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Essais & Simulations n°110

Spécial Sud-Ouest : le fleuron français des essais aéronautiques

Spécial Sud-Ouest : le fleuron français des essais aéronautiques

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www.mesures-et-tests.com<br />

DOSSIER<br />

Spécial Sud-Ouest : le fleuron français<br />

des essais aéronautiques<br />

Page 45<br />

<strong>Essais</strong> et modélisation<br />

La place des essais virtuels<br />

dans les laboratoires industriels<br />

Page 32<br />

Mesures et méthodes de mesures<br />

Les nouveaux défis de la<br />

nanométrologie<br />

Page 16<br />

N° 110 Avril, mai, Juin 2012 Trimestriel 20 €


Aéronautique et sud-ouest :<br />

un exemple à suivre ?<br />

Près de 120 000 emplois industriels et 1 600 établissements, le tout représentant un<br />

tiers des effectifs aéronautiques français et plus de 50% dans le domaine spatial,<br />

8 500 chercheurs répartis dans différents laboratoires publics et dans deux des trois<br />

plus grandes écoles françaises du secteur... Voici en quelques chiffres un aperçu du quart<br />

sud-ouest de la France, ce que d'aucuns aimeraient voir un jour s'intituler « Grand Sud-Ouest »,<br />

à l'image d'une marque de fabrique propre ou d'un label à part entière.<br />

Cette spécificité « aérospatiale » du sud-ouest, ou plutôt devrions-nous parler d'identité, rouvre<br />

la question de la qualité du tissu industriel sur le territoire national et a fortiori celle des<br />

clusters, définition anglo-saxonne de ce que l'on a appelé en France les « pôles de compétitivité<br />

» au moment de leur création tardive. Pour faire simple, dans une région géographique<br />

donnée, un écosystème se crée autour d'une filière et de quelques grands acteurs qui font<br />

appel à des sous-traitants de taille significative, lesquels se fournissent chez de petites PME<br />

très spécialisées et figurant parmi les plus innovantes de leur niche d'activités.<br />

Tout ce terreau fertile est arrosé par des acteurs plus ou moins directs, comme des laboratoires<br />

de recherche publics et privés, des universités et des écoles d'ingénieurs ainsi que des<br />

sociétés de recrutement ou d'intérim sans oublier les centres de formations et, naturellement,<br />

les infrastructures nécessaires au bon rouage d'une mécanique à la fois mature et en perpétuel<br />

développement.<br />

Force est de constater que cette « super-région » (qu'il serait toutefois un peu ambitieux de<br />

comparer à un Länd allemand) possède les ingrédients d'une recette qui a fait ses preuves<br />

et qu'il serait utile de réitérer, à condition toutefois de mettre les bouchées doubles en lançant<br />

de vastes programmes aussi ambitieux que le ferroviaire, le nucléaire ou encore l'aéronautique<br />

qui ont vu le jour sous la V e République. Une nouvelle initiative dans ce sens serait aujourd'hui<br />

la bienvenue ; voici ce que l'on pourrait attendre notamment du ministère du Redressement<br />

productif...<br />

Olivier Guillon<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1


Actualités<br />

Entreprises & Marché<br />

Nomination : Un nouveau directeur marketing<br />

Manufacturing pour Lectra.......................................................4<br />

Qualité : Flexim France certifié Cefri .......................................4<br />

Acquisition :<br />

Ansys acquiert le Français Esterel Technologies....................5<br />

Récompense : Distinction pour le banc d’essai Astraios<br />

pour roulements de grande dimension ...................................5<br />

Décryptage : Les raisons d'un rapprochement majeur<br />

autour de la filière des composites .........................................6<br />

Reportage :<br />

Un siècle d’expérience dans les essais aérodynamiques .....8<br />

Produits & Technologies<br />

Matériaux : Un laboratoire mobile d'expertise<br />

pour des interventions sur sites............................................10<br />

Semi-conducteurs : Nouveau SourceMeter ®<br />

forte tension, pour les tests de forte puissance ..................10<br />

Maintenance : Un banc d’essai pour le contrôle<br />

ultrasonore par ondes guidées au Cetim .............................11<br />

Aéronautique : Démarrage des essais de green taxiing<br />

électrique sur un B.737-800 .................................................12<br />

Visualisation 3D : ESI Group dévoile à Hanovre<br />

sa nouvelle offre de réalité virtuelle......................................12<br />

Acquisition de données :<br />

Nouveau système de mesure dynamique portable .............13<br />

Couplemètre : Kistler lance KiTorq pour tester<br />

les moteurs, les pompes et les transmissions.....................13<br />

Solutions :<br />

Nouvel oscilloscope 4 GHz de Rohde & Schwarz.................14<br />

Application : Labsphere lance la gamme de systèmes<br />

de mesure de la lumière illumia............................................14<br />

Dynamométrie : Stahlwille lance Manoskop 714 ................15<br />

Contrôle :<br />

Une nouvelle référence en Contrôle Process Industriel ......15<br />

Mesures et méthodes de mesures<br />

Tendances marché – Risques liés aux nanoparticules :<br />

les nouveaux défis de la nanométrologie.............................16<br />

Vision :<br />

Les lecteurs Cognex contrôlent les fromages de Labelys ...20<br />

Système : Un nouveau couplemètre rotatif de précision ....21<br />

Solutions : Recourir au scanner électromagnétique<br />

pour la détection de défauts .................................................22<br />

Solutions pour l'étalonnage :<br />

La détermination des contraintes résiduelles<br />

par la méthode du trou ..........................................................24<br />

Outil : Guide pratique des précautions d’inter-câblage<br />

des dispositifs de mesure ......................................................30<br />

Dossier<br />

ESSAIS ET MODÉLISATION<br />

Préface : Le sud-ouest de la France,<br />

une terre riche en moyens d'essais ............................44<br />

Équipements :<br />

Stéréo-corrélation d’images numériques : deux ans<br />

d’utilisations variées sur les essais aéronautiques ...46<br />

Tendances :<br />

Nouveaux challenges en simulation numérique pour<br />

la conception de turbomoteurs moins polluants........49<br />

Simulation électromagnétique :<br />

Exemple de simulation d’un schéma électrique<br />

d’uncâblage d’avion (harnais) .....................................55<br />

Projet Promea-Aquitaine :<br />

La tomographie industrielle ........................................60<br />

<strong>Essais</strong> et modélisation<br />

Tendance marché :<br />

Le virtuel, dernier rempart des essais en environnement ..32<br />

ESI Group élargit les compétences de simulation<br />

des procédés de fonderie ......................................................34<br />

Retour d’expérience :<br />

Un logiciel aide à optimiser la forme des comprimés<br />

pour un complément alimentaire..........................................36<br />

En pratique :<br />

Application de la thermographie infrarouge embarquée<br />

en exploitation d’infrastructures............................................38<br />

Des essais insolites<br />

Voyage au centre de la terre..................................................61<br />

Outils<br />

Formations professionnelles 2012 .......................................62<br />

Agenda.....................................................................................63<br />

Répertoire des annonceurs ...................................................64<br />

ESSAIS & SIMULATIONS est la revue partenaire<br />

exclusive de l’ASTE (Association pour le<br />

développement des sciences et techniques<br />

de l’environnement).<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3


Vega se développe en Inde<br />

Déjà présent sur le marché indien depuis<br />

près de vingt ans, le fabricant allemand d’instruments<br />

de mesure de niveau et de pression<br />

vient de renforcer sa présence locale<br />

par la création d’une filiale commerciale à<br />

Pune, en Inde.<br />

Cette dernière dénommée Vega India Level<br />

and Pressure Measurement mobilise une<br />

équipe d'une quinzaine de personnes dans<br />

les domaines techniques et commerciaux.<br />

Objectif : offrir un service client de proximité,<br />

le tout en liaison directe avec la maison-mère<br />

en Allemagne. Gunter Kech, directeur général<br />

de Vega Grieshaber KG, a déclaré : « l’Inde<br />

offre de fortes perspectives de croissance<br />

du fait d’une grande diversité d'industries<br />

utilisatrices de nos technologies en mesure<br />

de niveau et de pression ».<br />

Gérald Lignon élu président<br />

de l’IRT Jules Verne<br />

Les membres Fondateurs de l’IRT Jules<br />

Verne, réunis en conseil d’administration,<br />

ont élu Gérald Lignon à la fonction de président.<br />

Son mandat sera d’une durée de trois<br />

ans. Gérald Lignon, 54 ans, diplômé de<br />

l'Ensae (Sup’Aero, promotion 1982), est<br />

depuis 2009 senior vice-président chez<br />

Airbus en charge de la direction de l’usine<br />

de Saint-Nazaire dédiée à l’assemblage des<br />

sections avants et centrales des avions de<br />

la gamme Airbus.<br />

Spécialiste des technologies de production<br />

métallique et composite, mais aussi de stratégie<br />

industrielle internationale, il est depuis<br />

longtemps attaché aux questions d’innovation<br />

et de développement économique en<br />

étant l’un des artisans des créations de<br />

EMC2 et de Technocampus EMC2.<br />

Alphanov embarqué<br />

dans 4 projets de R&D<br />

Le centre technologique du pôle de compétitivité<br />

aquitain Route des Lasers, a été sélectionné<br />

pour participer à plusieurs contrats<br />

de R&D.<br />

Ces contrats lui permettront de mettre au<br />

service des industriels ses compétences<br />

scientifiques et technologiques en fibres<br />

optiques, procédés laser, imagerie Terahertz,<br />

conception de sources laser et de composants<br />

et systèmes optiques.<br />

Les quatre projets concernés sont LNP Key<br />

(utilisation de nanoparticules pour le<br />

marquage du bois), TeraVision (caméra Terahertz<br />

tout optique), Perceval (module de soufflante<br />

allégé pour l’aéronautique : diminution<br />

de l’impact environnemental et validation de<br />

la tenue structurale) et Orto (analyseur de<br />

signal – optique et électronique – à très large<br />

bande passante).<br />

Nomination<br />

Un nouveau directeur<br />

marketing Manufacturing<br />

pour Lectra<br />

Lectra, numéro un mondial des solutions<br />

technologiques intégrées pour<br />

les industries utilisatrices de matériaux<br />

souples, a nommé Bertrand<br />

Crönert au poste de directeur marketing<br />

Manufacturing. Il a pour objectif<br />

de renforcer le leadership de Lectra, partenaire<br />

de longue date des industriels de la<br />

mode, de l'automobile, de l'aéronautique<br />

et de l'ameublement, engagés dans l’optimisation<br />

globale de leurs processus de<br />

production.<br />

Ingénieur des Mines et titulaire d’un MBA<br />

de l’Edhec, Bertrand Crönert a débuté sa<br />

carrière en 1987 au sein du groupe SKF.<br />

Il y exerce différentes responsabilités<br />

commerciales et marketing, où il obtient<br />

notamment un contrat majeur auprès de<br />

General Motors US. En 1994, il rejoint<br />

Qualité<br />

Flexim France<br />

certifié Cefri<br />

Afin de répondre aux besoins des clients<br />

grandissant en matière d'utilisation de la<br />

technologie non-intrusive, Flexim (société<br />

spécialisée dans la mesure de débit nonintrusive<br />

par ultrasons) injecte tous les ans<br />

environ 10% de son chiffre d’affaires en<br />

recherche et développement et s’engage<br />

Valeo au poste de directeur marketing<br />

de la division échangeurs thermiques,<br />

puis à celui de directeur de<br />

la ligne de produits condenseurs<br />

(P&L), et assure le lancement de<br />

nouvelles technologies de rupture. Il<br />

est promu ensuite directeur marketing<br />

produit de la branche Climate Control, en<br />

charge de la définition et du déploiement<br />

de la stratégie mondiale produit, du pilotage<br />

des alliances stratégiques et du positionnement<br />

innovant B2B2C des solutions<br />

de confort aux passagers. En 2006, il<br />

rejoint Areva T&D au poste de directeur<br />

marketing monde de la Business Unit Automation.<br />

A partir de 2010, il exerce des<br />

responsabilités analogues au sein d'Alstom<br />

Grid, issues de la vente des activités haute<br />

tension d'Areva T&D ●<br />

dans diverses actions telles que<br />

de nouveaux bureaux d’accueil et<br />

d’écoute avec de nouveaux interlocuteurs<br />

techniques et commerciaux<br />

ainsi qu’un engagement<br />

reconnu par de grandes sociétés<br />

externes.<br />

Après la certification ISO9001<br />

version 2008, Flexim entend aller<br />

plus loin dans son système de<br />

management qualité du personnel<br />

avec sa nouvelle certification du<br />

Comité français de certification des entreprises<br />

pour la formation et le suivi du<br />

personnel travaillant sous rayonnement<br />

ionisant (Cefri). Mais l'entreprise doit pour<br />

cela poursuivre sa démarche de qualité<br />

pour le travail en centrale nucléaire ainsi<br />

qu’en centre de recherche. ●<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4


