Essais & Simulations n°111

www.mesures-et-tests.com
DOSSIER
Spécial Mesurexpovision:
Les moyens et les technologies
de mesures dans les essais
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MESURES ET MÉTHODES DE MESURES
La mesure 3D à l’honneur
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ESSAIS ET MODÉLISATION
Le rôle croissant de la réalité
virtuelle dans les opérations de test
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N° 111 OCTOBRE 2012 TRIMESTRIEL 20 €

Doit-on rendre les essais
plus rentables ?
Vaste champ de réflexion et de discorde pour les uns, une évidence pour les autres, la
notion de rentabilité des essais et des tests de produits, d'objets manufacturés ou de
véhicules semble s'être aujourd'hui imposée. Ce n'est une surprise pour personne,
compte tenu de la concurrence grandissante dans les pays occidentaux comme sur les marchés
émergents, de l'obsession de productivité à outrance, de réduction de coûts et de délais, et
à plus forte raison du contexte de crise qui frappe l'économie mondiale depuis maintenant
plusieurs années.
Par ailleurs, les éditeurs de solutions en matière de simulation numérique poursuivent leurs
efforts et proposent des gammes d'outils de plus en plus perfectionnés, simples et précis ;
de quoi faire de la réalité virtuelle un complément à part entière des essais en environnement
et de rendre, de fait, ces essais beaucoup plus économiques.
Attention toutefois à ne pas faire de la rentabilité le seul et unique leitmotiv de toute une
industrie. Car si l'aéronautique, en raison des petites séries et des « faibles » volumes mais
aussi pour des questions de sécurité évidentes ne s'abrogera jamais des essais en plein vol,
l'automobile en revanche, premier utilisateur d'outils de réalité virtuelle, poursuit son basculement
vers la simulation. Des essais de sécurité type crash-test et essais sur route – la fonction
première d'une voiture est-elle encore de rouler sur le bitume – sont, rassurons-nous,
toujours effectués.
Mais le « tout-électronique » à bord des véhicules, l'électrisation progressive des moteurs et
les nouveaux matériaux présents dans toute la structure amènent de nouveaux problèmes
qu'il est essentiel de prendre en compte, à commencer par les risques que peuvent causer
les problèmes de compatibilité électromagnétique (CEM). Par le passé, l'emballement de
certains véhicules dû à leur régulateur de vitesses avait créé la polémique et provoqué une
réelle frayeur chez un propriétaire de Renault Vel Satis alors « bloqué » sur l'autoroute à
200 km/h. Plus récemment, c’est à bord d’une Toyota Prius que s’est posé le même problème,
à 70 km/h cette fois.
Quel qu'en fût l'issue de cette affaire, les ingénieurs ont dû revoir leur produit, consacrer
davantage de temps sur la phase de tests et dépenser des sommes importantes, longtemps
après avoir effectué les premières simulations. Pas si rentable que ça...
Olivier Guillon
E S S AI S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1

Actualités
Entreprises & Marché
Événement :
Mesurexpovision 2012 : 4 salons en 1 ! ................................4
Focus entreprise :
Détecter les problèmes en imageant le bruit .........................6
Spatial :
Astrium prêt à lancer le satellite Spot 6 sur orbite ................8
Équipements : L’AIA s'équipe d'un nouveau banc d’essai
pour ses turbomoteurs .............................................................8
Nomination : Un nouveau directeur
pour le Centre spatial guyanais du CNES ...............................9
Photovoltaïques : D'excellents résultats d'essais
pour le module multi-cristallin d'ET Solar ...............................9
Célébration : Turbomeca (groupe Safran)
célèbre 35 ans de présence au Brésil..................................10
Euriware choisit Micro Focus pour tester l’application
de suivi de production d’Areva ..............................................10
Événement : Le colloque de l'ENI du Val-de-Loire
signe son grand retour ...........................................................11
Produits & Technologies
Plateforme : Un point sur l’excitateur multi-axes
de l’Equipex lyonnais « Phare »..............................................14
Axes linéaires : IAI lance la 4 e génération d’actionneurs
linéaires électrique RoboCylinder..........................................17
Événement : Virtual PLM'12 : L’ingénierie numérique au
service du PLM........................................................................18
Stratégie : L'avenir sourit à la simulation numérique..........18
Regards croisés : Réalité virtuelle, prototypage virtuel –
Quelles perspectives ? ...........................................................20
Interview : Quel avenir pour la simulation 3D ?...................22
Mesures et méthodes de mesures
Dossier
ESSAIS ET MODÉLISATION
Moyens de mesure dans les essais :
Simulation des essais en vibrations de satellites
à partir de l’analyse modale d’une réponse
bas niveau .....................................................................42
Moyens de mesure dans les essais :
Mise au point d’un banc de dilatométrie sous vide
et influence de l’histoire thermique sur le coefficient
de dilatation thermique d’un matériau sandwich ......47
Moyens de mesure dans les essais :
Étude aéro-vibro-acoustique d’une vitre latérale
de voiture chargée par des fluctuations
de pression aérodynamiques.......................................50
Moyens de mesure dans les essais :
Improving vibration environmental testing using
a virtual shaker testing approach................................55
Essais et modélisation
Point de vue : Réduire le coût et les temps de cycle
des tests physiques................................................................32
Composites : Méthode de détermination d’essais
dynamiques de composites ...................................................36
Laboratoires :
Le Ceti élargit la voie de la R&D dans le textile...................38
L'interview : Joseph Merlet (Intespace),
nouveau président de l'ASTE
« L'ASTE doit se développer à tous les niveaux » .................40
Des essais insolites
Traquer les chocs même invisibles !
Avis aux plaisanciers peu délicats .......................................61
Outils
Compte rendu : VCB & ASTELAB 2012.................................62
Compte rendu : Journée Nexter - ASTE du 20 juin 2012....63
Répertoire des annonceurs ...................................................64
Innovation : L'Onera invente la photographie instantanée
des ondes électromagnétiques .............................................24
Technologie : La mesure 3D s'impose progressivement
dans l'industrie.................................................................................26
Avis d'expert : Mesure des positions relatives 3D et des
diamètres de particules par FII ..................................................28
ESSAIS & SIMULATIONS est la revue partenaire
exclusive de l’ASTE (Association pour le
développement des sciences et techniques
de l’environnement).
E S S A IS & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3

Événement
Mesurexpovision 2012 :
4 salons en 1 !
Les quatre salons Carrefour de l’électronique, Mesuexpovision, Opto et RF&Hyper Wireless, créeront l’événement
de l’innovation pour la recherche et l’industrie en se tenant conjointement les 23, 24 et 25 octobre prochains à
Paris-Porte de Versailles.
L’édition 2011 des salons Carrefour de
l’électronique, Mesuexpovision, Opto et
RF&Hyper Wireless s’était soldée par un
succès et avait pu, de ce fait, démontrer
la pertinence de leur rapprochement et
leur concomitance.
Grâce à cette nouvelle dynamique dans le
développement des salons, les visiteurs
découvriront en une seule visite des offres
complémentaires et en parfaite synergie :
capteurs, CEM, composants et sousensembles,
équipements de production,
fibre optique, instrumentation de mesure
et de contrôle, laser, métrologie, photoniques,
fabrication électronique, RF et
hyperfréquences, solutions de vision, solutions
optiques/optroniques, test & mesure
et wireless. Ils étaient 8 380 visiteurs
professionnels à sillonner en 2011 les
allées des quatre salons qui rassemblaient
au total 573 ex po sants français et internationaux.
Véritable temps fort de la filière électronique,
le Carrefour de l’électronique
(CiEN), est un lieu de rencontres et
d’échanges en France entre professionnels
de l’industrie et de la recherche.
Au-delà du traditionnel salon professionnel,
de nombreux événements complémentaires
vont être mis en place : des
animations pratiques, des espaces
conseils, des conférences techniques, l’innovation
à l’honneur au travers de deux
prix, un magazine d’information et une
complémentarité avec la tenue en concomitance
des trois autres salons.
Cette édition 2012 rassemblera 220 exposants
distributeurs, représentants, fabricants,
sociétés de services, organismes
et autres bureaux d’études.
Près de 4 000 visi teurs sont attendus à
ce seul événement ●
Des tables pour éliminer les vibrations
Spécialiste de l’isolation vibratoire depuis plus de trente
ans – et présent sur le salon MesurexpoVision 2012 –,
Bilz ® Vibration Technology supprime les vibrations
émanant de machines vibrantes et assure la protection
des machines les plus sensibles, notamment grâce aux
tables antivibratoires dédiées aux domaines de l’industrie
et de la recherche. Composées d’un marbre en
granit et de quatre isolateurs pneumatiques très basses
fréquences (1,5 à 6Hz), elles offrent une régulation de
niveau au centième de millimètre et plus de 90% d’isolation
contre les vibrations basses fréquences.
Ces tables garantissent des résultats de mesure et des analyses fiables dans toutes les activités où les
vibrations perturbent le travail. Sont concernés tout appareil destiné à être utilisé dans les laboratoires
de mesure, salles de contrôle et unités de production (microscope, interféromètre, AFM, rugosimètre,
contrôleur de forme, dispositif laser, appareils optiques, balances de précision...). Bilz s’applique à adapter
ses tables aux besoins de tous les laboratoires. Proposées sur la base de versions standards, ces
produits peuvent également être conçus sur mesure pour répondre aux diverses contraintes d’implantation
du client.
Mesurexpovision,
en quelques chiffres
3 jours d’exposition
300 exposants.
5 000 visiteurs de la mesure/instrumentation,
des industries mécaniques, de l’automobile,
l’aérospatial, l’aéronautique, la recherche, les
laboratoires, les organismes de recherche,
l’éducation, la formation, l’électronique industrielle,
les services, le conseil, les bureaux
d’études, l’énergie, l’environnement, sans
oublier le militaire et la défense.
8 cycles de conférences par des spécialistes
sur les thèmes :
- le climat et l’environnement,
- CND,
- holographie numérique,
- métrologie,
- nanosciences pour l’énergie,
- télémétrie laser,
- thermographie IR, vision.
4 prix récompenseront les entreprises innovantes
(Trophées de l’innovation, prix Yves
Rocard, Prix d’Instrumentation de la division
de chimie physique, Prix Jeunes Chercheurs).
3 salons en synergie avec Mesurexpovision :
Carrefour de l’électronique, Opto et RF&Hyper
Wireless.
Domaines couverts par les salons :
. Les laboratoires d’essais
. L’acoustique, les vibrations et les modélisations
. La mesure
. La simulation des environnements
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Le moniteur XY maXYmos BL de Kistler
reçoit un nouveau logiciel compatible PC
Le maXYmos BL de Kistler combine les mesures fournies
par un capteur piézoélectrique ou à jauges de contrainte
sur la voie Y avec une mesure de déplacement sur la voie
X. Parmi ses fonctionnalités, la fonction de surveillance
« bande de tolérances » permet d’envelopper la courbe
de mesure. Pendant l’installation, la courbe de la bande de
tolérance se positionne sur le contour extérieur d’un
ensemble de courbes mesurées antérieurement et jugées
« bonnes ». Le suivi automatique, qui peut être activé
pour la courbe de la bande de tolérance, recherche le
seuil des limites hautes et basses, et ajuste la fonction
d’évaluation au processus en cours. En plus des outils d’évaluation tels qu’une fenêtre E/S, un seuil ou une
zone interdite, il est possible de mettre jusqu’à deux bandes de tolérances pour chaque courbe. Le nouveau
logiciel compatible PC du maXYmos permet le transfert direct des enregistrements depuis le maXYmos BL
vers l’ordinateur et inclut de nombreuses fonctions pour la visualisation, la mesure et l’analyse de courbes
et de valeurs, ainsi que l’évaluation de la capacité de production.
Mesurer le déplacement
lors de tests de conduite
Dans le monde du développement
de l’automobile, des études au
niveau du châssis forment la base
incontournable pour une conduite
en toute sécurité. Les industriels ont
alors besoin de capteurs capables
de résister aux exigences très sévères
qu’implique l’épreuve de
conduite. Mouvements rapides, distances
courtes, espaces confinés et
environnements difficiles (…), c’est
tout spécifiquement pour ce type
d’applications que Micro-Epsilon a
développé les capteurs à fil tendu de
la série wireSENSOR MP(M). Les
capteurs sont montés en parallèle
sur l’amortisseur et mesurent le mouvement de ce dernier en fonction des conditions de la chaussée. On
dérive, de ce signal « de route », la vitesse d’oscillation et l’accélération de l’amortisseur. Les données
fournissent aux ingénieurs chargés du développement des informations très utiles sur les propriétés de
la suspension.
Nouveaux systèmes
de pilotage de vibrateurs
DYN 4400/4500 de Dynamix
Les nouveaux systèmes de pilotage de
vibrateurs DYN 4400/4500 permettent aux
utilisateurs de réaliser tous types d’essais
permettant de détecter les effets destructeurs
des vibrations. Les systèmes de pilotage DYN
4400/4500 ont des performances significatives
pour les essais en R&D et en production.
Il sont conçus autour d’une structure de
traitement distribué multi-DSP avec un niveau
de bruit de fonctionnement particulièrement
faible, un filtrage numérique 32-bit à virgule
flottante, un convertisseur analogique 24 bits et
des algorithmes avancés de contrôle adaptatifs.
Avec les systèmes DYN 4400/4500, on peut
réaliser les essais suivants :
- Aléatoire et autres modes combinés (SOR, ROR
et S&ROR)
- Kurtosis
- Sinus
- Recherche, maintien et suivi à la résonance
(RSTD)
- Chocs
- Spectres de réponse aux chocs (SRS)
- Pilotage temporel de courte durée (TWC)
- Essais sismiques
- Pilotage temporel de longue durée (FDR)
- Bruit routier
- Limites dynamiques des essais (Notching)
DVH / DVE : des débitmètres Vortex multivariables
Kobold Messring GmbH a lancé une nouvelle gamme de débitmètres vortex : DVH pour le modèle en ligne et DVE pour le modèle en
insertion. Sa conception entièrement soudée, la possibilité d’adjoindre des capteurs intégrés de pression et de température pour le
calcul de débit corrigé ainsi qu’un capteur de température externe pour le calcul d’énergie consommée, en font un débitmètre vortex
destiné à toute application sur liquides, gaz et vapeur.
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5

Focus entreprise
Détecter les problèmes
en imageant le bruit
Depuis 1997, le bureau d’études spécialisé dans l’acoustique poursuit son
chemin de croissance. Seule et unique filiale du groupe IAC à entière vocation
ingénierie, Sim Engineering a signé à ce jour plusieurs belles références
dans l’industrie, à commencer par Arcelor, Total, Air Liquide ou
encore Spie Nucléaire et Snecma (groupe Safran). Des contrats qui ont pu
aboutir grâce à un véritable savoir-faire et des moyens technologiques
sophistiqués en matière de détection d’émissions sonores.
L’une des rares entreprises en France à
s’être dotée de sa propre chambre acoustique
– c’est peut-être même la seule à
ce jour – SIM Engineering (près de 2M€
de chiffre d’affaires en 2011, une vingtaine
de salariés) est capable de créer des
images à partir de bruits. Un savoir-faire
que la société propose à des clients à la
fois industriels et dans le bâtiment ou
encore à des collectivités, qu’il s’agisse
d’études réalisées sur de gros sites ou des
sites multi-sources. Objectif : trouver le
plus rapidement et le plus précisément
possible l’origine d’un bruit et, bien
souvent, l’origine d’un problème.
« Nos prestations vont de la simple détection
à partir de moyens traditionnels tel
qu’un sonomètre aux expertises les plus
poussées en matière d’imagerie, précise
David Berrier, directeur du développement
au sein de SIM Engineering. Nos clients
rencontrent des problématiques ‘’sonores’’
c’est-à-dire qu’ils se trouvent souvent
face à des contraintes réglementaires ou
des arrêtés préfectoraux qui les obligent
à procéder de façon régulière à des analyses
de mesures sonores avec des limites
à ne pas dépasser. D’autre part, force est
de constater que les associations de voisinage
sont de plus en plus persuasives et
obligent les entreprises à entamer des
programmes de réduction de bruit particulièrement
contraignants ».
Un système d’imagerie
par « beamforming »
Le rôle de l’entreprise est d’apporter aux
industriels une expertise acoustique,
souvent sur des sites de taille importante
– avec parfois plus de 1 500 sources sonores
différentes – comme ceux de Dun -
kerque, Mouzon ou encore Florange pour
Arcelor, la centrale nucléaire de Chinon à
Feyzin pour Total... Les équipes arrivent sur
le terrain pour y construire un modèle informatique
acoustique, parfois en 3D à l’exemple
du travail réalisé à la Mairie de Douvrin,
dans le Pas-de-Calais ; à chaque niveau
sonore sa couleur. « On est ainsi capable
de dire à quel endroit correspond quel
niveau sonore. C’est exactement la même
démarche pour les sites industriels ».
Concrètement, SIM Engineering utilise deux
types d’antennes (voir les photos), en fonction
de la taille du site, et une camera. Les
informations sont alors envoyées à une
centrale d’acquisition de données qui
retransmet une image colorée. Il s’agit d’un
système d’imagerie par « beamforming ».
La centrale calcule le retard de phase sur
chaque micro afin de déterminer l’origine.
La distance maximale raisonnable est de
300 à 400 mètres ; au-delà les risques de
perturbation sont élevés.
Aussi efficace soit-elle, cette technique
permet surtout d’éviter aux clients de
repasser par toutes les phases d’études,
lesquelles sont évidemment longues et
très coûteuses ; « nous identifions pour
eux uniquement les sources sonores les
plus bruyantes, pas toutes les sources.
Cela permet de gagner du temps et d’économiser
toute la partie ingénierie. Il est
également possible de cadencer ces
opérations, tous les un, deux ou cinq ans
par exemple, en fonction des budgets » ●
Olivier Guillon
E S S AI S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 6

Un nouveau président
pour le Cnop
Le conseil d’administration
du Comité national d’optique
et de photonique (Cnop) a
nommé en juillet dernier
Philippe Bregi à sa présidence.
Également président d’Opticsvalley et PDG
d’Egide, Philippe Bregi s'est fixé trois objectifs
prioritaires : rendre davantage visible
la filière optique-photonique française au
niveau national (filière reconnue par L’Europe
comme l’une des six technologies
clefs pour l’avenir, filière très présente au
niveau régional dans notre pays), coordonner
et fédérer les acteurs de tous les
acteurs français de la filière pour que le
comité devienne l’interlocuteur des ins -
tances européennes ; enfin, le nouveau
président entend assurer la présence dans
notre filière de toutes les thématiques
optiques et photoniques.
L’optique-photonique, qui est une technologie
diffusante car « capacitante », doit
pénétrer de nombreux nouveaux domaines
applicatifs.
Bureau Veritas
acquiert Shanghai Davis
Testing Technology
Bureau Veritas a annoncé mercredi l’acquisition
de Shanghai Davis Testing
Technology Co., une société chinoise
spécialisée dans les essais d’équipements
pour l’automobile.
Créé en 2007, Shanghai Davis Testing
Technology fournit aux équipementiers
automobiles et fabricants de matériels
électroniques des services visant à évaluer
et à améliorer la performance et la fiabilité
de leurs produits.
La société propose des inspections de sécurité,
des études de conception, des analyses
de défaillance ainsi que la qualification
et des essais de produits et matériaux dans
son laboratoire basé à Shanghai. Shanghai
Davis Testing Technology emploie 24 per -
sonnes et a réalisé un chiffre d’affaires de
1,3M€ en 2011.
Après la récente intégration d’ECL en
Allemagne, Shanghai Davis Testing
Technology représente une nouvelle opportunité
pour Bureau Veritas de renforcer
son offre de services pour la chaîne d’approvisionnement
automobile et d’entrer
sur ce segment en Chine, le premier
marché automobile mondial.
Spatial
Astrium prêt à lancer
le satellite Spot 6 sur orbite
Le nouveau satellite d’observation
de la Terre – Spot 6 –
réalisé par le numéro un européen
de l’industrie spatiale
Astrium, est désormais prêt
pour sa campagne de lan -
cement. Après son transfert
du site Astrium Satellites
de Toulouse vers le Satish
Dhawan Space Centre, en
Inde, le satellite a été intégré
sur le lanceur PSLV chargé de
le placer en orbite.
Spot 6 est un satellite optique d’observation
de la Terre en haute résolution. Comme son
frère jumeau Spot 7, prévu pour être lancé
début 2014, Spot 6 disposera d’une fauchée
de 60 km. Tous deux livreront des produits
d’imagerie offrant une résolution allant
jusqu’à 1,5 mètre. La mission principale de
Spot 6 et Spot 7 consistera à assurer la
Astrium/Dominique ESKENAZI/2012
continuité de service des satellites
Spot 4 et Spot 5, respectivement
en opération depuis
1998 et 2002.
Comparé aux précédentes
missions Spot, les performances
ont été significativement
améliorées, au niveau du seg -
ment sol et des satellites euxmêmes.
C’est particulièrement
vrai pour la réactivité, depuis la
programmation du satellite
jusqu’à la livraison des données
aux utilisateurs, et pour la capacité d’acquisition.
En effet, Spot 6 et Spot 7 permettront une
“revisite” quotidienne en tout point de la Terre,
pour une couverture totale de six millions de
km² par jour. De plus, Spot 6 et Spot 7 sont
des satellites « agiles » capables de s’orienter
rapidement pour viser tout point dans une zone
de 1 500 km autour de leur position ●
Équipements
L’AIA s'équipe d'un nouveau banc
d’essai pour ses turbomoteurs
Jusqu’à l’été dernier, l’Atelier industriel de l’aéronautique
(AIA) de Bordeaux utilisait, pour ses
turbomoteurs et ses groupes auxiliaires de
puissance, un banc d’essai datant d’une quinzaine
d’années. Lorsqu’il a été décidé de le
rénover, l’AIA a choisi les services d’ingénierie
de la société Nérys. « Il s’agit d’une installation
avec de nombreuses contraintes de
sécurité, où la principale complexité réside
dans la compréhension des gammes d’essais
moteur et leur interprétation », souligne
Caroline Couvert, présidente de Nérys. Pas
moins de 120 voies de mesure analogiques
et numériques, 60 voies de pilotage et
120 voies calculées composent ce banc d’essais.
Le système comporte trois PC et fonctionne
sous l’architecture logicielle Vasco,
laquelle comprend un module de configuration,
un module de suivi d’essai et un module
d’exploitation des données. Les fonctions d’acquisition,
de pilotage et de sécurité sont déportées
sur un PXI-RT de National Instruments.
Les données sont exportées du PC de supervision
sur le serveur général de l’AIA. Un PC
de développement transfère des informations
de configuration vers le PC de supervision et
le serveur où les données sont sauvegardées.
Le système permet de bénéficier du déterminisme
d’un système temps réel et d’atteindre
un fort niveau de sécurité. Pour Christian
Valade, responsable informatique de l’annexe
de Croix d’Hins de l’AIA, « ce nouveau banc
permet d’une part de régler l’obsolescence
de notre ancien système qui était installé
depuis 1996. D’autre part, il est beaucoup
plus souple. » ●
E S S A I S & S IM U L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 8

Nomination
Un nouveau directeur pour
le Centre spatial guyanais du CNES
Le 1 er juillet 2012, Bernard Chemoul
a succédé à Joël Barre, à la tête du
Centre Spatial Guyanais. Bernard
Chemoul a dispensé des cours à
l’Ecole nationale supérieure des
techniques avancées de Paris
(Dynamique des structures et interaction
fluides – structures), à partir de
1986, puis, comme professeur vacataire à
l’École nationale supérieure de l’aéronautique
et de l’espace de Toulouse (Mastère
Technologies aéronautiques et spatiales)
pendant dix ans jusqu’en 2002 et à l’école
nationale supérieure des Arts et Métiers
de Paris (Mastère Architecture des
lanceurs) de 2001 à 2005. Bernard
Chemoul est Chevalier de l’Ordre national
du Mérite.
Né le 2 janvier 1958, Bernard Chemoul
est diplômé de l’École nationale supérieure
de mécanique et d’aérotechnique
(ENSMA) de Poitiers
(1981). En 1982, Bernard Chemoul
intègre la Direction des lanceurs du
CNES à Évry en tant qu’ingénieur
d’études structure et ingénieur de
projet, notamment Ariane 4, Ariane
5 et Hermès, puis devient chef du département
Système ambiance et chef de
projet en 1988.
Il occupe ensuite les fonctions de chef de
division Mécanique, aérodynamique, thermique
en 1998, puis celles de sous-directeur
technique Lanceur en 2000. Il est
directeur de programmes Ariane 5 et Vega
en 2005.
Bernard Chemoul rejoint le Centre spatial
guyanais en 2008, comme directeuradjoint
et sous- directeur Protection sauvegarde
environnement ●
Photovoltaïques
D'excellents résultats d'essais pour
le module multi-cristallin d'ET Solar
Fabricant de solutions, ET Solar Group
Corp. (« ET Solar ») a annoncé que son
module multi-cristallin ET-P660240 a
obtenu de très bons résultats lors d’essais
en extérieur réalisés par Photon Laboratory
(« Photon Lab »). Lancé par ET Solar en
2010, l’ET-P660240 est un module multicristallin
possédant une capacité de
production d’énergie maximum unitaire de
240 watts. Lors d’un test récemment mené
par Photon Lab, le module ET-P660240 a
enregistré un rendement de 629 kWh/kW
sur une période d’essai de huit mois et
s’est classé au premier rang de tous les
modules multi-cristallins proposés par différents
fabricants de modules internationaux
renommés testés par le laboratoire en extérieur
dans les mêmes conditions. Depuis
2005, Photon Lab mesure le rendement
énergétique des modules solaires de
quelques-uns des plus grands fabricants
de modules photovoltaïques au monde. Les
tests d’évaluation comparent la production
d’énergie en kilowatt des modules participants.
« Nous sommes ravis que nos modules
aient obtenus de très bons résultats
lors de ces essais rigoureux. Cela montre
que les nombreux efforts que nous avons
déployés pour fabriquer des produits de
grande qualité sont récompensés, a déclaré
Dennis She, Pdg d’ET Solar. Nous sommes
convaincus d’obtenir d’excellents résultats
lors des essais de rendement et sommes
heureux à l’idée de continuer à l’avenir de
travailler en étroite collaboration avec
Photon Lab et d’autres organismes d’essai
internationaux pour valider les performances
et la qualité de nos produits. » ●
E S S A I S & SI M U L A TI O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 9

