brussels), A. Mazzoli (Centre Spatial de Liège), P. Nachtergaele
(Open Engineering), A. Orban (Centre Spatial de Liège), Laurent Pacaud
(Shom), S. Paquay (Open Engineering), J.Pétry (Federal Public Service
Eco-nomy, Brussels), Lambert Pierrat (LJ-Consulting & LJK-LAB), Gérald
Portemont (Onera/DADS/CRD), Julien Réthoré (LaMCoS, Université
de Lyon / INSA Lyon / CNRS), Didier Rouxel (Shom), J-S . Ruess
(GDTech), P. Saint-Georges (Open Engineering), Y. Stockman (Centre
Spatial de Liège).
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
DIFFUSION ET ABONNEMENTS
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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)
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BGP ELECTRONIC ..............5
CETIM .................................31
COMSOL ..............2e de couv.
DBVIB ....................................2
ELEXIS ................................27
IDIL .....................................14
INSTRON ............................29
M + P INTERNATIONAL .....19
MB ELECTRONIQUE .........17
OMEGA ...............................23
VIB-TEC ...............................37
Trimestriel - N° 115
Octobre 2013
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.
Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 64

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Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 65

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Essais & Simulations • OCTOBRE 2013 • PAGE 66