Acquisition<br />

Ansys acquiert le Français<br />

Esterel Technologies<br />

Ansys, leader mondial dans l’édition de<br />

solutions de simulation numérique et<br />

Esterel, principal fournisseur mondial d’outils<br />

de simulation pour les applications<br />

critiques embarquées, viennent de signer<br />

le contrat final d’acquisition d’Esterel Technologies<br />

pour un montant au comptant<br />

d’environ 42 M€.<br />

Implantée à Elancourt, dans les Yvelines,<br />

Esterel a réalisé un chiffre d’affaires de l’ordre<br />

de 15 M€ l’an passé avec un effectif de 80<br />

personnes. La société a développé Esterel<br />

Scade, une solution qui permet aux développeurs<br />

et aux ingénieurs systèmes de<br />

concevoir, simuler et produire un logiciel<br />

embarqué. Ce système s'applique au contrôle<br />

des équipements électroniques embarqués<br />

dans des systèmes de l’aviation, du transport<br />

par rail, de l’automobile, de l’énergie et de la<br />

médecine, ainsi que d’autres produits industriels<br />

équipés d’une unité centrale.<br />

Cette acquisition va permettre à Ansys<br />

d’étendre sa vision Simulation Driven<br />

Product Development afin de couvrir à<br />

la fois les aspects matériels et logiciels de<br />

systèmes complets. La solution combinée<br />

permettra à ses utilisateurs de mieux<br />

appréhender le comportement de tout logiciel<br />

embarqué en interaction avec les soussystèmes<br />

électriques, mécaniques et<br />

fluidiques (l’installation physique) ●<br />

Récompense<br />

Distinction pour le banc d’essai<br />

Astraios pour roulements<br />

de grande dimension<br />

Le 24 avril dernier à la Chancellerie<br />

de Bavière, le Chef<br />

de la Chancellerie Thomas<br />

Kreuzer, représentant le<br />

ministre-président Horst<br />

Seehofer, a récompensé<br />

Schaeffler et son banc<br />

d’essai pour roulements de<br />

grande dimension. Chef de projet du banc d’essai,<br />

Reinhold Korn a déclaré que « Schaeffler montre,<br />

avec cet investissement dans le banc d’essai pour<br />

roulements de grande dimension dans son centre<br />

de développement à Schweinfurt, sa contribution<br />

significative à la poursuite du développement des<br />

énergies renouvelables ».<br />

En novembre de l’année dernière, Schaeffler a<br />

officiellement mis en service le banc d’essai pour<br />

roulements de grande dimension le plus<br />

moderne, le plus grand et le<br />

plus performant au monde.<br />

Ce banc d’essai permet de<br />

tester, à l’aide d’un vaste<br />

programme de simulation et<br />

dans des conditions proches<br />

de la réalité, des roulements<br />

pesant jusqu’à quinze<br />

tonnes et d’un diamètre extérieur maximal de<br />

3,5 mètres, tels qu’utilisés dans les éoliennes.<br />

Objectif : contribuer à une conception plus rapide<br />

et plus sûre des éoliennes en augmentant leur<br />

rentabilité et leur fiabilité. Avec un coût de l’ordre<br />

de 7M€, le banc d’essai Schaeffler pour roulements<br />

de grande dimension est un investissement<br />

déterminant pour le développement des<br />

énergies renouvelables et pour le centre de développement<br />

de Schweinfurt ●<br />

Sofradir parraine la promotion<br />

2014 de SupOptique<br />

Le fabricant de détecteurs infrarouge pour<br />

applications militaires, spatiales et industrielles,<br />

parrainera la promotion 2014 de<br />

l’Institut d’Optique Graduate School, SupOptique.<br />

Cette école d’ingénieurs (membre<br />

fondateur de ParisTech) a pour vocation de<br />

former les ingénieurs et les cadres pour l'industrie<br />

optique française. D’une durée de<br />

trois ans (2012-2014), ce parrainage permet<br />

de faire connaître le groupe Sofradir auprès<br />

des étudiants de SupOptique et leur donne<br />

les clés pour mieux appréhender le monde<br />

industriel.<br />

Les étudiants bénéficieront notamment<br />

d’échanges privilégiés avec les cadres dirigeants<br />

de l’entreprise. Ils auront également<br />

l’opportunité de découvrir les spécificités des<br />

métiers exercés chez Sofradir lors de forums<br />

ou de stages tout au long de leur scolarité.<br />

Mettler Toledo Service obtient<br />

l’accréditation Cofrac<br />

Mettler Toledo Service, et ses 130 techniciens<br />

agréés en métrologie légale répartis<br />

sur tout le territoire vient d’obtenir l'accréditation<br />

Cofrac.<br />

L'entité peut donc réaliser depuis le début<br />

du mois de mai les prestations de métrologie<br />

légale en la qualité d’organisme agréé<br />

pour la vérification périodique (VP).<br />

L'équipe est ainsi en mesure de procéder<br />

aux opérations de révision pour la détermination<br />

d'un prix ou pour une application<br />

médicale.<br />

Tecnatom/Metalscan<br />

annonce un vaste plan<br />

d’investissement<br />

Expert mondial de la conception d'appareils<br />

et de la prestation de contrôles non destructifs<br />

(CND) par ultrasons, Tecnatom/ Metalscan,<br />

domicilié à Chalon-sur-Saône, a<br />

annoncé fin mai un vaste plan de développement<br />

avec une augmentation importante<br />

des effectifs, un nouveau bâtiment et d'importantes<br />

acquisitions en matériels.<br />

Dans le cadre de son projet de développement,<br />

la société a sollicité l'accompagnement<br />

de l'Aderc pour l'identification et<br />

l'aménagement d'un terrain sur le Parc d'Activités<br />

Val de Bourgogne (P.A.V.B.) à Saint-<br />

Loup de Varennes, la recherche d'un<br />

partenaire architecte et maître d'œuvre, et<br />

la mise en œuvre de dispositifs d'aides, dont<br />

la prime à l'aménagement du territoire d'une<br />

valeur de 208 000 euros. Ce projet de développement<br />

permettra la création nette de<br />

26 emplois d'ici fin 2015.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 5


Décryptage<br />

Les raisons d'un rapprochement<br />

majeur autour de la filière<br />

des composites<br />

Manzour Afzali, responsable R&D spécialisé dans les polymères et les<br />

composites (Cetim) nous explique les objectifs du partenariat entre le Cetim,<br />

l'ENS-Cachan et Centrale Nantes pour le développement des composites<br />

thermoplastiques. L'enjeu principal étant de lever les verrous scientifiques<br />

et technologiques qui freinent aujourd'hui encore le développement de<br />

procédés efficaces et rentables pour la conception et la fabrication des<br />

matériaux composites.<br />

L’école Centrale de Nantes, l’ENS Cachan<br />

et le Cetim s'entendent pour relever le défi<br />

de la mise en œuvre des matériaux composites.<br />

Objectif de cet accord signé entre<br />

les trois partenaires le 27 mars dernier sur<br />

le JEC Composites Show de Paris : initier<br />

une démarche nouvelle, depuis la conception<br />

fiabiliste jusqu’au développement de<br />

procédés. Pour ce faire, les chercheurs<br />

s'appuieront sur l’expérience acquise au<br />

sein de Technocampus EMC2 à Nantes.<br />

Mais ce laboratoire commun reçoit également<br />

le soutien de l’Institut des sciences<br />

de l’ingénierie et des systèmes (Insis),<br />

donnant ainsi un rôle au CNRS dans cet<br />

ambitieux projet.<br />

Certes la collaboration entre les différentes<br />

entités n'est pas nouvelle ; déjà le Centre<br />

technique des industries mécaniques a<br />

pour habitude de faire front commun avec<br />

les écoles d'ingénieurs, les laboratoires<br />

académiques comme les CNRS ou Cachan,<br />

Quatre grands verrous<br />

technologiques à lever<br />

en priorité<br />

Parmi les grands verrous technologiques<br />

à lever, les partenaires du nouveau rapprochement<br />

en matière de composites (Cetim,<br />

ENS Cachan, CNRS et Centrale Nantes)<br />

devront se focaliser sur plusieurs axes de<br />

travail : le développement d’outils de simulation<br />

modulaires et paramétrés d’aide à<br />

la conception, le pilotage et la maîtrise de<br />

scénarios de rupture et des mécanismes<br />

d’absorption de l’énergie, la mise au point<br />

de solutions innovantes de mise en œuvre<br />

des matériaux répondant aux exigences<br />

de la production automobile, et le développement<br />

de l’assemblage multi-matériaux<br />

au travers du couplage de procédés<br />

et de la maîtrise des modèles multiphysiques.<br />

et tout particulièrement avec Centrale avec<br />

qui il s'investit depuis plusieurs années<br />

dans le cadre d'EMC2 en portant sur ses<br />

épaules thèses et autres travaux universitaires.<br />

Mais cette fois, c'est bel et bien<br />

pour former un laboratoire commun que<br />

le Cetim, l'ENS et Centrale Nantes se sont<br />

mis d'accord, et sur une filière bien particulière<br />

– les composites thermoplastiques<br />

– en raison de son fort potentiel de croissance<br />

(et de la concurrence mondiale de<br />

plus en plus pressante) mais également à<br />

cause de la complexité de ce domaine en<br />

termes de procédés de fabrication.<br />

Signature de l'accord entre les partenaires sur le salon JEC Composites,<br />

le 27 mars 2012. De gauche à droite : Christophe Clergeau, 1er vice-président<br />

de la région Pays de la Loire, Patrick Chedmail, directeur de l'école Centrale Nantes,<br />

Marie-Christine Lafarie-Frenot, directrice adjointe scientifique au CNRS/Insis,<br />

Philippe Choderlos de Laclos, directeur général du Cetim et Jean-Yves Mérindol,<br />

président de l'École normale supérieure de Cachan.<br />

Lever des verrous<br />

scientifiques déterminants<br />

L'enjeu est crucial. En effet, l’intégration<br />

des composites dans les pièces semistructurelles<br />

et structurelles automobiles<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 6


est déjà à l’étude chez de nombreux acteurs<br />

internationaux, notamment en Allemagne<br />

et au Japon et – sans réelle<br />

surprise – beaucoup moins en France où<br />

pour le moment le sujet est traité de<br />

manière parcellaire. Le temps est pourtant<br />

compté car les voitures disposant d’une<br />

structure en matériaux composites sont<br />

attendues sur le marché en 2020. Pour<br />

rester dans la compétition mondiale, les<br />

constructeurs français se doivent de<br />

répondre aux défis du composite au plus<br />

tard d'ici trois ans. Pour ce faire, ce rapprochement<br />

entre les différents partenaires<br />

vise à développer des prototypes industriels<br />

hors aéronautique (mécanique,<br />

équipements, automobile...) en tenant<br />

compte des verrous technologiques<br />

encore existants.<br />

Ces obstacles technologiques concernent<br />

par exemple les crash-tests mais aussi la<br />

bonne tenue des produits face à la fatigue.<br />

Manzour Afzali indique notamment que<br />

« pour les transports terrestres tels que<br />

l'automobile, les problématiques concernent<br />

l'absorption d'énergie en cas<br />

d'impact et de choc, ou encore le dimensionnement<br />

des matériaux composites<br />

thermoplastiques fibres longs lors de leur<br />

fabrication, le tout en tenant compte naturellement<br />

des contraintes économiques.<br />

Les axes de recherche porteront donc<br />

essentiellement sur les procédés de<br />

conception et de fabrication de ces matériaux<br />

; objectif : « que la structure tienne ! »<br />

Mais les contraintes économiques sont<br />

nombreuses. Les technologies composites<br />

doivent convaincre avant tout les industriels<br />

au niveau des gains en matière de<br />

consommation d'énergies réalisés grâce<br />

aux réductions de poids des structures ;<br />

c'est le cas notamment dans l'aéronautique<br />

mais aussi le secteur de l'éolien. L'objectif<br />

est donc de rendre ces solutions<br />

aussi compétitives que les matériaux classiques<br />

sur toute la chaîne de valeurs de<br />

la production à la maintenance et le<br />

remplacement ou le recyclage. « Les efforts<br />

sont d'abord à fournir au niveau du choix<br />

des matériaux thermoplastiques. Mais les<br />

verrous les plus importants concernent<br />

la mise en œuvre des procédés et l'assemblage<br />

des matériaux autres que des<br />

composites... car nous n'allons pas du jour<br />

au lendemain tout fabriquer en ''tout<br />

composite'' ». Manzour Afzali mentionne<br />

clairement les solutions dites multiprocédés<br />

ou multi-matériaux, lesquelles il<br />

est impératif de marier et dont les perspectives<br />

de croissance présentent un intérêt<br />

important mais aussi un vrai défi.<br />

La raison d'être de ce rapprochement est<br />

donc de faire collaborer des institutions<br />

clés : l'équipe nantaise du Cetim pour ses<br />

compétences mécaniques, son expertise<br />

et ses infrastructures d'essais, l'ENS<br />

Cachan avec son laboratoire mécanique<br />

et technique (LMT-Cachan), sans oublier<br />

le CNRS et les compétences en recherche<br />

et ses doctorants mis à disposition pour<br />

mener des travaux de thèses pilotées par<br />

un ingénieur du Cetim.<br />

Premier « cobaye » : l'automobile, secteur<br />

dans lequel les applications multiples des<br />

composites thermoplastiques devraient<br />

être les plus significatives et les avancées<br />

les plus importantes. Reste à savoir – et<br />

les résultats des premiers projets nous le<br />

diront – si ce rapprochement aura suffi à<br />

faire émerger un savoir-faire français à part<br />

entière dans le domaine des composites ●<br />

Olivier Guillon<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 7


Reportage<br />

Un siècle d’expérience<br />

dans les essais aérodynamiques<br />

Parmi les grandes dates de l'année 2012 en matière d'essais restera gravé<br />

en mémoire le centenaire de la Soufflerie Eiffel et de son laboratoire d'essais<br />