CGTech rejoint la Business
Software Alliance en France
La Business Software Alliance (BSA), principale
organisation représentant les intérêts de l’industrie
du logiciel, a annoncé l’arrivée de
CGTech en tant que nouveau membre de la BSA
France. Dans l'Hexagone, l'organisation regroupe
les éditeurs français et internationaux : Acronis,
Adobe, Apple, Asseco Poland S.A., Autodesk,
Bentley Systems, CNC, DBA Lab S.p.A., Microsoft,
Siemens, Symantec, Tekla et The Math-
Works. CGTech pourra ainsi contribuer aux
actions de sensibilisation et aux campagnes de
lutte contre le piratage de logiciels mises en
place par la BSA en France. Présent sur de
nombreux secteurs tels que l'industrie aérospatiale,
l'automobile, les produits grand public,
la production d’énergie et l’industrie lourde,
CGTech est spécialisé dans la simulation, le
contrôle qualité et l’optimisation de machines
à commande numérique via le logiciel Vericut.
Moteurs d’avions de combat :
une collaboration entre
Snecma et Rolls-Royce
Snecma (groupe Safran) et Rolls-Royce ont
signé un contrat avec le ministère de la
Défense du Royaume-Uni afin de mener des
études pour la prochaine génération de
moteurs d’avions de combat français et britanniques.
Ce contrat est porté par la société
commune 50/50 Rolls-Royce Snecma Ltd,
créée en 2001. Les deux partenaires ont
également annoncé la signature d’un accord
de collaboration avec BAE Systems et Dassault
Aviation, pour travailler en commun à de
nouveaux concepts et technologies pour les
futurs systèmes de combat aériens francoanglais
(FCAS), dans le cadre du contrat de la
phase préparatoire du programme de démonstration
(DPPP).
Retour sur le Forum Teratec 2012
Le Forum Teratec, qui réunit la communauté
française et internationale de la simulation et
du calcul à haute performance, s’est tenu les
27 et 28 juin derniers à l’Ecole Polytechnique
et a rassemblé près de 1 000 participants,
60 conférenciers internationaux et 60 exposants.
De grands industriels comme Schlum -
berger, L’Oréal ou Arkema ont ainsi présenté
l’impact majeur de ces technologies sur l’industrie
pétrolière, les cosmétiques et la chimie.
Tata Consulting Services a souligné l’usage
croissant des grandes masses de données au
sein de l’organisation des entreprises. Des
start-up innovantes comme Kalrayet et des
entreprises technologiques comme Xyratex
quant à elles ont montré l’extraordinaire révolution
en train de s’opérer).
Célébration
Turbomeca (groupe Safran)
célèbre 35 ans de présence au Brésil
Turbomeca do Brasil (groupe Safran),
implanté au Brésil depuis 1977, célèbre
l’extension de son site de Xerém, État de
Rio de Janeiro. Ces nouvelles infrastructures
abriteront la nouvelle chaîne d’assemblage
et les essais du moteur Makila 2 et
du groupe auxiliaire de puissance (APU)
Saphir 20. Ces équipements sont dédiés
tant aux hélicoptères civils que militaires
EC225/725 destinés au marché brésilien
et plus globalement de l’Amérique latine.
Ces investissements répondent aux engagements
pris par l’entreprise dans le cadre
du contrat d’acquisition de cinquante hélicoptères
EC725 signé en 2009 par le
ministère de la Défense brésilien.
Avec cet investissement, Turbomeca do
Brasil livrera à Helibras (filiale d’Eurocopter)
les moteurs Makila 2 et les APU Saphir 20,
qui équiperont les nouveaux hélicoptères
EC725 des forces armées brésiliennes,
GPAO
Euriware
choisit Micro Focus
Micro Focus, éditeur de solutions de
gestion de tests et de modernisation
d’applications d’entreprise, a annoncé
qu’Euriware, société française de conseil
et services informatiques filiale d’Areva,
avait retenu ses solutions Caliber et Silk
Central Test Manager afin d’assurer le
maintien en état de la nouvelle application
de GPAO déployée sur le site d’Areva
à Saint Marcel (Saône-et-Loire).
Le projet confié par Areva à Euriware
consistait à moderniser une application
de GPAO écrite en cobol il y a vingt ans.
Cette application qui servait au suivi de
production des générateurs de vapeur
était critique car les performances de ces
sous-systèmes de centrales nucléaires
sont directement liées à la qualité de
produits dans l’usine de Helibras à Itajuba.
De plus, Turbomeca do Brasil assurera la
maintenance et la révision de tous les
moteurs Makila 2 en service dans la région
pour des missions militaires et pétrolières.
« Cette expansion résulte de la croissance
très forte du marché de l’hélicoptère au
Brésil et en Amérique Latine et de notre
volonté d’assurer le support au plus près
de nos clients civils et militaires. », a
déclaré François Haas, président de
Turbomeca do Brasil ●
l’ingénierie et à la fiabilité du suivi de fabrication.
Dans le cadre du projet, Euriware a opté
pour les solutions de gestion des exigences
et de suivi des tests logiciels de Micro
Focus afin de valider la qualité et la robustesse
du code Java développé pour la
nouvelle GPAO. Le projet a été mené entre
juillet 2008 et novembre 2011. Les spécifications
de l’application étant intégrées
dans les outils Micro Focus, les interfaces
avec les applications tierces ont été
gérées comme s’il s’agissait de modules. Il
en a résulté une nette amélioration de la
fiabilité et de la productivité du développement
logiciel. À titre d’exemple, l’initialisation
et le pilotage de la phase de tests
ont été réduits de 20% ●
E S S AI S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1 0

Événement
Le colloque de l'ENI du Val-de-Loire
signe son grand retour
Le colloque de l’analyse vibratoire expérimentale revient pour une troisième édition après plusieurs années
d’absence. Initié par l’école d’ingénieurs ENIVL, cet événement majeur dans le domaine se déroulera du 20 au
21 novembre prochain à Blois (Loir-et-Cher). Ce colloque réunira à la fois des scientifiques issus de l’industrie,
des grands organismes nationaux et des laboratoires universitaires intéressés par les développements récents
de l’analyse expérimentale des structures en dynamique * .
Après neuf ans d’absence – les deux premières éditions ayant eu lieu
en 2001 puis en 2003 – le colloque de l’analyse vibratoire expérimentale
(AVE) retrouvera sa place d’honneur au sein de l’École nationale d’ingénieurs
du Val de Loire (ENIVL) fin novembre pour deux journées très
riches en conférences, posters et autres présentations techniques de
haut vol. Parrainée par Roger Serra, enseignant-chercheur et président du
comité d’organisation, cette nouvelle édition se veut encore plus ambitieuse
que les précédentes, lesquelles ne comptaient en leur temps
qu’une seule et unique session. En novembre prochain, comme le détaille
le programme prévisionnel à la fin de l’article, pas moins de sept sessions
se dérouleront devant une centaine de participants attendus pour l’occasion.
« De quoi accueil lir de nouvelles contributions, toujours plus riches
les unes que les autres, s’enthousiasme Roger Serra.
Au total, vingt-quatre interventions orales auront lieu pendant les deux
journées. Par ailleurs, huit interventions ont été sélectionnées pour une
session ‘’posters’’, c’est-à-dire des présentations courtes, chacune ne
dépassant pas trois minutes ; celles-ci seront, en revanche, en interaction
directe avec le public ». Mais cet événement sera en outre l’occasion de
réunir la communauté du vibratoire avec la présence très attendue de
deux professeurs de renommée internationale, David J. Ewins (UK) et
➤
Un prix « Essais & Simulations » pour
les meilleures communications scientifiques
Le premier jour de l’événement, le 20 novembre au soir, le magazine Essais &
Simulations décernera un prix spécial aux trois meilleures communications scientifiques
présentées à l’occasion du Colloque ENI-VL consacré à l’analyse vibratoire
expérimentale. Ce prix récompensera les meilleurs articles selon des critères bien
précis : intérêt scientifique, clarté des énoncées, des idées et des illustrations, mise
en avant des applications et des opportunités pour les industriels. Les trois gagnants
verront leurs articles publiés dans les pages du prochain numéro d’Essais &
Simulations et recevront un abonnement d’un an. Bonne chance !
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1 1
Depuis plus de 25 ans au service des entreprises
Systèmes de vibration clé en main
Vibrateurs neufs et rénovés
Excitateurs pour analyse modale
Systèmes de pilotage multi-voies
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Luigi Garibaldi (IT) qui s’exprimeront notamment lors de deux grandes
conférences plénières.
Une présence croissante de l’analyse vibratoire
dans l’industrie
La raison d’être du colloque réside dans une analyse vibratoire de plus en
plus présente dans les systèmes. Un lien direct entre cette discipline et la
machine s’est en effet établi depuis de nombreuses années lorsque l’on
s’est rendu compte de son importance dans la maintenance préventive ou
conditionnelle grâce aux opérations de surveillance qu’elle permet de réaliser.
Mais l’analyse vibratoire est également présente bien plus en amont, au
niveau de la conception du produit ; celle-ci est aussi déterminante pour
dimensionner les éléments, tout en prenant en compte les paramètres dynamiques
nécessaires pour surmonter les normes de plus en plus exigeantes,
lors des phases de validation et de vérification. Ainsi, des secteurs à
fort potentiel sont apparus dans le paysage scientifique de l’analyse vibratoire,
à commencer par le transport, et tout particulièrement le ferroviaire et l’aéronautique,
puis dans une moindre mesure l’automobile, en particulier pour
des problèmes de confort acoustique, d’engrenage ou d’amortisseurs. En
outre, dans l’industrie, la détection des défauts ou d’un mauvais comportement
des machines tournantes ainsi que dans le génie civil ont multiplié les
perspectives de croissance.
Un colloque qui dépasse les frontières hexagonales
Une centaine de participants et une trentaine de conférenciers : des chiffres
significatifs pour un événement qui compte bien élargir à la fois ses domaines
de compétences et d’applications, mais également son auditoire. En termes
de domaines d’applications, notons la volonté des organisateurs d’évoquer le
monde de la vibration expérimentale dans les laboratoires mais aussi et
surtout in situ, c’est-à-dire dans les unités industrielles et sur les lignes de
fabrication équipées par exemple de machines tournantes, de centres d’usinage
ou de production. « Nous affichons clairement notre ambition de toucher
les universitaires et de nombreux industriels de toute la région, du pays, voire
internationaux », indique de son côté Jean-Pierre Lombard, président du
comité scientifique. Car dépasser les frontières françaises présente un atout
du colloque. En effet, un nombre important de conférenciers provient de
l’étranger telles que le Maghreb, la Belgique, le Québec, l’Italie ou encore le
Portugal. Un véritable réseau, composé surtout de francophones, a en effet vu
peu à peu le jour. « Il s’agit d’une communauté d’expérimentateurs au sein de
la communauté des dynamiciens ! La communauté franco-belge spécialisée
dans les vibrations est par exemple très centrée sur la caractérisation
et l’identification des paramètres dynamiques » ●
Olivier Guillon
* Ce thème doit être compris dans un sens assez large, car il concerne les progrès de l’analyse
vibratoire expérimentale et les informations que l’on peut tirer de ces analyses (sic).
E S S A I S & SI M U LA T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1 2

Programme du colloque
Compte-tenu du nombre et de la qualité des communications, deux conférences plénières, vingt-cinq conférences thématiques et sept posters sont programmés. Les conférences
thématiques seront en langue française et d’une durée de vingt minutes. Chaque présentation sera suivie de dix minutes de questions/discussion. Une synthèse du
colloque, en vue de dégager les axes de recherche et de développement futurs, l’orientation du colloque et l’évolution des structures associatives clôturera les débats.
Mardi 20 novembre
- 9h15 : Ouverture du Colloque
- 9h45 : Conférence plénière – Keynote lecture (45’)
Chairman : Jean-Claude Golinval
Professor Luigi Garibaldi (Politecnico di Torino)
« Output-only, time-variant and non linear systems: headache
or challenge to system identification ? »
- 10h30-11h : Pause et visite des stands
Session 1 : Applications industrielles I
Chairman : Marc Thomas
- 11h : Identification des modes propres de corps rigide
d’un bloc moteur par filtrage modal
C. Thévenard, F. Barillon
- 11h30 : Caractérisation de poulie amortisseur de
vibrations en torsion
L. Manin, S. Schultz
- 12h : Identification expérimentale des efforts dynamiques
opérationnels par des techniques inverses
appuyées par modèle
C. Clerc, S. Teppe
- 12h45 - 13h45 : Pause déjeuner
Session 2A : Identification I
Chairman : Luigi Garibaldi
- 14h : Caractérisation spatio-fréquentielle des excitations
turbulentes à partir d’un nombre réduit de
réponses vibratoires
J. Antunes, Ph. Piteau, X. Delaune, L. Borsoi
- 14h30 : Suivi et suppression de composantes sinusoïdales
modulées dans les signaux : une solution
basée sur le Kurtosis et le filtrage de Kalman étendu
J.-L. Dion, C. , G. Chevallier, H. Festjens
- 15h : Application du filtre de kalman étendu à la
réduction de modèles
F. Abid, G Chevallier
Session 2B : Machines tournantes
Chairman : Didier Rémond
- 14h : La transformée de Hilbert-Huang pour détecter
les défauts d’engrenages
T. Kidar, M. Thomas, M. El Badaoui, R. Guilbault
- 14h30 : Études expérimentales du crissement de
freins à disque ferroviaires
J-J. Sinou, G. Mogenier, F. Cocheteux, S. Bellaj, A. Loyer, X.
Lorang, O. Chiello
- 15 h : Utilisation de l’erreur de transmission et de la
vitesse angulaire instantanée pour le diagnostic vibratoire
des défauts des engrenages
S. Fedala, D. Rémond
15h30 - 16h30 : Session « Posters »
Chairman : Roger Serra
Présentation plénière de 3 minutes par poster puis séance de
questions/discussions devant les posters.
- Poster 1 : Analyse vibratoire expérimentale des turbo
ventilateurs en milieu industriel
T. Kebabsa, R. Khelif, N. Ouelaa, A. Djebala, N. Hamzaoui
- Poster 2 : Détections des défauts de roulements
simple et combiné par analyse spectrale, cepstrale
et temporelle
R. Younes, A. Alia, N. Ouelaa, A. Djebala
- Poster 3 : Détection d’un défaut de délaminage lors
de l’usinage d’un matériau composite par analyse
vibratoire
H. Chibane, R. Serra, A. Morandeau, R. Leroy
- Poster 4 : Diagnostic vibratoire par recalage de modèle
éléments finis et analyse modale opérationnelle
G. Gautier, R. Serra, J.-M. Mencik
- Poster 5 : Easymod: du développement d’un toolbox
sous Matlab vers l’enseignement des bases de l’analyse
modale expérimentale
G. Kouroussis, L. Ben Fekih, C. Conti, O. Verlinden
- Poster 6 : Identification modale de systèmes variant
dans le temps à partir de réponses simulées sur un
exemple d’éoliennes
M. Bertha, J.-C. Golinval
- Poster 7 : Outil numérique dédié à la caractérisation
modales de structures complexes utilisant la transformée
en ondelettes Continues
O. Riou, G.-M. Rakoto Razafindrazato, A. Luinaud,
P.-O. Logerais, J.-F. Durastanti
Session 3A : Identification non-linéaire
Chairman : Jean-Jacques Sinou
- 16h30 : Caractérisation du comportement dynamique
d’un composant viscoélastique : modélisation et techniques
d’identification paramétrique
H. Jrad, F. Renaud, J.-L. Dion
- 17h : Étude de l’influence des défauts de formes sur le
comportement dynamique des structures assemblées
H. Festjens, J.-L. Dion, G. Chevallier
- 17h30 : Étude dynamique expérimentale des effets
du micro-glissement dans les assemblages de structures
N. Peyret, J.-L. Dion, G. Chevallier, P. Argoul
Session 3B : Analyse modale
Chairman : Thierry Tison
- 16h30 : Élaboration d’une spécification d’essai sur
table vibrante visant à assurer la qualification d’appareils
d’éclairage décoratifs soumis aux vibrations
induites par un pont ferroviaire
F. Marin, D. Simon, J.-C. Golinval
- 17h : Évaluation d’estimateurs spectraux à banc de
filtres adaptés pour l’analyse modale
C. Stephan
- 17h30 : Principes de moindre action en analyse
modale opérationnelle
J. Antoni, T. Monnier
21 heures : Dîner de gala et remise des prix
Remise du Prix de l’AFM GST Vibrations & Bruit pour la
meilleure communication par Régis Dufour
Remise du Prix de l’AFM pour le meilleur Poster Remise du
Prix Robert-Houdin
Remise du Prix Essais & Simulations par Olivier Guillon, rédacteur
en chef de la revue, pour la meilleure communication
scientique.
Mercredi 21 novembre
- 8h15 : Conférence générale (en anglais)
Chairman : Jean-Pierre Lombard
Professor David J. Ewins (Univ. Bristol / Imperial College
London) « Future Directions in Experimental Structural
Dynamics »
Session 4 : Applications industrielles II
Chairman : Jean-Luc Dion
- 9h : Étude expérimentale des vibrations générées par
des trains IC/IR bruxellois sur leur environnement
G. Kouroussis, C. Conti, O. Verlinden
- 9h30 : Méthodologie d’excitation de modes à diamètres
nodaux d’un anneau statorique de turboréacteur
F. Nyssen, J.-C. Golinval, D. Simon, R. Viguie
- 10h : Vibroacoustique d’un moteur électrique : recalage
d’un modèle structural complexe
J.-B. Dupont, P. Bouvet, L. Humbert
- 10h30 – 11h : Pause et visite des stands
Session 5 : Identification II
Chairman : Pierre Argoul
- 11h : Détection de dommage et résonances locales
sur un composite CFRP par vibrothermographie
P. Demy, J.-C. Golinval, D. Simon
- 11h30 : Déformée opérationnelle d’une plaquette de
frein lors d’un crissement
F. Renaud, J.-L. Dion, G. Chevallier
- 12h : Étude expérimentale des niveaux d’accélérations
induits par des chocs durs métal/métal
D. Lenoir
- 12h45 - 13h45 : Déjeuner
Session 6 : Détection des défauts
Chairman : Christian Clerc
- 14h : Wavelets-based damage localization on beams
under the influence of moving loads
J. M. Machorro-Lopez, A. Bellino, S. Marchesiello,
L. Garibaldi
- 14h30 : Méthode de classification des indicateurs
de défauts pour la surveillance des roulements
S. Kerroumi, X. Chiementin, L. Rasolofondraibe
- 15h : Une approche basée sur la SVD pour la détection
d’endommagements de structures précontraintes
G. Cumunel, G. Ruocci, T. LE, P. Argoul
- 15h30 : Suivi vibratoire d’un défaut d’écaillage de
roulement en régime non stationnaire
K. Ait Sghir, F. Bolaers, O. Cousinard, J.-P. Dron
- 16h - 16h30 : Pause et visite des stands et Session
« Posters »
Session 7 : Table ronde
Chairmen : Régis Dufour / Emmanuel Foltete /
Roger Serra
- 16h30 - 17h30 GST Vibrations & Bruit, revue M&I, association
Adyva, Réseau AVE, mise à jour des documents
techniques de l’Ingénieurs, base de données essais, plateforme
d’échange des pratiques pédagogiques, Club des
expérimentateurs...
- 18h : Conclusion du colloque
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Plateforme
Un point sur l’excitateur multi-axes
de l’Equipex lyonnais « Phare »
En janvier 2011, le ministère de l’Enseignement supérieur et de la recherche et
le Commissariat général à l’investissement ont retenu une cinquantaine de projets
pour doter les laboratoires français d’équipements scientifiques d’excellence.
Objectif : réaliser des travaux de recherche au meilleur niveau mondial, au service
de l’accroissement des connaissances de l’innovation, et par voie de conséquence
de l’emploi. Parmi ces Equipex figure le projet lyonnais Plate-formes
machines tournantes pour la maitrise des risques environnementaux (Phare [1]).
La plateforme Phare a pour ambition de
réaliser des expérimentations pour répondre
aux enjeux industriels liés à la consommation
d’énergie, aux situations acci -
dentelles ainsi qu’au développement
d’innovations technologiques nécessaire
à un développement durable, maîtrisé et
respectueux de l’environnement. Trois
bancs d’essais installés à l’École Centrale
et à l’Insa de Lyon constituent cette plateforme
qui va agréger des équipes d’expérimentateurs
et des numériciens parmi
lesquels figurera aussi ceux de l’ENS Lyon.
Les problématiques telles que celles liées
aux instabilités aéro-dynamiques, aéroacoustique,
élasto-dynamiques seront traitées.
Les grands groupes Safran et EDF
sont fortement impliqués dans ce projet.
Contexte scientifique
de la recherche
L’amélioration des moyens de transports
et de production d’énergie est un enjeu
sociétal fort. Au sein de ces moyens, les
machines tournantes occupent une place
centrale. Pour répondre à cet enjeu, il est
essentiel que la technologie des machines
tournantes innove et progresse sur les
thèmes suivants : le rendement énergétique,
la sécurité et l’impact environ nemental. Les
prochaines avancées scien tifiques et techniques
se feront en repoussant les limites
dans des zones de comportements extrêmes.
En effet, les marges de sécurité
excessives, liées à une absence de maî -
trise des incertitudes, excluent actuellement
le domaine de fonctionnement des
machines tournantes de certaines zones à
haut rendement énergétique. Il convient
donc d’identifier et de savoir traiter avec
anticipation les problèmes scientifiques
complexes qui y sont associés afin d’accroître
ainsi nos capacités à développer
une conception virtuelle fiable.
Un besoin fort se fait désormais sentir dans
le domaine de la dynamique non-linéaire et
des instabilités. En effet, l’accroissement
des performances des machines se fera en
réduisant les masses, les jeux. L’impact de
Figure 1. Orbites calculées et mesurées d’un rotor académique
soumis à un mouvement de la base (rotation a¹0 et translation Z=0)
ces contraintes de concep tion va conduire
inévitablement à des dynamiques com -
plexes non-linéaires exacerbant des effets
géométriques, des contacts mécaniques.
Actuellement, ces comportements vibratoires
sont mal maîtrisés car ils engagent
simultanément plusieurs champs de la
physique : le frottement, l’usure, la thermique
et la dynamique des structures. Ce
besoin s’exprime finalement par la prévision
des localisations des endommagements
conduisant à la rupture.
Les instabilités structurelles peuvent être
engendrées par des sollicitations externes
ayant un impact sur le comportement
dynamique des structures tournantes ou
non embarquées sur des systèmes de
transport ou implantées sur des plateformes
soumises au séisme. Maîtriser l’intégrité
de ces machines revient à garantir
de faibles niveaux vibratoires et nécessite
de prévoir le plus précisément possible les
plages de vitesses de fonctionnement hors
des vitesses critiques et des zones d’instabilité.
Pour affiner la détermination des
vitesses critiques, les recherches de la
communauté de la dynamique des rotors
ont porté sur la prise en compte de la flexibilité
du support, des excitations sismiques
et, d’une façon plus confidentielle, du
mouvement d’ensemble de la base.
Les bancs d’essais
de l’Equipex Phare
Ainsi, l’enjeu scientifique majeur pour les
machines tournantes est de proposer une
démarche validée qui garantit l’intégrité
des systèmes en prévenant leur instabilité
et leur rupture tout en minimisant les
consommations énergétiques et les
nuisances environnementales. Cet objectif
ne pourra être réalisé qu’en validant les
modèles physiques par des données expérimentales
détaillées et fiables (voir
Figure 1) obtenues sur des configurations
réalistes, d’où la nécessité de disposer de
bancs d’essais.
E S S A I S & SI M U L AT I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1 4

Figure 2 : Excitateur hydrauliques multi-axes.
Cube de Team-Corporation
Figure 3 :
Exemple d’essai (Horton-USA)
Les deux bancs d’essais – opérationnels
en 2014 à l’EC Lyon – seront dédiés d’une
part à l’étude des instabilités aérodynamiques
[2], des instabilités aéro-élastiques
[3] et des signatures acoustiques, et d’autre
part à l’étude des instabilités structurelles
et les modes de rupture. Le banc
d’essais installé en 2013 à l’INSA de Lyon
sera un système d’excitation multi-axes
dénommé Cube de la société Team Co et
piloté par un contrôleur Data Physics et
mis en œuvre par Actidyn Systèmes [4]
(voir figure 2). Cet excitateur hydraulique a
la capacité d’embarquer des machines
tournantes ou non pouvant être des structures
académiques isolant les phénomènes
à étudier ou des petites machines
industrielles dans des conditions variées
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1 5