; celui-ci est d'ailleurs toujours en activité et permet de réaliser des<br />

projets particulièrement variés. Seul point commun entre ces différentes<br />

réalisations : le besoin de connaître avec exactitude l'aérodynamique et le<br />

comportement d'un objet face au vent.<br />

L'entrée est discrète. On y pénètre les lieux<br />

comme on s'introduirait en catimini chez<br />

l'habitant d'une petite rue tranquille du 16 e<br />

arrondissement de Paris. Un interphone,<br />

une simple porte d'entrée et un accueil<br />

chaleureux dans ce qui n'est pourtant pas<br />

une demeure particulière, encore moins<br />

un musée... même si les maquettes de<br />

bois et le parquet grinçant trahissent l'âge<br />

– avancé – d'un laboratoire qui vient de<br />

fêter son centième anniversaire.<br />

C'est en effet en 1912 que Gustave Eiffel<br />

accepta la proposition d'un ami russe d'introduire<br />

son laboratoire rue Boileau sur ce<br />

qui n'était à l'époque qu'un maraicher, afin<br />

de « migrer » ses activités d'essais en aérodynamique<br />

de la Tour Eiffel (dont il perdit<br />

l'usage exclusif)* dans un laboratoire à<br />

part entière. Cette structure accueille donc<br />

depuis cent ans une nouvelle soufflerie<br />

créée lorsque l'ingénieur prit la décision<br />

de quitter sa tour... il faut rappeler qu'il<br />

avait déjà réalisé une première soufflerie<br />

après que les essais aérodynamiques,<br />

jusqu'alors effectués à travers des expériences<br />

sur les chutes. L'idée a donc été<br />

de créer une soufflerie consistant à<br />

déplacer l'outil au lieu de faire chuter<br />

l'objet.<br />

Aussi propriété du CSTB depuis 2000, ce<br />

laboratoire se présente comme un véritable<br />

outil de mesure. Mais le plus surprenant<br />

c'est qu'il fonctionne toujours et fait<br />

travailler quatre personnes parmi<br />

lesquelles un ingénieur d’études, un technicien<br />

de mesure et un maquettiste, sans<br />

oublier bien entendu Benoit Blanchard,<br />

gérant et responsable du laboratoire.<br />

Une soufflerie d’époque<br />

remise au goût du jour<br />

Construite en bois et entoilée selon la technique<br />

des ailes d’avion, la soufflerie Eiffel<br />

est constituée d’un collecteur de quatre<br />

mètres de diamètre à l’entrée et de deux<br />

mètres de diamètre à l’entrée de la<br />

chambre d’expérience. Sa structure se<br />

compose ensuite d'une veine non guidée<br />

de deux mètres de diamètre et de<br />

2,37 mètres de long, d’un diffuseur de<br />

deux mètres de diamètre à la sortie de la<br />

chambre d’expérience et de quatre mètres<br />

de diamètre au ventilateur. Enfin, un ventilateur<br />

de vingt-trois pales de quatre mètres<br />

de diamètre et pesant sept tonnes exerçant<br />

une force de 280 tours par minute.<br />

Les systèmes de mesure utilisés ont pour<br />

leur part largement évolué au fil des ans,<br />

permettant au laboratoire de s’adapter aux<br />

nouvelles demandes de l’industrie. Le laboratoire<br />

dispose ainsi aujourd’hui d’une<br />

large palette d’outils à la pointe de la technologie<br />

à l'exemple de cette balance-avion<br />

installée au-dessus de la veine d’essais ;<br />

celle-ci est utilisée pour mesurer les forces<br />

de trainée et de portance de tangage sur<br />

un objet suspendu. Le laboratoire possède<br />

également une balance-auto six composantes,<br />

montée en tourelle dans l’épaisseur<br />

d’un plancher caréné, pouvant<br />

prendre toutes les orientations dans le lit<br />

du vent. Objectif de cette installation :<br />

mesurer le torseur des efforts dus au vent<br />

sur un objet. Par ailleurs, pas moins de<br />

128 capteurs de pression synchrones sont<br />

chargés d'évaluer les efforts locaux et par<br />

intégration sur des surfaces les efforts<br />

globaux. Enfin, un système d’anémométrie<br />

à film chaud permet quant à lui de<br />

mesurer des champs de vitesse dans des<br />

flux turbulents et de calculer la composante<br />

fluctuante.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 8


Par ailleurs, plusieurs appareils de mesure<br />

de concentration gazeuse utilisés pour<br />

analyser la diffusion des gaz. Parmi eux<br />

figurent différents dispositifs de visualisation<br />

des écoulements (générateur de<br />

fumée, enduit gras pariétal, fil de laine...)<br />

permettant de qualifier et d’optimiser les<br />

études aérauliques, mais aussi un banc à<br />

air mobile de débit 6m 3 /s.<br />

Des compétences<br />

recherchées<br />

et des réalisations aussi<br />

diverses que variées<br />

Fort d'un haut niveau de performance de<br />

ses équipements, le Laboratoire Aérodynamique<br />

Eiffel est en mesure de répondre<br />

à des problématiques à la fois diversifiées<br />

et spécifiques. Il est ainsi reconnu<br />

dans plusieurs domaines d’excellence :<br />

l’architecture et l’urbanisme climatique,<br />

la ventilation naturelle, l’environnement,<br />

l’aérodynamique et l’aéraulique industrielles,<br />

le génie civil et la tenue au vent<br />

des ouvrages et l’automobile.<br />

Les applications sont nombreuses et les<br />

projets concernent des domaines bien<br />

différents les uns des autres, à commencer<br />

par le C33, un bateau de croisière dont le<br />

fabricant exigeait une étude sur la pesée<br />

et la mesure de la structure face au vent<br />

mais aussi pour optimiser le confort, la<br />

porosité des paravents ainsi que pour<br />

réduire la pollution... Il a également été<br />

étudié les effets du vent sur la résistance<br />

d'un radar de contrôle Thompson pour le<br />

compte de Thales Aerospace. Ou encore<br />

dans le domaine des ouvrages et des<br />

infrastructures comme la Tour Montparnasse,<br />

le viaduc de Garabit ou encore ce<br />

projet destiné à étudier la forme du stade<br />

de la Licorne d'Amiens et qui a consisté à<br />

mesurer des prises de pression.<br />

Quelques dates clés de l’histoire du Laboratoire Eiffel...<br />

1912 : Construction de la Soufflerie d’Auteuil, alors appelée « Laboratoire Aérodynamique Eiffel ».<br />

1921 : Don du Laboratoire par Gustave Eiffel au Service Technique de l’Aéronautique.<br />

1923 : Décès de Gustave Eiffel.<br />

1945 : Reprise du Laboratoire par le Groupement des industries françaises aéronautiques et<br />

spatiales (Gifas). Le Laboratoire Eiffel développe alors son expertise et les essais sur<br />

maquette dans les domaines de l’automobile, du bâtiment et de la ventilation.<br />

1983 : Création de la société Aérodynamique Eiffel qui exploite la soufflerie. Le bâtiment reste<br />

propriété du Gifas.<br />

1984 : Le bâtiment abritant la soufflerie est classé à l’inventaire supplémentaire des monuments<br />

historiques.<br />

1997 : La soufflerie et l’ensemble de ses dispositifs (ventilateur, moteurs, courroie et tableau<br />

de commande) sont classés « Monument Historique ».<br />

2001 : Dans le cadre de sa mission d’accompagnement de l’innovation, le Centre scientifique<br />

et technique du bâtiment rachète les locaux et la société qui devient filiale à 100% du<br />

groupe CSTB.<br />

2005 : Le Laboratoire Aérodynamique Eiffel est la première installation française reconnue par<br />

l’ASME (American Society of Mechanical Engineers) comme lieu historique et scientifique<br />

de l’ingénierie mécanique mondiale.<br />

2012 : Centième anniversaire du Laboratoire Aérodynamique Eiffel.<br />

Le laboratoire aérodynamique participe<br />

également à de nombreux travaux dans<br />

les domaines aéronautique et automobile.<br />

Sur ce dernier secteur, notons que la Soufflerie<br />

Eiffel collabore depuis une vingtaine<br />

d'années avec le groupe PSA. Ce partenariat<br />

a permis de développer des méthodes<br />

et des outils utilisés pour les<br />

voitures concourant aux programmes de<br />

compétitions du constructeur comme les<br />

24 heures du Mans (la 905 et la 908), le<br />

Paris-Dakar (ZX Grand Raid et Baja), les<br />

championnats du monde des Rallyes<br />

(Xsara, C4, DS3, 206, 207, 307) sans<br />

oublier les quelques expériences du groupe<br />

en championnat du monde de Formule 1<br />

(Jordan, Prost et Mac Laren).<br />

Enfin, et les perspectives de développement<br />

s'avèrent plutôt optimistes depuis<br />

le Grenelle de l'environnement, la ventilation<br />

naturelle et mécanique se révèle<br />

comme une activité croissante au sein<br />

du Laboratoire Eiffel. L’optimisation de la<br />

ventilation naturelle pose en effet la<br />

problématique de l’aérodynamique propre<br />

aux dispositifs d’entrée et de sortie. Le<br />

Laboratoire Eiffel a largement participé à<br />

ce type de travail, afin de diminuer la<br />

perte de charge aéraulique de ces<br />

bouches d’entrées et sorties et favoriser<br />

l’action naturelle du vent ●<br />

Olivier Guillon<br />

* Après la finalisation de la Tour Eiffel pour<br />

l'Exposition universelle de 1889 à Paris,<br />

de Gustave Eiffel a pu profiter de son<br />

exploitation durant vingt ans. Il s'est consacré<br />

aux essais aérodynamiques avant de créer<br />

une soufflerie qu'il dut déplacer rue Boileau<br />

afin de rester proche.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 9


Ulis lance un capteur<br />

infrarouge muni du I2C<br />

Le fabricant de détecteurs infrarouge de<br />

haute qualité pour des applications de<br />

thermographie, de surveillance, de transport<br />

et militaires, a mis sur le marché un nouveau<br />

capteur thermique de 17 micromètres.<br />

Celui-ci a pour but de simplifier la conception<br />

des caméras infrarouge en améliorant<br />

la compatibilité avec la production à grande<br />

échelle de caméras visibles.<br />

Ce nouveau capteur thermique est muni du<br />

bus I2C (Inter Integrated Circuit), un circuit<br />

standard utilisé dans la plupart des dispositifs<br />

électroniques actuels.<br />

Le bus I2C rend les capteurs infrarouge<br />

compatibles avec les processus utilisés pour<br />

la production à grande échelle de caméras<br />

visibles.<br />

Alyotech en charge<br />

du projet Nemo<br />

Dans le cadre de son expertise en simulation<br />

et réalité virtuelle, Alyotech est en charge<br />

du développement du projet Nemo, qui vise<br />

la création d’un simulateur temps réel multicapteurs<br />

pour la détection et le suivi des<br />

menaces en mer.<br />

Il s'agit d'un second projet porté par Alyotech<br />

à être labellisé par le pôle de Mer Bretagne<br />

et subventionné par le Fonds unique interministériel<br />

(FUI).<br />

Ce simulateur permettra le dimensionnement<br />

et la qualification de systèmes d’observation<br />

et de surveillance maritimes à partir de<br />

données simulées vues depuis différents<br />

capteurs fixes et mobiles (côtier, embarqué<br />

sur navire, drone, avions et satellites).<br />

Avec ce nouveau projet, Alyotech conforte sa<br />

position européenne dans les outils logiciels<br />

de simulation.<br />

Keyence lance un capteur<br />

de vision avec mise au point<br />

automatique<br />

L'éclairage de la série IV offre une luminosité<br />

améliorée grâce à une distribution<br />

uniforme de la lumière sur la totalité du<br />

champ de vision.<br />

Une fonction de plage dynamique étendue<br />

HDR règle la sensibilité de l'éclairage en fonction<br />

des variations de la lumière réfléchie,<br />

permettant ainsi d'obtenir des images nettes<br />

même de cibles difficiles à détecter.<br />

Enfin, les algorithmes de détection permettent<br />

d'éliminer les variations dans le temps<br />

et les fluctuations de luminosité en ajustant<br />

automatiquement le capteur de vision série<br />

IV en fonction de votre environnement.<br />

Matériaux<br />

Un laboratoire mobile<br />

d'expertise pour des<br />

interventions sur sites<br />

Le Cetim-Cermat de Mulhouse, centre technique<br />

régional dédié aux expertises, mesures et essais<br />

matériaux pour l’industrie, a inauguré le Mobilab,<br />

un laboratoire mobile d’investigation et d’expertise<br />

en matériaux pour le prélèvement et l’analyse<br />

immédiate des échantillons. Ce nouveau service<br />

d’expertise mobile entend faire face aux urgences<br />

et répondre aux besoins pour lesquels le transfert<br />

vers un laboratoire est impossible. Ce laboratoire<br />

mobile dispose de nombreux équipements<br />

d’analyse miniaturisés capable de réaliser des<br />

contrôles par thermographie infrarouge ou par ultrasons<br />

multiéléments, des analyses chimiques par<br />

spectrométrie d’émission optique (SEO) et fluorescence<br />

X, de l’endoscopie, de la dynamométrie,<br />

des mesures vibratoires, etc.<br />

Ces moyens permettent notamment d’intervenir<br />

plus efficacement sur site, lors de défaillances<br />

industrielles et d’effectuer sur le terrain le maximum<br />

d’analyses, de façon à préserver l’intégrité des équipements<br />

ou des produits à expertiser. Objectif :<br />

« répondre aux besoins des industriels qui veulent<br />

avoir le plus rapidement possible des indications<br />

claires et précises sur l’état de dégradation de leurs<br />

moyens de production ou de leurs produits, afin<br />

de minimiser le coût lié à ces défectuosités »,<br />

indique Pascal Gadacz, responsable commercial<br />

du Cetim-Cermat. Plusieurs entreprises telles que<br />

EDF ou Total auraient déjà exprimé leur intérêt pour<br />

ce nouveau service ●<br />

Semi-conducteurs<br />

Nouveau SourceMeter ®<br />

forte tension,pour les tests<br />

de forte puissance<br />

Keithley Instruments vient de<br />

commercialiser un nouveau<br />

SourceMeter forte puissance, le<br />

modèle 2657A. Ce nouveau<br />

modèle s'ajoute aux Source-<br />

Meter 2600A et dote cette série<br />

d’une capacité de source et<br />

mesure en forte tension. Avec<br />

tous les instruments de cette<br />

famille, les utilisateurs peuvent<br />

désormais caractériser une plus grande diversité<br />

de composants semi-conducteurs de puissance<br />

et de matériaux.<br />

Une source de tension de 3000V (180W de puissance<br />

disponible) « permet au modèle 2657A<br />

de fournir cinq fois plus de puissance au composant<br />

en cours de test (DUT) » que des solutions<br />

classiques, indique-t-on au sein<br />

du fabricant.<br />

Le modèle 2657A est utilisé<br />

dans des applications en forte<br />

tension telles que les tests de<br />

composants semi-conducteurs<br />

de puissance, notamment les<br />

diodes, les FET et les IGBT mais<br />

aussi pour caractériser les<br />

nouveaux matériaux tels que le<br />

nitrure de gallium (GaN), le carbure de silicium<br />

(SiC) et autres matériaux semi-conducteurs et<br />

composants. Il trouve aussi son intérêt pour<br />

caractériser des phénomènes transitoires<br />

rapides et dans les tests de claquage et de fuites<br />

sur une grande diversité de composants électroniques<br />

jusqu'à 3000V ●<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 0


Maintenance<br />

Un banc d’essai pour le contrôle<br />

ultrasonore par ondes guidées au Cetim<br />

Le Cetim propose désormais un nouveau banc d’essai sur son site de Senlis. Utilisant le principe de<br />

la propagation des ondes ultrasonores guidées, il permet notamment le contrôle de la qualité de<br />

tuyauteries de grandes longueurs recouvertes d’un revêtement ou enterrées. Les industriels sont<br />

dores et déjà intéressés pour vérifier la facilité de maintenance de leurs projets avant fabrication.<br />

L’objectif de ce nouveau banc d’essai est<br />

de simuler divers types de canalisation<br />

grâce à la présence de nombreuses<br />

sondes ; le but étant de qualifier la<br />

méthodologie des ondes guidées pour<br />

détecter rapidement les défauts d’une<br />

structure métallique de grande longueur revêtue ou<br />

enterrée. Générée par magnétostriction (propriété<br />

des matériaux ferromagnétiques à se déformer sous<br />

l’effet d’une variation de champ magnétique) ou par<br />

effet piézoélectrique, l’onde se propage entre les<br />

parois de l’épaisseur de la structure à contrôler. Une<br />

partie de l’onde émise se réfléchit sur un défaut ou<br />

sur un élément de géométrie de cette structure<br />

(soudure, bout du pipe, piquage, etc.).<br />

Les échos, dus aux « particularités<br />

géométriques » de la ligne<br />

auscultée, sont identifiés au<br />

préalable. Ils peuvent alors servir<br />

d’étalons d’amplitude et de<br />

distance pour les contrôles ultérieurs.<br />

Lors des opérations de maintenance, l’analyse<br />

des signaux reçus (temps de parcours et<br />

amplitude) permet de repérer des zones suspectes<br />

qui peuvent faire l’objet d’un contrôle complémentaire<br />

plus approfondi. « Ce nouveau banc d’essai va<br />

nous permettre de quantifier l’influence de la géométrie<br />

de la structure, des revêtements anticorrosion,<br />

de la profondeur de l’enfouissement ou de la<br />

traversée de murs, sur la qualité du contrôle<br />

des tubes », explique François Berthelot du Cetim.<br />

L’installation comprend six lignes de tubes modulables<br />

d’environ 40 mètres chacune, avec trois diamètres<br />

(304,8, 254 et 101,6 mm) et quatre épaisseurs<br />

(3,2, 5,2, 7,1 et 12,7 mm). Ces lignes pourront être<br />

modifiées en fonction des situations à tester. L’objectif<br />

est bien entendu de reconstituer au plus près<br />

les conditions rencontrées dans la réalité.<br />

De nombreux industriels (fabricants et exploitants de<br />

conduite de gaz et de pétrole, raffineurs, distributeurs<br />

d’eau, spécialistes des eaux de process industriel),<br />

soucieux de détecter rapidement les défauts sur leurs<br />

tuyauteries et leurs pipelines, se sont déjà montrés<br />

intéressés par cette nouvelle installation. « Avant de<br />

se lancer dans la fabrication de configurations de<br />

tuyauteries particulières et coûteuses, les industriels<br />

souhaitent pouvoir s’assurer que celles-ci sont contrôlables<br />

et peuvent être maintenues aisément, poursuit<br />

François Berthelot. Le banc permet alors d’étudier<br />

la faisabilité du projet. » ●<br />

BANC D’ESSAIS UNIVERSELS<br />

(www.sitia.fr)<br />

Forte de plus de 25 ans d’expérience dans la<br />

conception et la fabrication de bancs d’essais<br />

spécifiques, SITIA propose des solutions<br />

standards pour répondre rapidement aux<br />

besoins des responsables de laboratoire<br />

d’essais, de R&D et R&T.<br />

Déjà équipé d’actionneurs ou bien débutant<br />

dans votre activité d’essais, SITIA vous offre<br />

tous les outils nécessaires pour piloter,<br />

contrôler, mesurer, positionner actionneurs et<br />

produits, afin de répéter avec fiabilité tous<br />

vos essais.<br />

Nos solutions universelles comprennent :<br />

• Un contrôleur numérique avec technologie Ethercat au Cœur (Déclinable de 1 à 16 actionneurs)<br />

• Des Actionneurs instrumentés au choix : pneumatique, électrique ou hydraulique<br />

• Un large choix de montage mécanique consultable sur demande dans notre catalogue mécanique<br />

(Marbre, Table, équerres, interfaces,…)<br />

Pour plus de renseignements, envoyez-nous une simple demande à : contact@sitia.fr<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 1