et extrêmes combinant sollicitations actives
(agissant directement sur la structure
en rotation comme les balourds) ou passives
(excitation par la base) apportant
hautes et basses fréquences respectivement
(voir la figure 3). L’excitateur de
60kN se compose d’une plateforme dotée
de six vérins hydrauliques (0-250Hz,
62 000 N, translation maximum 96 mm
avec 5.1 g, et rotation maximale +/-6°),
de logiciels de pilotage (balayage sinus et
excitation large bande) d’un système d’acquisition
de 24 voies.
Phénomènes ciblés avec
l’excitateur multi-axes
De nos jours se développent de plus en
plus la notion de machines tournantes
intelligentes ou smart machines car équipées
de capteurs, d’actionneurs, de lois
de contrôle ou de suivi de comportement.
Sensibles aux changements structurels et
d’environnement de travail, elles sont
capables, en modifiant leurs paramètres
de façon autonome, d’accomplir différents
types de rôles : la gestion des performances,
le contrôle des vibrations, la sur -
veillance, l’auto-réparation voire la réparation
des systèmes dans lesquels elles
sont intégrées. Mais se pose alors le
problème de l’intégrité de la chaîne observation-analyse-décision-actionnement
en
présence de sollicitations extrêmes notamment
induites par la base.
Les paliers magnétiques actifs (PMA)
permettent la sustentation et le contrôle
vibratoire de rotors sans lubrification et sans
usure. Par nature, les PMA sont instables et
cette instabilité doit être compensée correctement
par les boucles d’asservissement
ou de contrôle, quelles que soient les conditions
opératoires. Mais leurs caractéristiques
dépendent de la fréquence du rotor et du
stator. Il s’agit donc de pouvoir maîtriser leur
stabilité en présence d’excitations induites
simultanément par ces deux éléments, et
de possibles atterrissages sur les paliers
auxiliaires.
Les essais ciblés concernent aussi la mise
à l’épreuve de la robustesse de la stabilité
de rotors équipés de paliers de paliers
hydrodynamiques. Leur stabilité dépend
de la charge statique imposée par le poids
du rotor mais qui peut fluctuer au gré des
forces de balourds et des accélérations
par la base. D’autre part une nouvelle
génération de palier hybride combine aux
PMA des paliers à squeeze film ou à roule-
ment classique. L’entrefer offre un jeu qui
autorise le débattement de l’arbre et privilégie
les risques d’instabilité dans le cas
de brutal débattement dû à des sollicitations
externes.
L’amélioration des rendements des turbomachines
pousse à réduire les jeux rotorstator,
ce qui entraîne une augmentation
du risque de contact (touche) entre parties
tournantes et parties fixes, voire entre
arbres coaxiaux pour certaines architectures.
La réponse du système est très
différente suivant les conditions : bistable,
chaotique… De nombreux exemples de la
littérature montrent que ces touches
peuvent mener à la ruine du système. Il
s’agit de mieux comprendre le comportement
du moteur après touche, de déterminer
l’influence de certains paramètres
et d’identifier les conditions d’instabilités
Bibliographie
du rotor. Là aussi les sollicitations par la
base ont leur importance dans l’intégrité
des turbomachines embarquées. Ces
problèmes se retrouvent aussi dans les
conceptions d’ultra-compacité des machines
électriques où bien entendu les jeux
sont très faibles.
Les essais menés pourront aussi permettre
l’adaptation des prescriptions des normes
calées actuellement sur les excitations monoaxes.
Les trois plateformes d’essais de
l’Equipex Phare sont appelées à être accessibles
à l’ensemble des communautés
académique et industrielle ●
Régis Dufour, Eric Chatelet,
Université de Lyon, CNRS, INSA-Lyon,
LaMCoS UMR5259, F-69621, France
regis.dufour@insa-lyon.fr,
eric.chatelet@insa-lyon.fr
Références des fournisseurs du banc d’essais
Actidyn Systèmes (78 Elancourt) – www.actidyn.com – conception et fabrication de simulateurs
de mouvements, de centrifugeuses géotechniques et de laboratoire, distributeur et intégrateur
d’équipements de vibrations et de leurs analyseurs et contrôleurs associés
Team Corporation (USA) – www.teamcorporation.com – conception et fabrication de bancs
d’essais mono-axes ou multi-axes basés sur des technologies hydrauliques « haute fréquences »
Data Physics Corporation (USA) – www.dataphysics.com – propose une gamme complète de
solutions d’analyse vibro-acoustique, de système de pilotage de vibrateur mono-axe ou multiaxes,
de vibrateur de 9 N à 240 kN
Bachelet L., Comportement dynamique d’un rotor embarqué sous sollicitation aléatoire. Thèse
de doctorat, Ecole doctorale MEGA, INSA Lyon, 2008-ISAL–0014.
Dakel M., Baguet S., Dufour R, Investigation on the Dynamics of an On-Board Rotor-Bearing
System, ASME-IDETC Conf. IDETC/CIE 2012 – Chicago, 2012
Dakel M., Baguet S., Dufour R, Mass unbalance response of a rotor excited by combined rotational
and translational base motion, International Conference on Vibration Problems, Prague, 2011
Driot, N., Lamarque, C.H., Berlioz, A., Theoretical and experimental analysis of a base-excited
rotor. ASME Journal of Computational and Nonlinear Dynamics, 1(3), 257-263, 2006.
Duchemin M., Contribution à l’étude du comportement dynamique d’un rotor embarqué,
Thèse de Doctorat, Ecole Doctorale MEGA, INSA Lyon, 2003-ISAL-0091
Duchemin, M., Berlioz, A., Ferraris, G., Dynamic behavior and stability of a rotor under base excitation.
ASME Journal of Vibration and Acoustics, 128(5), 576-585, 2006.
Gjika K., Dufour R., Rigid body and nonlinear mount identification - Application to on board
equipment with hysteretic suspensions. Journal of Vibration and Control (5.1), 75-94, 2006
Sino R., Chatelet E., T. Nouri-Baranger, Jacquet-Richardet G., « Stability of internally damped
rotating composite shafts considering transversal shear», Proceedings of ISROMAC-07 2006,
The Eleventh International Symposium on Transport Phenomena and Dynamics of Rotating
Machinery, 2- Februar-2 March 2006, Honolulu Hawaii USA, 7 pp.
Thomas B., Manin L., Goge Ph., Dufour R., A rubber mount model. Application to automotive
equipment suspension. ISMA Conference on Advanced Acoustics and Vibration Engineering –
Leuven, 2010
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Axes linéaires
IAI lance la 4 e génération d’actionneurs
linéaires électrique RoboCylinder
IAI, spécialiste des actionneurs linéaires électriques intégrés, complète sa
gamme RoboCylinder avec la nouvelle série RCP4. Ces nouveautés viennent
s’ajouter à une large famille de modèles déjà existante sur le marché
d’équipements industriels.
Trois tailles seront ainsi disponibles dès le
lancement avec des largeurs de 52, 58 et
73 mm pour les versions à guidages à
billes intégrés et deux tailles avec des
diamètres de 52 et 61 mm pour les
versions à tiges.
La course est comprise entre 50 et 800
mm pour les versions guidées et 50 à 500
mm pour les versions à tiges. La répétabilité
est comprise entre +/- 0,02 mm et
+/- 0,03 mm. Deux versions complémentaires
sont disponibles : une version salle
blanche ISO classe 4 RCP4CR et une
version RCP4W à étanchéité renforcée
(IP65), contre la poussière et les projections
d’eau.
Tous ces actionneurs sont associés à un
nouveau contrôleur PCON-CA. En complément
des fonctions habituelles de mémorisation
de position et de gestion d’effort,
cette nouvelle version permet d’enregistrer
le taux d’utilisation, la distance
parcourue ou bien encore le temps total
d’utilisation. Par ailleurs, un nouveau driver
de puissance PowerCon 150 permet
d’améliorer de manière sensible les performances
de vitesse ou d’accélération.
Pour le pilotage, en plus de l’interface par
entrées/sorties plutôt destinée aux mouvements
répétitifs, IAI propose les réseaux
de terrain Modbus, DeviceNet, Profibus
ainsi que (très bientôt) EtherCat, EtherNet/IP
et Profinet pour les applications nécessitant
un réseau industriel Ethernet.
Pour rappel, IAI propose un grand choix
d’actionneurs électriques, axes linéaires
intégrés avec ou sans guidages pour des
courses de 30 à 5000 mm, pinces électriques,
plateaux rotatifs, robots cartésiens,
robots SCARA. Cette variété permet de
répondre à la plupart des applications de
positionnement de manière simple et
rapide. Dans de nombreux cas, l’utilisation
d’air comprimé couteux à utiliser et peu
pratique de mise en œuvre n’est plus
nécessaire, en particulier pour les ma -
chines utilisées en laboratoire ●
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Événement
Virtual PLM'12 : L’ingénierie
numérique au service du PLM
L’ingénierie numérique, ou plus largement
la chaîne numérique au sein du
PLM, connaît un renouveau d’intérêt
pour deux raisons essentielles : les
PME sont maintenant réellement
concernées par un ensemble large
d’outils et la mise en œuvre dans l’entreprise
étendue montre les avantages, mais aussi les limites des méthodologies et des technologies. L’intégration
de connaissances métiers, même par des techniques simples dans les logiciels de CAO, conduit à s’interroger
naturellement sur les habitudes de conception prises. Les performances des matériels et des logiciels donnent
l’opportunité, aujourd’hui bien réelle, d’essayer des solutions en parallèle et d’envisager des essais qui n’entrent
pas obligatoirement dans la culture de l’entreprise. Ces aspects seront développés lors des journées Virtual
PLM’12 qui se dérouleront les 13 et 14 novembre prochains à Reims.
En novembre 2012, Micado organisera une
manifestation ambitieuse comprenant une
exposition, des conférences (applications,
recherche ...), des comptes rendus des
travaux de ses ateliers... Cet événement se
définit comme un rendez-vous incontournable
pour tous ceux, offreurs, chercheurs,
utilisateurs de grands groupes et de PME,
qui sont concernés par l’ingénierie numérique
au service des différentes phases du
cycle de vie d’un produit, de la conception
au démantèlement. Après une exposition
virtuelle qui aura duré d’avril à novembre,
deux journées à Reims auront lieu les 13 et
14 novembre prochain, et seront l’occasion
d’échanger pour apporter une véritable plus
value à tous les participants.
Le programme complet de l’événement est
disponible sur le site Internet (www.virtualplm.com).
Les 13 et 14 novembre, les deux
journées rémoises abriteront des conférences
répondant à des problématiques
industrielles à partir d’expériences pragmatiques
et de cas de bonnes pratiques
(utilisateurs et experts, industriels etc.),
ainsi qu’une exposition avec des stands
équipés et deux villages (« services et
conseils » et « Architecture et bâtiment »).
Cet événement sera aussi l‘opportunité
d’échanger sur les meilleures pratiques
entre utilisateurs et éditeurs, et d’accéder
aux résultats et aux conclusions des
travaux des ateliers de travail de Micado ●
Stratégie
L'avenir sourit à la simulation numérique
Lorsqu’elle a commencé en 1963 – et c’était l’une des premières – à
commercialiser le code de calcul Nastran (solution commune et partagée
pour les projets dans l’aéronautique) initialement développé et utilisé par
la Nasa, la société américaine MSC Software, tout juste créée à cette
époque, sentait qu’elle avait pris une décision stratégique. Et elle ne s’était
pas trompée.
Près d’un demi siècle après sa
création, MSC Software a su s’imposer
sur le marché de la simulation
numérique grâce à un savoirfaire
né de la commercialisation du
code source Nastran, dont MSC a
été l’un des principaux initiateurs, mais
aussi grâce à plusieurs acquisitions,
comme celle de PDA Engineering,
(spécialisé dans les logiciels de
calcul pour la modélisation et le
post-processeur) en 1994.
Résolument tournée vers la simulation
numérique, en particulier dès
1999, avec le logiciel Marc et son code
non-linéaire, la société met récemment la
main sur l’entreprise Belge FFT. « Nous
avons, grâce à cette croissance externe,
augmenté de façon considérable nos
capacités de simulation », indique Olivier
Tabaste, Director Global Aerospace Business
Development chez MSC Software.
Parallèlement à ces acquisitions s’est
développé dans les années 90 un autre
domaine : la gestion des données de simulation.
« Ce domaine a aujourd’hui fortement
mûri et ne se limite plus seulement
aux données mais à la gestion des
process de simulation ». À quoi est dû ce
développement ? Tout simplement au
besoin de nombreux industriels à devoir
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prendre des décisions rapidement à partir d’un résultat tout en
étant certain que le résultat donné correspond bien aux critères
de départ. La fin des années 90 a vu naître ce type d’outils qui a
atteint une nouvelle phase de maturité cette année avec la
version 2012 de SimManager, développée au sein de MSC
Software.
Des cas d’application concluants
dans l’automobile
Le marché a fortement évolué et des éditeurs comme MSC
Software sont en mesure aujourd’hui de proposer des solutions
qui s’intègrent dans la gestion du « work in progress », autrement
dit dans les activités courantes. « Nos solutions, contrairement à
d’autres aux fonctionnalités beaucoup plus figées, permettent
aux utilisateurs de gérer leur travail au quotidien avec la possibilité
de modifier les informations, lesquelles restent quoiqu’il
en soit stockées dans le PDM, y compris celles qui n’ont pas fait
l’objet d’une validation. Toutes ces informations sont importantes
car elles font partie de la base de connaissance ».
Parmi les cas d’application les plus significatifs, notons celui
d’Audi qui, confronté à des exigences de coûts, a choisi de diminuer
ses ressources afin de réaliser des économies avant de
mettre en place des outils tels que SimManager. Nous sommes
au tout début des années 90 et le constructeur allemand doit
simuler un certain nombre de variantes de ses modèles A80,
A90 et A100. La direction souhaite en effet réduire ses efforts
en matière de calculs mais aussi et surtout le nombre de ses
essais destructifs tels que les crash-tests (lesquels sont les plus
coûteux en raison du fait que l’on détériore voire on détruit un
véhicule entièrement fini). Audi s’est donc davantage ouvert sur
la simulation. Après avoir choisi et utilisé SimManager de MSC
Software, la direction a constaté qu’elle n’avait pas réduit le
nombre d’essais mais, à ressources équivalentes à celles
employées au cours de la décennie précédente, le constructeur
bavarois (dont le siège est situé à Ingolstadt) a pu multiplié ses
gammes de manière fulgurante, jusqu’au Q7 ; « Audi est donc
passé d’une gamme de trois modèles à près de quinze aujourd’hui
! Si le constructeur n’a pas fait d’économies en tant que
telles, le fait d’avoir gagné un temps considérable lui a permis
d’inonder le marché ». Un autre célèbre constructeur bavarois a
suivi la tendance, tout comme PSA par la suite.
Autres domaines d’essai à être « touchés » par la simulation :
l’aérodynamique, la vibration et le bruit (MVH), le contrôle
système, le crash-piéton, le comportement des calculateurs sur
les bancs d’essais, la fatigue ou encore la tenue des composants.
Par ailleurs, dans l’aéronautique, un déploiement de la
solution de MSC Software a été réalisé à Brême, sur un site
d’Airbus, l’aidant ainsi à simuler un banc d’essai ; « ces bancs
d’essais coûtent très cher, notamment pour l’A380. Aujourd’hui,
nos produits simulent la réalisation des essais sur les ailes,
évitant ainsi des contraintes importantes, à l’exemple des vibrations
très fortes lors de la rupture d’un actionneur de volet casse
». La croissance sourit donc toujours à la simulation dans l’automobile
et l’aéronautique mais d’autres secteurs s’ouvrent, à
commencer par l’agroalimentaire. Tetra Pak vient d’ailleurs de
se doter de SimManager dans le but de faire évoluer la simulation
collaborative de ses équipes. Affaire à suivre... ●
Olivier Guillon
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 1 9

Regards croisés
Réalité virtuelle, prototypage virtuel –
Quelles perspectives ?
Lors des journées Virtual PLM qui se dérouleront à Reims à la mi-novembre,
ESI Group interviendra lors d’une des conférences techniques qui auront
lieu sur le salon. L’occasion d’interroger deux spécialistes du groupe, Fouad
el Khaldi et Christian Matzen, sur le marché et les grandes tendances
des domaines de la réalité virtuelle et du prototypage virtuel.
Essais & Simulations : Monsieur
el Khaldi, quelle est votre fonction
au sein d’ESI ?
Fouad el Khaldi : Je suis responsable
de la partie Industry Strategy
& Innovation au sein d’ESI Group.
Monsieur el Khaldi, vous allez
intervenir sur le salon Virtual
PLM ; sur quoi portera votre
intervention exactement ?
Nous aimerions démontrer com -
ment ESI révolutionne l’ingénierie
virtuelle et augmente les capacités
du prototypage virtuel en prenant
appui sur les technologies de la
Réalité virtuelle. Nous insisterons
sur le fait que cette combinaison
de technologies stimule de façon significative
le Social PLM. La Réalité virtuelle
ouvre de grandes perspectives industrielles
et permet de prendre en compte les
attentes des différents groupes d’utilisateurs.
Elle permet aussi, dès les premières
étapes du cycle de développement
produit, d’obtenir des retours directs grâce
à une réelle interaction avec tel ou tel
prototype virtuel, plongé au cœur d’un
environnement hautement interactif et
immersif. Lors de Virtual PLM 2012, nous
montrerons comment ESI permet d’accélérer
la conception, le développement et
les processus de planification industriels
grâce à cet environnement collaboratif et
totalement immersif donnant accès à un
niveau de connaissance du produit sans
précédent dès les premières étapes du
processus de développement. Enfin, nous
montrerons comment les solutions ESI
permettent de prendre en charge des
processus de décisions multi-disciplines
Fouad
el Khaldi
Christian
Matzen
(design, ingénierie, manufacturing,
production, service et recyclage) et
multi-sites dans les meilleures
conditions imaginables, d’analyser
en profondeur chacune des étapes
(depuis le design jusqu’à la validation
finale) de la supply chain au
sein de l’environnement IC.IDO, la
solution phare de réalité virtuelle du
Groupe ESI.
Pouvez-vous nous définir la
notion de réalité virtuelle et de
prototypage virtuel ?
La réalité virtuelle est la représentation
et la perception de la réalité
et de ses propriétés physiques dans
un environnement virtuel généré par
un ordinateur, le tout en temps et taille
réels. C’est-à-dire que l’utilisateur peut
s’immerger dans un monde virtuel et en
profiter librement. Le prototypage virtuel
quant à lui permet d’établir une représentation
virtuelle du prototype physique.
Cela permet aux ingénieurs d’en extraire
tous les résultats de tests et de validation
grâce à une simulation entièrement numérique,
avant de produire un prototype
physique coûteux et chronophage.
À quelles applications industrielles
sont destinés ces deux domaines ?
Le prototypage virtuel augmenté grâce à
la réalité virtuelle répond à une demande
forte des industriels du monde entier, qui
se doivent d’être en mesure d’innover plus
rapidement que leurs concurrents et qui
souhaitent pour ce faire provoquer un effet
de levier plus efficace que les modèles
digitaux créés en 3D CAD. Les entreprises
peuvent ainsi voir, expérimenter et tester
le produit dès le début du processus de
développement sans avoir à subir le coût
et les temps mort liés à la construction
des prototypes physiques. Par exemple,
les entreprises automobiles peuvent valider
et améliorer le style, le design et l’ergonomie
d’un véhicule mais également
adapter leurs processus de production,
tout en validant et en améliorant la sécurité,
le confort ou l’acoustique.
Monsieur Matzen, pouvez-vous nous
rappeler quelle est votre fonction au
sein d’ESI ?
Christian Matzen : Je suis directeur
opérationnel Monde des solutions de
réalité virtuelle (IC.IDO) pour le groupe ESI.
Quel est aujourd’hui l’état du marché
de la Réalité virtuelle ?
Le marché de la réalité virtuelle est relativement
fragmenté. Il est composé de
centaines d’acteurs qui adressent différentes
niches de ce marché réparties sur
différents segments (dans les secteurs
industriels, médicaux et scientifiques). Au
sein de ces segments, la réalité virtuelle
est utilisée pour plusieurs différentes applications.
Selon nous, depuis 2007/2008,
le marché dans son ensemble pour les
applications industrielles a connu une
croissance annuelle solide de l’ordre de
25 à 30%. Cette croissance a été récemment
amplifiée par l’arrivée de la 3D sur le
marché du divertissement.
Dans ce contexte, IC.IDO s’est imposé
comme leader du marché de la réalité
virtuelle auprès des acteurs du manufacturing,
plus particulièrement dans les
secteurs de l’automobile, de la machinerie
et de l’aéronautique. ESI leur délivre ainsi
un outil adressant leurs besoins très particuliers
sur l’ensemble du cycle de développement
grâce à une plateforme robuste
et extensible, alors que d’autres acteurs
proposent des outils invitant plus ou moins
directement les clients à construire leurs
propres applications. Ma perception est
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que notre approche prévaut pour ce type
de clientèle car cette approche clé en
main permet davantage d’agilité et permet
d’atteindre de nouveaux marchés tels que
celui des biens de consommation. Je
pense que nous avons seulement vu le
haut de l’iceberg ! Avec les jeux devenant
de plus en plus immersifs, je m’attends à
une hausse de la demande pour de telles
applications sur le marché professionnel
dans les années à venir.
Quelles technologies existent sur ce
marché ? Que propose le Groupe ESI
dans ce domaine ?
La visualisation stéréoscopique en temps
réel est le fondement de toute solution de
réalité virtuelle. Pour devenir une solution
immersive, il est nécessaire d’ajouter un
système de tracking qui détermine la position
de l’utilisateur en temps réel pour
pouvoir générer des images à la seconde
en fonction de la perspective de l’utilisateur.
Le troisième composant majeur d’un
système de tracking sont les périphériques
3D/6D, des appareils qui permettent à
l’utilisateur de contrôler le logiciel et d’interagir
avec le monde virtuel. Pour créer
une interaction encore plus intuitive, des
périphériques tactiles essaient de compenser
l’absence d’une personne réelle.
ESI, à travers sa solution IC.IDO, fournit
des solutions de réalité virtuelle pour l’ingénierie,
le manufacturing, la vente et
l’après-vente, qui restent fidèles aux
exigences en matière d’ingénierie, de
manufacture, de vente et d’après-ventes,
permettant aux entreprises de s’engager
de manière collaborative avec un produit
virtuel. Par exemple, les utilisateurs
peuvent réaliser des études d’ingénierie
multi-sites, procéder aux études de faisabilité,
anticiper la maintenabilité d’un
produit quel qu’il soit, ou encore présenter
virtuellement un produit à son client.
Quelles sont, selon vous, les perspectives
de ce marché ?
Je suis convaincu que les grandes tendances
s’orientent vers une augmentation
significative du nombre de produits com -
plexes, une réduction du délai de mise sur
le marché, notamment liés à la pression
toujours croissantes des coûts, et de par
l’arrivée de la 3D immersive dans le
secteur du divertissement. Ces phénomènes
vont entrainer une forte demande
pour les technologies de réalité virtuelle
et les solutions de prototypage virtuel qui
à elles deux permettront de gérer les
complexités liées au développement d’un
produit de manière efficace et opportune.
Notre mission est de fournir à nos clients
les bonnes solutions leur permettant d’innover
et donc de fournir des produits
compétitifs à leurs propres clients. En
combinant ses solutions de prototypage
virtuel avec les technologies immersives
de réalité virtuelle et en offrant aux acteurs
de l’Ingénierie des outils novateurs et en
phase avec leurs besoins, je suis certain
que nous remplirons nos engagements et
renforcerons définitivement notre position
sur le marché ●
Propos recueillis
par Olivier Guillon
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Interview
Quel avenir pour la simulation 3D ?
Keonys, société de conseil et d’intégration en solutions de gestion du cycle
de vie des produits (PLM ou Product Lifecycle Management) et premier
distributeur mondial des solutions de Dassault Systèmes, vient de signer
un contrat avec un spécialiste dans la conception de bateau de dépollution.
La spin-off de DS fournira sa solution Simulia pour aider la start-up
bretonne Ecoceane à accélérer ses phases de conception. L’occasion d’interroger
Julien Croué, responsable de l’équipe de Simulation de Keonys.
Selon lui, cette technologie présente un avantage certain dans la réduction
du temps de cycle des essais et un réel potentiel de croissance dans
les années à venir.
En quoi consiste ce projet avec
Ecoceane ?
Il s’agit d’un client qui conçoit,
fabrique et commercialise des
bateaux antipollution munis de
bras pour ramasser le plus de
composants polluants et de dé -
chets possible. Mais l’un des bras
a cassé si bien que la direction et
les ingénieurs ont voulu savoir pourquoi
cet élément avait cédé et comment faire
pour résoudre ce problème. Le projet avec
la société Ecoceane a permis aussi de
faire évoluer des alternatives de design
avant de procéder à des tests en environnement.
L’idée est de savoir par exemple
s’il est envisageable d’intégrer un équipement
à tel ou tel endroit. La simulation, à
travers le logiciel Simulia, a permis de
répondre à ces questions mais aussi de
savoir quels critères une pièce ou un appareil
doivent respecter pour être intégrés
dans le système.
Ces outils 3D permettent de répondre à
toutes ces exigences et de réduire considérablement
les temps de cycles consacrés
aux tests et au développement.
Essais & Simulations : Tout
d’abord, à combien de clients
vous adressez-vous ?
Nicolas Croué : Keonys a dans
son portefeuille environ 1 500
clients qui vont des gros bureaux
d’études dans l’aéronautique et
l’automobile à des PME et de petits
industriels.
Naturellement, nous ne proposons pas les
mêmes solutions ; les bureaux d’études
par exemple souhaitent simuler le plus en
amont possible leurs travaux de conception,
ce qui n’est pas forcément le cas
pour de plus petits laboratoires.
Qu’apporte la 3D par rapport aux
essais et aux tests en environnement
?
La première chose à avoir à l’esprit est
que la simulation, y compris en 3D, n’a
pas pour ambition de remplacer l’essai en
tant que tel. Il vise plutôt à réduire les
temps de cycles comme évoqué précédemment.
Concrètement, deux aspects se
distinguent : la simulation, qui se trouve
en amont des essais et qui sert à vérifier
ou à identifier les points critiques à améliorer
durant la phase d’essais. Le second
aspect de la 3D concerne cette fois les
moyens d’essais. Celle-ci nous aide à
calculer par exemple les déplacements
d’un objet sur le banc d’essai.
En d’autres termes, cette technologie rend
l’essai plus pertinent car elle permet de
décerner plus rapidement les points
critiques à tester et peut servir à développer
des outils de simulation de robustesse.
Autre atout de la simulation 3D : elle intervient
partout, y compris sur les matériaux
composites.
À quels les obstacles ou limites se
heurte la simulation 3D ?
En intervenant au niveau même de la
conception ou du design, la simulation
devient de plus en plus complexe, d’où un
travail important et permanent de simplification
allant de la géométrie 3D détaillée
à des géométries de calcul. En matière de
3D, il faut rappeler que l’on simule depuis
que l’on possède des ordinateurs ; auparavant,
nous étions confrontés aux puissances
de calcul. Aujourd’hui, il existe
E S S A I S & S I MU L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 2

toujours des freins mais les puissances
sont beaucoup plus fortes si bien que
nous sommes moins bridés par ce pro -
blème ; nous pouvons désormais atteindre
dix à vingt millions de degrés de liberté
en quelques heures contre à peine un
million en vingt-quatre heures ! De plus,
les avancées technologiques nous ont
permis par la suite de coupler les phénomènes
thermiques, mécaniques ou
hydrauliques et de procéder à des opérations
multi-physiques.
Comment est perçue la 3D aujour d’hui
par les industriels ?
La « 3 Dimensions » permet d’aller plus
loin que l’essai, de sécuriser ses données,
de s’assurer de la véracité et de l’exactitude
des résultats obtenus. Il s’agit d’un
élément de confiance tant pour celui qui
effectue des essais que pour l’industriel
qui a externalisé une partie de ses opérations.
Un argument auquel de nombreux
clients sont de plus de plus sensibles.
Enfin, la 3D peut également aider les
industriels dans le maintien en état de
leurs systèmes en reprenant eux-mêmes,
grâce à des solutions de plus en plus
accessibles et conviviales, les opérations
de simulation et de vérification.
L’avenir sourit-il à la simulation 3D ?
Les avis divergent, mais je pense personnellement
que l’on n’a pas fini de travailler
avec les couplages de simulation, à
l’image de l’ingénierie système ou la simulation
3D. Ces domaines présentent de
réelles avancées. Mais de telles technologies
présentent également un vrai changement
organisationnel puisqu’elles ten -
dent à décloisonner les entreprises en
permettant de faire davantage communiquer
les services entre eux, par exemple
entre les bureaux d’études et la production.
Mais pour l’heure, les organisations
manquent encore de maturité.
Autre voie d’avenir, la consommation
d’énergie fait partie des enjeux pour les
cinq à dix années à venir. Pourquoi ?
Parce que les technologies de simulation
3D sauront prédire avec précision quelles
sont les consommations d’un appareil ou
d’un système. Certes, certaines technologies
le font déjà mais on arrivera à l’avenir
à être de plus en plus précis et pertinent.
En d’autres termes, dans ce domaine, il
n’y a plus de limite technologique ; nous
possédons en effet aujourd’hui des moyens
logiciels nécessaires pour augmenter la fiabilité.
Ce n’est plus qu’un problème organisationnel.
Il y a encore du travail à faire
dans le domaine de la fiabilité des informations,
de la traçabilité ou encore de la
sécurité. Actuellement, de grandes opérations
de rachats de sociétés s’opèrent en
ce moment pour centraliser et coupler les
solutions multiphysiques, et ce jusqu’aux
calculateurs de systèmes embarqués.
Autre sujet qui a le vent en poupe, la simulation
dématérialisé. Il s’agit d’un sujet fort
qui fait l’objet d’un intérêt croissant lors
des phases de R&D. Tous les grands noms
du secteur s’y mettent et portent un réel
intérêt dans tout ce qui peut « démocratiser
» l’accès à la simulation.
L’idée est de concevoir des solutions à la
fois simples d’utilisation ou dans leur mise
en pratique et nettement moins coûteuses.
Enfin, l’un des enjeux majeurs est de
toujours mieux comprendre les résultats
de calculs et donc de mieux les interpréter
en fonction du point de vue de l’entreprise.
On apprend tous de nos erreurs.
C’est pourquoi nous avons mis en place
des outils méthodiques pour les guider
dans la meilleure utilisation. C’est en
quelque sorte notre rôle d’expert. Mais
nous pouvons aussi dimensionner une
offre hardware ou software en fonction
des besoins ●
Propos recueillis par
Olivier Guillon
Ecoceane choisit Simulia
pour concevoir ses prochains navires de dépollution
Keonys a signé un nouveau contrat avec Ecoceane, PME bretonne, qui conçoit et commercialise
des navires polyvalents pour le ramassage des hydrocarbures et déchets solides flottants en
mer. Après avoir choisi les solutions Catia, Delmia et 3DVia pour accélérer ses performances
dans la conception, la fabrication et la commercialisation de ses navires, le dépollueur hauturier
français Ecoceane exploite désormais la maquette numérique 3D pour faire de la simulation. «
Avec la solution Simulia, nous améliorerons la capacité d’aspiration des hydrocarbures de nos
bateaux. Nous avions jusqu’alors de nombreuses itérations et modifications qui nous faisaient
perdre un temps précieux. Nos nouveaux projets nous conduisent à construire des bateaux de
plus en plus gros, passant de quarante à soixante-dix mètres, et dans les mêmes délais de
fabrication, soit douze mois », explique Benjamin Lerondeau, architecte naval et responsable
du bureau d’études chez Ecoceane.
Benjamin Lerondeau explique que « les experts Simulia de Keonys nous ont aidé à résoudre
de nouvelles contraintes industrielles et à construire une chaîne de simulation complète intégrant
logiciel, service et matériel informatique. Grâce à cette solution, nous pourrons fiabiliser nos
systèmes et réaliser les modifications appropriées. Nous validerons en amont le bon
fonctionnement du navire en condition d’exploitation sans avoir à recourir au préalable à la
première mise à l’eau d’un prototype. Nous pourrons ainsi concevoir le bon bateau du premier
coup, ce qui représente un gain de temps considérable pour accélérer notre innovation.»
« Nous sommes très heureux de l’ascension de Ecoceane, une start-up française qui fait des
choix technologiques audacieux et innovants pour conquérir de nouvelles parts de marché et
étendre sa notoriété à de nombreux pays étrangers, a déclaré Jacques Bacry, vice-président
de Keonys. Nous accompagnons l’évolution de Ecoceane depuis 2010. Simulia vient compléter
leur système d’information PLM et leur permettra d’optimiser les cycles de développement, de
conception et de fabrication de leurs produits, véritable levier de croissance et de compétitivité
pour notre client. »
E S S A I S & S IM U L A TI O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 3