Des fils inférieurs<br />

à 1 micron<br />

Goodfellow, fournisseur de métaux et matériaux,<br />

propose désormais des fils à partir<br />

de de 0,6 micron.<br />

Plus fin qu’un cheveu, ces fils sont destinés<br />

à des procédés de microfabrication tels que<br />

des circuits intégrés, des microsystèmes<br />

électromécaniques (MEMS), des cellules<br />

solaires et des capteurs thermiques utilisés<br />

dans le domaine biomédical.<br />

Ces produits ouvrent de nouvelles perspectives<br />

pour les ingénieurs et chercheurs<br />

toujours en quête de solutions de plus en<br />

plus miniatures.<br />

Le catalogue en ligne de Goodfellow répertorie<br />

les renseignements nécessaires sur<br />

la gamme de fils élaborés à partir de<br />

125 métaux purs, alliages, céramiques ou<br />

verre. Ces produits sont proposés sous différents<br />

diamètres et conditionnements.<br />

PTC lance la nouvelle version<br />

Creo 2.0<br />

PTC a annoncé lors de son 1er forum qui<br />

s'est déroulé à L'Usine, à St-Denis (93), le<br />

lancement de Creo® 2.0.<br />

Avec la nouvelle version de sa dernière génération<br />

de logiciels de CAO, PTC propose une<br />

nouvelle application basée sur des rôles qui<br />

prend en charge la conception modulaire de<br />

produits, permettant ainsi aux entreprises<br />

de travailler sur des concepts et de réaliser<br />

des gains de productivité significatifs.<br />

PTC a en effet ajouté une nouvelle application<br />

– Creo Options Modeler – destinée aux<br />

concepteurs qui doivent créer ou valider des<br />

variantes de produits en 3D dès les<br />

premières phases du cycle de développement.<br />

Le Romer Absolute Arm<br />

gagne plus de 20%<br />

de précision<br />

Hexagon Metrology a repensé son bras de<br />

mesure portable.<br />

Le Romer Absolute Arm présente un gain de<br />

précision jusqu'à 23 % par rapport aux<br />

versions précédentes.<br />

Avec une répétabilité de point à partir de<br />

0,016 mm, le Romer Absolute Arm est le plus<br />

précis des bras de mesure portables réalisés<br />

par Hexagon Metrology à ce jour. Il est disponible<br />

en sept longueurs, de 1,5 à 4,5 mètres.<br />

Hexagon Metrology a également introduit<br />

SmartLock, un mécanisme de verrouillage<br />

qui bloque en toute sécurité le bras dans<br />

sa position de repos.<br />

En outre, les utilisateurs peuvent verrouiller<br />

le bras dans toute position intermédiaire pour<br />

des mesures dans des espaces exigus. Enfin,<br />

Hexagon Metrology a lancé une nouvelle<br />

version du Romer Absolute Arm pour l'inspection<br />

de tubes.<br />

Aéronautique<br />

Démarrage des essais<br />

de green taxiing électrique<br />

sur un B.737-800<br />

Honeywell et Safran ont effectué à Montpellier<br />

une nouvelle campagne d’essais de leur<br />

système de green taxiing électrique (EGTS) sur<br />

un Boeing 737 Next-Generation de la compagnie<br />

TUIfly. Ces essais marquent un nouveau<br />

jalon dans le développement du système de<br />

green taxiing électrique. Ils permettent d’évaluer<br />

les conditions de piste et de calculer les<br />

efforts nécessaires pour déplacer un 737 Next-<br />

Generation au sol.<br />

Pour une compagnies comme TUIfly qui opère<br />

des avions mono-couloirs à fort taux de rotation,<br />

le système EGTS permettra des gains d’environ<br />

200 000 $ par an et par avion.<br />

Actuellement en cours de développement, le<br />

système de green taxiing électrique utilisera le<br />

générateur électrique de l’APU (Auxiliary Power<br />

Unit) pour alimenter des moteurs au niveau des<br />

roues principales, permettant à l’avion de se<br />

déplacer au sol sans les moteurs principaux.<br />

Chacune des roues motrices sera équipée d’un<br />

actionneur électro-mécanique, tandis que l’électronique<br />

de puissance et l’électronique de<br />

commande donneront au pilote la maîtrise<br />

complète de la vitesse, de l’orientation et du<br />

freinage de l’avion au sol ●<br />

Visualisation 3D<br />

ESI Group dévoile à Hanovre sa<br />

nouvelle offre de réalité virtuelle<br />

ESI Group, spécialisé dans les solutions de prototypage<br />

virtuel pour les industries manufacturières,<br />

a présenté sa nouvelle gamme Virtual Reality<br />

Solutions à l'occasion de la foire d’Hanovre qui<br />

s'est déroulée du 23 au 27 avril dernier. À la suite<br />

de son acquisition l’été dernier d’IC.IDO, leader<br />

en visualisation 3D, ESI était présent au sein de<br />

la « Digital Factory », l'une des expositions les plus<br />

importantes en ce qui concerne les solutions technologiques<br />

pour la production et le développement<br />

de nouveaux produits ; cet espace dédie<br />

en effet plus de 500 m² à la réalité virtuelle et<br />

la visualisation 3D.<br />

Cette gamme de solutions de visualisation 3D<br />

immersive, commercialisée par ESI sous la<br />

marque IC.IDO, permet aux industriels de donner<br />

vie à leurs produits et de prendre des décisions<br />

liées au design produit en conséquence. Les<br />

secteurs concernés par IC.IDO appartiennent à<br />

l'automobile, l'aéronautique et les machines de<br />

production. Vincent Chaillou, directeur général<br />

délégué d’ESI, déclare que « cette technologie<br />

de visualisation en 3D à haute performance<br />

apporte un élément clé dans le processus de<br />

décision de nos clients industriels puisqu’elle<br />

va leur permettre de réunir l’univers du prototypage<br />

physique et celui du prototypage virtuel.<br />

En effet, elle combine une interface utilisateur<br />

immersive et remarquablement intuitive, et une<br />

solution unique de simulation physique en<br />

temps réel. » ●<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 2


Acquisition de données<br />

Nouveau système<br />

de mesure<br />

dynamique portable<br />

Le Q.brixx est un système de mesure en<br />

aluminium totalement modulaire. Il permet<br />

de composer un système jusqu’à 128 voies<br />

de mesures avec des cartes de conditionnement<br />

de hautes performances (CAD<br />

24 bits et échantillonnage 10 KHz). Les<br />

types d’entrées disponibles vont des<br />

signaux standards (V, mV, mA, TC, IEPE,..)<br />

aux capteurs type pont (¼, ½, pont<br />

complet résistif, inductif, LVDT…) en<br />

passant par des signaux allant jusqu’à<br />

1200V ou nécessitant une isolation importante<br />

(TC avec 1,2 kV d’isolation).<br />

La connectique proposée (bornier à vis,<br />

BNC, DIN, mini TC...) permet une mise en<br />

place du système rapide.<br />

Le concentrateur permet de récupérer<br />

toutes les mesures de manière synchrone<br />

jusqu’à 10 Khz. Connecté à un PC via son<br />

port Ethernet le logiciel Test.Commander<br />

permet une configuration simple et une<br />

mise en place rapide de l’acquisition. Autonome,<br />

des règles d’enregistrement sont définies<br />

(pré-post trigger, événement,..) et les<br />

données stockées sur support clé ou disque<br />

dur via le port USB. Plusieurs Q.brixx peuvent<br />

être synchronisés via différents protocole<br />

(NMEA, IRIG...) pour construire des systèmes<br />

de plusieurs centaines de voies de mesures<br />

synchrones. Le Q.brixx est compatible avec<br />

un grand nombre de logiciels d’acquisition<br />

(Labview, Dewesoft) ●<br />

Couplemètre<br />

Kistler lance KiTorq<br />

pour tester les moteurs,<br />

les pompes et les transmissions<br />

Le nouveau couplemètre type bride<br />

KiTorq de Kistler permet de tester<br />

les moteurs, les pompes et les<br />

transmissions. Ce système consiste<br />

en une unité de mesure (rotor)<br />

Type 4550A et une unité d’évaluation<br />

(stator) Type 4541A.<br />

Comme le rotor a une configuration<br />

standard ISO 7646 pour les<br />

brides de transmission, il est compatible<br />

avec tous les environnements de test habituels<br />

et offre un grand choix de plages de<br />

mesure : 500, 1 000, 2 000 ou 3 000 Nm.<br />

Des rotors de dimensions différentes<br />

peuvent être associés à un même stator<br />

sans anneau de transmission, ce qui<br />

simplifie l’installation. Ils peuvent également<br />

être utilisés pour tester différents<br />

assemblages sans avoir à modifier<br />

complètement l’unité de test.<br />

La conception « stator ouvert »<br />

rend l’installation plus rapide tout<br />

en la protégeant des dommages,<br />

et en facilitant son inspection<br />

visuelle durant la phase de test.<br />

Les signaux de mesure du stator<br />

sont de type fréquences analogiques<br />

et numériques. Toutes les sorties<br />

sont totalement paramétrables via RS-<br />

232C ou USB. Quelle que soit le réglage<br />

initial du rotor, l’utilisateur pourra effectuer<br />

tout type d’essai en adaptant la pleine<br />

échelle de mesure à son besoin. De plus,<br />

il est aussi possible de définir librement<br />

une seconde plage de mesure pour<br />

chaque sortie ●<br />

Nouveau débitmètre<br />

tube de pitot Itabar<br />

Adaptés pour les mesures de process liquide,<br />

air, gaz et vapeur dans les domaines de<br />

l’énergie, de l’environnement, de la pétrochimie,<br />

du traitement des eaux et de l’agroalimentaire,<br />

les tubes de pitot Itabar effectuent<br />

une mesure directe du débit (température<br />

et débit) pour des conduites de DN 20 à DN<br />

12000. Adaptés à des mesures de hautes<br />

pressions (allant jusqu’à 400 bars), les tubes<br />

de pitot Itabar mesurent un débit jusqu’à<br />

5500 m 3 /h pour une température pouvant<br />

atteindre 1 200°C. S’installant en ligne ou<br />

en insertion avec une possibilité de démontage<br />

en charge, le tube de pitot dispose d’un<br />

faible coût d’installation. Il effectue une<br />

mesure de débit bidirectionnel avec de<br />

faibles longueurs droites (10D) et une faible<br />

perte de charge.<br />

EADS et Creaform collaborent<br />

dans le domaine de la mesure<br />

3D optique<br />

EADS et la société canadienne spécialisée<br />

dans la 3D ont annoncé la signature d’un<br />

partenariat technologique dans le secteur<br />

de la mesure 3D optique appliquée aux<br />

domaines de l’aéronautique, du spatial et de<br />

la défense.<br />

Cette entente de collaboration technologique<br />

de cinq ans a pour objectif de développer<br />

des applications innovantes dans le secteur<br />

de la mesure 3D optique pour ce qui<br />

concerne notamment le contrôle non<br />

destructif (CND), le monitoring de tests, la<br />

mesure de forme et de surface appliqués<br />

aux domaines de l’aéronautique, du spatial<br />

et de la défense.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 3


20 nouveaux modèles<br />

en électromagnétisme RF,<br />

plasmonique et conception<br />

d’antennes<br />

Solutions<br />

Nouvel oscilloscope<br />

4 GHz de Rohde<br />

& Schwarz<br />

Comsol met à disposition de ses utilisateurs<br />

une nouvelle série de modèles tutoriaux en<br />

électromagnétisme haute fréquence. Ces<br />

modèles montrent comment utiliser Comsol<br />

Multiphysics et son module RF pour la<br />

conception d’antenne et les technologies en<br />

plasmonique. Cela porte à plus de cinquante<br />

le nombre de modèles tutoriaux pour des<br />

applications aussi variées que les antennes<br />

patch microruban, des lignes de transmission,<br />

des filtres à mode évanescent et des<br />

antennes résonantes diélectriques.<br />

Un transmetteur de pression<br />

à électronique séparée<br />

Rohde & Schwarz continue d’élargir son<br />

portefeuille d’oscilloscopes en ajoutant un<br />

modèle 4 GHz à sa famille R&S RTO à<br />

hautes performances. Doté d’un taux<br />

d’échantillonnage de 20 Géch/s, ce nouvel<br />

oscilloscope hautes performances 4 GHz<br />

de Rohde & Schwarz répond à un large<br />

éventail d’applications : le R&S RTO1044<br />

est destiné à l’analyse des signaux rapides<br />

à fronts raides. Il peut gérer différents types<br />

d’interfaces de données jusqu’à un débit<br />

de 1,6 Gb/s et peut également être utilisé<br />

pour tester des signaux d’horloge rapides<br />

jusqu’à une fréquence de 800 MHz.<br />

Grâce à l’étage d’entrée très faible bruit,<br />

la bande passante de mesure complète<br />

de 4 GHz est toujours disponible, même<br />

pour le plus petit calibre (1 mV/div). Le<br />

convertisseur A/D single-core de 10 GHz<br />

fournit une dynamique améliorée (ENOB<br />

> 7 bits). Le taux d’acquisition et d’analyse<br />

de 1 million de formes d’ondes par<br />

seconde constitue également une de ses<br />

caractéristiques. Le système de déclenchement<br />

numérique permet de localiser<br />

avec précision des impulsions parasites<br />

(glitch) extrêmement brèves (moins de<br />

50 ps) et de déterminer leur origine ●<br />

Le Vegadif 65 à cellule de mesure métallique<br />

piézorésistive, couvre des plages de mesure<br />

de 0,01 à 40 bar avec 0,075 % de précision.<br />

Ses domaines d’application sont la mesure<br />

de pression, niveau, débit, densité et niveau<br />

d’interface liquide-liquide. Il dispose notamment<br />

d’une version étanche IP 68 avec<br />

électronique séparée pour les applications<br />

en environnement humide ou sur des<br />

mesures difficiles d’accès. Cette solution se<br />

distingue aussi par une tenue en température<br />

de -40 à +120°C ainsi qu’une tenue aux<br />

pressions statiques allant jusqu’à 420 bar.<br />

Côté réglage, elle peut être paramétrée directement<br />

sur site avec le module d’affichage<br />

et de réglage Plicscom pouvant être<br />

embroché et rétro-éclairé. Un réglage à<br />

distance est également possible avec PC et<br />

logiciel PACTware, mais aussi avec d’autres<br />

outils tels que PDM, AMS ou pockets de<br />

terrain. Grâce aux sorties signal allant de 4<br />

à 20 mA/HART, le capteur Vegadif 65 peut<br />

être intégré à tout système de contrôle usuel.<br />

Application<br />

Labsphere lance la gamme<br />

de systèmes de mesure<br />

de la lumière illumia ®<br />

Labsphere, Inc. lance la gamme de systèmes<br />

de mesure de la lumière et de LED illumia et<br />

illumia-pro. Les nouveaux systèmes offrent<br />

une grande flexibilité de mesure des<br />

propriétés thermiques, optiques et électriques<br />

des LED et des réseaux, ainsi que des<br />

produits d’éclairage traditionnels et SSL.<br />

Équipés de quatre spectromètres et de<br />

sphères d’intégration de 25 à 195 cm, les<br />

systèmes illumia ® sont facilement personnalisables<br />

en fonction des budgets et des<br />

applications. Grâce aux gammes dynamiques<br />

étendues des spectromètres, une<br />

sphère d’intégration unique peut mesurer<br />

une large ampleur de luminosité.<br />

Les systèmes illumia mesurent le flux spectral<br />

total, le flux lumineux, le flux énergétique,<br />

la chromacité, la TCP et l’IRC, la longueur<br />

d’onde de crête, la longueur d’onde dominante<br />

I et V, et l’efficacité lumineuse. Associé<br />

à un système de contrôle de la température<br />

TEC et de commande, l’illumia pro fournit<br />

également les propriétés thermiques,<br />

optiques et électriques complètes des LED ●<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 4


Dynamométrie<br />

Stahlwille lance<br />

Manoskop 714<br />

L’expert en dynamométrie a mis sur le marché<br />

une nouvelle clé dotée d’une technologie innovante.<br />

Conçue pour les industriels qui ont besoin<br />

de moyens dynamométriques précis, fiables,<br />

traçables, mais néanmoins simples et robustes,<br />

Manoskop 714 rassemble, dans un produit<br />

compact, la mesure d’angle et de coupe, le<br />

déclenchement (clic), avec une précision de<br />

+/- 2% pour la mesure et de 1° pour la mesure<br />

HBM a annoncé le lancement<br />

de sa nouvelle plateforme de<br />

conditionnement, d’acquisition<br />

et de contrôle pour applications<br />

industrielles, le PMX. Cette<br />

nouvelle gamme se démarque<br />

par la diversité de ses entrées<br />

et son architecture modulaire<br />

véritablement ouverte qui<br />

apportent à l’utilisateur une<br />

souplesse de configuration et une plus<br />

grande précision de mesure. En effet le<br />

module PMX offre de 1 à 16 voies de<br />

mesure : pour étendre le nombre de voies,<br />

il est possible de lier jusqu’à 32 modules<br />

PMX ensemble (soit un total de 512 voies).<br />

Le PMX apporte au monde industriel les techniques<br />

de mesure déjà présentes dans les<br />

laboratoires R&D comme une alimentation<br />

d’angle, soit une ergonomie et une sécurité de<br />

procédé et de travail améliorées.<br />

La principale innovation est l’alliance « angle et<br />

couple » permanente qui garantit que toute vis<br />

soit serrée, et ce une seule fois. En mode de<br />

fonctionnement à déclenchement comme en<br />

mode à lecture de couple – en option avec affichage<br />

de la valeur de crête – il est possible de<br />

sélectionner, pour chaque cas de vissage, un<br />

mode de serrage combinant mesure du couple<br />

et/ou mesure de l’angle de rotation. Pour<br />

chaque mode de fonctionnement, l’utilisateur<br />

a le choix entre quatre modes de mesure (coupe,<br />

angle de rotation, couple-angle de rotation, angle<br />

de rotation-couple). Autre innovation, la première<br />

clé de la gamme couvre une plage de 1 à 10 Nm<br />

et la gamme complète comptera onze modèles<br />

pour une plage de 1 à 1000 Nm. La clé est<br />

disponible pour les capacités de serrage de 1Nm<br />

à 400 Nm. Elle sera disponible en sept tailles<br />

à partir de septembre prochain ●<br />

Contrôle<br />

Une nouvelle référence en<br />

Contrôle Process Industriel<br />

contrôlée, des amplificateurs<br />

faible bruit, la fréquence porteuse<br />

(insensibilité aux parasites)<br />

ou encore la conversion<br />

A/N rapide 24bits.<br />

Son architecture « multi noyau »<br />

garantit une évaluation temps<br />

réel ainsi que la compatibilité<br />

avec tous types de bus de<br />

terrain (Profinet, Ethernet IP,<br />

Profibus, CAN…) et avec l’Ethercat (10KHz).<br />

Il s’intègre ainsi dans toutes les architectures<br />

d’automatismes même les plus anciennes<br />

de type analogique. De plus, la multitude des<br />

drivers et API assure la compatibilité avec<br />

toutes les applications d’informatique industrielles<br />

tout en garantissant un accès total et<br />

instantané à toutes les données, mesures<br />

ou paramètres ●<br />

5 millions de pixels capturés<br />

15 fois par seconde<br />

Matrix 450, le nouvel Imageur Datalogic Automation<br />

intercepte quinze images de grande<br />

qualité en une seule seconde et offre des<br />

performances de lecture permettant une<br />

large gamme d’applications logistiques,<br />

importantes pour un imageur 2D.<br />

Grâce à son taux d’acquisition extraordinaire<br />

à haute résolution, Matrix 450 est destiné<br />

au transport à grande vitesse sur les<br />

convoyeurs de petites et moyennes tailles.<br />

Avec le Matrix 450, les tentatives de lectures<br />

multiples ne sont plus nécessaires ; grâce<br />

à sa couverture large zone en un seul flash,<br />

au plus haut taux de rendement en lecture<br />

et à une facilité d’utilisation.<br />

Superviser des compteurs<br />

sans contraintes filaires<br />

Enerdis, filiale du groupe Chauvin Arnoux et<br />

experte en gestion et supervision des énergies,<br />

vient de lancer sur le marché un<br />

nouveau logiciel de gestion et supervision<br />

énergétiques multi-fluides E.online 2.<br />

Cette solution logicielle communique et<br />

relève à distance toutes les énergies (eau,<br />

gaz, électricité, chaud/froid et paramètres<br />

climatiques), les températures ou les signaux<br />

4–20 mA de tous types de compteurs et<br />

capteurs.<br />

Une solution radio fréquence qui présente<br />

l’avantage d’éviter d’avoir à tirer des câbles<br />

pour récupérer les informations provenant<br />

des compteurs.<br />

Cette technologie sans fil est adaptée aux<br />

traitements automatiques. Elle apporte un<br />

haut niveau de sécurité et de performance<br />

dans le transfert des données, pour des<br />

distances allant de quelques centaines de<br />

mètres à plus d’un kilomètre.<br />

De plus, par le simple ajout de modules radio<br />

fréquence, l’exploitant peut facilement<br />

augmenter ses points de comptage.<br />

Enfin, E.online 2 permet l’exploitation de<br />

compteurs isolés, comme des compteurs<br />

d’eau en extérieur par exemple, parfois difficilement<br />

accessibles.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 5


Tendances marché<br />

Risques liés aux nanoparticules :<br />

les nouveaux défis<br />

de la nanométrologie<br />

Alors que l’Académie des Technologies vient de faire paraître un ouvrage<br />

répertoriant les différents risques pour l’homme et l’environnement liés aux<br />

nanoparticules des produits manufacturés, Georges Labroye, président du<br />

groupe de travail chargé de cette étude, nous explique comment la métrologie<br />

se révèle aujourd’hui comme une discipline indispensable pour limiter<br />

et anticiper les dangers que peuvent présenter les nanoproduits.<br />

« Un progrès raisonné, choisi et partagé ».<br />

La formule semble tout droit sortie d’une<br />

publicité télévisée pour de l’auto-partage<br />

en ville, les solutions d’un opérateur mobile<br />

ou pour redorer l’image d’un acteur du<br />

nucléaire. Il n’en est rien. Cette accroche<br />

a été lancée par un établissement de référence<br />

dans le domaine de la recherche<br />

pour traduire ses activités, sa ligne de<br />

conduite mais aussi le rôle que sa notoriété<br />

publique lui confère, ou plutôt lui<br />

impose. L’Académie des Technologies,<br />

puisque c’est de cette institution (créée<br />

en 2000 et rattachée depuis six ans au<br />

ministère de la Recherche et de l’enseignement<br />

supérieur) qu’il s’agit, entend bien<br />

se positionner comme un acteur majeur<br />

de la recherche mais également comme<br />

un organisme chargé de prévenir et de<br />

mettre en garde sur ce qui semble aujourd’hui<br />

balbutier faute de connaissances<br />

profondes sur les risques et de référentiel<br />

reconnu au niveau international.<br />

C’est le cas en particulier des nanotechnologies<br />

et des nanoproduits. Plus précisément,<br />

et c’est bien là l’objet d’un ouvrage<br />

présenté fin mai et intitulé Les risques liés<br />

aux nanoparticules manufacturées, les<br />

nanomatériaux ont fait l’objet ces dix<br />

dernières années d’un grand nombre de<br />

travaux menant à des applications diverses<br />

d’une part, et au développement de<br />

nouveaux nanomatériaux d’autre part. Ces<br />

derniers présentent, comme toute nouvelle<br />

création de matière et de matériau, des<br />

points obscures que ni la recherche fondamentale,<br />

ni la recherche industrielle et<br />

appliquée n’a été en mesure ou n’a eu le<br />

temps de décrypter, caractériser, analyser<br />

et modifier. Des risques surviennent alors<br />

de façon inhérente, à la fois sur la santé<br />

humaine, et sur l’environnement.<br />

La nanométrologie :<br />

un axe déterminant<br />

dans l’analyse des risques<br />

Or, comme le précisent les auteurs de l’ouvrage<br />

(lesquels appartiennent à un groupe<br />

de travail créé au sein de l’Académie des<br />

Technologies*), l’idée est de poser le<br />

problème et de faire un point sur les<br />

risques toxiques pour l’homme et l’environnement<br />

puis de proposer des éléments<br />

* Présidé par Georges Labroye, le groupe<br />

de travail chargé de rédiger cette publication<br />

sur les risques liés aux nanoparticules<br />

manufacturées a été créée par<br />

la commission Environnement de l’Académie<br />

des Technologies présidée par Thierry<br />

Chambole avec le concours de Josy<br />

Mazodier, secrétaire scientifique de<br />

la commission.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 6


de réponses. L’autre idée force est de<br />

convaincre les acteurs industriels et de<br />

la recherche de n’autoriser aucune production<br />

de nanomatériaux sans évaluation des<br />

risques au préalable et sans être pleinement<br />

sûrs qu’elle ne comporte aucun<br />

danger. « Cet ouvrage a été présenté après<br />

que le ministère a fourni une réponse au<br />

débat particulièrement sujet à polémiques<br />

qui se posait déjà depuis longtemps sur<br />

les nanotechnologies. Une réponse allant<br />

dans le sens des mesures à adopter contre<br />

les risques a été en effet donnée le 13<br />

février dernier, rappelle Georges Labroye,<br />

président du groupe de travail. Car l’un des<br />

enjeux de la recherche réside bien dans<br />

la toxicologie mais aussi la métrologie. Il<br />

s’agit d’un axe déterminant de la recherche<br />

publique car pour connaître l’existence<br />

de tous les dangers, il convient d’étudier<br />

le degré d’exposition afin de bien déterminer<br />

les risques. Or l’exposition ne<br />

s’étudie sérieusement que grâce à la<br />

mesure et à la métrologie ».<br />

La nanométrologie devrait désormais<br />

prendre une place nettement plus importante<br />

mais la tâche n’est pas simple du<br />

fait de la nécessité de mesurer une masse<br />

sphérique, pouvant s’amalgamer avec<br />

d’autres éléments ; d’où la question de<br />

départ qui consiste à savoir s’il vaut mieux<br />

mesurer une particule ou un agglomérat.<br />

« On peut donc résumer la nanométrologie<br />

à la fois comme indispensable pour<br />

évaluer les risques et complexe. Mais seule<br />

celle-ci ne peut sainement ouvrir les portes<br />

d’une commercialisation de biens et<br />

d’équipements », ajoute Georges Labroye.<br />

Une confiance<br />

qui ne peut s’appuyer<br />

que sur la métrologie<br />

Autre impératif : celui de mettre en place<br />

un référentiel international, un système<br />

commun auquel les acteurs de la<br />

recherche mondiale et l’industrie pourraient<br />

se raccorder. « Il existe énormément<br />

de collaborations menées au niveau européen,<br />

à l’exemple des travaux réalisés sur<br />

les nanomatériaux dans les aérosols. On<br />

peut dire que l’Europe a ‘’mis le paquet’’,<br />

ce qui a permis aux chercheurs du Vieux<br />

Continent d’échanger et de travailler<br />

ensemble. Il en est de même à travers des<br />

programmes de recherche français, à<br />

l’exemple du projet Nano-Innov qui, lancé<br />

en 2009 par l’ancienne ministre Valérie<br />

Pécresse, consacre près de 70M€ à la<br />

recherche publique et privée dans le<br />

domaine ».<br />

“<br />

Pour les nano-objets,<br />

la définition même<br />

de grandeur mesurée<br />

constitue un enjeu majeur.<br />

Pour parvenir à une meilleure caractérisation<br />

possible des nanomatériaux, la<br />

métrologie apparaît comme « Le » moyen<br />

d’établir une confiance avec les résultats<br />

obtenus en raison du caractère inébranlable<br />

de méthodes à la fois uniformes,<br />

pérennes et reconnues auprès de tous.<br />

Sur ce point, le groupe de travail se montre<br />

intransigeant : « Le domaine des nanosciences<br />

et des nanotechnologies cherche<br />

à explorer, comprendre et exploiter la<br />

complexité des matériaux et des systèmes<br />

à l’échelle nanométrique. À la mesure<br />

correspond toujours une réduction de la<br />

complexité : on ne caractérise, détermine<br />

et met en mémoire que les grandeurs définies,<br />

choisies ou construites dans le cadre<br />

d’un modèle de représentation des matériaux<br />

et des systèmes étudiés. Plus encore<br />

que pour tout autre domaine, cette particularité<br />

joue un rôle décisif pour les nanoobjets<br />

pour lesquels la définition même de<br />

grandeur mesurée constitue un enjeu<br />

majeur. »<br />

Mais malgré l’existence de normes internationales<br />

dans le domaine des grandeurs<br />

de référence – à commencer par le<br />

système métrique – malgré la progressive<br />

harmonisation européenne en matière de<br />

métrologie, malgré la création<br />

de structures aux<br />

niveaux nationaux chargés<br />

de conduire et de coordonner<br />

les opérations de<br />

recherche en suivant les<br />

”<br />

valeurs communes d’étalonnage,<br />

elles-mêmes assurées<br />

par des acteurs à la<br />

fois public et privés d’essais<br />

et d’étalonnage (accrédités par des<br />

comités nationaux – comme le Cofrac en<br />

France par exemple), quasiment aucun de<br />

ces systèmes n’ont travaillé sur les nanoobjets<br />

(à l’exception de la chimie).<br />

La caractérisation<br />

de l’exposition :<br />

« un élément crucial »<br />

Risques liés aux nanoparticules manufacturées<br />

Académie des Technologies<br />

Éditions Le Manuscrit<br />

Paris, mars 2012 – 162 pages<br />

Membres du groupe de travail :<br />

Christian Bordé, Pierre-Étienne Bost, Sébastien<br />

Candel, Jean-Pierre Causse, Robert Corriu,<br />

Michel Courtois, Jean Kovalevsky, Jacques<br />

Lenfant, Francis Lévi, Bernard Maitenaz,<br />

Michel Pouchard, Érich Spitz, Pierre<br />

Tournois et Claude Weisbuch (animateur)<br />

Secrétaire scientifique : François Ozanam<br />

En matière de risques pour les personnes,<br />

l’exposition aux nanoparticules présente<br />

des difficultés majeures et un verrou scientifique<br />

à part entière dans le domaine de<br />

la métrologie. Savoir où, quand et combien<br />

de temps un individu a été exposé à ce<br />

type de matériaux, puis mettre en place<br />

à cet effet une gestion des risques,<br />

prévenir et diffuser des bonnes pratiques<br />

se révèlent être un défi pour la nanométrologie.<br />

C’est le cas notamment en qui<br />

concerne les aérosols de nanoparticules<br />

(encore appelés nanoaérosols), « la question<br />

de la mesure ne se limite pas à la<br />

disponibilité d’instruments (…). Elle intègre<br />

également celles des critères de mesures,<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 8


de la stratégie et de la manière d’interpréter<br />

ces résultats ». Il convient alors de<br />

définir les critères de mesure à adopter,<br />

comme il est essentiel de définir quelles<br />

techniques et quelles méthodes il est<br />

nécessaire de pratiquer pour mesurer les<br />

particules des aérosols.<br />

Si aucun équipement de mesure parfaitement<br />

adapté à ce type d’opération ne<br />

semble exister pour le moment, l’équipe de<br />

Georges Labroye prend la liberté d’énoncer<br />

les critères de ce qui pourrait être « l’instrument<br />

idéal ». Celui-ci doit être capable de<br />

« fonctionner en temps réel et de donner<br />

des résultats sur de multiples paramètres<br />

– concentration (en nombre, en surface et<br />

en masse), granulométrie et charge des<br />

particules ». Cet instrument devrait également<br />

être petit et portatif de manière à<br />

pouvoir effectuer des mesures au plus près<br />

des voies respiratoires de l’individu. Enfin,<br />

il doit être qualifié pour intervenir en milieu<br />

industriel (en particulier dans les zones à<br />

risques) et, bien entendu, relativement peu<br />

coûteux de façon à être utilisé par le plus<br />

grand nombre d’entreprises. En Europe,<br />

le programme de recherche NanoDevice<br />

devrait pallier cette absence d’équipement.<br />

Par ailleurs, outre les instruments nécessaires<br />

pour réaliser les opérations cruciales<br />

à la caractérisation d’exposition, la<br />

recherche doit adopter une stratégie de<br />

mesure. Parmi les recommandations de<br />

l’Académie des Technologies, la stratégie<br />

retenue doit reposer sur la caractérisation<br />

de différents paramètres complémentaires.<br />

Il faut dire que l’absence de stratégie<br />

unique a mené à des travaux de<br />

recherche éparpillés aux quatre coins du<br />

monde, sur des thématiques à la fois différentes<br />

et parfois très transversales.<br />

Toutefois, au niveau français, le projet<br />

NanoInnov – qui réunit différents acteurs<br />

clés comme l’Ineris, l’INRS ou encore le<br />

CEA – a pour objet de relancer cette idée<br />

de stratégie commune ●<br />

Olivier Guillon<br />

Les « 11 commandements »<br />

de la recherche dans les nanoparticules<br />

Les nanotechnologies et les nanoproduits sont de plus en plus courants et présents dans de nombreux domaines comme le médical, l’agroalimentaire,<br />

l’électronique, l’optique. Toutefois, ceux-ci restent encore mal connus et leurs propriétés ont besoin d’être affinées, optimisées et utilisées en<br />

admettant un minimum de risques. Cette valorisation est le fer de lance du groupe de travail lancé au sein de l’Académie des Technologies et spécialement<br />

dédié aux risques liées aux nanoparticules. Dans un ouvrage récemment publié aux éditions Le Manuscrit, ce groupe de travail a émis onze<br />

recommandations destinées à améliorer la sécurité dans la fabrication et l’utilisation de ces nouveaux matériaux.<br />

Recommandation 1 : Bien évaluer la balance bénéfices / risques<br />

Intégrer l’évaluation des risques dès le début de l’étude de conception<br />

du produit, dans le cadre d’une approche « Safe by Design ».<br />

Recommandation 2 : Évaluer les risques a priori<br />

Développer l’évaluation des risques a priori avant toute mise sur le marché<br />

de nouveaux produits contenant des nanomatériaux susceptibles de<br />

diffuser des nanoparticules.<br />

Recommandation 3 : Connaître et caractériser les dangers des<br />

nanoparticules et des nanomatériaux<br />

- Renforcer les compétences françaises en métrologie, en toxicologie, en<br />

écotoxicologie, en épidémiologie et en connaissance des risques accidentels.<br />

- Exiger que toutes les études se fassent dans des conditions de qualité<br />

non critiquables et reconnues au niveau international.<br />

Recommandation 4 : Connaître et caractériser les expositions<br />

Améliorer la connaissance sur les scénarios d’exposition, les expositions<br />

réelles aux nanoparticules pouvant présenter un risque aussi bien dans l’environnement<br />

qu’au poste de travail ou sur les lieux de vie (air intérieur –<br />

risques consommateurs) et renforcer les recherches sur les bio-indicateurs.<br />

Recommandation 5 : Améliorer la prévention en milieu de travail<br />

Porter une attention particulière aux PME utilisatrices qui ne possèdent<br />

pas toujours l’infrastructure de protection, sans oublier le monde de<br />

la recherche.<br />

Recommandation 6 : Améliorer la traçabilité au profit des consommateurs<br />

Prévoir un marquage et/ou un étiquetage des nanomatériaux contenant<br />

des nanoparticules susceptibles de diffuser au cours de leur cycle de vie.<br />

Recommandation 7 : Maîtriser les risques tout au long du cycle<br />

de vie<br />

Depuis leur création en laboratoire jusqu’à leur fin de vie, maîtriser et<br />

contrôler les rejets de particules dans l’environnement tant qu’on n’aura<br />

pas démontré leur innocuité.<br />

Recommandation 8 : Prévoir un volet risques dans tous les projets<br />

financés par les pouvoirs publics et les collectivités territoriales<br />

Consacrer de 5 a 10 % de chaque budget de recherche sur les nanoparticules<br />

manufacturées à l’étude des risques et aux moyens de les<br />

prévenir.<br />

Recommandation 9 : Renforcer les coopérations scientifiques<br />

Mieux utiliser les outils de l’ANR et du PCRDT pour y parvenir, pérenniser<br />

les coopérations et renforcer la recherche avec les grandes entreprises<br />

du secteur (Instituts Carnot).<br />

Recommandation 10 : Normaliser et réglementer<br />

Accélérer la prise en compte des nanomatériaux dans les instances de<br />

normalisation (ISO-OCDE-Afnor) et les règlements européens (plus particulièrement<br />