Innovation
L'Onera invente la photographie
instantanée des ondes électromagnétiques
Une opération qui prenait autrefois plusieurs mois pourra désormais s’effectuer
instantanément. Voici l’ambition de l’Onera qui a humblement présenté
un procédé innovant dans l’imagerie des ondes électromagnétiques. Son nom ?
EMIR (ElectroMagnétique Infrarouge), une solution qui permet de photographier
l’intensité précise des ondes sur une très grande gamme de fréquences.
Interview
d’Emmanuel Rosencher,
directeur scientifique
général de l’Onera
Au mois de juillet dernier, l’Onera a créé
l’événement en présentant à Palaiseau un
procédé simple dans son principe et dans
sa mise en œuvre, ouvrant pourtant à de
très nombreuses applications. Le cœur
repose sur un film composé de couches
métalliques et de polymères capables
d’absorber une partie de l’onde pour la
transformer en chaleur.
Une caméra thermique ultrasensible à
optique infrarouge permet de mesurer
avec précision les élévations de température.
La parfaite connaissance du processus
physique de conversion énergétique
du film fournit une excellente quantification
des niveaux de rayonnement et une
visualisation édifiante. L’image est obtenue
quasi-instantanément.
Le dispositif se compose d’une caméra
infrarouge, d’une feuille en polymère
isolante et d’un film métallique. En absorbant
le champ, le film métallique s’échauf -
fe puis chauffe à son tour l’isolant. La
mesure est alors réalisée grâce à une
caméra thermique. Les données sont
ensuite transmises par ordinateur de
façon à obtenir une cartographie des
ondes absorbées. Un déplacement du film
dans l’espace permet d’effectuer des
tomographies et de caractériser la scène
du point de vue électromagnétique en 3D.
Des atouts majeurs
pour l’industrie
Ce procédé présente plusieurs atouts
majeurs. Tout d’abord, techniquement, il
permet d’optimiser l’émission des ondes
en termes de direction de manière à obtenir
une concentration plus efficace de
l’énergie. Il permet également d’isoler les
champs d’ondes électromagnétiques afin
d’éviter les perturbations qui brouillent les
systèmes électroniques (crucial pour les
satellites, l’aviation civile, etc.)
Grâce à cette technologie innovante, il est
alors possible de maîtriser les risques de
fuites de rayonnement là où il doit rester
confiné (tant dans le domaine aérospatial
que dans la vie quotidienne). Par ailleurs,
ce procédé ouvre de nouvelles perspectives
en répondant aux préoccupations
majeures de l’industrie sur la compatibilité
des champs électromagnétiques, la
caractérisation d’antennes innovantes, le
diagnostic de matériels existants (fuites
de micro-ondes), prévention contre les
agressions électromagnétiques, etc.
Essais & Simulations : Quel est l’objet
de cette innovation ?
Emmanuel Rosencher : Concrètement,
si vous prenez une petite antenne sous
forme d’un bout de fil et que vous souhaitez
savoir quel champ magnétique celleci
va émettre, on le sait exactement, il n’y
a pas besoin de cette technologie. Mais il
s’agit plutôt des antennes que l’on trouvait
à l’époque. Aujourd’hui, nous sommes
au XXI e siècle et les antennes sont extrêmement
complexes, il y a des champs
électromagnétiques partout et savoir
comment ces champs se répartissent
partiellement devient de plus en plus
compliqué. On a besoin de savoir com -
ment ces champs se répartissent pour une
connaissance immédiate et donc d’outils
nous permettant de visualiser ces champs
pour obtenir une imagerie de ces champs
magnétiques qui ne sont plus accessibles
par le calcul.
Qu’apporte EMIR* ?
Cette technologie est particulièrement intéressante
à plusieurs niveaux. Tout d’abord,
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 4

pour s’assurer qu’il n’y a pas de fuite de champ électromagnétique
d’un four à micro-ondes par exemple, ce qui peut être à la
fois dangereux pour la santé mais aussi pour toute l’électronique
qui se trouve autour. Elle peut s’appliquer aussi dans l’aéronautique
et dans les avions pour protéger l’électronique à bord des
champs électromagnétiques très complexes qui entourent l’appareil.
Ainsi, sans technique d’imagerie, vous n’avez aucune
chance de prévoir ce qui va se passer. C’est le cas désormais :
nous pouvons enfin obtenir une image des chocs des champs
de fréquence et électromagnétiques comme on est capable d’imager
une onde sismique par exemple.
Qu’apporte cette expérience réalisée avec un téléphone
cellulaire ?
Vis-à-vis du téléphone et de cette expérience, il s’agit là plus d’un
travail didactique : nous savions comment le champ était émis,
c’est-à-dire dans la direction opposée de l’oreille. Mais cela
permet de visualiser de façon simple comment ce champ est
émis. Il faut savoir qu’il existe des laboratoires – pourtant sérieux
et certifiés – qui mettent des mois à fournir la même image, qui
font tourner des antennes minuscules autour du téléphone pour
reconstituer le champ électromagnétique. Cela met énormément
de temps alors qu’ici, l’opération est instantanée et les résultats
sont visibles de suite. Pour cette expérience, on n’a évidemment
rien appris ; l’idée était plutôt de procéder à une démonstration de
la technique.
Quel impact cela va-t-il avoir sur les mesures prises dans
les milieux industriels ?
Comme le champ électromagnétique est invasif – c’est-à-dire
qu’il y en a partout – et que ces champs interagissent les uns
avec les autres, nous allons nécessairement avoir besoin de s’assurer
que des régions sont protégées de ces champs, connaître
leur nature et leur répartition dans l’espace. Car si l’on mesure un
champ magnétique à un endroit et que celui-ci est conforme à
la législation en vigueur, à savoir 40 volts par mètre, cela ne
voudra pas dire pour autant qu’il ne sera pas dix fois supérieur
ailleurs, un peu plus loin dans l’espace.
Pour être sûr de mesurer précisément ce champ, on avait besoin
de ce nouvel outil, à savoir une caméra qui retransmet l’image
des ondes optiques.
Qui se montre aujourd’hui intéressé par cette techno logie ?
Parmi les gens potentiellement intéressés, dont certains nous
ont déjà contactés, figurent des avionneurs qui, comme je le
spécifiais à l’instant, souhaitent mieux protéger leur électronique.
Il y a également des constructeurs automobiles soucieux d’éviter
toute interférence entre leurs circuits électroniques et les champs
électromagnétiques externes ou internes... En somme, tous ceux
qui désirent savoir où se trouvent les ondes.
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Dans le domaine du son, Il n’est plus
à démontrer que la reproduction fidèle
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permanente, les ingénieurs Bose ont
conçu un nouveau type de moteur
linéaire électromagnétique avec
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la fiabilité et la précision exceptionnelle
attendue par les ingénieurs
d’essais qui doivent créer et valider
les prochaines générations de matériaux
et de composants.
Ainsi, de par son engagement légendaire
dans le support client et avec sa
garantie moteur de 10 ans, le Groupe
ElectroForce Systems de Bose se tient
au coté des chercheurs et concepteurs
du monde entier pour les aider
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E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 5

Technologie
La mesure 3D s'impose
progressivement dans l'industrie
La mesure 3D joue un rôle croissant dans l’industrie et la recherche. Les
instruments de mesure se font de plus en plus précis et obéissent à davantage
de simplicité dans leur utilisation. Cet article présente quelques exemples
de technologies aux applications bien différentes.
tenne puis photographiées selon plusieurs
points de vue. Par triangulation, la position
dans l’espace de chacune des cibles
est obtenue. Résultat de la mesure : un
nuage de points qui conforte le client dans
ses choix techniques.
Le contrôle 3D optique, par contact ou par
photogrammétrie est de plus en plus
répandu. Toutefois, des techniques et des
instruments bien spécifiques sont nécessaires
pour vérifier la conformité des
produits par rapport à des plans de définition
ou aux fichiers de CAO, dans le
cadre de la validation de prototypes, du
lancement d’une pré-série ou encore l’analyse
d’une défaillance. Des laboratoires
existent, à l’exemple du CRT Morlaix, et
interviennent – souvent directement sur
le terrain – pour vérifier que le contrôle
3D est bien conforme aux normes ISO /
GPS et assurer un suivi de process. À titre
d’exemple, un cas d’application s’est
déroulé dans le domaine des télécommunications
afin de contrôler la conformité
d’une antenne radar au Kenya par photogrammétrie.
Située à Malindi, une base
aérospatiale italienne dépendante de l’université
de Rome a pour mission de suivre
le lancement des fusées Ariane et de
surveiller des satellites. Pour le compte
d’une entreprise française sous-traitante
de la base, le CRT de Morlaix a été amené
à s’y déplacer pour contrôler la conformité
du cœur d’une antenne radar par rapport
au cahier des charges. La technique choisie
par les experts du CRT pour cette
mission à l’autre bout du monde : la photogrammétrie.
Des cibles réfléchissantes
sont posées à différents endroits de l’an-
Styl&Tech fait appel
au Surphaser de Faro
pour numériser les pièces
de grande taille
Société spécialisée dans le développement
de produits, Styl&Tech exerce des
activités de design industriel, de génie
mécanique, de prototypage ou encore de
métrologie 3D. Son but est de développer
des produits pour réduire au maximum
leur temps de mise sur le marché.
L’entreprise utilise au quotidien la technologie
3D. Pour réduire le temps nécessaire
à la numérisation 3D de précision
de très grandes pièces, produits ou environnements
physiques, elle a dû évaluer
plusieurs technologies pendant deux ans
avant de choisir le Surphaser 25HSX de
Faro. « Cet instrument nous permet désormais
d’effectuer la numérisation 3D de
produits et d’environnements manufacturiers
en une seule journée. Grâce à cette
technologie, nos clients peuvent désormais
modifier leur produit ou leur usine
plus rapidement, dans un contexte 3D
précis. Il s’agit d’un gain de temps dans
le processus de reproduction 3D estimé
à 60 %, comparativement au processus
traditionnel de production de plans à l’aide
d’un ruban à mesurer », indique-t-on au
sein de la société québécoise.
Faurecia et Creaform,
ensemble dans
le positionnement
des mannequins d’essais
de collision
Spécialisé dans les technologies de
mesure 3D portables, Creaform travaille
désormais avec Faurecia Autositze dans
le développement d’une solution logicielle
pour la mesure et le positionnement de
mannequins. Cette solution logicielle sera
utilisée avec les systèmes de métrologie
3D de Creaform dans des usines de
Faurecia mais elle pourrait aussi trouver
d’autres applications dans d’autres industries
dans le monde. La technologie de
mesure dynamique VXtrack de Creaform
permet la création de solutions individuelles
et personnalisées. Le logiciel pour
le positionnement de mannequins, actuellement
en cours de développement par
Faurecia Autositze, permettra de mesurer
en temps réel et en simultané tous les
points de mesure 3D nécessaires à l’alignement
des mannequins avant l’essai de
collision. En combinant ce logiciel aux
systèmes de mesure 3D optiques et portables
de Creaform, le but est d’obtenir une
solution conviviale, polyvalente et mobile
permettant de réduire les heures de travail
et d’accroître l’exactitude des mesures
comparativement aux autres systèmes ●
E S S A I S & S I MU L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 6

Avis d'expert
Mesure des positions relatives 3D et
des diamètres de particules par FII
Cet article présente la possibilité de mesurer les diamètres et positions
relatives d’un ensemble de particules sphériques avec une précision micronique.
La technique repose sur l’analyse dans l’espace de Fourier 2D associé
des figures d’interférences créées lorsque ces gouttes sont éclairées par
un pulse laser. L’analyse est effectuée sur des images simulées par un code
de théorie de Lorenz-Mie champ proche. Le rôle de la caméra d’enregistrement
(résolution, effet Moiré) est pris en compte dans l’analyse.
L’étude des milieux diphasiques dispersés
nécessite la compréhension des interactions
entre particules (gouttelettes liquides,
particules solides, ou bulles)
transportées dans ces milieux. Pour atteindre
cette connaissance, il faut mesurer le
plus précisément possible les paramètres
clés qui caractérisent ces particules :
distances inter-particules, diamètres,
composition ou température.
L’holographie numérique est la technique
la plus utilisée pour reconstruire les positions
3D absolues et les diamètres d’un
ensemble de particules. Dans cette approche,
les particules sont éclairées par un
faisceau laser. Les interférences entre un
faisceau de référence et la lumière diffusée
par les particules sont enregistrées et
étudiées pour reconstruire le champ de
particules. Toutefois, l’holographie numérique
présente quelques limitations. Le
temps de calcul est élevé, la précision de
la mesure de la position le long de l’axe
de visée de la caméra CCD est inférieure à
la précision des mesures sur les deux
autres axes et la précision de mesure de la
taille est limitée.
L’Imagerie Interférométrique de Fourier
(FII, Briard et al. [2011]) est une technique
alternative qui permet de reconstruire les
positions 3D relatives d’un champ de particules
avec une précision micronique identique
sur les trois directions. De plus, le
temps de calcul de la reconstruction est
plus court que pour l’holographie.
L’introduction de la technique FII a été réalisée
dans le cadre restreint de nuages mono
dispersés. L’objectif de cette contribution
est d’étendre le domaine d’application de
la FII aux nuages polydispersés. Cet article
est organisé comme suit. La section 2 est
un rappel des principes de la FII. La section
3 est dédiée à la mesure du diamètre des
particules via l’analyse des taches dans
l’espace associé de Fourier. La section 4 est
dédiée à la mesure des positions 3D relatives
des particules. La section 5 présente
un exemple d’analyse complète, permettant
Figure 1. Principe de l’imagerie interférométrique de Fourier des particules éclairées
par un pulse laser diffusent de la lumière dans une direction θ 0 vers une camera CCD.
Figure 2. Exemple de simulation
numérique d’une image enregistrée par
la caméra CCD pour trois gouttes d’eau
de tailles et de positions quelconques.
La collection était à 20° avec un angle
d’ouverture de 10°
(noté 20±5° dans la suite de l’article)
de mesurer positions 3D et diamètres d’une
section d’un nuage. La section 6 est une
conclusion.
Principe de l’imagerie
interférométrique
de Fourier (FII)
Lorsqu’un faisceau laser éclaire une particule
sphérique et transparente, les lumières
réfléchies et réfractées par la particule interfèrent
et des franges d’interférences peuvent
être enregistrées sur une caméra CCD. König
et al.[1986] ont montré que l’étude de ces
franges permet la mesure du diamètre de la
particule éclairée. Si plusieurs particules sont
simultanément éclairées par un pulse laser,
alors elles se comportent comme des sources
d’ondes lumineuses qui interfèrent entre
elles. Ces franges d’interférences dépendent
de la position 3D des particules, de leur
diamètre et indice de réfraction... Une partie
de ces franges d’interférences peut être
enregistrée par une caméra CCD (voir
Figure 1). L’analyse des franges d’interférences
enregistrées doit permettre d’extraire
les informations : position 3D, diamètre et
indice de réfraction,...
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 8

Figure 3. Transformée de Fourier 2D
de l’image enregistrée par la caméra
avec une pondération de Blackman- Harris
Figure 4. En diffusion avant, réflexion (ordre p=0) et réfraction(ordre p=1) de
la lumière par deux particules sphériques de centre G 1 (x 1 ,y 1 ,z 1 )
et G 1 (x 1 ,y 1 ,z 1 )
Notre étude se place dans le cadre de la
diffusion vers l’avant, c’est-à-dire que θ 0
est compris entre 20° et 90°. Un code
écrit par Wu et al. [2011] et basé sur la
théorie de Lorenz-Mie (champ proche),
simule l’enregistrement d’une image par
la caméra CCD (voir figure 2).
Le système de franges est d’autant plus
complexe que le nombre de particules
dans le volume d’analyse est élevé. De
plus, il est altéré par l’effet Moiré (souséchantillonnage
des franges dû à la résolution
limitée de la caméra CCD). La
figure 3 est la transformée de Fourier 2D
de l’image présentée dans la figure 2.
Dans l’espace associé de Fourier,
plusieurs taches sont observées. Elles
possèdent toutes un axe de symétrie
parallèle à la direction η. Chaque tache
correspond à un système de franges d’interférences,
c’est-à-dire à un couple de
particules. Le nombre de taches est une
mesure du nombre de particules éclairées.
La topographie de chaque tache code les
tailles du couple de particules : c’est l’objet
de la section 3. La position d’une tache
relativement au centre de l’espace de
E S S A I S & S I MU L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 2 9

Fourier code les positions relatives du
couple de particules dans l’espace réel
3D.
Topographie des taches dans l’espace
associé de Fourier
Pour un couple de particules, en diffusion
avant, les franges d’interférences sont principalement
dues aux interférences entre
rayons lumineux d’ordre p=0 (réfléchis) et
ceux d’ordre p=1 (réfractés) provenant de
ces deux particules (voir Figure 4). Nous
négligeons les rayons d’ordres supérieurs
qui transportent moins d’énergie.
La figure 5 représente le profil d’une tache
le long de la direction η. Ce profil comporte
plusieurs pics. À chaque pic correspond
une fréquence de franges d’interférences
entre deux rayons lumineux.
Le pic qui possède le niveau le plus
intense (pic n°2 sur la figure 5) corres -
pond aux interférences entre rayons
réfractés ou aux interférences entre les
rayons réfléchis par les deux particules,
en accord avec la direction θ 0 .
Les 2 autres pics, aux extrémités de la
tache (pics n°1 et n°3 sur la figure 5),
correspondent aux interférences entre les
rayons lumineux réfractés par l’une des
deux particules, et les rayons lumineux qui
sont réfléchis par l’autre particule.
En raisonnant sur les chemins optiques,
les écarts de position entre les maxima
locaux (voir figure 5) sont reliés aux rayons
R i des deux particules (voir équation 1, les
grandeurs N 1,2 et R 1,2 font référence soit
à la particule « 1 », d’indice de réfraction
N 1 et de rayon R 1 , soit à la particule « 2 »
d’indice de réfraction N 2 et de rayon R 2 ) :
Figure 5. Exemple de profil de tache pour deux gouttes d’eau de 80 et 100 µm,
à θ 0 =20±5°
taches permet de retrouver les tailles des
particules et leurs positions dans l’espace
associé de Fourier, puis d’obtenir leurs
positions relatives 3D. C’est l’objet de la
section suivante.
Mesure de positions
relatives 3D d’un ensemble
de particules de diamètres
différents
Les rayons de référence (voir figure 4) sont
des rayons lumineux fictifs qui passent par
les centres des particules et sont déviés
dans la direction θ 0 . La différence de
chemin optique entre les rayons de référence,
qui dépend de la position 3D d’une
particule par rapport à l’autre, définit la
position (η,ζ) d’une tache dans l’espace
associé de Fourier (voir équation 2).
confondues. La mesure de la position (η,ζ)
de la tache est alors aisée (Briard et al.
[2011]).
Pour des particules de caractéristiques
différentes et sans connaître leur diamètre,
la mesure de la position η de la tache
peut être approchée en considérant
qu’elle correspond à la moyenne des positions
de ses maxima locaux.
Cependant, l’incertitude sur la mesure de
coordonnées relatives x2-x1 et z2-z1 est
conséquente. Lorsque les diamètres des
particules sont connus (voir section 3), la
position η de la tache est calculée précisément.
Les positions relatives 3D des particules
sont déterminées avec une précision
micronique.
La constante C se calcule à partir de paramètres
expérimentaux sans rapport avec
les particules (résolution de la caméra
CCD, longueur d’onde du faisceau incident...).
Cette équation montre également
que les écarts ∆η i dépendent des indices
de réfraction N i des particules. Cet aspect
sera négligé dans cet article, en raison de
la faible sensibilité de la diffusion avant à
l’indice réfraction. La topographie des
Avec deux caméras CCD dans deux directions
θ 0 différentes, la mesure des positions
des taches sur la caméra permet
d’extraire les positions relatives 3D des
particules. Dans le cas particulier où les
deux particules ont le même indice de
réfraction et la même taille, la position
(η,ζ) de la tache et la positions de la
moyenne de ses maximas locaux sont
Exemple de mesure
de positions relatives 3D
et de diamètres
d’un ensemble
de 6 particules
La figure 6 montre un exemple d’images
simulées et leur transformée de Fourier
bi-dimensionnelle pour 6 particules dans
le volume d’analyse. Dans cet exemple,
les particules, d’un indice de réfraction de
1,333, sont disposées au hasard dans un
volume de 600 µm de coté et leurs diamè-
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3 0

tres, également définis au hasard, sont
compris entre 20 et 100 µm.
Les deux caméras ont des directions de
visée θ 0 de 20±5° et 90±5°. Elle sont
situées à 1 m des particules et ont une
résolution de 512*512 pixels. La longueur
d’onde du faisceau incident est de
0.532 µm.
L’asymétrie des profils des taches permet
de lever complètement les ambiguïtés de
signes sur les positions relatives. Les positions
relatives des particules et leurs
diamètres sont extraits avec une erreur
maximale de 2 µm. La figure 7 compare
le champ de particules initial au champ
reconstruit.
Conclusion
et perspectives
Figure 6. Simulation d’images enregistrées et leur espace de Fourier associé
pour 6 particules dans le volume d’analyse, dans une direction θ 0 de 20°
(figures a et c ) et une direction θ 0 de 90°(figures b et d)
Une technique de mesure des diamètres
et des positions relatives 3D d’un ensemble
de particules a été introduite.
La précision des mesures (diamètre et
position) est micronique.
La prochaine étape de ce travail est la
validation expérimentale des concepts
introduits. L’indice de réfraction est un
paramètre important qui donne des informations
sur la composition chimique des
particules ou sur leur température. Aussi,
l’extension de la FII à la mesure de la
partie réelle de l’indice de réfraction est
envisagée ●
Paul Briard (1) ,
Sawitree Saengkaew (1) ,
Siegfried Meunier-Guttin-Cluzel (1) ,
Xue Cheng Wu (2) ,
Ling Hong Chen (2)
et Gérard Grehan (1)
Figure 7. Comparaison entre le champs de particule inital (en rouge) et le champ
reconstruit (en blanc)
1 : UMR 6614/Coria, CNRS/Université et
Insa de Rouen, Département Optique &
Laser, BP 8, 76800 Saint Etienne du
Rouvray, France
2 : State key Laboratory of Clean Energy
Utilization, Institute for Thermal Power
Engineering, Zhejiang University, 38#, Zheda
Road, Hangzhou, 310027, China
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3 1

Point de vue
Réduire le coût et les temps de cycle
des tests physiques
Responsable de tout le développement d’application sur le marché européen
pour le groupe JSP*, Bert Suffis nous explique à travers cet article et l’interview
qui suit que si la simulation présente aujourd’hui des avantages incontestés,
les tests physiques demeurent incontournables. S’il faut s’en accommoder,
des solutions permettent toutefois de réduire considérablement les coûts et
les temps de cycle des opérations de test à l’exemple de l’Arpro ® , un produit
conçu à base de polypropylène expansé et de thermoplastiques.
Dans tous les secteurs, et pas seulement
l’automobile, il est primordial de concevoir
des produits qui peuvent rapidement être
mis sur le marché. Toutefois, pour les
produits utilisés comme protection phy sique,
force est de constater que l’on ne peut
passer outre des tests physiques pour vérifier
les performances des produits et s’assurer
qu’ils répondent à des exigences de
sécurité de plus en plus rigoureuses.
Que le composant requis soit complexe ou
non dans sa conception, la durée et le
coût des essais virtuels et de la création
du prototype sont en fait sensiblement les
mêmes. Malheureusement, pour la plupart
des matériaux, la mise au point d’un prototype
physique capable de garantir en
conditions de test les mêmes performances
que le produit fini dans la vie réelle
reste difficile et parfois même insurmontable.
Un grand nombre de matériaux utilisés
généralement pour les applications de
protection ne se prêtent pas facilement à
la création de prototypes, ceci en raison
du prix de l’outillage nécessaire et du fait
que rares sont les prototypes qui peuvent
s’autoriser un grand nombre de différences
avec le produit final en termes de
caractéristiques physiques.
Toujours est-il que le coût des réglages à
apporter une fois que le prototype phy sique
a été testé peut rapidement grimper,
notamment si plusieurs ajustements sont
nécessaires. Par conséquent, la plupart du
temps bon nombre de designers repoussent
les tests physiques jusqu’au dernier
moment possible, préférant investir considérablement
dans l’ingénierie et les
ressources en FEA (analyse par éléments
finis) et les essais virtuels dans un effort de
se rapprocher le plus possible du produit
fini au stade du prototype.
Répondre aux exigences
de sécurité
Or, même en exploitant les progrès techno -
logiques dans la FEA et les autres logiciels,
jusqu’à quel point ces résultats peuvent-ils
être réellement fiables ? La FEA n’est
fiable que lorsque l’on a pu prouver une
bonne corrélation, ce qui implique de
nombreux cas de tests virtuels et
physiques parallèles, ainsi que des caractérisations
des matériaux et éventuellement
le développement de modèle de
matériau FEA. De plus, peu importe le
niveau de détail du test virtuel, le fait est
qu’il reste virtuel, sans aucune garantie
que les résultats pourront être reproduits
dans un scénario réel de collision, notamment
dans le cas de matériaux nouveaux
ou jamais testés. De plus, comme avec
n’importe quel système, la qualité des
résultats obtenus est à la mesure des
informations fournies.
Toutefois, les développements de matériaux
ultralégers comme Arpro ® permettent
désormais aux concepteurs de réduire
de moitié le temps et le coût de la FEA tout
en garantissant des tests de collision
simples et fiables. Ces matériaux sont utilisés
dans des applications de sécurité capitales
depuis de nombreuses années. De
ce fait, une grande quantité de données
sont disponibles sur les performances du
matériau dans un large éventail de conditions
différentes et après avoir été soumis
à une grande variété de sources d’impacts,
et ce, en fonction des critères de
taille, de forme et de vitesse. Ces données
permettent d’une part aux designers de
créer des modèles virtuels pour la FEA
potentiellement plus précis et plus en
accord avec les exigences de sécurité dès
le premier essai. D’autre part, la possibilité
de travailler en étroite collaboration avec
le fabricant du produit ultraléger, permet
d’avoir accès à une mine de connaissances
sur les capacités du matériau et sur
son adaptabilité à une application donnée.
E S S A I S & S IM U L A TI O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3 2

Des essais physiques
incontournables
Peut-être plus important encore, les
performances physiques du prototype
peuvent être garanties afin de reproduire
celles du produit fini puisque c’est exactement
le même matériau qui est utilisé.
Pour dire les choses plus simplement, il
est aussi proche que possible du scénario
réel.
En attendant, compte tenu du fait que
les prototypes pour les essais physiques
peuvent être rapidement créés avec des
matériaux légers à partir d’un design
basique utilisant un équipement CNC
simple en l’espace de quelques jours, il
est inutile d’investir dans de nombreux
outils. Même à l’issue du test, et étant
donné la précision de la FEA qui s’appuie
sur un plus grand nombre de données, il
est rare que plus d’un groupe de modifications
de design soit nécessaire. Au
contraire, généralement avec des matériaux
légers, le premier test correspond
à la troisième boucle d’optimisation de
l’essai virtuel utilisant des matériaux
alternatifs.
Pour finir, la réglementation imposera invariablement
un essai physique pour vérifier
les performances avant la mise sur le
marché d’un composant ou produit de
protection. On ne peut tout simplement
pas l’éviter. C’est pourquoi il faut tendre
vers une réduction des coûts et de temps
à ce stade du process en utilisant, dans
la mesure du possible, des matériaux
agréés qui permettent une FEA plus
précise, plus simple, et la création rapide
de prototypes physiques ●
Bert Suffis, directeur des ventes,
développement et applications –
Arpro®, JSP
* JSP est leader mondial pour la production
et le développement d’Arpro® (produit
majeur pour les secteurs de l’automobile, du
conditionnement et des produits grand
public) et de ses nombreuses applications.
Cette société internationale possède des
succursales commerciales, des usines et des
centres de R&D en EMEA, en Asie et aux
Amériques.
3 questions à Bert Suffis
Essais & Simulations : Quelles contraintes rencontrent aujourd’hui les industriels ?
Bert Suffis
Tous sont confrontés à la réduction des coûts et des délais dans la phase de développement d’un nouveau produit ou d’une
nouvelle solution. L’un des enjeux phares reste la validation de produit à des tests physiques, car même si les outils de simulation
ou de réalité virtuelle ont fait des efforts considérables en matière de réalisme, ils demeurent encore insuffisants
au regard de la législation d’une part, du grand public d’autre part. Or ces essais destructifs coûtent beaucoup d’argent,
surtout lorsque le produit testé – et abîmé voire détruit – est précieux et onéreux. De même, pour beaucoup de matériaux,
afin de procéder à des essais de validation ou de corrélation, il est nécessaire de recréer la pièce – parfois le prototype n’est
pas assez représentatif. Cette phase est évidemment très coûteuse et particulièrement contraignante dans la mesure où
la moindre erreur de mesure ou de poids oblige bien souvent à tout recommencer.
À quel niveau JSP, avec votre produit Arpro, intervient ?
Précisément lors de cette phase de réalisation de pièce. L’Arpro ® se présente comme une mousse formée isotrope qui permet à la pièce d’être
facilement et rapidement usinée et sans investissement dans un outillage spécifique. Il est donc aisé et rapide de créer mais aussi de modifier
la pièce si celle-ci présente quelques imprécisions lors de la phase de test. Cette solution montre des avantages évidents comme ceux cités précédemment
mais il faut être réaliste : il existe des solutions bien adaptées pour chaque matériau. Il convient donc de prendre le temps de la réflexion
et de l’analyse ; c’est pourquoi nous attachons beaucoup d’importance à l’accompagnement de nos clients pour leur proposer une solution
idéale.
Quel est l’avenir de cette technologie ?
Les grands défis que nous réserve l’avenir ne portera plus sur les matériaux en eux-mêmes mais sur les solutions à faible poids. Un partenariat stratégique
avec Inrekor nous a par exemple amené à développer un concept de structure « sandwich », c’est-à-dire conçue entre Arpro ® et Inrekor, nous
permettant de créer des pièces structurelles comme des châssis de véhicules électriques et hybrides. Nous ne nous attaquerons plus seulement
aux petites pièces mais aux pièces structurelles (grâce à Inrekor) avec des capacités d’absorption d’énergie et un poids réduit. Parmi les secteurs
visés figurent, dans ce cas, la logistique et tout particulièrement les conteneurs isolés. Pour les autres applications plus classiques, outre l’automobile,
notre principal client pour des applications de sécurité passive notamment, sont concernés des secteurs comme le sport pour la sécurité passive
également, à l’exemple des casques de protection capables d’absorber l’énergie et des chocs à répétition tout en gardant des propriétés intactes.
E S S A I S & S IM U L A TI O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3 4