Reach) ou les recommandations internationales (OCDE,<br />

SGH de l’ONU, travaux du Niosh et de l’EPA américains).<br />

Recommandation 11 : Organiser la concertation, consulter,<br />

respecter<br />

- Associer dès le départ les parties prenantes afin de favoriser des formes<br />

nouvelles et évolutives de concertation.<br />

- Former et informer le public sur les nouveaux produits, leurs avantages,<br />

leurs inconvénients, les précautions d’usage ; organiser des<br />

débats publics.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 1 9


Vision<br />

Les lecteurs Cognex contrôlent<br />

les fromages de Labelys<br />

Spécialisée dans la fabrication d’étiquettes en caséine destinées au<br />

marquage des fromages, la société Labelys a également développé une<br />

solution globale d’identification et de traçabilité de ces fromages. Développée<br />

en partenariat avec Cognex, cette solution s’appuie sur les systèmes<br />

d’identification DataMan. Elle est aujourd’hui opérationnelle dans les caves<br />

de production d’un grand fabricant de fromage italien...<br />

Le premier métier de la société<br />

Labelys, fondée en 2004 et basée<br />

à Bellignat dans l’Ain, est la fabrication<br />

d’étiquettes en caséine (une<br />

protéine de lait biocompatible avec<br />

les fromages) et l’impression sur<br />

ces étiquettes de dessins, logos,<br />

caractères alphanumériques ou<br />

toute autre information souhaitée<br />

par les fromagers. Ce mode de<br />

marquage naturel est indélébile,<br />

inamovible et infalsifiable. Il représente le<br />

« passeport » du fromage et permet ainsi<br />

aux fabricants de protéger leurs fromages<br />

et leur savoir-faire et d’éviter la contrefaçon,<br />

tout en garantissant une traçabilité<br />

du produit sans faille.<br />

Outre des données de production telles<br />

qu’un code sanitaire et un code de traçabilité<br />

que le fabricant s’octroie lui-même,<br />

ces étiquettes peuvent également<br />

comporter le nom d’une « AOC ». Cette<br />

fameuse « appellation d’origine contrôlée »,<br />

véritable garantie d’authenticité et symbole<br />

de qualité pour les consommateurs est<br />

soumise au strict respect du cahier des<br />

charges de l’AOC par le producteur.<br />

Une lecture et un contrôle<br />

garantis fiables à 100%<br />

L’arrivée des codes Datamatrix avec leur<br />

capacité de stockage d’un nombre considérable<br />

d’informations sur un faible<br />

espace, a poussé Labelys à ajouter à son<br />

offre des systèmes de lecture adaptés à<br />

ce type de marquage. Après avoir testé<br />

différents produits, la société a retenu les<br />

lecteurs DataMan de Cognex, reconnus<br />

« les meilleurs dans leur catégorie » par<br />

Jean-Paul Maître, président de Labelys. Mr<br />

Maître précise : « La qualité des<br />

lecteurs Cognex, leur adéquation<br />

à la problématique de lecture des<br />

étiquettes en caséine et leurs<br />

performances ont fait la différence.<br />

Grâce à leurs algorithmes<br />

puissants qui permettent de<br />

reconstituer des codes, même<br />

dégradés, les lecteurs DataMan<br />

se sont révélés les seuls capables<br />

de garantir une identification<br />

fiable et un taux de relecture des étiquettes<br />

avoisinant les 100% ».<br />

En effet, lors de son affinage, le fromage<br />

évolue et la lecture de son étiquette peu<br />

devenir plus délicate. Il fallait donc un<br />

lecteur capable de s’affranchir des défauts<br />

potentiellement rencontrés : dégradation<br />

dimensionnelle, étiquette mal positionnée,<br />

code en partie endommagé pendant les<br />

opérations de soin du fromage… Les<br />

lecteurs de Cognex permettent de lisser<br />

les différentes qualités d’étiquettes, de<br />

reconstituer un marquage complet à partir<br />

des informations saisies et d’assurer ainsi<br />

une identification sûre à 100%.<br />

Une solution globale<br />

d’identification<br />

et de traçabilité<br />

Dans l’industrie agroalimentaire, la traçabilité<br />

est aujourd’hui devenue impossible<br />

à éviter. Sur la base de la solution d’identification<br />

Cognex, premier maillon de la<br />

chaîne de traçabilité, Labelys a donc<br />

décidé d’aller plus loin et a développé avec<br />

l’aide d’un partenaire une solution<br />

complète de traçabilité, capable non seulement<br />

de lire ces étiquettes et de vérifier<br />

les informations qu’elle comporte, mais<br />

également de les stocker dans une base<br />

de données centralisée afin d’être utilisées<br />

par un système de gestion de la<br />

production, installé chez le fromager.<br />

La solution proposée aujourd’hui par<br />

Labelys couvre donc la fabrication des<br />

marques en caséine, le système de dépose<br />

automatisé des marques, la fourniture des<br />

lecteurs fixes ou mobiles DataMan de<br />

Cognex, la relecture automatique des<br />

étiquettes et les outils d’analyse et de<br />

gestion informatisées, assurant notamment<br />

l’ensemble des contrôles.<br />

Cette solution économique et efficace,<br />

adaptée aussi bien à la gestion de petites<br />

fromageries qu’à celle de sites industriels,<br />

permet de piloter en temps réel la production<br />

des ateliers, de déterminer l’état des<br />

stocks et d’obtenir un inventaire instantané,<br />

de « géolocaliser » chacun des fromages<br />

stockés dans les caves, de suivre<br />

les opérations de brossage et de retournement<br />

des meules, d’enregistrer les<br />

événements et de gérer les outils de<br />

production.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 0


Une solution opérationnelle<br />

et de nombreux projets<br />

à venir<br />

Aujourd’hui, la solution Labelys-Cognex a<br />

été adoptée par les plus grands consortiums<br />

et syndicats de fromages d’AOC et<br />

d’AOP. Ainsi, le consortium « del Formaggio<br />

Parmigiano-Reggiano » qui gère l’AOP du<br />

fromage Parmigiano-Reggiano en Italie, a<br />

choisi Labelys comme partenaire attitré.<br />

La solution va être prochainement déployée<br />

sur plusieurs centaines de fromageries<br />

de l’appellation.<br />

Cette solution intéresse de nombreux<br />

autres fabricants du monde entier, qui<br />

pourront compter sur la présence internationale<br />

de Cognex et la garantie de<br />

pouvoir disposer d’un support 24 heures<br />

sur 24, où qu’ils se trouvent ●<br />

DataMan300-autofocus<br />

Une mise au point<br />

désormais automatique<br />

pour le Dataman 300<br />

Cognex Corporation, leader mondial de l’identification industrielle, ajoute un objectif liquide aux<br />

lecteurs de codes-barres fixes DataMan 300. Ce nouvel accessoire permet à n’importe quel lecteur<br />

DataMan 300 déjà équipé d’un objectif fixe de disposer d’une fonctionnalité de mise au point<br />

automatique. La technologie de mise au point automatique à focale variable avec objectif liquide<br />

est destinée à des applications qui exigent une grande profondeur de champ ou lorsqu’une nouvelle<br />

mise au point est nécessaire après un changement de produit.<br />

La fonction de réglage intelligent du DataMan 300 sélectionne automatiquement l’éclairage adapté<br />

et effectue la mise au point de l’objectif simultanée en fonction de l’application. Cette méthode<br />

de réglage garantit au lecteur de codes-barres d’être réglé de manière à obtenir les taux de lecture<br />

les plus élevés possible pour les codes 1D, 2D et à marquage direct (DPM). L’objectif liquide<br />

peut également être réglé par logiciel (via le port série) sans toucher au lecteur. Pour la lecture par<br />

présentation, la lecture dans des bacs ou le tri de petits colis, l’objectif liquide peut être configuré<br />

de manière à balayer dynamiquement toute la plage focale de l’objectif afin de rechercher et<br />

de lire les codes-barres sur une plage étendue de distances de travail.<br />

Système<br />

Un nouveau couplemètre rotatif<br />

de précision<br />

ICA Systèmes Motion vient de lancer sur le marché un nouveau couplemètre<br />

de précision. Développé et fabriqué par Burster à Gernsbach en Allemagne,<br />

cet appareil est destiné à des mesures de couple statique ou<br />

dynamique en sens horaire ou anti-horaire. Ce couplemètre a été conçu<br />

pour des applications rotatives avec mesure d'angle et de vitesse intégrés<br />

de 0...+/-0,5Nm à 0...+/-200Nm.<br />

« Sans usure, ni maintenance », indiquet-on<br />

au sein de la société ICA Systèmes<br />

Motion, en raison notamment de la transmission<br />

sans contact de la valeur et du<br />

courant d'excitation. Cet outil est utilisé<br />

pour les applications d'assemblage industrielles<br />

pour lesquelles il est nécessaire de<br />

vérifier et de mesurer un couple de maintient,<br />

de vissage ou d'arrêt. La précision<br />

de ce couplemètre permet aussi d'envisager<br />

un contrôle qualité ainsi que des<br />

applications de recherche en laboratoire.<br />

Pour une utilisation mobile, une sortie avec<br />

interface USB permet d'enregistrer et de<br />

visualiser les courbes de couple. Par<br />

ailleurs, le couple appliqué peut être<br />

évalué en utilisant un afficheur numérique<br />

connecté à la sortie analogique 0...+/-10V.<br />

Une multitude d'utilisations<br />

dans le domaine des essais<br />

et de la mesure<br />

Les exemples d'utilisation sont multiples<br />

et vont des essais mécaniques de pression<br />

à mesure micromécanique sur des<br />

actionneurs en passant par les bancs d'essais<br />

moteurs et puissance, l'enregistrement<br />

de mouvements biomécaniques<br />

dans le domaine médical ou encore la<br />

mesure des efforts de frottement dans les<br />

roulements et la mesure des efforts<br />

de serrageCouple de 0...+/-0,5 Nm à<br />

0...200 Nm.<br />

L'arbre de mesure est équipé de jauges<br />

de contrainte qui se déforment lors de la<br />

torsion. La variation de résistance qui en<br />

résulte est convertie en signal analogique<br />

proportionnel au couple. Pour éviter toute<br />

usure, l'alimentation est effectuée par des<br />

coupleurs inductifs et le signal de mesure<br />

est transmis de manière optique.<br />

Le signal qui a été digitalisé du côté de<br />

l'arbre est converti et amplifié en<br />

0...+/-10V avec une résolution de 16 bits<br />

coté stator. Un codeur haute résolution<br />

1024 points TTL mesure le déplacement<br />

angulaire.<br />

Trois leds indiquent quant à eux la plage<br />

de couple de travail. Enfin, les roulements<br />

et l'équilibrage dynamique permettent de<br />

travailler jusqu'à 25 000trs/min ●<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 1


Solutions<br />

Recourir au scanner<br />

électromagnétique<br />

pour la détection de défauts<br />

Détecter les défauts sur les lignes de production ou mesurer des paramètres<br />

physiques avec une extrême précision sur toutes les faces d’un<br />

produit, est crucial pour éviter tous risques de production défectueuse<br />

pouvant entraîner à la fois des arrêts de chaînes et des pertes colossales<br />

d’argent. Pour ce faire, la société Satimo (groupe Microwave Vision) vient<br />

de lancer le Dentro LSX, un nouveau scanner industriel électromagnétique<br />

capable d’analyser de manière transversale les matériaux en défilement.<br />

Dans la production de laine de verre ou de<br />

laine de roche, mais aussi dans l’industrie<br />

du bois ou du placoplâtre par exemple, la<br />

mesure de défaut est à la fois indispensable<br />

et délicate. Pourquoi ? Tout simplement<br />

parce que la moindre tâche d’eau,<br />

d’humidité ou encore la présence de tout<br />

corps solide et métallique peuvent avoir<br />

des conséquences désastreuses sur le<br />

produit fini. Par ailleurs, la mesure de la<br />

densité des matériaux en temps réel, soit<br />

pendant le défilement des produits, soit<br />

sur la ligne de production, est tout aussi<br />

nécessaire. Pour cela, il existait déjà sur<br />

le marché des solutions optiques ou thermiques,<br />

ainsi que des scanners. Le<br />

problème était que la compilation de ces<br />

différents systèmes et de leurs avantages<br />

n’était pas possible. Mais la filiale brestoise<br />

du groupe français Microwave Vision<br />

Group (MVG) spécialisée dans le contrôle<br />

industriel est parvenue à regrouper ces<br />

différentes compétences en un seul et<br />

même produit, le Dentro LSX.<br />

Ce scanner industriel électromagnétique<br />

s’installe sur les lignes de production ou<br />

de tri et offre une analyse transversale des<br />

matériaux en défilement. Il fonctionne dans<br />

le domaine des ondes électromagnétiques<br />

centimétriques. Ce domaine spectral<br />

permet de détecter des défauts ou de<br />

mesurer des paramètres physiques (la<br />

composition chimique, la teneur en humidité,<br />

la densité…). Ne nécessitant pas de<br />

contact entre les capteurs et les matériaux,<br />

il permet une analyse externe et interne<br />

avec une résolution de l’ordre du centimètre,<br />

tout en s’affranchissant des<br />

problèmes de pollution liés aux scanners<br />

qui utilisent des rayons ionisants. Dentro<br />

LSX complète ainsi les outils d’analyse du<br />

spectre électromagnétique actuellement<br />

à la disposition des industriels. En plus des<br />

caméras (optique et thermique) et des<br />

scanners (rayons X, gamma), ils peuvent<br />

désormais compter sur ce scanner innovant<br />

dont une version plus robuste et plus<br />

précise vient de sortir.<br />

Se diriger vers d’autres<br />

applications que la laine<br />

de verre ou de roche<br />

L’entreprise bretonne Satimo (comprendre :<br />

Société d’applications technologiques de<br />

l’imagerie micro-onde) conçoit et fabrique<br />

des systèmes de mesure du champ<br />

électromagnétique. Les applications y sont<br />

diverses et vont de la caractérisation des<br />

antennes dans l’industrie du sans-fil à la<br />

communication satellite en passant par<br />

l’automobile, la défense et l’aéronautique.<br />

Mais la société développe et produit également<br />

des systèmes de contrôle qualité<br />

pour l’inspection des matériaux non métalliques.<br />

Le Dentro LSX fait partie de ces<br />

solutions ; « le système inspecte toutes<br />

sortes de matériaux à l’exception naturellement<br />

des matériaux métalliques puisqu’il<br />

s’agit d’une technologie micro-onde,<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 2