Composites
Méthode de détermination d’essais
dynamiques de composites
Trois types de matériaux composites ont été testés afin de valider l’adéquation
d’une machine d’essai électromagnétique modèle BOSE ElectroForce
3330 sur des essais de flexion. Il a été démontré que ce couple essais-équipement
est parfaitement adapté jusqu’à des fréquences d’essais de 50 Hz,
ce qui permet de réduire considérablement la durée donc le coût d’essais de
fatigue sur ce type de matériaux. Une méthodologie est ainsi proposée pour
la mise au point d’essais de fatigue sur matériaux composites qui ne requiert
pas le recours à des machines d’essais lourdes tout en privilégiant des modes
de sollicitations compatibles avec la mise en œuvre de ces matériaux.
Les matériaux composites sont de plus en plus utilisés
en remplacement de pièces métalliques moulées
ou usinées à des fins de support, de renfort ou d’ancrage
mécanique, et donc exposées également à des
contraintes répétitives, charges cycliques, vibrations
etc. Bien que souvent surdimensionnées eu égard à
leur performances en termes de rigidité ou de résistance
mécanique par rapport à leurs homologues
mécaniques, les composites présentent des modes
de défaillance particuliers et une sensibilité à la fatigue
qu’il est bon de pouvoir quantifier.
Les essais mécaniques en traction compression sur
ces matériaux de très fort module (> 10 GPa)
Ils présentent une double difficulté :
- de préhension et de tenue dans les mors d’un matériau
souvent lisse et glissant qui nécessitera des mors
hydrauliques puissants qui vont l’écraser et induire
des dommages dans sa structure interne, compromettant
ainsi l’essai.
- de puissance nécessaire, souvent de l’ordre de 50KN
à 100KN, qui va imposer le recours à des machines
servo-hydraulique, onéreuses d’utilisation et relativement
lentes (une dizaine de Hz).
En revanche, des essais en flexion (flexion 3 ou
4 points), s’avèreront souvent mieux adaptés aux
efforts et aux vibrations transversales que subissent
ces pièces, ne nécessitent pas de serrage au niveau
des mors. Ils requièrent en outre une puissance jusque
20 fois inférieure pour une déformation supérieure et
peuvent donc être confiés à des machines d’essais
électromagnétiques modernes, rapides (jusque 100
Hz atteignable) et d’un coût de fonctionnement et d’entretien
très largement inférieur.
Mise au point de conditions
d’essais
À la demande d’un fabricant de matériaux compo sites,
une campagne d’essais dits de faisabilité nous a été
demandée afin de déterminer l’enveloppe des conditions
d’essais permettant de caractériser et de comparer
leurs matériaux sur un mode flexion, avec un focus
particulier sur l’aspect fatigue.
3 types de matériaux ont été fournis sous la forme
d’éprouvettes rectangulaires (réglettes) de 120mm x
25mm x 4mm :
1. Composite époxy – fibre de verre de couleur blanche,
Module ~ 26 GPA
2. Composite de couleur noire de Module ~ 15 GPA
3. Composite à fibre de carbone, noir, de Module
~ 26 GPA
Méthodologie :
La méthodologie utilisée consiste en une première
étape de détermination de la contrainte (charge
statique) correspondant à la défaillance de l’éprouvette,
valeur qui sera ensuite utilisée pour la détermination
des efforts de fatigue suffisant, efforts qui
seront ensuite (deuxième étape) appliqués sous la
forme d’essais cycliques jusqu’à défaillance à diverses
fréquences.
Critères de défaillance :
La défaillance d’un spécimen est définie comme étant
la rupture (fracture ou fissuration importante de sa
face externe (inférieure) qui subit la plus forte
contrainte de tension lors de l’essai de flexion. Cet
endommagement résulte en une déformation permanente
de l’échantillon qui ne remplit donc plus sa fonction
méca nique d’origine.
Réalisation des essais
Choix de la machine d’essai :
Compte tenu des modules indiqués, la puissance
disponible sur une machine d’essai Bose-ElectroForce,
modèle 3330 apparait comme suffisante : 3KN,
25 mm de course, 0-100 Hz
Note 1 : la technologie Bose ElectroForce a ceci de
particulier que totalement exempte de frottement et
présentant la masse mobile la plus faible de toutes les
machines d’essais électromagnétiques actuelles, elle
offre, outre un cout d’exploitation le plus faible du
marché et une fiabilité totale, l’avantage d’un logiciel
de DMA parfaitement exploitable et qui sera utilisé ici
afin d’explorer automatiquement toute une plage de
fréquences.
Note 2 : Bien que Bose propose des machines de
7,5KN et de 15KN tout aussi aptes à réaliser ces essais,
le but était également de déterminer le meilleur ratio
applications/investissement pour ce type d’essais.
Figure 1 : machine
Bose 3330 à poser
sur table,
poids < 120 Kg,
hauteur :

Figure 2 : Bose ELF 3330
avec banc de flexion 3 pts
Figure 3 : Exemple de rampe à
défaillance
valeur présente l’avantage de conserver une raideur de flexion suffisante tout
en conservant les déplacements requis par les cycles de fatigue dans une
plage de fréquence contrôlable et correspondant aux performances dynamiques
de la machine.
L’essai est conduit en mode “pilotage en déplacement” à la vitesse constant
de 0.05 mm/sec. (cf. Figure 3).
Les résultats obtenus sont les suivants :
- Eprouvette fibre carbone :
Charge max 650 N & déplacement max 7 mm. (cf. figure 2 ci-dessus)
- Eprouvette noire :
Charge max 390 N & déplacement max 10 mm.
- Eprouvette fibre de verre :
Charge max 1700 N & déplacement max 11 mm – pas de défaillance
2 e étape : mise au point des conditions de fatigue
L’examen de ces rampes à défaillance donne la charge de rupture. Une bonne
estimation des conditions de fatigue correspondante pour une durée d’essais
suffisante doit se situer entre 20% et 50% de la charge maxi. L’examen
des courbes de performances de la machine Bose 3330 indique qu’elle est
capable de tenir ces conditions jusque au moins 50 Hz.
Une série d’essais de confirmation est donc menée pour chaque éprouvette.
Un seul exemple est donné ici :
- par exemple, pour le specimen le moins rigide (éprouvette noire) à 10 Hz, un
ratio « R » de +0.1 (ratio Pmin/Pmax) et une charge maximale de 200 N
correspondant à 50% des 390 N mesurée sur la rampe de défaillance,
donnent un essai de fatigue de durée : 68 353 cycles (apparition d’un bruit
de cliquetis de l’éprouvette symptomatique de l’apparition d’une fissure sur
la face externe)
3 e étape : étude des fréquences applicables
à ce type d’essais
Enfin, le software DMA a été utilisé pour programmer un simple ba layage
en fréquence. Le but principal étant de vérifier les capacités du système
à appliquer les mêmes amplitudes du signal de fatigue à différentes
fréquences. Un balayage de fréquence logarithmique à 3 points par
décade est choisi entre 1 et 50 Hz.
Ce test est réalisé pour chaque matériau. Il donne lieu pour chaque point
de fréquence testé à l’obtention de résultats sous forme graphique avec
représentation de :
- tous les signaux enregistrés pendant une ou 2 secondes d’acquisition
(Time data)
- accessoirement, le programme calcule et indique la raideur mesurée,
l’angle de phase, une transformée de fourrier rapide (FFT) avec le taux
de distorsion harmonique (stabilité du signal)
Il est donc facile d’obtenir une bonne illustration des performances du
système pour chacun des points de mesure.
Il est à noter également que ce programme calcule les modules élastique et
visqueux (correspondant à une puissance dissipée donc à un échauffement),
ce qui constitue également une indication utile au choix de la
fréquence maximale à utiliser.
À la fin des essais, un graphique récapitule la répartition des amplitudes
pour caque essai : on notera la grande stabilité de cet essai à toutes les
fréquences ●
Art Braun est responsable marketing pour les essais sur
matériaux élaborés, il est basé à Eden-Prairie, USA,
au siège de la division ElectroForce.
Darren Burke est responsable marketing Europe,
il est basé à Gillingham, dans le Kent, U.K.
Jacques Laudinet est Ingénieur technico-commercial,
responsable des ventes pour la France, l’Espagne et le Portugal,
il est basé
à Saint-Germain-en-laye, 78, France
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Laboratoires
Le Ceti élargit la voie de la R&D
dans le textile
Le Centre européen du textile innovant (Ceti) a vu le jour dans le nord de la
France. Implanté au carrefour de l’Europe du Nord, dans le nouvel éco-quartier
de Roubaix-Tourcoing-Wattrelos – L’Union – cette plateforme de recherche
unique de 8 000 m² est dotée de laboratoires de haute technologie et d’équipements
de pointe, destinés au prototypage et aux petites séries, mais aussi
d’ateliers autonomes équipés de machines de dernière génération.
Initié en 2004 par le pôle de compétitivité
UP-tex, le Ceti vient d’ouvrir ses portes un
an après la construction d’un premier bâtiment
de 6 000 m². Le démarrage de la
plateforme technologique a été effective
avec la mise en place d’un laboratoire,
permettant ainsi au centre d’exercer ses
activités, tout au moins en deux temps :
depuis octobre dernier, le Ceti se focalise
sur le filage et le non-tissé pour élargir ses
compétences – dans un second temps –
sur des technologies plus conventionnelles
comme le tissage, le tricotage, le tressage
et la finition. Pour le moment, l’inauguration
du bâtiment et les premières activités
du centre vont pouvoir être mises à disposition
de la recherche et des entreprises
désireuses de développer des procédés et
des technologies dans le domaine du filage
et des non-tissés. « Pour définir cette technologie,
on peut déjà dire qu’elle existe
depuis une trentaine d’années et qu’elle
se trouve au croisement de trois industries
: le textile technique, le papier –
pour ses fibres de très petite taille –
et la plasturgie du fait de l’utilisation de
procédés similaires de fabrication, rappelle
Simon Frémaux, ingénieur et responsable
des machines pour le non-tissé en voie
Quels besoins, quelles perspectives de marché ?
Chaque chose en son temps. Les potentiels importants de marché ne doivent pas entraver la bonne
marche de l’inauguration du Ceti ni la mise en fonctionnement des nombreuses installations.
Toutefois, les équipes sont déjà au garde-à-vous pour répondre à une demande émanant tant des
entreprises textiles que non textiles, des fabricants de matériaux souples pour l’aéronautique ou la
cosmétique, sans oublier les fournisseurs de matières premières. Déjà, des premiers contacts ont
été noués grâce notamment aux nombreux partenaires du Ceti et au pôle de compétitivité UP-tex.
Les axes du Ceti aborderont les projets collaboratifs avec les laboratoires, les industriels et les centres
de R&D, les projets avec un industriel en particulier en lui mettant notamment à disposition ses
équipements et ses compétences et enfin, les activités de recherche en propre. Les besoins concernent
par exemple la création d’une fibre capable de répondre à un pouvoir d’isolation. Les équipes
de recherche vont donc travailler sur la géométrie de la fibre et sur les matériaux utilisés puis fabriquer
un voile pouvant résoudre les problèmes. À terme, le Ceti prévoit d’abriter trente à quarante
personnes d’ici 2014 contre une dizaine aujourd’hui.
fondue. Au sein de notre laboratoire,
notre rôle est de transformer les matières
premières et de leur donner des caractéristiques
supplémentaires pour les
rendre étanches par exemple, en faire
des isolants à l’électricité ou encore pour
les rendre hydrophiles ».
En somme, la mission des équipes de
recherche est, à partir de propriétés
vierges, d’ajouter des modifications pour
ensuite utiliser ces matières sur des
propriétés textiles. Cette première phase
concerne donc le filage – ou tri-composant
(c’est-à-dire trois matières au sein même
d’un filage). « Nous faisons fondre les trois
matières avant d’en fabriquer un multi-filament
d’environ trente bras. On y ajoute
le dessin du filament de manière à le
rendre creux ou arrondi et on lui attribue
une application bien particulière, d’isolation
par exemple ou de filtration ». L’ajout
ou l’association de matière est également
possible afin de lui donner d’autres caractéristiques
et des propriétés anti-fer, antimoustique,
hydrophile etc. Les équipes du
Ceti couvrent donc toutes les applications
textiles, allant de l’habillement à l’isolation
en passant par le médical.
E S S A I S & S IM U L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3 8

Des machines pilotes
Les produits « finaux » concernés par le
Ceti n’impliquent pas d’objets ou de solutions
directement prêts à l’emploi ; cette
phase de développement de produits s’effectue
plus en aval. Le centre européen
du textile innovant dispose en revanche
d’un deuxième département destiné à
fabriquer des voiles non-tissés voie fondue
ou voie sèche. Les voiles non-tissés possèdent
une densité de filament aléatoire et
ouvrent la matière à des applications dans
les composites, la filtration, le médical
(notamment pour les textiles utiles dans
les blocs opératoires), l’automobile ou l’aéronautique
(pour l’isolation, la décoration
comme les moquettes intérieures ou
encore le revêtement des moteurs à
travers du multicouches). L’une des technologies
utilisées est le Spunbond (« filé -
soudé ») qui se présente comme une technologie
bi-composant associant deux
matières de manière à former un voile
pour une consolidation à la fois thermique
et chimique.
Du côté des machines, les équipements
disponibles au sein du Ceti existent sur
le marché et sont issus d’une technologie
industrielle (c’est-à-dire avec une importante
capacité de production) mais cellesci
sont nettement moins larges ; « elles
sont en effet destinées à des activités de
R&D et assurent la passerelle entre le laboratoire
de recherche et l’industrie du filage
et du non-tissé ».
Sur la partie voie fondue, le laboratoire
abrite une machine de filage tricomposant,
des équipements d’extrusion
compoundage et de dosage (matière
première, additif poudres, fibres courtes
et liquide) pour pallier le besoin de structure
solide, branchement électrique, tests
électriques (…) et une ligne de fabrication
de fibres, déjà opérationnelle ; « nos
équipes travaillent sur le procédé et les
capacités de cette ligne pour transformer
du filament continu en fibres frisées ».
L’installation de préparation des granulés
(cristallisation, séchage et réseau de
transport pneumatique de la matière) est
opérationnelle, tout comme la machine
Meltblown mais laquelle nécessite une
formation approfondie des équipes, ainsi
que la machine Spunbond et l’équipement
d’hydroliage auquel est accolé un séchoir
et une calandre Spunbond. D’autres fournitures
telles que l’enrouleur automatique,
les enrouleurs/dérouleurs simples, et les
convoyeurs ont été validés chez le fournisseur
au mois d’août dernier pour être
opérationnels durant la première quinzaine
de septembre. Sur la partie voie sèche :
les équipements d’ouvraison et de
mélange de fibres ont été livrés depuis le
mois de septembre, tout comme les équipements
carde, étaleur nappeur, aiguilleteuse
et enrouleur fin de ligne. Le four de
thermoliage et la nappeuse pneumatique
type Airlay ont été livrés courant octobre
au Ceti, mais le montage et câblage de ces
installations durera jusqu’au mois de
décembre pour une mise sous tension et
un démarrage en production programmés
à partir de janvier 2013 ●
À quoi serviront les équipements du Ceti ?
Olivier Guillon
À ce jour, le Ceti est équipé d’une dizaine de machines en voie fondue, dont quatre venues compléter
cet équipement au mois de juillet : le spunbond, la calandre, la préparation des polymères
en granulés et l’enrouleur automatique. Parmi les équipements montés figurent : l’Extrusion
compound, un équipement qui permet de charger des polymères grâce notamment à l’ajout
d’additifs liquides, en poudres ou en fibres. L’objectif sera de développer de nouveaux granulés
fonctionnalisés. Des propriétés peuvent ainsi être apportées à une matière dite vierge : antimicrobien,
anti-insecte, anti-feu, antistatique, anti-bactérie, anti-UV, coloration grâce à des pigments...
Ces propriétés sont utilisées dans les marchés du médical, de l’hygiène, de la filtration,
du sportwear et des équipements de protection individuelle.
Autre équipement significatif : la ligne de filage tri-composant. Cet équipement permet de fabriquer
des filaments pouvant associer jusqu’à trois polymères dans une seule et même section
de fil. Avec cet outil pilote, il sera possible de réaliser de nouveaux filaments pour toutes les
applications textiles connues et futures. C’est la première étape de la filière textile, d’abord un
fil (à partir de filaments ou de fibres) pour créer une structure souple (tissu, tricot, tresse, voile
non-tissé) et pour la création d’un composite par exemple. Le laboratoire dispose également
d’une ligne de fabrication de fibres. Cet équipement permet quant à lui de fabriquer des fibres
de longueurs différentes à partir des filaments produits par la ligne de filage tri-composant.
La machine Meltblown bi-composant sert à la fabrication d’un voile non-tissé obtenu à partir de
polymère fondu puis filé et enfin soufflé par air chaud. Le voile non-tissé obtenu est constitué de
filaments, de diamètre compris entre 1 et 5 µm. Il est particulièrement utilisé dans la filtration
(air ou liquide). Ce principe de fabrication de voile non-tissé, très fermé, composé de filaments
très fins ayant comme principale caractéristique un effet barrière, est particulièrement utilisé
dans la filtration ou l’absorption. Parmi les équipements en cours de montage figurent la ligne
d’hydroliage. Cet équipement permet la consolidation mécanique de voiles non-tissés par jet d’eau
sous pression, très utilisés dans les lingettes pour toute application en hygiène, nettoyage, absorption...
Enfin, un séchoir permettra quant à lui de sécher les voiles non-tissés consolidés par hydroliage
et à consolider au niveau thermique le voile non-tissé par air chaud traversant.
E S S A I S & SI M U L AT I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 3 9

L'interview
Joseph Merlet (Intespace),
nouveau président de l'ASTE
« L'ASTE doit se développer
à tous les niveaux »
Curriculum vitae
En prenant la présidence de l’Association pour le développement des
sciences et des techniques de l‘environnement, Joseph Merlet, actuel
directeur technique d’Intespace, entend donner un coup d’accélérateur
sur le développement de l’ASTE. Celui-ci passera notamment par une
visibilité plus forte et le nouage de partenariats scientifiques. Mais le
nouveau président compte aussi donner une place bien plus importante
à la simulation. Explications.
Essais & Simulations : Joseph Merlet,
pouvez-vous vous présenter en quel -
ques mots ?
Joseph Merlet : Je suis diplômé de
l’ENSMA, promotion 1970, j’ai effectué
mon service militaire en tant que scientifique
du contingent au sein du Com -
missariat à l’énergie atomique (CEA), au
centre du Ripault où j’ai réalisé des
travaux d’extensométrie et de mesure de
contrainte résiduelle en application de la
méthode des trous.
J’ai eu également la chance d’effectuer
un stage à l’Onera pour effectuer des
travaux d’essais d’analyse modale. C’est
un an plus tard que j’intègre la Sopemea,
à Bretigny-sur-Orge tout d’abord où nous
avons exercé des travaux d’ingénierie de
centre d’essais comme celui de l’Ifremer,
puis à Toulouse au sein du laboratoire du
CNES. C’est là que je me suis occupé par
exemple d’un radiateur pour absorber
l’énergie rayonnée par le satellite Sym -
phonie en essai thermique.
J’ai étudié des moyens d’essais très différents
mais j’ai également une expérience
de mise en œuvre d’essai en tant que
responsable des essais mécaniques, le
laboratoire Sopemea commençait à s’ouvrir
sur l’extérieur, à cette époque l’Agence
spatiale européenne (ESA) a qualifié le
laboratoire de « laboratoire coordonné »,
lui donnant ainsi une dimension européenne
et l’ouvrant à de nouveaux projets
de plus grande envergure.
Quel a été votre parcours au sein
d’Intespace ?
Lorsqu’en 1983 Intespace a été créé, je
suis devenu l’adjoint de Jean-François
Imbert, qui a ensuite occupé des postes
prestigieux en particulier chez Airbus. J’ai
effectué des travaux de R&D sur l’acoustique,
le pilotage de pot vibrant, les mesures
de déformées thermo-élastiques en
temps réel ou encore les essais thermiques
par infrarouge.
Nous avons d’ailleurs mis au point avec
Astrium une méthode d’essai infrarouge
utilisant des plaques régulées en température
(panneaux rayonnants infrarouge).
Il s’agit d’ailleurs d’une des spécialités de
l’entreprise. Puis en novembre 1988, j’ai
imaginé et démarré le produit logiciel
DynaWorks – que nous avons présenté
pour la première fois au congrès StruCome
à Paris, un an plus tard, jour pour jour !
Ce logiciel a pour objectif de gérer un
grand nombre de données d’essais et/ou
de simulation, de les analyser et d’établir
des comparaisons entre les résultats de
calcul et d’essai et ceci, ce qui est original,
au niveau de la mesure capteurs ou
de la réponse du degré de liberté. J’en suis
DR
Joseph Merlet
directeur technique d'Intespace
1970 : Diplômé de l'Ensma.
1971 : Joseph Merlet entre à la Sopemea dont
les locaux se situent à l'époque à Brétignysur-Orge,
au sein du laboratoire d'essais
spatial, dans la partie « Études ». Il y exerce
des activités d'ingénierie des moyens d'essais
et des études dynamiques.
1972 : Joseph Merlet rejoint le laboratoire du
CNES à Toulouse à la suite du déplacement
de la Sopemea dans le sud-ouest de la
France. Il s’occupe d’études mécaniques et
thermiques et prend ainsi la responsabilité
des essais mécaniques.
1977 : un bref passage au CNES où il calcule
la structure de l’équipement « Caméra Grand
Champ » qui a volé sur Spacelab
1978 : Il monte à Toulouse un nouveau département
consacré aux études et à l'ingénierie.
1983 : Deux après la création d'Intespace,
Joseph Merlet devient l'adjoint de Jean-
François Imbert (devenu plus tard le responsable
des calculs chez Airbus à Toulouse).
Ils travaillent tous deux au sein de la division
études et ingénierie.
1988 : Durant ses années en tant qu'adjoint
à Jean-François Imbert, Joseph Merlet
démarre le projet DynaWorks, un logiciel de
stockage, de gestion et d'analyse de données
pour les essais et les simulations.
1989 : Sortie en novembre d'une première
version du logiciel DynaWorks. Celle-ci est
présentée pour le première fois à StruCome.
2001 : l’activité DynaWorks devient une business
Unit dont Joseph Merlet est nommé
responsable trois années durant.
2004 : Un an après l'arrivée de Franck Airoldi
à la direction générale d'Intespace, Joseph
Merlet quitte ses responsabilités pour se
consacrer principalement à la R&D.
2009 : Il devient directeur technique
d'Intespace, sa fonction actuelle.
E S S A I S & S IM U L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 0

d’ailleurs devenu le chef de produit, m’occupant globalement du
développement, de la maintenance, de la vente et de la communication
autour du logiciel. J’ai également travaillé dans l’ingénierie
de centres d’essais, notamment le centre d’essai acoustique
des navires en 1982, plus récemment dans des centres
d’essais satellite à l’export, ainsi que l’ingénierie de moyens d’essais
parfois com binés mêlant vibration, acoustique et tem -
pérature. Après avoir réalisé des travaux de R&D dans des projets
du FP7 de la Commission Européenne comme le projet Vivace
et après avoir occupé le poste de business-developer, j’ai été
nommé directeur technique en 2009.
Depuis quand êtes-vous un membre actif de l’ASTE et quelles
grandes orientations stratégiques allez-vous prendre en
tant que nouveau président ?
Je suis membre depuis de nombreuses années en tant que représentant
d’Intes pace et membre du conseil d’administration depuis
les années 90.
Parmi les grands axes que je souhaite mettre en valeur figure la
nécessité de développer l’ASTE à tous les niveaux, à commencer
par son nombre d’adhérents, mais aussi d’accroître plus
globalement son rayonnement ; cette visibilité passera notamment
par des journées thématiques mais aussi par son partenariat
actif avec la revue Essais & Simulations, sans oublier le
fait d’ouvrir l’association à des orga nisations similaires afin de
créer des partenariats au niveau scientifique.
Quels secteurs doivent encore faire des efforts en termes
de simulation ?
Dans le domaine de la simulation, la compatibilité électromagnétique
(CEM) et notamment les essais de foudre, est un secteur en fort développement.
Il y a un gros travail fondamental et pratique à réaliser.
Malgré tout, il y a toujours des améliorations à apporter en
mécanique par exemple dans le non linéaire, mais en termes de
prévision de comportement, l’effort de prévision est incontestablement
à faire en CEM.
C’est en effet dans ce domaine que les outils de simulation sont
encore incomplets et non standardisés. Or le marché de la simulation
a déjà atteint une certaine maturité à un point tel que de grands
donneurs d’ordres (dans l’aérospatial notamment tels qu’Airbus,
Astrium, Thales Alenia Space, l’ESA,…) commandent des modèles
mathématiques en même temps que modèles physiques à leurs
fournisseurs d’équipements afin de pouvoir prédire le comportement
global du satellite ou de l’avion dans le métier concerné.
Mais avant d’arriver à un process de prévision complet avec des
procédures d’Assurance Qualité dans lesquels les centres d’essais
pourraient valider les modèles livrés, il reste beaucoup de chemin
à parcourir ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
Par ailleurs, nous comptons développer fortement l’importante
activité de formations que nous allons ouvrir davantage aux différents
métiers d’essais et à la simulation.
En termes de qualification et de simulation justement, que
représentent aujourd’hui ces disciplines dans les essais ?
La qualification a une histoire : au début, les essais étaient
uniquement réalisés dans des laboratoires pour vérifier de
manière expérimentale le bien-fondé des solution de design, puis
on a commencé à parler d’essais industriels car les procédures
d’essais se standardisaient et le design était plus fiable, pour
mener aujourd’hui des essais de qualification (pour la plupart
du moins, même s’il reste toujours des opérations d’essais de
caractérisation). Pour quelle raison ? Tout simplement parce que
les logiciels de simulation sont de plus en plus performants et
sont même devenus pour de nombreuses entreprises des outils
incontournables.
Quel est le devenir des essais ?
Les essais doivent aujourd’hui être rentables. Tout tourne en
effet sur la question de la validation de la conception et de l’augmentation
de la valeur ajoutée des essais donc de leur rentabilité.
Un essai n’est plus utilisé pour savoir si tel ou tel produit va tenir
bon. C’est le cas des tests d’avion ou de tout appareil volant :
on ne vérifie pas en plein ciel s’ils sont capables de voler ; on
vérifie si ce que l’on a étudié et fabriqué fonctionne bien, si tout
est « OK ». Le devenir des essais va vers la vérification et de
l’acceptation des modèles de design.
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LES VIBRATIONS
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BANCS D’ESSAIS & MACHINES
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Dossier
Moyens de mesure dans les essais
Simulation des essais en vibrations
de satellites à partir de l’analyse
modale d’une réponse bas niveau
La qualification mécanique d’un satellite
requiert, en plus des essais d’environnement
acoustique et de la détermination
de son centre de gravité, des essais de
balayage sinusoïdal sur pot vibrant de 5 à
100 Hertz. Cette plage de fréquences
permet de couvrir à la fois le premier
mode, généralement un peu au-dessus de
10 Hertz, et les modes de réservoirs qui
sont compris entre 30 et 50 Hertz. Le
niveau de qualification à atteindre est
généralement de l’ordre de 1 g à la base
du satellite mais, pour prévenir tout risque
de dégradation du spécimen, il est
précédé de deux, voire trois runs de
niveaux moindres. Ce qui donne, dans l’ordre,
un très bas niveau optionnel (1/8 du
niveau de qualification), un bas niveau
(1/4 du niveau de qualification), un niveau
intermédiaire (1/2 du niveau de qualification)
et enfin le niveau effectif de qualification,
l’exploitation des réponses obtenues
à chaque run permettant d’affiner la
stratégie à adopter pour le run suivant.
Le niveau de qualification à atteindre est
dimensionnant de la signature du lanceur
(ARIANE 5, PROTON, LONGUE MARCHE ou
autre), c’est-à-dire, du spectre des modes
et du bruit (< 150Hertz) communiqué à la
base du satellite par le biais de l’interface
mécanique avec lanceur.
Ces essais mécaniques sont systématiquement
perturbés par un phénomène
naturel de battements qui apparaissent
en certains points de la structure lorsque
la fréquence de la table dépasse celle de
l’un des trois principaux modes du satellite
(premier mode structurel et deux modes
réservoirs). Comme le montre l’exemple
de la Figure 1, les battements au niveau
du notching (courbe bleue pour le premier
mode et grise pour les deux modes de
réservoirs) se répercutent sur le mouvement
de la table (courbe verte), donnant
lieu à un phénomène d’anti-résonance.
Outre le fait qu’en pareil cas, la boucle d’asservissement
du vibreur ne parvienne pas à
maintenir le niveau d’excitation de la table
Mots-clés
essais, vibrations, satellite, qualification,
identification, simulation, phénomène
de battements.
à sa valeur de consigne, les creux de battements
font qu’en toute rigueur, le satellite
n’est pas qualifié à ces fréquences.
Pour atténuer ces inconvénients, le centre
d’essais a développé un simulateur temps
continu qui permet de reproduire, à partir
des résultats de mesure d’un run donné,
les accélérations de la table du vibreur et
du satellite en chacun des points instrumentés
(4 accéléromètres sur la table et
jusqu’à 150 accéléromètres sur le satellite).
Cet outil rend en effet possible d’évaluer et
de comparer les résultats que l’on obtiendrait
pour différentes stratégies de test, au
cours d’un run de niveau d’excitation immédiatement
supérieur et, grâce à cela, de
déterminer la stratégie la mieux adaptée
pour minimiser les effets indésirables.
Comme le simulateur reproduit la boucle
d’asservissement du vibreur (en l’occurrence,
[LMS 1]), nous en rappelons très
succinctement le principe. Un signal d’amplitude
unité intitulé cola sert de référence
fréquentielle pour la réalisation de la
rampe :
La pondération de ce par une amplitude
calculée à chaque fin de période permet
de calculer la commande dite qui est
envoyée, à chaque période k d’échantillonnage,
à l’amplificateur générant le
courant dans la bobine du vibreur :
Figure 1 : Exemple de battements survenus lors des essais de bas niveau
d’un satellite de télécommunications.
En vert, accélération au niveau de la table du vibreur ; en bleu et en gris, accélérations
mesurées par des accéléromètres de notching placés sur la structure du satellite.
drive(kT) = A + drive ×cola(kT)
L’amplitude A + drive est obtenue de la
façon suivante : à chaque début de
période de cola et pour chaque capteur i,
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 2

Dossier
on définit l’erreur de pilotage comme étant
le rapport
e = s i
i
scsg
i
lorsque S
csg i représente la consigne d’amplitude
et S i l’amplitude effectivement
atteinte sur cette voie. L’amplitude A + drive
au pas suivant est alors calculée en fonction
de l’amplitude A - drive précédente :
si A + drive = A- drive
( 1+W
e
) i +W
40(K–1)
W =
T loop
est un facteur de pondération où k représente
le facteur de compression et T loop le temps
de boucle, c’est-à-dire, la durée de la période
cola de augmentée du temps de calcul.
Partant de ces éléments qui correspondent
aux algorithmes implémentés sur le
banc de pilotage du vibreur, le simulateur
réalise une reconstruction de la réponse
temporelle du système au voisinage de
chacun des modes selon le processus
décrit sur le schéma-bloc de la Figure 2.
Pour cette mise en œuvre, nous procédons
préalablement à une identification
des fonctions de transfert qui relient la
sortie de chaque capteur à une variable
unique et commune qui est le drive.
Cette identification se fait via une interface
graphique permettant l’exploitation
aisée des données de mesures fournies
par la console du moyen d’essai. Le
ou e i > 1
si A + drive = A- 1+W
drive e i ( i )
1+W
e i ≤ 1
Figure 2 : Schéma-bloc du simulateur des essais de vibrations. Les variables y table
et y notches sont les accélérations mesurées au niveau de la table et des notches.
E S S A I S & S IM U L A TI O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 3

Dossier
programme se base alors sur la réponse
spectrale enregistrée pour déterminer les
coefficients du modèle à identifier dont
l’ordre à été défini préalablement par l’utilisateur.
Une série de coefficient de
correction permet alors de recaler les
pôles/zéros identifiés pour tenir compte
de la distorsion engendrée par les battements
dans la réponse mesurée.
Une fois les modèles identifiés, ils sont
injectés dans le simulateur qui, sur base
des paramètres de test réels, va se charger
de reproduire la réponse temporelle
du système. De cette réponse temporelle,
nous pouvons alors générer la
réponse spectrale en procédant de la
même façon que le système d’acquisition
réel. Enfin, les courbes de mesures
réelles et simulées sont affichées en
superposition afin de permettre la validation
du modèle identifié.
Grâce à l’enregistrement des mesures au
cours de la campagne d’essais en vibrations
d’un satellite de télécommunications,
nous avons pu effectuer une
première validation du simulateur. Nous
l’avons ensuite complétée en utilisant les
résultats d’un test effectué avec une
maquette dont les caractéristiques sont
proches de celles d’un satellite de télécommunications
standard.
Figure 3 : Réponses réelle et simulée d’un notch lors d’un essai avec maquette.
La pente de la rampe en fréquences est de 3 octaves par minute. Mesures réelles
(en g) en bleu, résultats de simulation en rouge.
Sur la Figure 3, nous pouvons observer la
comparaison des mesures réelles (en
bleu) et reconstituées par simulation (en
rouge) dans le cas du premier mode
(9.5 Hertz). La même acuité de résolution
a pu être constatée pour le mode suivant
qui se situe vers 57 Hertz.
Partant des fonctions de transfert identifiées
pour l’ensemble des accéléromètres
en fonction du drive, nous avons reconstitué
les spectres du satellite pour le très bas
niveau, le bas niveau, le niveau intermédiaire
et le niveau de qualification. Pour les
besoins de la simulation, nous n’identifions
que les capteurs susceptibles d’avoir un
impact sur le pilotage de la table, à savoir,
les 4 accéléromètres de pilotage et les
notches des principaux modes.
Bien évidemment, le simulateur ne présenterait
pas d’avantage particulier s’il se limitait
à reproduire fidèlement des résultats
déjà obtenus lors d’un essai, si ce n’est de
déterminer avec une grande précision les
fréquences et les amortissements des
modes en fonction du niveau d’excitation.
Son intérêt réel est de pouvoir prédire la
réponse des capteurs pour des niveaux d’excitation
de la table plus élevés. Or, comme
l’ont déjà montré de nombreux articles, les
réponses des structures complexes telles
que celles des satellites sont non linéaires et
fortement dépendantes du niveau de l’excitation.
Dans ce sens, nos recherches ont
montré qu’une prédiction du niveau intermédiaire
réalisée à partir d’une identification
faite sur le run de très bas niveau n’est
pas acceptable. Nous constatons en effet
une sous-évaluation systématique de l’amortissement,
en particulier au niveau des
battements. Ce résultat est en accord avec
les résultats d’analyses mécaniques qui ont
toujours révélé que l’amortissement des
modes augmentait avec le niveau d’excitation
à la base du satellite.
En raison de cela, nous avons établi des
lois de recalage de l’amortissement et de
la fréquence des modes en fonction de l’excitation
à la base en supposant qu’elles
étaient suffisamment reproductibles pour
une même famille de satellites de télécommunications.
L’évolution du coefficient
d’amortissement est plutôt bien corrélée
par une loi affine mais l’extension de la validité
de ce comportement à d’autres types
de satellites reste à prouver. D’autre part, la
pente n’étant pas connue d’emblée, nous
remarquons qu’il est nécessaire de connaître
les résultats du très bas niveau et du
bas niveau pour établir la loi affine servant
à prédire les niveaux supérieurs.
L’augmentation de l’amortissement avec
le niveau d’excitation laissait présager une
diminution naturelle de la position de
chaque fréquence modale puisque, dans
le cas linéaire, elle est donnée par :
Cependant, l’analyse des courbes pour les
différents niveaux d’excitation a mis en
évidence qu’une telle correction était loin
d’être suffisante : en l’occurrence, nous
savons seulement qu’elle est liée à des
non-linéarités internes aux structures mais
aucune loi comportementale n’a pu être
clairement établie. Nous avons donc seulement
pu déterminer une loi de tendance
a posteriori et nous n’avons pas poussé
plus loin l’investigation car, contrairement
à l’amortissement, la précision de la
fréquence de chaque mode estimé n’impacte
qu’assez peu la simulation, ne
faisant que décaler la réponse de
quelques dixièmes de Hertz tout au plus
au droit des modes.
Sur base des techniques expliquées dans
les paragraphes qui précèdent, nous
avons relancé le simulateur afin d’étudier
un run complet. Faute d’autres références
disponibles, nous avons repris le même
fichier de mesures du test bas niveau pour
identifier les fonctions de transferts des
trois accéléromètres ayant notché au
cours du run ainsi que celles relatives aux
quatre accéléromètres de pilotage. Les
fonctions de transfert au niveau intermédiaire
ont ensuite été prédites en appliquant
les corrections nécessaires sur les
différents couples [fréquence ; amortissement]
des modes estimés. La super -
position des courbes réelles du niveau
intermédiaire et prédites (à partir de l’extrapolation
des résultats du bas niveau)
est présentée sur le graphe de la Figure 4.
Nous pouvons constater l’excellente
corrélation qui apparaît désormais entre
les courbes réelles et leurs homologues
simulées. Nous remarquons également
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 4

Dossier
Figure 4 : Simulation complète d’un satellite de télécommunications en niveau intermé -
diaire sur base de l’identification fréquentielle en bas niveau après recalage des modes.
que le simulateur permet de prédire l’abort
qui a eu lieu effectivement, et de continuer
de dérouler la simulation au-delà.
Cette technique de simulation performante
s’est toutefois révélée en défaut lors des
essais en vibrations d’un autre satellite.
En l’occurrence, le fait d’utiliser la technique
dite de notching manuel (1) a rendu
impossible une identification convenable
des modes de réservoirs (entre 30 et
50 Hertz). Nous avons constaté à l’issue
de la campagne d’essais, que ce procédé
ne garantissait pas la linéarité en
fréquence nécessaire à l’identification :
lorsque le mouvement de la table devient
trop faible, la réponse obtenue au niveau
des capteurs n’est plus exactement celle
de la table mais celle du mode dominant.
Il oscille alors quasi librement, excité
seulement par le léger mouvement de la
table qui ne fait alors que contribuer à son
entretien. Ce phénomène apparaît dès
l’approche du mode (un à deux Hertz audessous)
et il cesse lorsque l’on quitte le
mode, c’est-à-dire, un à deux Hertz audessus
compte tenu de son faible amortissement.
Pour palier cette situation, nous avons
remplacé l’identification des modèles continus
(chacun des modèles étant alors localisé
sur un mode particulier) élaborée à
partir des spectres par l’identification d’un
modèle entrée-sortie, unique pour chaque
capteur, et réalisé cette fois à partir de l’enregistrement
temporel. Le fait de travailler
avec des signaux temporels nous a permis
à la fois d’écarter les influences des battements
qui perturbaient le spectre de
réponse et de profiter d’un nombre de
points de mesure sensiblement plus élevé
(environ 300 000 points contre 300 points
pour la réponse spectrale).
Ce choix présentait tout de même un
inconvénient majeur car les algorithmes
d’identification les plus classiques se sont
révélés rapidement dépassés. Nous avons
(1) Le notching manuel consiste à atténuer
localement la consigne de pilotage pour que
les seuils de notching soient approchés sans
être jamais atteint. De la sorte, le pilotage ne
bascule jamais en mode de notching.
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 5

Dossier
Figure 5 : Réponses complètes réelle et simulée
du bas niveau d’un satellite de télécommunications.
pu constater, en utilisant une méthode de
moindres carrés ordinaires par exemple,
que les défauts d’identification pouvaient
conduire à des déphasages anormaux des
réponses en certaines zones avec pour
conséquence une reconstruction spectrale
éloignée de la réalité. Pour améliorer
l’identification, nous avons utilisé une
nouvelle technique que l’on peut rapprocher
de celle des moindres carrés généralisés
[CLA.].
Cette méthode présente l’avantage de
fournir des résultats acceptables à partir
de modèles d’ordre réduit. La détermination
de l’ordre optimal pour le modèle se
Résumé
fait automatiquement grâce à un critère
portant sur des énergies modales estimées
du système. Cette technique exige
toutefois de vérifier la pertinence physique
des modèles identifiés.
A l’issue du développement du nouveau
module d’identification, nous avons pu vérifier
sa cohérence sur les résultats d’essais
de deux satellites de télécommunications.
Sur la Figure 5, nous pouvons voir la
comparaison entre la simulation et l’essai
réel d’un satellite de télécommunications
en utilisant, cette fois-ci, l’identification
temporelle globale au lieu des identifications
spectrales (comme nous le mon -
Dans l’industrie spatiale, la qualification d’un satellite requiert des tests en vibrations qui permettent de
vérifier et de garantir la tenue mécaniques des structures et des équipements au cours du lancement.
Pour cela, le satellite est placé sur la table d’un pot vibrant et l’on réalise une rampe (exponentielle) en
fréquence avec un profil d’amplitudes représentatif de la décomposition spectrale des modes qui lui sont
communiqué par l’interface de sanglage avec le lanceur. Mais cette technique fait apparaître des battements
en sortie des modes faiblement amortis et les creux de ces battements sont autant de zones où
l’amplitude de qualification n’a pas été atteinte. Pour prédire ce comportement à partir d’un essai très bas
niveau, et grâce à cela essayer différentes techniques de réglage qui atténuent ces phénomènes parasites
avant de lancer l’essai réel, nous avons développé un simulateur. Dans sa première version, la simulation
reposait sur une identification des principaux modes obtenus à partir des réponses spectrales. La
seconde version réalise une identification complète du processus sous test à partir d’un enregistrement
temporel de toutes les réponses. Partant de ces résultats, il semble désormais possible d’envisager le
contrôle actif des battements grâce à un correcteur temps réel qui utilise ces identifications.
Bibliographie
[LMS 1] “Frequently Asked Question : What’s the theory behind Sine Control Testing”, LMS International, Leuven
[LMS 2] S. Ricci, B. Peeters, R. Fetter, D. Boland, J. Debille, Virtual shaker testing for predicting and improving
vibration test performance. In Proceedings of the IMAC-XXVII, IMAC, Orlando, 9-12 February 2009.
[LMS 3] J. F. Betts, K. Vansant, C. Paulson, J. Debille, Smart testing using virtual vibration testing, LMS
International, Leuven
[LMS 4] S. Ricci, B. Peeters, J. Debille, L. Britte, E. Faignet, Virtual shaker testing: a novel approach for improving
vibration test performance, LMS International, Leuven, September 2008
[GIR.] A. Girard, Identification modale d’un satellite en campagne de qualification, Mécanique & Industries, July
2006 7 : pp 325-331
[CLA.] D.W. Clarke, 1967, Generalized least squares estimation of the parameters of a dynamic model, IFAC
Symp. on Identification in Autom. Cont. Systems, Prague, paper 3.17.
trions sur la Figure 4). Toutes les voies
d’accéléromètres ont été identifiés en une
seule passe, contrairement à ce que nous
faisions lorsque l’on utilisait une identification
spectrale, et le temps total (identification
+ simulation) a été de 120 secondes.
La principale différence tient à ce que la
simulation de chaque capteur n’est plus
seulement précise au droit des modes mais
également sur l’ensemble du spectre. Ces
résultats ont permis de valider le principe
de fonctionnement du simulateur, la validation
définitive ne pouvant être prononcée
qu’après réitération du même succès
sur un nombre plus important de campagnes
d’essais en vibrations de satellites.
Actuellement, la section R&D des essais
d’environnement des satellites travaille à
de nombreuses améliorations telles que
l’identification non-linéaire en vue d’éviter
la prédiction de l’amortissement des
modes en fonction du niveau injecté à la
base, ou encore un correcteur temps réel
pour résoudre le problème des battements.
Une telle implémentation est
désormais rendues possible par la précision
des modèles identifiés ●
Corentin NAISSE, ingénieur ECAM
Institut Supérieur Industriel (Belgique) ;
Alain BETTACCHIOLI, ingénieur R&D
centre des essais d’environnement de
Thales Alenia Space Cannes
Abstract
In the space industry, the qualification of a satellite
requires vibration tests allowing the manufacturer
to verify and to certify the mechanical integrity
of structures and equipments during the
launch. For those tests, the satellite is placed upon
the table of an electrodynamic shaker and a(n)
(exponential) ramp in frequency is applied with an
amplitude profile typical of the modal spectral
decomposition which is transmitted to it trough
the payload adapter of the launcher. However, this
method generates a beat effect when exiting lowdampened
modes and the hollow produced in the
response are all zones were the qualification
amplitude hasn’t been reached. To predict this
behavior from a very low-level test and, through
this, to try different techniques of tuning dampening
those parasite phenomenons’s before going
through the real test, we developed a simulator. In
its early version, the simulation had its roots in an
identification of the main modes obtained from
spectral responses. The second one goes through
a complete identification of the process under test
by the mean of a time-based record of all the sensor
responses. From those results, it now seems
possible to consider the active control of the beats
through a real-time controller using those identified
models.
E S S A I S & S I MU L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 6

Dossier
Moyens de mesure dans les essais
Mise au point d’un banc
de dilatométrie sous vide
et influence de l’histoire thermique
sur le coefficient de dilatation
thermique d’un matériau sandwich
Introduction
De nouveaux matériaux présentant, entre
autres avantages, celui d’un coefficient
de dilatation thermique (CTE) relativement
faible, sont de plus en plus utilisés dans
le domaine des satellites ou du spatial en
général. Les ordres de grandeur de ces
coefficients peuvent parfois n’être que de
quelques 10 -7 °C -1 , comme c’est le cas par
exemple du carbone de cyanate qui est
utilisé pour des structures de télescope
de détection. Pour faire face à la nécessité
de savoir mesurer des coefficients de
dilatation de cet ordre avec une précision
suffisante, Thales Alenia Space s’est doté
d’un nouveau banc de dilatométrie sous
vide qui utilise un système de deux doubles
interféromètres de Michelson intégrés de
marque RENISHAW. La mesure de distance
est basée sur l’effet Doppler, c’est-à-dire
que le système traduit en fréquence la
vitesse d’écartement relatif des deux
miroirs. La variation de longueur de l’éprouvette
est déduite par une simple intégration
de cette vitesse par rapport au temps.
La notion de mesure sous vide (en l’occurrence,
de l’ordre de 10 -5 mbar) est particulièrement
importante pour les applications
spatiales car c’est seulement dans
ces conditions représentatives de l’environnement
en orbite, que le matériau à
caractériser peut libérer les solvants, les
colles et surtout l’eau qu’il contient depuis
Mots-clés
Dilatation thermique ; interféromètre de
Michelson ; matériaux
sa fabrication et son stockage à l’air libre.
Sous l’effet du dégazage, la matériau se
retrouve ainsi, au moins le temps de l’essai,
dans un état très proche de celui qu’il
atteindra rapidement dans l’espace.
Pour la mesure, l’éprouvette est placée
entre deux palpeurs, l’un fixe et l’autre
mobile qui suit la variation de longueur de
l’éprouvette, comme le montre la photographie
de la figure 1.
Des miroirs parallélépipédiques en
Zérodur (1) de classe 0 sont solidaires des
palpeurs et ils présentent une largeur suffisamment
importante pour que leur déformation
selon l’axe des faisceaux laser soit
négligeable. Les thermocouples placés à la
surface de l’éprouvette permettent d’en
connaître la température moyenne. A l’issue
du montage, cet ensemble est recouvert
par une boîte radiative dont on fait
cycler la température à raison de 1°C par
minute, le plus souvent entre -15 et
+80°C. A partir des données de températures
en surface et de variation de
longueur, nous pouvons obtenir directement
la mesure du CTE de l’éprouvette.
Dans la suite de cet article, nous présentons
le protocole de mesure couramment
adopté pour ce type de détermination et
Figure 1 : Photographie du système de palpage du banc de mesures dilatométriques
(1) Le Zérodur est un verre céramique
développé par Schott Glass Technologies.
Son coefficient de dilatation, très faible, est
de l’ordre de 0±2.10 -8 °C -1 pour la classe 0.
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 7

Dossier
quelques exemples de résultats qu’il a
permis d’obtenir. Ceci nous permettra de
mettre en évidence l’influence qu’a l’histoire
thermique de certains matériaux sur
le CTE et notamment l’existence d’un hystérésis
du CTE pour des matériaux complexes.
Protocole expérimental
L’éprouvette à caractériser se présente
sous la forme d’un parallélépipède rectangle
de section 25 × 2 mm² et de longueur
variable 96, 150 ou 250 mm. Nous la
plaçons entre les palpeurs du dispositif de
mesure et nous recouvrons ensuite l’ensemble
d’une boîte radiative. Le tout est
placé dans une enceinte à vide et les
mesures proprement dites débutent
lorsque la pression est de l’ordre de
10 -5 mbar. Les acquisitions – longueurs
différentielles (∆L) de l’éprouvette et
températures en surface – sont réalisées
toutes les 5 secondes tandis que l’éprouvette
subit une dizaine de cycles thermiques
entre -15 °C et 80 °C à raison
d’environ 1 °C par minute.
Un programme de traitement des mesures
fournit la valeur du CTE pour toutes
les températures qui se situent sur la
plage explorée lors de l’essai. La fonction
associée pour l’approximation du CTE peut
être soit un polynôme soit une fraction
rationnelle de la température.
Quelques exemples
de résultats et précision
des mesures
Des essais sur une éprouvette de Zérodur
(de CTE très faible) ont permis de caractériser
la précision du moyen de mesures.
L’exploitation de l’essai a conduit aux résultats
présenté sur la figure 2. Hormis les
zones extrêmes où les résultats sont faussés
par des effets de bord, nous obtenons
une dispersion du CTE σ = 8,5.10 -9 °C -1 et,
si l’on considère que l’erreur maximale de
mesure est de 3σ = 2,5.10 -8 °C -1 , cette
valeur pourtant faible semble encore très
dimensionnante puisque l’écart maximum
réel entre deux déterminations à la même
température n’excède jamais 2.10 -8 °C -1
(valeur obtenue à T=65°C sur la figure 2).
Comme la valeur à 3σ n’est jamais atteinte,
nous considérons que la précision qui caractérise
la détermination du CTE est de
2.10 -8 °C -1 , ce chiffre incluant à la fois la
précision des mesures, les défauts de modélisation
et de traitement algorithmique.
Figure 2 : Courbes du CTE en fonction de
la température avec une approximation
polynomiale de degré 10 pour une
éprouvette de Zérodur de longueur
250 mm. Les zones grisées sont à exclure
car elles résultent d’effets de bord de
l’algorithme de traitement.
Effets de l’histoire
thermique sur le coefficient
de dilatation
Divers laboratoires de recherche sur les
matériaux ont déjà mis en évidence des
anomalies récurrentes lors des mesures
du module d’Young sur des matériaux
complexes. Dans le cas des matériaux
biphasés, nous pouvons citer par exemple,
[Chotard et al (2007)] qui ont mis en
évidence la dépendance du module
d’Young au sens de variation de la température
: elle pu être attribuée à des phénomènes
micro structuraux qui provoquent
des contraintes internes propres à modifier
la valeur du module d’Young. Sur un
autre registre, pour caractériser l’endommagement
des matériaux réfractaires
électrofondus, [Yeugo Fogaing et al
(2006)] ont montré l’existence d’un hystérésis
du module d’Young en réalisant des
mesures entre 0 et 1500 °C : ils ont pu
ainsi établir que les dégradations provenaient
des différentiels de dilatation liés
à des transformations structurelles qui
apparaissent avec la température. Les
tensions thermiques au sein du milieu cristallin
ont été également corrélés aux différentiels
de dilatation de manière théorique
par [Laval (1961)].
En étudiant la dilatométrie du Nida (2)
-Aluminium-Cyanate entre -15 °C et
+90 °C, nous avons également remarqué
des différences notoires entre les mesures
réalisées lors des chauffes et lors des
refroidissements, avec au final, une
certaine tendance à converger vers un
comportement moyen unique au fur et à
mesure que l’on répète les cycles.
Résultats
La figure 3a présente les mesures de dilatométrie
réalisées sur une éprouvette de
242 mm de Nida-Aluminium-Cyanate entre
-15°C et +90°C. La courbe violette
correspond à la température et la courbe
bleu foncé aux mesures d’élongation. Nous
constatons que les mesures de longueurs
différentielles ne sont que très faiblement
bruitées et, grâce à un calcul statistique
portant sur l’erreur de mesure, nous avons
déduit que leur écart type était de 50 nm,
ce qui correspond à une erreur maximale de
mesure (valeur à 3σ) de 150 nm.
Ces mesures nous ont permis de tracer
les courbes de CTE en fonction de la
température en tenant compte de son
sens de variation. Nous en présentons les
approximations affines sur la figure 3b et
polynomiales d’ordre 10 sur la figure 3c.
Nous constatons que ces résultats sont
très proches et, compte tenu de cela, nous
ne raisonnerons désormais que sur les
approximations affines qui semblent suffisamment
précise et représentatives des
phénomènes à observer.
Nous remarquons que les mesures de CTE
sont cohérentes entre elles tant que le
sens de variation de la température reste
le même. Le cas échéant, le CTE est une
fonction croissante de la température
lorsque l’on chauffe (de -8.10 -7 °C à
-4.10 -7 °C -1 ) tandis qu’il est faiblement
décroissant lorsque l’on refroidit (de
-6.10 -7 °C -1 à -6,5.10 -7 °C -1 ). Toutefois, au
fur et à mesure des cycles, les pentes du
CTE en chauffe (courbes bleue, rouge
violette noire dans cet ordre) tendent à
faiblir tandis que celles mesurées en refroidissement
restent pratiquement inchangées.
Nous pensons donc que la tendance
du CTE, lorsqu’elle est mesurée en froid,
reste sensiblement la même au cours des
différents cycles thermiques, mais qu’en
contre-partie, la pente du CTE mesuré au
cours des chauffes tend vers une valeur
limite, inférieure à celle initiale. Les cycles
thermiques tendent donc à ramener les
courbes de CTE obtenues lors des chauffes
vers celles obtenues lors des refroidissements
sans pour cela jamais les rejoindre.
Ceci met en évidence deux choses :
d’une part, l’histoire thermique du matériau
agit le CTE, et d’autre part, le CTE
présente un hystérésis, c’est-à-dire, une
(2) L’acronyme Nida désigne des structures en
Nid d’abeilles. Dans le cas cité dans le texte, la
structure de l’Aluminium est en Nid d’abeilles.
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 4 8

Dossier
Figure 3 : a) Variation de longueur et température moyenne en fonction du temps d’une éprouvette de Nida-Aluminium-Cyanate ;
b) et c) Courbes du CTE en fonction de la température avec une approximation polynomiale de degrés respectifs 1 et 10.
Les traits interrompus et les flèches mettent en évidence un cycle d’hystérésis particulier.
non-linéarité qui apparaît systématiquement
lors du changement de sens de variation
de la température. Nous l’avons fait apparaître
schématiquement sur la figure 3b par
des flèches indiquant la courbes à suivre
lorsque l’on chauffe ou l’on refroidit.
Analyse et discussion
Les résultats présentés dans la partie 4.1
montrent que les matériaux complexes
peuvent présenter des comportements
différents selon le sens de variation de
température. Par conséquent, la longueur
de l’éprouvette est susceptible de varier en
fonction de son histoire thermique. Dans le
cas particulier de l’éprouvette de Nida-
Aluminium-Cyanate, il semble que le matériau
tende à se stabiliser lorsque l’on
augmente le nombre de cycles thermiques
et que l’allure de son CTE tende vers une
droite unique (proximité des droites noire
et violette sur la figure 3b) mais il semble
peu vraisemblable qu’il existe une tendance
moyenne unique du CTE qui généralise le
cas de la chauffe et du refroidissement.
Ceci confirme l’existence d’un hystérésis et
par suite, la nécessité de connaître les deux
lois de mesures du CTE pour prédire son
évolution dimensionnelle en fonction de sa
température. Un tel phénomène d’hystérésis
du CTE en fonction de la température
avait d’ailleurs déjà été constaté par
[Courdille et al (1977)] au voisinage de la
transition ferroélectrique-ferroélastique pour
du Molybdate de Gadolinium.
Bien évidemment, les comportements que
nous avons pu observer ici ne sont pas
généralisables à tous les matériaux com -
plexes et ils diffèrent sensiblement selon
la famille de matériaux considérée. Par
exemple, nous n’avons pas observé d’hystérésis
ou un quelconque changement de
pente du CTE dans le cas des céramiques
telles que le Nitrure de Silicium.
Conclusion
Parmi tous les paramètres à déterminer
pour caractériser un matériau, la dilatation
thermique est l’un des paramètres les
plus importants car il détermine la cohérence
mécanique des assemblages avec
les variations de la température. Pour réaliser
les mesures de dilatométrie, nous
avons mis au point un banc qui utilise un
système d’interférométrie laser par effet
Doppler. Au cours des essais sous vide, la
température de l’échantillon est obtenue
en réalisant la moyenne de sa température
en surface sachant que sa dynamique
est de l’ordre de 1 °C par minute.
Résumé
La caractérisation des matériaux à faible dilatation thermique, en vue de leur utilisation dans le domaine
des satellites, requiert la mesure du coefficient dilatation thermique sur une plage de températures allant
de –20 à +100°C. Cette plage est choisie de façon à couvrir le domaine de températures qui règne à l’intérieur
d’un satellite au cours de sa vie. Dans ce but, nous avons conçu un banc de mesures utilisant un
système d’interférométrie Doppler intégré qui permet la détermination de ce coefficient avec une précision
de l’ordre de 2.10 -8 °C -1 . Ce dispositif a permis, en outre, de mettre en évidence, pour un matériau de type
sandwich, l’influence du sens de variation de la température lors des mesures et la dépendance des résultats
vis-à-vis de l’histoire thermique du matériau.
Bibliographie
Grâce à différents essais, nous avons pu
établir que la dispersion des mesures de
longueurs différentielles réalisées par l’inter -
féromètre était de 50 nm. Lors de l’étude
d’une éprouvette de Nida-Aluminium-Cyanate,
nous avons pu mettre en évidence l’effet de
son histoire thermique sur son CTE. Elle se
traduit par des lois différentes selon que l’on
chauffe le matériau ou qu’on le refroidit, et
un effet d’hystérésis qui permet de rejoindre
les deux lois à une même température ●
Jérémy PENEL, ingénieur PHELMA
Grenoble INP ;
Alain BETTACCHIOLI, ingénieur R&D
centre d’essais d’environnement des
satellites de Thales Alenia Space Cannes ;
Guillaume CATTOEN, technicien
responsable d’essais au laboratoire vide
thermique de Thales Alenia Space Cannes
Chotard T., Huger M., Soro J., 2007, Caractérisation du comportement mécanique endommageable de réfractaires
à haute température par couplage de techniques ultrasonores, 18 ème Congrès Français de Mécanique.
Yeugo-Fogaing E., Huger M., Chotard T., Gault C., 2006, Caractérisation de l’endommagement d’origine thermique
de réfractaires de type électrofondu par techniques acoustiques à haute température, Matériaux 2006.
Laval J., 1961, La dilatation thermique du milieu cristallin, Les facteurs de dilatation, Le Journal de Physique et
le Radium, Tome 22, Pages 451-458.
Courdille J.M., Dumas J., 1977, Etude dilatométrique des coefficients piézoélectriques et électrostrictifs du Molybdate
de Gadolinium au voisinage de la transition ferroélastique, Le Journal de Physique, Tome 38, Pages 65-68.
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Dossier
Moyens de mesure dans les essais
Étude aéro-vibro-acoustique
d’une vitre latérale de voiture
chargée par des fluctuations
de pression aérodynamiques
Introduction
Les constructeurs automobiles ont effectué
durant les dernières décennies des
progrès considérables dans l’insonorisation
des véhicules. Le bruit du moteur
ainsi que le bruit de roulement ont été
nettement réduit, et le bruit d’origine aérodynamique
doit suivre le même chemin
pour ne pas devenir fortement émergent
lorsque les véhicules roulent à grande
vitesse au dessus de 80 km/h. Un écoulement
turbulent se développant alors
autour de l’enveloppe extérieure du véhicule
crée un champ aérodynamique fluctuant
qui vient impacter les parois. Ces
parois, et en particuliers les vitrages,
vibrent et rayonnent du bruit vers l’intérieur
de l’habitacle.
L’étude du bruit d’origine aérodynamique
repose encore beaucoup sur des mesures
en soufflerie. Le coût exorbitant associé à
ces séances de mesures et à la réalisation
des prototypes pousse PSA Peugeot
Citroën à développer une filière numérique
prédictive pour l’aéroacoustique.
Cette filière permettra également de
comprendre les phénomènes physiques
mis en jeux, dans le but d’améliorer le
design acoustique des véhicules.
Nous nous concentrons dans cet article
sue la contribution d’un vitrage latéral. La
première étude de ce genre a été menée
sur un cas test « simple » mais représentatif
[1]. Le cas test consistait en une
cavité cubique dans laquelle étaient
placés des échantillons de mousses aux
4 coins de cette cavité. Une plaque d’acier
était quant à elle placée sur la face supérieure
de la cavité. L’objectif de cette
étude était d’étudier la transmission du
bruit dans la cavité au travers de la
plaque d’acier chargée par deux excitations
: des fluctuations de pression aérodynamiques
calculées par un code CFD
(Exa PowerFlow) et une représentation
mathématique d’une couche limite turbulente
(basée sur les modèles de Corcos et
Goody). Les corrélations mesures-calculs
furent satisfaisantes.
Le sujet de l’étude décrite dans cet article
est le même, mais cette fois en
étudiant une vitre latérale de voiture
réaliste (Figure 1) et en utilisant une technique
innovante pour transférer l’information
CFD sur le modèle vibro-acoustique.
Le modèle comporte deux vitres
latérales : une « petite » vitre latérale, fixe
dans la réalité, et une « grande » vitre latérale,
qui peut être mobile.
Figure 1 : Vitre latérale étudiée
dans ce projet
La première partie de cet article décrira le
processus numérique et les modèles
éléments finis utilisés dans le cadre de
cette étude, depuis les conditions aux limites
jusqu’aux différents composants
modélisés. Dans un deuxième temps les
résultats sont présentés avec notamment
une comparaison calcul-mesure.
Procédure de calcul
Cette étude est menée en utilisant le code
élément finis ACTRAN[2]. Pour ce type
d’étude, menée dans un contexte industriel,
une approche hybride est requise. En
effet les approches directes, où le code
CFD calcule à la fois les champs aérodynamiques
et acoustiques sont aujourd’hui
encore bien trop coûteuses dans un
contexte industriel, en raison de la précision
requise pour l’acoustique. Les approches
hybrides permettent aujourd’hui de
faire des simulations aéro-acoustiques
précises dans des temps de calculs acceptables
par les industriels tout en obtenant
d’excellents résultats [4].
Dans un premier temps, une simulation
CFD instationnaire (type LES) est menée
dans l’environnement extérieur de la
voiture, de manière à calculer les fluctuations
de pression turbulente sur la surface
extérieure de la vitre. Ensuite ce champ
de pression turbulent (calculé dans le
domaine temporel) est converti dans le
domaine fréquentiel via une transformée
de Fourier.
Finalement, ce spectre de pression turbulente
est utilisé comme excitation du
modèle vibro-acoustique : le champ de
pression turbulente charge la surface extérieure
de la vitre latérale et le code de
simulation acoustique prédit la propagation
du bruit au travers de la vitre et à l’intérieur
de l’habitacle. La 2 décrit la procédure
utilisée pour ce type de simulation
numérique.
Cette étude se concentrera sur la comparaison
de deux stratégies pour transférer
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 0

Dossier
Figure 2 : Procédure de calcul
savoir les tourbillons) est bien plus petite
que celle des longueurs d’onde acoustiques
et des longueurs d’onde de flexion calculées
par le code vibro-acoustique. Lorsque
l’on utilise une technique d’interpolation
linéaire, il est parfois nécessaire de devoir
sur-raffiner le maillage vibro-acoustique par
endroit de manière à capturer correctement
les petites perturbations aérodynamiques.
En conséquence, la taille du modèle
devient plus importante, ce qui affectera
les coûts calcul. Enfin, il peut être parfois
très difficile de savoir à priori quelle taille
de maille est nécessaire pour capturer
correctement ces petites fluctuations de
pressions. La nouvelle technique d’intégration
utilisée dans cette étude permet
de se libérer de cette contrainte et assure
une complète conservation de l’information
CFD, et ce quelle que soit la différence
de raffinement entre le maillage CFD et le
maillage vibro-acoustique. L’objectif de
cette étude est de démontrer les performances
de cette nouvelle technique.
Calculs CFD
Figure 3 : Fluctuations de pression turbulente à un pas de temps donné calculées par
le code CFD sur les surfaces extérieures des vitres latérales
Les calculs CFD ont été réalisés par PSA.
Le code PowerFlow a été utilisé pour
calculer les fluctuations de pression turbulente
sur la surface extérieure de la vitre
(Figure 3). Il s’agit ici d’un calcul CFD instationnaire
dont les paramètres sont exposés
ci-dessous :
- Pas de temps = 4*10 -5 s
- Durée d’acquisition = 0.5s
Le domaine temporel et le domaine
fréquentiel sont liés par les paramètres
de Nyquist :
Figure 4 : Conditions aux limites du modèle vibro-acoustique
l’information entre le maillage CFD et le
maillage acoustique :
- Une interpolation linéaire
- Une technique d’intégration, basée sur
une conservation de l’énergie
Le transfert de l’information calculée par le
code CFD entre le maillage CFD et le
maillage vibro-acoustique représente un
des plus gros challenges à remplir dans le
cadre de cette technique d’approche
hybride [3]. En général le maillage CFD est
toujours plus fin que le maillage vibroacoustique
puisque la taille des phénomènes
physiques calculés par le code CFD (à
Ainsi, le pas de temps utilisé pendant le
calcul CFD permet de connaître les fluctuations
de pression turbulente jusqu’à
une fréquence maximale 12500Hz, et la
durée du calcul CFD permet de connaître
ces fluctuations tous les 2Hz.
Modèles
vibro-acoustiques
Les deux vitres ne sont composées que
d’une couche de verre de 3.15 mm
d’épaisseur. Les propriétés mécaniques
du verre sont décrites ci-dessous :
- Module de Young : 4.85e+10 Pa
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 1

Dossier
- Coefficient de Poisson : 0,2398
- Densité : 2500 kg/m 3
Un amortissement de 1% est pris en
compte dans la structure. Dans le cadre de
cette étude cet amortissement est considéré
comme constant sur toute la bande
de fréquence mais il est possible dans
ACTRAN de prendre en compte un amortissement
qui varie avec la fréquence.
La Figure 5 montre les conditions aux limites
utilisées dans le cadre de cette étude.
La petite vitre, fixe dans la réalité, est
considérée comme complètement encastrée.
La grande vitre, qui peut être mobile
dans la réalité, est encastrée sur ses deux
points de montages. Les surfaces rose et
bleue de la Figure 5 représentent les
surfaces qui seront chargées avec le
champ de pression turbulent calculé par
le code CFD.
Des joints « simplifiés » sont également
pris en compte (Figure 6). Cinq joints au
total sont modélisés, et tous sont considérés
comme encastrés :
- Un grand joint appliqué autour de la
grande vitre
- 2 joints appliqués sur la surface extérieure
de la grande vitre
- 2 joints appliqués sur la surface intérieure
de la grande vitre
Figure 6 : Modélisation de l’air et des conditions de rayonnement en champ libre
Figure 7 : Présentation des deux maillages vibro-acoustiques)
le niveau de bruit en champ lointain,
c’est-à-dire en dehors du maillage
élément finis. En d’autres termes, il est
possible de définir des microphones
virtuels, sur lesquels ACTRAN calculera le
niveau de bruit, en dehors du maillage
élément finis.
Figure 5 : Joints
Les propriétés mécaniques des joints sont
décrites ci-dessous :
- Module de Young : 2e+7 Pa
- Facteur d’amortissement : 5%
- Coefficient de Poisson : 0,48
- Densité : 870 kg/m 3
Dans le cadre de cette étude, la vitre
rayonne en champ libre. Ainsi une petite
cavité d’air est modélisée avec des
Figure 8 : Déplacement de la vitre
chargée par le champ de pression
turbulent à 519Hz
éléments finis fluides pour modéliser la
propagation du bruit en champ proche.
Pour modéliser la propagation du bruit en
champ lointain, des éléments infinis sont
utilisés (Figure 7). Ils jouent deux rôles :
- Un rôle de condition aux limites non réfléchissante,
de manière à simuler le rayonnement
de la vitre en champ libre
- Ils permettent également de connaître
De manière pratique, les éléments infinis
ne sont pas quelque chose que l’utilisateur
doit mailler, ils s’appliquent
comme une condition aux limites classiques
sur les faces libres des éléments
finis fluides.
Dans cette étude, les calculs sont menés
jusque 2000Hz. Deux maillages vibroacoustiques
sont utilisés (Figure 8) :
- Le maillage de la structure du premier
modèle est basé sur un pur critère vibroacoustique
: 4 éléments quadratiques
par longueur d’onde de flexion sont utilisés.
Ainsi, à 2000Hz, la longueur d’onde
de flexion dans la vitre est égale à
0.114m, ce qui signifie que l’on doit
mailler la structure de la vitre avec des
éléments de 0.0285m. Ce modèle est
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 2

Dossier
appelé « maillage grossier », ou « coarse
mesh ».
- Le maillage de la structure du deuxième
modèle est raffiné et la taille des
éléments est de 7mm. Il doit permettre
de correctement capturer les variations
spatiales des fluctuations de pression
turbulente. Ce maillage est considéré
comme le maillage de référence, étant
donné qu’il est le plus fin.
- Les maillages de la cavité sont identiques
pour les deux modèles. 4 éléments sont
nécessaires pour correctement capturer
la plus petite longueur d’onde acoustique.
A 2000Hz, la longueur d’onde est
de 0.17m, ce qui implique qu’il faut utiliser
des éléments de 4cm.
Résultats
Une fois les résultats CFD calculés,
ACTRAN va automatiquement projeter l’information
CFD (i.e. les fluctuations de
pression turbulente) sur la surface extérieure
des deux modèles vibro-acoustiques,
en utilisant deux techniques :
- Une technique d’interpolation linéaire
(appelée « sampled TWPF » (pour
Turbulent Wall Pressure Fluctuation) dans
les résultats)
- Une technique d’intégration (appelée
« integrated TWPF » dans les résultats »).
Cette technique assure une complète
conservation de l’information CFD durant
son transfert sur le maillage vibroacoustique,
et ce quelle que soit la différence
de raffinement entre le maillage
CFD et le maillage vibro-acoustique.
Une fois les fluctuations de pression turbulente
transférées sur le maillage vibroacoustique,
ACTRAN va simuler la propagation
du bruit au travers de la vitre et le
rayonnement de la vitre en champ libre.
Les Figure 9 et Figure 10 présentent les
comparaisons des résultats obtenus avec
les 2 modèles vibro-acoustiques et les
2 techniques de projection de l’information
CFD.
Les résultats acoustiques obtenus avec
chacune des méthodes de projection en
utilisant le maillage de référence (i.e. le
plus fin) sont quasi identiques. Cette
comparaison confirme que les deux approches
permettent d’obtenir des résultats
corrects, à partir du moment où le
maillage vibro-acoustique est suffisamment
fin pour correctement capturer les
Figure 9 : Niveau de bruit sur un microphone place à l’oreille du conducteur
en fonction de la fréquence
Figure 10 : Puissance acoustique rayonnée par la vitre en fonction de la fréquence
variations spatiales des fluctuations de
pression turbulente.
Cependant, la comparaison des résultats
entre le maillage « grossier » (coarse
model) et le maillage « fin » (fine model),
obtenus en utilisant une interpolation
linéaire classique, met en évidence des
différences dans les moyennes et hautes
fréquences.
Ces différences sont dues au fait que les
éléments du maillage « grossier » sont trop
gros pour correctement capturer les variations
spatiales des fluctuations de pression
turbulente. Ceci montre qu’une partie
de l’information CFD n’a pas été correctement
transférée sur le maillage vibroacoustique.
Si l’on fait ce même type de comparaison
entre le maillage « fin » et le maillage
« grossier », mais cette fois en utilisant la
technique d’intégration, on observe que
les résultats sont identiques, et ce sur la
gamme complète de fréquence. Cette
observation confirme que la technique
d’intégration permet de conserver toute
l’information CFD, et ce quelle que soit la
différence de raffinement entre le maillage
CFD et le maillage vibro-acoustique.
En conclusion, la technique d’intégration
permet d’obtenir avec un maillage « grossier
» mais suffisamment fin pour capturer
les phénomènes vibro-acoustiques la
même précision de résultats (voire une
meilleure précision, Figure 10) que le
E S S A I S & S I M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 3

Dossier
maillage « fin » associé à une interpolation
linéaire, et ce pour un effort calcul moins
important (Tableau 1). En effet, si l’on
souhaite utiliser une technique d’interpolation
linéaire, le maillage vibro-acoustique
doit être sur-raffiné pour être capable de
correctement capturer les variations
spatiales des fluctuations de pression
turbulente. En plus d’alourdir les modèles
numériques, il peut être difficile pour
l’utilisateur de connaître à priori la taille
d’éléments qui permettra de correctement
capturer ces variations spatiales.
Tableau 1 : Taille des modèles et temps de calcul par fréquence
Model Nombre de degrés de liberté Temps de calcul par fréquence
Coarse 272 000 6 min
Fine 413 000 12 min
Enfin la Figure 11 montre une comparaison
entre la mesure et le calcul : la corrélation
entre les deux résultats est correcte
et valide les techniques mises en jeux
dans le cadre de cette étude.
Conclusions
Cette étude aéro-vibro-acoustique d’une
vitre latérale de voiture chargée par des
fluctuations de pression turbulente permet
d’abord de mettre en évidence les performances
et la précision d’une approche
hybride. En effet la comparaison calculmesure
met en lumière la qualité des
résultats numériques et les temps de
calculs affichés sont en adéquation avec
les besoins de l’industrie.
Ensuite cette étude montre à quel point
le transfert de l’information CFD entre le
maillage CFD et le maillage vibro-acoustique
est crucial. En effet, grâce aux différentes
comparaisons menées dans le
cadre de ce projet, il est démontré que
l’utilisation d’une technique d’interpolation
linéaire nécessite un sur-raffinement
Bibliographie
du maillage vibro-acoustique pour assurer
un minimum de perte d’information.
Ce sur-raffinement implique un alourdissement
significatif du modèle numérique
et en termes de confort d’utilisation, il peut
être difficile de connaître la taille d’élément
nécessaire pour capturer les phénomènes
aérodynamiques. L’utilisation de
la technique d’intégration implémentée
dans ACTRAN permet de s’affranchir de
cette contrainte. Cette technique permet
[1] S.Caro, A.Ramonda (FFT), F.Perot, S.Vergne, M.Pachebat (PSA), “TBL Noise generated by a
simplified side mirror configuration and acoustic transfer through the window: modelling
using Actran and Fluent”, AIAA 2006, Paper 2006-2490
Figure 11 : Comparaison entre le calcul (courbe rouge) et l’expérience (courbe bleue),
niveau de bruit à l’oreille du conducteur
de conserver toute l’information CFD, et
ce quelque soit la différence de raffinement
entre le maillage CFD et le maillage
vibro-acoustique. Au travers du travail
présenté, il est démontré qu’il est possible
d’obtenir avec cette technique d’intégration
la même précision de résultats
(voire une meilleure précision) avec un
modèle 2 fois plus petit.
Cette étude validant la procédure mise en
place pour ce type de calcul, il est maintenant
envisagé de passer à un nouveau
stade en termes de complexité de modèle,
avec la modélisation de l’habitacle de la
voiture et la prise en compte de l’absorption
acoustique due à la présence des
sièges, des tapis, etc. ●
[2] Free Field Technologies, ACTRAN 11 User’s manual
[3] S.Caro, J.Manera, Y.Detandt (FFT), R.Toppinga (Daimler), F.Mendonça (CD-Adapco),
“Validation of a New Hybrid CAA strategy and Application to the Noise Generated by a Flap
in a Simplifed HVAC Duct”, AIAA 2009, Paper 09-3352
[4] S.Detry (Visteon), J.Manera, Y.Detandt (FFT) - “Aero-Acoustic predictions of automotive
instrument panel ducts”, 09NVC-0131, 2009 SAE NVH Conference, Detroit, USA, MI
[5] F. Van Herpe (PSA), “Aero-Vibro-Acoustic Analysis of a Side Window Loaded with a
Turbulent Wall Pressure Fluctuation”, ACTRAN user’s conference 2010, Brussels, Belgium
François VAN HERPE,
(francois.vanherpe1@mpsa.com),
Sandrine Vergne
PSA, Centre Technique de Vélizy A, Route
de Gisy, 78140 VELIZY VILLACOUBLAY –
France ;
Julien MANERA, (julien.manera@fft.be),
Yves Detandt
Free Field Technologies,
Rue Emile Francqui 1,
1430 Mont Saint Guibert – Belgium
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 4

Dossier
Moyens de mesure dans les essais
Improving vibration environmental
testing using a virtual shaker testing
approach
Introduction
Laboratory vibration tests on (large spacecraft)
structures essentially serve 2 goals:
qualification of the structure by subjecting
it to vibration environments that are representative
for the operational conditions
and validation of the Finite Element Model
for a reliable simulation of the coupling of
the structure with the launcher. Virtual
testing means simulating a test prior to its
physical happening. In order to obtain a
reliable test prediction, all aspects which
play a major role in the test definition must
be taken into account. Three such actors
perform in the specific case of vibration
testing of large structures (e.g. satellites),
concurring in the definition of a complex
dynamic system:
- the vibration exciter, used to generate
the required interface forces at the
required frequencies;
- a closed-loop vibration control system,
employed to keep well under control the
test execution, often dealing with expensive
and one-of-a-kind hardware specimens;
- the target structure, which needs to be
qualified to comply with specific operational
conditions (e.g. launch loads).
By carrying out of such a “virtual shaker
test”, the test engineer can evaluate the
test performance of the mentioned system
prior to actually putting things into operation:
this can help him first in defining the
proper selection of all parameters involved
in the experiment, accounting for a
“smoother” test deployment; moreover,
this can lead him to nimbly correlate the
mathematical models with experimental
data, and gain a deeper insight about the
overall system physics.
Some works have already been presented
about this virtual vibration testing subject;
amongst the others, [1] provides a clear
and comprehensive view on the overall
procedure in the case of satellites qualification
testing, emphasizing the deployment
of a specific facility used for such
vibration tests in a major European test
centre. One of the objectives of the present
paper is to further investigate exciter
and vibration controller behaviour by
providing a description of the modelling
and validation activities performed in order
to set up the basis for a closed-loop cosimulation
routine including a structural
FE model (or a multibody model including
flexible components).
Concerning the exciter modelling, pre -
sented in Section 2, a number of papers
are available [2] [3] [4] [5] describing
lumped parameter electro-dynamic shaker
models with different degree of complexity;
a general one is taken here as starting
point for the development of a reverseengineering
approach in which model
parameters are extracted from experimental
measurements. Concerning the
controller modelling, presented in Section
3, a commercial implementation of vibration
controller [6][7] is taken as a starting
point for the development of a simplified,
yet complete, simulation model, which is
Fig. 1. Electro-dynamic shaker scheme.
eventually validated adopting a hardwarein-the-loop
(HIL) approach. In Section 4, a
satellite model will be added and some
realistic sine sweep runs performed.
Finally, in Section 5, some future directions
and user scenarios for the developed
technology will be discussed.
Shaker modelling
Electro-dynamic shaker physics
The electro-dynamic vibration exciter is
extremely popular for use in vibration testing,
due to the wide range of forces and
frequencies that can be obtained, the ease
of use and the possibility to operate both
in open-loop and closed-loop setups [8].
Fig. 1 shows a schematic view of the
shaker structure. At the heart of the
machine is a coil suspended in a radial
magnetic field, acting in the normal plane
with respect to the coil axis. This field is
produced by building a magnetic permeable
circuit to transmit flux from both poles
of an axially magnetized permanent
magnet (small shakers) or electromagnet
(large shakers); this is accomplished, as
shown, by means of an inner pole piece
and a back circuit conducting flux to an
outer pole piece with a hole in its centre
surrounding the coil. The air-gap between
these pole pieces is minimized in order to
reduce the reluctance of the magnetic
circuit, thus maximizing the intensity of the
field. When a current is passed through
the coil, an axial force is produced in
proportion to this current, and transmitted
to a table structure to which the coil
is attached by means of either a stiff cylindrical
shell or a series of columns, the coil
form or spider. The coil, accurately centred
in the narrow air-gap between poles, is
allowed to move axially being restrained
from all other motions; this is accomplished
by means of an elastic suspension
E S S A I S & S I MU L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 5

Dossier
system made up of either a pierced disk
or a set of radial beams, sometimes in
combination with rollers.
The table, spider and coil assembly is
called shaker armature, and represents
the moving element of the device; the
exciter base holding the magnetic
elements, which is frequently isolated from
the building floor by use of compliant
mounts (small shakers) or pneumatic
suspensions (large shakers), will be
referred to as shaker body. A major role is
played by the shaker power amplifier,
which actually provides the electrical
power, in terms of voltage and current,
that is converted by the exciter into
mechanical power (and heat). In some
cases, especially when dealing with small
and medium sized shakers, the power
amplifier has two modes of operation,
which establish the voltage versus current
relationships during exciter operations.
Lumped parameter
electro-mechanical model
Starting from the evidence of shaker ope -
ration, a number of lumped parameter electro-mechanical
models have been developed
in [2][3][4][5]. In this section, the
selected, rather complete model will be
discussed in detail. This model will be used
as a starting basis for the elaboration of a
system identification procedure and for the
simulation runs. As from the portrayed
mechanical structure of the shaker, it’s
evident that the compliant connection
between the armature assembly and the
shaker body forms a single DOF system.
Another DOF is introduced when considering
the armature structure as being elastic
rather than rigid: this is done by treating the
coil and table as separate masses,
connected by a spring and damper. Finally,
the isolation system of the exciter, whenever
present, can also be modelled as a
spring and damper in between the body
mass and the ground, allowing the entire
machine to translate vertically.
Such a three DOFs mechanical system is
actually coupled to an electrical circuit
which must account for the complex
impedance of the armature coil: the minimum
(DC) impedance exhibited at the
shaker input terminals defines the coil
resistance, while the increase of such
impedance with frequency holds for its
inductive component. The interaction
between the mechanical and electrical
domains is two-sided. On one hand, the
force F [N] acting on the coil is proportional
to the current flowing through it;
according to Ampère’s law, the magnitude
of such a force is given by:
F = Blni = K f i (1)
where B [T] is the magnetic field strength, l
[m] is the coil length per turn, n [-] is the
number of turns and i [A] is the current flowing
through the coil. When the amplitude
of motion is relatively small compared to
the shaker stroke, (1) expresses a linear
relationship, K f [N/A] being the force-current
proportionality constant. On the other hand,
when the coil moves within the magnetic
field, a voltage is generated across the coil
in proportion to its velo city; according to
Faraday’s law such a back-electromotive
force E bemf [V] is given by:
(2)
where [m/s] is the relative velocity of the
coil with respect to the magnetic field.
Again, for small armature motions (2)
expresses a linear relationship, K v
[V/(m/s)] being the voltage-velocity
proportionality factor. Note that K f equals
K v [3]. At this point the equations of
motion governing such a model can be
written down:
(3)
where M, C, K are the classical mass,
damping and stiffness matrices of a
mechanical 3-DOF system. The force (1)
is acting between the coil and the body.
R [Ω] and [H] are the coil resistance and
inductance, respectively, and e [V] is the
applied voltage.
Note that the same equations of motion
are implicitly and automatically obtained
by modelling the shaker physics in the
LMS Imagine.Lab AMESim environment
[9] as shown in Fig. 2. Fig. 3 shows the
transfer function between current and
table acceleration, obtained by initializing
model parameters with arbitrary but realistic
values.
Fig. 2. LMS Imagine.Lab AMESim [9]
lumped parameter voltage-controlled
shaker model.
Fig. 3. LMS Imagine.Lab AMESim [9] shaker model FRFs.
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Dossier
Fig. 5. Overall view of Simulink implementation of the LMS sine controller.
Table 1. Identified model parameters values
Fig. 4. RMS SW3707 shaker and
TGD3000 power amplifier.
Model parameters
identification
A system identification methodology based
on analytical formulation has been developed
for estimating the shaker model
parameters starting from measurements.
More details on this system identification
procedure can be found in [10]. The principle
is that model transfer functions as
in Fig. 3 can also be measured, by using
an accelerometer at the shaker table and
voltage and current transducers. The
system identification procedure then finds
the model parameters that yield transfer
functions that agree best with measured
transfer functions. The approach was validated
using a voltage-driven RMS shaker
(Fig. 4.) at the LMS laboratories in Leuven.
The identified physical shaker parameters
are synthesized in Table 1.
Controller modelling
Vibration testing of large and/or expensive
structures requires the test to be carried
out in a controlled manner. This differs
significantly from classical modal testing
approach in that the user is asked to specify
a desired output (reference) level (e.g. a
certain acceleration profile in the fre -
quency range of interest), instead of an
input one (e.g. simply sending a flat spectrum
DAC output voltage to the shaker
amplifier). This in turn means that some
control application is required to close the
Mechanical parameters
loop, shaping the drive spectrum so that
the excitation levels of the structure match
the pre-defined ones and verifying the
tested unit not being in danger, shutting
the test down if it is. LMS Test.Lab Sine
Control [7] is such an application, and it
has been chosen here as a basis for the
modelling process, mainly because of its
large installed base at the major satellite
test centres.
The described application has been
modelled by means of Matlab/Simulink,
keeping both hardware [11] and software
[7] aspects into account trying to replicate
as much as possible the controller behaviour.
Fig. 5 gives an overall view about the
implemented model. Due to its complexity,
a simple conversion of the controller
implementation was not possible and a
complete re-engineering approach was
adopted. The following elements have
been incorporated:
- Generation of continuous drive signal
with calculated sine amplitude, fre -
quency, and phase at all time instances.
- Adaptable sampling frequency implemented
through a decimator chain to
realize oversampling in relation to current
sine frequency.
Electrical parameters
m c [kg] 3.52 L [mH] 0.081
m i [kg] 4.00 R [Ω] 0.16
c c [kg/s] 484.28
c s [kg/s] 643.77 Coupling constants
k c [N/m] 546.65e+06 K f [N/A] 38.00
k s [N/m] 145.72e+03 K v [V/(m/s] 38.00
- Amplitude estimation algorithms: har -
monic (aka filtered), RMS, average, peak.
- State-of-the-art control algorithm.
- Control parameters selectable: sweep
mode (linear, exponential), sweep speed,
compression factor, and number of periods
for amplitude estimation.
The controller model is validated by
comparing with the existing hardware /
software implementation [7]. To exclude
other uncertainties, a hardware-in-the-loop
(HIL) approach has been adopted. A state
space model of a mass-spring-damper
system was created. It was then downloaded
onto a dSPACE real-time platform,
connected via I/O modules to the LMS
SCADAS III front-end, and tested just like a
real vibrating structure using LMS Test.Lab. A
considerable number of Sine Control sweeps
has been carried out, which differed by the
selected control and sweep parameters,
in order to collect a broad amount of data
to exploit in the validation process. The
same discrete state space model was
then also directly connected with the
controller model within the Simulink environment.
The same tests were run as in
the HIL approach and the controller
results have been compared: the measured
Test.Lab control harmonic spectra
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Dossier
have been plotted against corresponding
simulated ones (Fig. 6). Results show a
striking correspondence.
From the zoom, it is clear that the simulation
and the test agree perfectly in the
beating phenomenon after the first resonance.
It is evident that the availability of
such a fine controller model could help the
test engineers to set up proper test conditions,
speeding up test productivity.
Fig. 6. Control harmonic spectra
(response is zoomed around first
resonance): excellent correspondence
between real controller and controller
model.
[15]), introduced in the early seventies, is
of prime importance for dynamic studies
related to base excitation and modal reaction
force. A physical interpretation of the
effective mass can be given by a set of
parallel SDOF oscillators attached to a
common rigid massless base. Each mode
of vibration of the distributed structure is
represented by an oscillator. The mass of
each oscillator is defined by the effective
mass of the mode. For each mode, the
effective mass is such that the reaction
force of the mode of the structure to the
driven base acceleration is equal to the
reaction force of the corresponding oscillator.
The “effective mass” modes show
up as peaks in the transfer functions
from base acceleration to interface force,
but not in the transfer functions from
interface forces to absolute acceleration
of the masses (Fig. 7). The antiresonances
of the transfer functions from
base acceleration to interface force are
the “modal peaks” in these cases. An indepth
discussion on these aspects can
be found in [16].
- Sweep rate: better control performance
(i.e. “measured” sine profile is closer to
reference profile) at lower sweep rates.
At lower sweep rates, more control
updates are possible. The order in
decreasing control quality is: 1 Oct/min
> 2 Oct/min > 1 Hz/s > 2 Hz/s.
- Number of periods (Np): less periods
yield slightly better control, but noisier
amplitude estimates. If less periods are
used to estimate the sine amplitudes,
indeed more control updates are possible.
- Compression factor (cf): a low factor
gives better control, whereas a higher
factor yields more stable control in the
sense that the spectrum is smoother and
that less beating occurs.
Coupled simulation: shaker,
controller and structure
The next step in the process will be to
mount a head-expander and test article
on the virtual shaker, to allow a full timedomain
simulation of the real shaker test.
In order to do this, the controller and
shaker model will be made available in an
industrial environment, as a plug-in of a
multibody simulation package capable of
handling flexibility such as LMS Virtual.Lab
Motion [14]. This will ultimately also allow
a clear prediction and proper understanding
of possible problems with non-linearities
during qualification tests, and a subsequent
adjustment of the control strategy.
Adding a simplified satellite
model
In the present paper, a simplified lumpedparameter
spring / mass satellite model
that were derived from a typical observation
satellite was used. The model consists
of one mass and spring for each mode,
computed from the effective mass and the
eigenfrequency. In addition, 2% of critical
damping () is added to each mode. The
effective mass concept (see for instance
Fig. 7. Magnitude of transfer functions
from interface forces to absolute
acceleration of the masses.
Virtual sine control testing
of a satellite
The sine controller developed in Section
3 was coupled to the satellite model introduced
in Section 4.1. A parameter study
was performed in which the parameters
of the control algorithm were varied and
the effect on the control quality was studied.
Based on the virtual sine control runs
(Fig. 8 – Fig. 11), the following observations
can be made (which are in line with
the expectations and, therefore, confirms
the validity of the virtual controller):
Fig. 8. Control results 1 Hz/s, cf = 4, Np
= 1.
Fig. 9. Control results 2 Hz/s, cf = 4, Np
= 1.
Fig. 10. Control results 1 Oct/min,
cf = 4, Np = 1.
E S S A I S & SI M U LA T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 5 8

Dossier
Fig. 11. Control results 2 Oct/min,
cf = 4, Np = 1.
Influence of the shaker
As a first trial of a coupled simulation of
shaker, controller and structure, the
shaker identified in Section 2 (Table 1)
was coupled to the satellite model. The
control results are represented in Fig. 12.
From the control difficulties at lower
frequencies, it is clear that the used, relatively
small, shaker (armature mass
= 7.52 kg, shaker body mass = 150 kg) is
not suited to perform the desired sine
control test on the relatively heavy satellite
structure (total mass > 3000 kg).
Analysis revealed that this was due to the
too low damping ratio ζ of a shaker mode.
The damping ratio and the viscous dam -
ping coefficient are related as:
(4)
Therefore, if the viscous damping coefficient
c did not change, but the mass
considerably increased, the damping ratio
ζ decreases dramatically. For the empty
shaker ζ = 30% and when adding the
satellite to the shaker ζ = 2%. This low
damping ratio explains the control difficulties
in Fig. 12.
Future directions
Spacecraft structures are typically
assumed to be linear in their design, development
and verification. This means that
the responses to a static load or dynamic
excitation will increase or decrease with
the same factor as the amplitude of the
excitation load is changed. These analytical
predictions include static and dynamic
analyses both at the satellite level, as well
as, the coupled dynamic loads analyses
(CLA) at launcher/satellite level to predict
flight loads for a specific satellite configuration
and to confirm the launcher manual
loads which are usually used to preliminarily
design the satellite structure and
appendages. However, experience has
shown that various non-linearities might
exist in spacecraft structures and therefore
their dynamic effects can affect the
design verification procedures [19]. The
use of a time-domain multi-body simulation
analysis approach, where non-linearities
are assumed to be at the boundaries
between structure and launch vehicle (or
shaker facility) or in-between linear subcomponents
can account for a significant
number of the non-linear behaviour
observed in spacecraft structures. In most
cases, the encountered structural nonlinearities
are associated with the presence
of non-linear damping and/or stiffness
characteristics.
The presence of non-linear dynamic effects
becomes evident during structural verification
testing.
In the satellite modelling example of
Section 4.2, one of the springs was
replaced by a bi-linear spring: the spring
stiffness of the 2 nd part is 1000 times
larger (i.e. almost a hard stop). The breakpoint
“” between the 2 spring stiffness
values is selected as half of the displacement
that was obtained in the linear case
in order to ensure that the non-linearity
will be “activated” during a new sine
sweep run. Fig. 13 shows the control
acceleration time histories. Fig. 14 shows
the corresponding spectrogram during sine
sweep simulation including this non-linear
spring. As expected, the non-linearity
shows up as spikes in the acceleration
signals and higher harmonics in the spectrogram.
The time span in which the nonlinearity
is activated is clearly visible (next
to excitation frequency, also odd harmonics
present from 35-40 s). In Fig. 13, the
reference accelerations (±1g) are indicated
by Y-cursors. Due to the sudden
increase in spring stiffness, the acceleration
time histories clearly show spikes.
However, it seems that the underlying
acceleration component at the fundamental
sweep frequency is still well
controlled.
Fig. 13. Acceleration response at control
location (residual mass).
The reference accelerations (±1g)
are indicated by Y-cursors.
Fig. 12. (Left) Coupling of satellite to shaker identified in Section 2. (Right) Coupling of
satellite to “enhanced” shaker: damping ratio of suspension mode was increased.
Fig. 14. Spectrogram
of a sine sweep simulation.
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Dossier
Conclusions
A virtual shaker testing approach has been
presented, consisting of a coupled electrodynamic
exciter lumped parameter model
and vibration controller. Because of the
importance of the shaker model and the
fact that the required shaker data is not
readily available from the manufacturers,
a system identification methodology to
Bibliographie
extract shaker model parameters from
measurements was presented. A vibration
control application has also been implemented,
and validated by means of a hardware-in-the-loop
(HIL) test session. Finally, a
satellite effective mass model was added
to the virtual shaker platform and some
sine control runs performed; confirming the
high degree of realism that can be obtained
in the virtual shaker approach.
[1] M. APPOLLONI, A.COZZANI, Virtual testing simulation tool for the new quad head expander
electrodynamic shaker. In Proceedings of the 6 th International Symposium on
Environmental Testing for the Space Programmes, ESA-ESTEC, Noordwijk, The
Netherlands, 12 – 14 June 2007.
[2] N. L. OLSEN, Using and understanding electrodynamic shakers in modal applications. In
Proceedings of the 4th International Modal Analysis Conference, IMAC, 1986.
[3] K. G. MCCONNELL, Vibration testing: theory and practice. John Wiley & Sons, NY, 1995.
[4] P. S. VAROTO, L. P. R. DE OLIVEIRA, Interaction between a vibration exciter and the structure
under test. Sound & Vibration, October 2002.
[5] G. FOX LANG AND D. SNYDER. Understanding the physics of electrodynamic shaker performance.
Sound & Vibration, October 2001.
[6] W. VERPOEST, H. DE KEERSMAEKER, J. DEBILLE, Multichannel sine reduction in support of
satellite qualification testing … new technologies boost productivity. In Proceedings
ESTECH 2000, IEST 46 th Annual Meeting, Providence, RI, 2000.
[7] LMS INTERNATIONAL. LMS Test.Lab Environmental, Leuven, Belgium, www.lmsintl.com,
2008.
[8] G. FOX LANG, Electrodynamic Shaker Fundamentals. Sound & Vibration, April 1997.
[9] LMS INTERNATIONAL. LMS Imagine.Lab Amesim, Roanne, France, www.lmsintl.com, 2008.
[10] S. RICCI, B. PEETERS, J. DEBILLE, L. BRITTE, E. FAIGNET, Virtual shaker testing: a novel
approach for improving vibration test performance. In Proceedings of the ISMA 2008
International Conference on Noise and Vibration Engineering, Leuven, Belgium, 15-17
September 2008.
[11] LMS INTERNATIONAL. LMS SCADAS III Data Acquisition Front-end, Breda, The Netherlands,
www.lmsintl.com, 2008.
[12] LMS INTERNATIONAL. LMS Test.Lab Structures, Leuven, Belgium, www.lmsintl.com, 2008.
[13] B. PEETERS, H. VAN DER AUWERAER, P. GUILLAUME, J. LEURIDAN. The PolyMAX frequency-domain
method: a new standard for modal parameter estimation? Shock and Vibration,
11:395-409, 2004.
[14] LMS INTERNATIONAL. LMS Virtual.Lab Motion, Coralville, USA, www.lmsintl.com., 2008.
[15] R. SEDAGHATI, Y. SOUCY, N. ETIENNE. Experimental estimation of effective mass for structural
dynamics and vibration applications. Proc. IMAC 21, Kissimmee (FL), USA,
February 2003.
[16] B. PEETERS, H. VAN DER AUWERAER AND P. GUILLAUME, Modal survey testing and vibration
qualification testing: the integrated approach. Journal of the IEST, 46, 110-118,
September 2003.
[17] M. APPOLLONI, A.COZZANI, Use of advanced integrated CAE tools to provide an end-to-end
simulation of payload testing on Hydra. In Proceedings of Seminar on Integrated open
CAD/CAE Platforms for Mechanical Engineering, , ESA-ESTEC, Noordwijk, The
Netherlands, 28 September 2005.
[18] J.F. BETTS, K. VANSANT, C. PAULSON, J. DEBILLE, Smart testing using virtual vibration testing.
In Proceedings of the 24 th Aerospace Testing Seminar (ATS), Manhattan Beach, CA,
USA, 8-10 April 2008.
[19] ESA-ESTEC, Statement of work - Advancement of mechanical verification methods
for non-linear spacecraft structures. Reference TEC-MCS/2007/1558/ln/AN,
20 June 2007.
Acknowledegements
Part of the research has been carried out
in the frame of the ESA-ESTEC study
“Advancement of Mechanical Verification
Methods for Non-linear Spacecraft
Structures” (Contract 21539/08/NL/SFe),
where LMS International acts as a subcontractor
to Astrium Satellites ●
B. Peeters (1) , J. Debille (1) , S. Ricci (1) ,
R. Fetter (1) , D. Boland (1)
(1)LMS International, Interleuvenlaan 68,
B-3001 Leuven, Belgium,
bart.peeters@lms.be
(2)Università di Bologna, Forli Campus, Italy
Abstract
In the field of vibration testing, the interaction
between the structure being tested
and the instrumentation hardware
used to perform the test is a critical
issue. This is particularly true when testing
massive structures (e.g. satellites),
because due to physical design and
manufacturing limits, the dynamics of the
testing facility often couples with that of
the test specimen in the frequency range
of interest. A further issue in this field is
the standard use of a closed loop realtime
vibration control scheme, which
could potentially shift poles and change
damping of the aforementioned coupled
system.
“Virtual shaker testing” is a novel
approach to deal with these issues: it
means performing a simulation which
closely represents the real vibration test
on the specific facility by taking into
account all parameters which might
impact the dynamic behaviour of the
specimen. In this paper, such a virtual
shaker testing approach is developed. A
coupled electro-mechanical lumped
parameter shaker model is created first,
and model parameters are tuned by carrying
out some dedicated experiments. A
vibration controller model is then implemented,
based on existing algorithms,
and validated by means of hardware-inthe-loop
(HIL) simulation. At this stage, a
virtual shaker test is run, by coupling
shaker and control loop models in a cosimulation
routine. Finally, results from a
fully coupled simulation shaker, controller
and satellite are presented.
E S S A I S & S IM U L A TI O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 6 0

Traquer les chocs même invisibles !
Avis aux plaisanciers peu délicats
Posséder un enregistreur de choc ne sert pas seulement aux industriels de
l’emballage dont la préoccupation première est la chute accidentelle d’un
colis comportant des tubes de verre par exemple, des produits high-tech ou
encore des objets précieux. Aujourd’hui, les loueurs de bateau ont eux aussi
compris l’intérêt d’enregistrer des chocs que des plaisanciers auraient omis
de révéler au moment de rendre un catamaran esquinté. Ils sont de plus en
plus nombreux à vouloir équiper leurs appareils de capteurs et d’enregistreurs
de choc. Une petite société de région parisienne, Tilt Import, est bien
décidée à se pencher sérieusement sur un marché en devenir.
« Quand vient la fin de l’été... Coquillages
et coque cassée... ». La période estivale
ne sourit pas à tout le monde. Surtout
lorsque l’on possède des bateaux chers
et imposants de 44 pieds et qu’un « jeune
navigateur » a percuté – sans vous en
informer au moment de récupérer sa
caution – un rocher ou un autre obstacle
sous-marin. « Les chocs sont à la fois invisibles
et souvent très dangereux car ils
peuvent créer des voies d’eau susceptibles
de provoquer des désolidarisations
voire un détachement de la coque, précise
Jérôme Czap, directeur de Tilt Import. Ces
accrochages peuvent également s’avérer
très coûteux puisqu’ils vont de 5 000 à
10 000 euros selon la taille du bateau,
voire beaucoup plus. Enfin, il ne faut pas
oublier que l’inspection systématique de
la coque exige du temps, de l’argent et du
personnel capable de plonger pour vérifier
si aucune fissure n’est apparue depuis
la virée en mer ».
L’initiative est venue d’un loueur lui-même
qui, las de constater les dégâts que
certains clients pas toujours très honnêtes,
causaient sur sa flotte de bateaux, a
contacté en février dernier Tilt Import, une
société de huit personnes implantée à
Bazainville (Yvelines) et spécialisée depuis
1986 dans les équipements de contrôle
utiles dans l’environnement du transport ;
« nous développons et commercialisons
une gamme complète de produits allant
des étiquettes de choc, indicateurs de
chute de colis, indicateurs de température
ou de gel à des solutions de suivi dans
l’utilisation de produits fragiles, ce qui
représente des données et des informations
importantes pour les clients et les
assureurs ». Ainsi, Tilt Import propose trois
grandes familles de produits : non réutilisables
(comme les indicateurs de chocs,
renversement, inclinaison, de température,
de gel etc. des marques Shockwatch,
Tiltwatch, WarmMark, ColdMark...), les
indicateurs réutilisables (comme l’indi -
cateur de choc magnétique MAG 2000,
l’enregistreur de choc magnétique MAG
2000 Timer, l’indicateur de choc à billes
OMNI-G...) et, pour finir les enregistreurs
électroniques.
Ces derniers ont
d’ailleurs fait partie
des premiers essais
effectués au mois de
mai sur une régate
appelée « Croisière
Bleue ». Plus précisément,
ces tests
ont été réalisés à
partir de deux produits : le capteur de choc
mécanique Mag 2000 et l’enregistreur de
choc électronique Shocklog. « L’idée était
de connaître et d’analyser les seuils de
déclenchement, c’est-à-dire à partir de
quel impact un loueur de bateau pouvait
être alerté d’un choc ». Les valeurs testées
sont particulièrement faibles, de l’ordre
d’un ½ à 1,5 G. Mais ces résultats ont
permis d’étalonner et de choisir les valeurs
de chocs qui s’avèrent trop brutales pour
un bateau. Le tableau ci-dessous donne
des résultats à faible vitesse. Mais Jérôme
Czap a été contacté par une société d’expertise
capable quant à elle de procéder à
une phase d‘essais en environnement
pour tester la résistance des bateaux aux
chocs violents et, par la même, tester les
produits de la société Tilt. Cette campagne
de tests devrait démarrer prochainement
grâce à un roller, sorte de gros
chariot monté sur roulettes et sur lequel
on dépose des épaves de bateaux que l’on
vient percuter – ou plutôt « talonner » –
contre des rochers.
Ces tests hors navigation « normale »
permettront à Tilt Import de s’ouvrir définitivement
un nouveau marché. Pour
l’heure, les contacts avec les loueurs
affluent, d’autant que les systèmes, dont
les prix varient entre 50 et 1 500 euros
pour les plus sophistiqués, ne rencontrent
pas de problème d’étanchéité ou de
défaillance en milieu marin. Reste à attendre
les résultats des essais en phase
« brutale », au cas où les plaisanciers
s’aventureraient un peu trop loin, au large
des terres et du respect du matériel...●
Olivier Guillon
E S S A IS & SI M U L A T I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 6 1

La Vie de l’ASTE
Compte rendu
VCB & ASTELAB 2012
Du 3 au 5 juillet 2012, au Centre de Recherche EDF à Clamart s’est déroulé le
colloque VCB & ASTELAB, organisé en partenariat entre ASTE et VCB (SUPMECA).
L’événement a rassemblé des étudiants, des chercheurs et des professionnels de
la vibration, du choc et des essais d’environnement mécanique et climatique.
Le colloque était constitué de deux sessions en
parallèle avec plus de quatre-vingt-dix présentations
sur les thèmes suivants : détection et identification
des dommages, contrôle des vibrations
méthodes d’analyse modale, fatigue vibratoire,
acoustique, machines tournantes, méthodes et
moyens d’essais, incertitudes et non linéarités
dynamiques, amortissement, la qualité dans les
essais, essais climatiques.
Plus de 200 personnes représentant le monde
universitaire et industriel ont participé à ce
rendez-vous incontournable de tous les leaders
des essais et mesures. Une traduction simultanée
des conférences a été mise en place. Toutes
les conférences ont été accompagnées des articles
et/ou des présentations PPT dont les fichiers
ont été distribués aux participants.
Un espace exposant a accueilli les professionnels,
les fournisseurs de logiciels et d’appareils de
mesure, des laboratoires d’essais d’environnement
mécanique et climatique, des sociétés spécialisées
dans la réalisation des outillages et des bancs d’essais
ainsi que des associations travaillant dans le
domaine des essais et mesures.
Au total, seize sociétés, leaders dans leurs
domaines d’activité, étaient présentes : PCB
PIEZOTRONICS, LMS France, ALLIANTECH,
OROS, NERYS, SEREME, ACTIDYN SYSTEMES,
POLYTEC, HBM nCODE, M+P INTERNATIONAL,
INTESPACE, SOPEMEA, MATHWORKS, HGL
DYNAMICS, 01Db METRAVIB - ACOEM, BRÜEL
& KJÆR.
Un « mur d’image » présentant les sociétés a été
projeté dans la salle d’exposition. Les partici-
pants du colloque ont pu découvrir les dernières
nouveautés technologiques et échanger avec
les fabricants et les laboratoires d’essais, autour
des sujets de conférences.
Les professionnels, étudiants et chercheurs ont
eu la possibilité d’associer leurs savoirs et
compétences au cours d’un jeu VISHNO
Challenge. Les équipes mixtes qui se sont
formées spontanément se sont affrontées
autour d’un sujet proposé par les organisateurs
Jean-Luc Dion et Gaël Chevalier. Ce sujet concernait
les fréquences de résonance d’un réglet en
appui sur une table et que l’on déplace).
Grâce à l’accueil chaleureux de Laurent Billet et
de toute l’équipe d’EDF, qui a assuré une logistique
sans faille et a su créer une très bonne
ambiance au cours des trois jours de l’évènement,
la première édition de VCB & ASTELAB a
été un vrai succès. Le repas de Gala, qui a eu
lieu au Train Bleu à la Gare de Lyon, a permis à
tous les participants de se rencontrer dans une
atmosphère détendue ●
E S S A I S & S I MU L A T IO N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 6 2

La Vie de l’ASTE
Compte rendu
Journée Nexter - ASTE du 20 juin 2012
Le 20 juin dernier, Nexter a accueilli l’ASTE pour une journée thématique consacrée
à la Maîtrise de l’environnement mécanique dans le secteur de l’armement
terrestre : essais systèmes et qualification équipements. Plus de cinquante personnes
étaient présentes durant cet événement qui a eu lieu sur le site de Roanne.
rents niveaux de protection, les catégories de
menace et l’évaluation systématique ou « au pire »
à faire sur les véhicules. La dernière présentation
technique, réalisée par Bruno Colin (Nexter
Systems), concernait l’environnement général
des systèmes terrestres.
La deuxième partie de la journée a été consacrée
Après une présentation des activités de Nexter
par André Marcon (Nexter Systems) et de l'ASTE
par Bernard Colomiès, les participants ont assisté
à un cycle de conférences sur les enjeux de la
normalisation de la défense (Nicole Nahon, CND),
la méthodologie de qualification des systèmes
terrestre sur pistes spéciales (Pascal Lelan, DGA
/TT) et la modélisation numérique
de l’environnement aérodynamique
induit par le tir
Canon des systèmes terrestres
(Roxan Cayzac de Nexter
Munitions). Jean-Paul Calvel
(DGA/TT) a exposé la protection
des occupants des véhicules
blindés (référentiel Otan
Stanag 4569) avec les difféà
une visite du site de Roanne. Les participants
ont assisté à une présentation dynamique du
VBCI sur piste et en tout-terrain qui leur a permis
de se rendre compte de l’agilité de cet engin à
haute mobilité sur tout type de pistes et en toutes
situations. Le groupe a ensuite visité les chaines
de fabrications constituées des ateliers de peinture
et de montage des véhicules destinés aux
armées françaises et étrangères. La journée s’est
conclue par un debriefing en présence de Bernard
Barret (responsable de la communication de
Nexter Roanne), l’organisateur de cet événement.
Son implication, ainsi que celle
de André Marcon, le directeur
du centre de Roanne, ont
rendu possible la réussite
totale de cette journée, qui a
été l’occasion d’un véritable
échange sur les essais systèmes
et la qualification des
équipements dans le secteur
de l’armement terrestre ●
E S S A I S & SI M U L AT I O N S ● O C TO B R E 2 0 1 2 ● PAG E 6 3

Au sommaire
du prochain numéro
Mesures et méthodes de mesure
Quelles technologies pour la métrologie optique ?
Essais et modélisation
Ville et développement durable :
de la technologie à la réalité
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.
CONCEPTION ÉDITORIALE & RÉALISATION
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54, Boulevard Rodin – 92130 Issy les Moulineaux
Tél. : 01 73 79 35 67
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(La rédaction n’est pas responsable 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,
Abdérafi 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)
Ont participé à ce numéro :
Alain Bettacchioli, D. Boland, Art Braun, Darren Burke,
Guillaume Cattoen, Paul Briard, Eric Chatelet, Ling Hong
Chen, J. Debille, Régis Dufour, R. Fetter, Gérard Grehan,
Jacques Laudinet, Julien Manera, Siegfried Meunier-
Guttin-Cluzel, Corentin Naisse, Jérémy Penel, B. Peeters,
Sawitree Saengkaew, Bert Suffis, François Van Herpe,
Xue Cheng Wu
ÉDITION
Maquette : Graphaël (Paris)
Couverture : Sandrine Weyland (MRJ)
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ASTE...........................................................62 MSC SOFTWARE .......................................35
AMTECHDATA............................................11 NATIONAL INSTRUMENT ...2 e de couverture
BILZ............................................................41 ROTRONIC .................................................35
BOSE..........................................................37 OMEGA.........................................................7
DB-VIB........................................................33 ROSIER ......................................................45
DYNAMIX ...................................................25 SHIMADZU.................................................17
ELTEC ........................................................15 SIEPEL .......................................................21
ESI GROUP .........................4 e de couverture THE MATHWORKS.......................................2
KILONEWTON............................................25
KISTLER .......................................................7 SALONS :
HBM .............................................................9 VIRTUAL PLM .....................3 e de couverture
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Trimestriel - N° 111
octobre 2012
Éditeur : MRJ
SARL au capital de 50 000 euros
54, Boulevard Rodin – 92130 Issy les Moulineaux
RCS Paris B 491 495 743
TVA intracommunautaire : FR 38491495743
N° ISSN : 2103-8260
Dépôt légal : à parution
Imprimeur : Imprimerie de Champagne
Z.I. Les Franchises – 52200 Langres
Toute reproduction partielle ou globale est soumise à
l’autorisation écrite préalable de MRJ.
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