appelle Jean-Baptiste Lattard, directeur<br />

du site brestois de Satimo. Pour<br />

le reste, ce matériel détecte tout, du<br />

thermique aux tâches d’humidité en<br />

passant par les points durs à l’exemple<br />

du verre qui n’aurait pas fondu. Ainsi,<br />

il permet de regrouper plusieurs appareils<br />

en même temps ».<br />

Concrètement, le système est composé<br />

d’un émetteur placé au-dessus<br />

du convoyeur et d’un récepteur installé<br />

en-dessous.<br />

Ce récepteur comporte des capteurs<br />

distants d’environ un centimètre les uns<br />

des autres. Puis il suffit d’adapter le Dentro<br />

LSX aux largeurs de lignes du client, allant<br />

de 3,6 à 64 cm. « Le Dentro LSX est ainsi<br />

capable de mesurer tous les produits non<br />

métalliques, dans tous les sens, tous les<br />

1, 2 ou 3 cm, en fonction des besoins de<br />

l’industriel ».<br />

Ces industriels,<br />

qui sont-ils ?<br />

« Pour le moment, nos principaux clients<br />

se positionnent sur les marchés de la laine<br />

de verre et de la laine de roche. Mais nous<br />

avons la volonté d’étendre ce système à<br />

la mesure d’autres matériaux pour des<br />

applications sur des lignes de production<br />

dans l’industrie du bois, du placoplâtre ou<br />

autres. En revanche, si la piste de l’industrie<br />

agroalimentaire est envisageable,<br />

les limites technologiques demeurent difficiles<br />

à franchir pour adapter la géométrie<br />

du système à la problématiques des<br />

clients ».<br />

À ce scanner industriel s’ajoute un logiciel<br />

de traitement que l’on interface avec le<br />

reste de l’usine ou de l’unité de<br />

production.<br />

De là, il est alors possible de récupérer<br />

les informations pour chacun des sites<br />

ainsi que toutes les données relatives<br />

au nom et à l’identification du produit,<br />

sa densité, la vitesse des lignes, etc.<br />

« Il s’agit de mettre en place une véritable<br />

interface avec les automates<br />

présents dans l’usine et ainsi de suivre<br />

la production, en gérer tous les paramètres<br />

et de mettre en place des<br />

alertes en cas de défauts ou de fuites<br />

d’eau par exemple », conclut Jean-Baptiste<br />

Lattard.<br />

Le Dentro LSX est capable de mesurer des<br />

défauts et la densité des matériaux en défilement<br />

sur des lignes allant de 1 m. à<br />

60 m. par seconde.<br />

Ces vitesses peuvent évoluer et être<br />

augmentées ; pour l’heure, les besoins des<br />

clients de Satimo utilisant le Dentro LSX<br />

n’en ont pas l’utilité. Mais les applications<br />

à venir pourront répondre à des demandes<br />

plus exigeantes ●<br />

Olivier Guillon<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 3


Solutions pour l'étalonnage<br />

La détermination des contraintes<br />

résiduelles par la méthode du trou<br />

Plus que jamais le chalenge du mécanicien<br />

concepteur est de dimensionner des<br />

pièces ou des structures au plus juste en<br />

évitant toutefois les risques de ruptures<br />

en service. L’une des difficultés de telles<br />

opérations de conception est la prise en<br />

compte réaliste des contraintes résiduelles<br />

pouvant exister dans le matériau utilisé<br />

pour construire les pièces ou les machines<br />

considérées. Pour en savoir plus sur l’origine<br />

de ces contraintes résiduelles, il est<br />

possible consulter un précédent numéro<br />

de cette revue intitulé : « Détermination<br />

des contraintes résiduelles sur pièces de<br />

forte épaisseur par la méthode de la flèche<br />

_ 1ère partie : Rappel du principe de la<br />

méthode » (numéro 105 de la revue <strong>Essais</strong><br />

& simulations »).<br />

En pratique, les contraintes résiduelles<br />

internes au matériau des pièces et des<br />

structures mécaniques sont difficiles à<br />

prévoir par calcul. Il est souvent nécessaire<br />

de les déterminer expérimentalement.<br />

Il existe pour cela plusieurs méthodes utilisables<br />

industriellement. L’une des plus<br />

couramment utilisée est la méthode du<br />

trou.<br />

Son fonctionnement repose sur le fait que,<br />

si on perce un petit trou dans une pièce à<br />

la surface de laquelle il y a des contraintes,<br />

alors l’équilibre des contraintes est modifié<br />

au voisinage du trou. En faisant des<br />

mesures caractérisant cette modification<br />

d’équilibre, il est possible de remonter aux<br />

contraintes qu’il y avait dans la matière<br />

qui est partie en copeaux pendant le<br />

perçage du trou.<br />

C’est donc une méthode de détermination<br />

des contraintes résiduelles par relaxation<br />

locale dont le principe et la mise en œuvre<br />

vont être traités ci-après.<br />

Les mesures qui sont relevées au cours<br />

de la mise en œuvre de la méthode sont<br />

des mesures de déformations mécaniques<br />

par jauges.<br />

Le principe de<br />

fonctionnement de la<br />

méthode du trou dans le<br />

cas de contraintes<br />

résiduelles<br />

unidirectionnelles et<br />

uniformes (cas de la barre<br />

en traction) :<br />

Il est aisé de comprendre intuitivement<br />

le principe de la détermination des<br />

contraintes résiduelles par la méthode du<br />

trou en analysant qualitativement ce qui<br />

se passe lorsqu’un trou est percé dans une<br />

barre en fer plat soumise à un effort de<br />

traction longitudinale.<br />

La barre en question est représentée sur<br />

la figure 1 ci-après.<br />

Mots-clés<br />

contrainte résiduelle, méthode du trou,<br />

déformation mécanique, jauge de déformation,<br />

rosette de jauges de déformation,<br />

tenseur de déformations, tenseur de<br />

contraintes, équations de Lamé, module<br />

d’élasticité, coefficient de Poisson, coefficient<br />

de sensibilité.<br />

Les schémas indiquent comment se répartissent<br />

les contraintes dans une telle barre<br />

avant et après qu’un trou soit percé.<br />

Lorsqu’une barre en fer plat de grande<br />

longueur est sollicitée par un effort de traction<br />

longitudinal à chacune de ses extrémités,<br />

elle est soumise à des contraintes<br />

unidirectionnelles de traction.<br />

La répartition de ces contraintes est une<br />

répartition uniforme dans les sections<br />

droites de la partie centrale de la barre<br />

(sections telles que celles représentées<br />

en bas de la figure), ainsi que dans toutes<br />

les sections voisines avec en particulier la<br />

section passant par la jauge la plus à droite<br />

sur la partie haute de la figure.<br />

Il en est de même pour les déformations<br />

mécaniques pouvant être mesurées avec<br />

les autres jauges collées dans la direction<br />

longitudinale de la barre comme indiquée<br />

sur la vue de la barre se trouvant en haut<br />

de la figure.<br />

Cette répartition uniforme se transforme<br />

de la manière indiquée sur les croquis de<br />

la figure suivante dans le cas où un trou<br />

est percé au milieu de la longueur de la<br />

barre. (figure 2)<br />

Figure 1 - Barre de grande longueur soumise à un effort de traction<br />

La matière qui se trouve sur la surface<br />

du perçage à l’intérieur du trou est uniquement<br />

en contact avec l’air ambiant.<br />

Elle n’est donc soumise à aucune contrainte<br />

mécanique mis à part la pression<br />

atmosphérique. La valeur standard de la<br />

pression atmosphérique est de 1013 hPa,<br />

soit 0,1 MPa. La contrainte normale à la<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 4


Ainsi, la répartition des contraintes longitudinales<br />

dans la section droite passant<br />

la jauge de déformation apparaissant sur<br />

la figure précédente est aussi modifiée.<br />

L’allure de la nouvelle répartition de<br />

contraintes est représentée sur le schéma<br />

du bas de cette figure.<br />

Il apparait que la valeur des contraintes<br />

aux points situés sous la jauge est beaucoup<br />

plus faible que la valeur<br />

trou.<br />

qu’il y avait avant le perçage du<br />

Donc, si cette jauge est collée sur la barre<br />

en traction avant le perçage du trou et que<br />

le conditionneur est réglée pour indiquer<br />

zéro à ce moment là, alors après le<br />

perçage du trou, le conditionneur indiquera<br />

une valeur de déformation négative qui<br />

correspondra au passage de la valeur de<br />

la contrainte de<br />

faible.<br />

à une valeur beaucoup plus<br />

Pour un point à une distance donnée par<br />

rapport au trou, cette diminution de déformation<br />

est proportionnelle à la contrainte<br />

qu’il y avait dans la barre avant de percer<br />

le trou.<br />

Figure 2 - Croquis montrant les modifications des répartitions de contraintes<br />

consécutives au perçage d’un trou dans une barre de grande longueur soumise<br />

à un effort de traction<br />

surface du trou est donc de 0,1 MPa. En<br />

mécanique, de tels niveaux de contraintes<br />

sont toujours négligés et il est considéré<br />

que les contraintes normales et les cisaillements<br />

à la surface du trou sont nuls. Ceci<br />

est vrai en particulier au point A sur la vue<br />

agrandie de la partie centrale de la barre.<br />

Donc en ce point la contrainte longitudinale<br />

est nulle, alors qu’elle était de<br />

avant le perçage du trou.<br />

L’effet du perçage du trou est donc très<br />

important.<br />

Au voisinage de ce point, le perçage du<br />

trou fait également que les contraintes<br />

sont très faibles.<br />

Cependant, au fur et à mesure que la<br />

distance au trou augmente, les contraintes<br />

qui subsistent dans la barre augmentent<br />

aussi progressivement (voir croquis ci-avant),<br />

alors qu’elles étaient toutes égales à<br />

avant le perçage du trou.<br />

Par contre, sur les parties de la section<br />

droite passant par l’axe du trou, les<br />

contraintes longitudinales sont plus<br />

élevées que ce qu’elles étaient avant le<br />

perçage du trou<br />

Ceci est logique car il faut que l’intégrale<br />

des contraintes longitudinales sur toute la<br />

surface de la section droite équilibre l’effort<br />

de traction de la barre, qui lui est<br />

toujours le même.<br />

Toutes ces modifications de répartitions<br />

des contraintes dans les sections droites<br />

successives de la barre se propagent en<br />

s’atténuant au fur et à mesure que la<br />

distance au trou augmente.<br />

Connaissant le coefficient de proportionnalité<br />

qui relie cette diminution de déformation<br />

à la contrainte, il est possible de<br />

déterminer la contrainte qu’il y avait dans<br />

la barre avant le perçage du trou à partir<br />

de la variation de déformation indiquée<br />

par la jauge au cours du perçage.<br />

Ceci est la base de la détermination des<br />

contraintes résiduelles par la méthode du<br />

trou.<br />

Les coefficients de proportionnalité permettant<br />

d’obtenir ces contraintes résiduelles<br />

peuvent être calculés en utilisant<br />

la théorie de l’élasticité comme ceci est<br />

présenté dans le document intitulé « Théorie<br />

de la détermination des contraintes<br />

résiduelles par la méthode du trou » disponible<br />

sur le site de l’ASTE :<br />

http://www.aste.asso.fr, dans la bibliothèque.<br />

Ainsi, les expressions qui donnent les<br />

composantes du tenseur des contraintes<br />

dans une plaque sollicitée en traction unidirectionnelle<br />

percée d’un trou comme celle<br />

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eprésentée sur la figure ci-après sont<br />

(formule 1).<br />

Formule 1<br />

σ est la contrainte de traction uniforme de<br />

la barre dans les sections éloignées du<br />

trou.<br />

Plaque sollicitée par une traction<br />

unidirectionnelle percée d’un trou<br />

Dans le cas de l’utilisation de la méthode<br />

du trou pour déterminer les contraintes<br />

résiduelles, ce ne sont pas les déformations<br />

mécaniques qui correspondent à ces<br />

contraintes qui sont mesurées par les<br />

jauges, mais les variations de déformations<br />

qui correspondent au passage de<br />

l’état de contraintes de traction unidirectionnelle<br />

uniforme existant dans la plaque<br />

avant le perçage du trou à l’état de<br />

contrainte non uniforme dont les composantes<br />

sont<br />

Formule 2<br />

Formule 3<br />

qui viennent d’être définies.<br />

Les indications des jauges seront donc les<br />

variations de déformations mécaniques<br />

qui correspondent aux variations de<br />

contraintes suivantes (formule 2), qui,<br />

après simplification et regroupement des<br />

termes semblables deviennent (formule 3).<br />

Les variations de déformations mécaniques<br />

engendrées par une telle variation d’état de<br />

contraintes sur une jauge comme celle se<br />

trouvant prés du trou sur la figure intitulée<br />

« Schémas montrant les modifications des<br />

répartitions de contraintes consécutives au<br />

perçage d’un trou dans une barre de grande<br />

longueur soumise à un effort de traction » se<br />

calculent en utilisant les équations de Lamé<br />

ci-après (formule 4).<br />

E (module d’élasticité) et υ (coefficient de<br />

Poisson) sont les constantes élastiques du<br />

matériau.<br />

En réalité, dans le cas de jauges de déformations<br />

mécaniques orientées suivant la<br />

direction des rayons du trou, comme c’est le<br />

cas de la jauge de la figure, c’est seulement<br />

Formule 4<br />

Formule 5<br />

Formule 6<br />

la première de ces trois relations qui doit être<br />

utilisée. Les autres relations ne sont jamais<br />

utilisées pour déterminer les contraintes résiduelles<br />

par la méthode du trou.<br />

L’indication fournie par une jauge de déformations<br />

mécaniques placée au bord d’un<br />

trou, une fois que celui-ci est percée est<br />

donc (formule 5), qui après simplification<br />

prend la forme (formule 6).<br />

Cette relation montre que, pour un point<br />

donné de la plaque, l’indication ∆ε r (r,θ) p<br />

de la jauge est proportionnelle à la<br />

contrainte qu’il y avait dans la plaque avant<br />

de percer le trou.<br />

Le coefficient de proportionnalité se<br />

calcule aisément, lorsque r et θ coordonnées<br />

du centre de la jauge dans un<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 6


système d’axes en coordonnées cylindriques,<br />

sont connues.<br />

En posant<br />

la relation qui relie la contrainte résiduelledans<br />

la plaque à l’indication de la jauge<br />

prend la forme :<br />

Ce qui vient d’être vu correspond au cas<br />

simple d’une plaque soumise à une<br />

tension unidirectionnelle. Cela permet de<br />

comprendre le fonctionnement de la<br />

méthode.<br />

Extension du cas simple<br />

des contraintes<br />

unidirectionnelles et<br />

uniformes au cas des états<br />

de contraintes résiduelles<br />

quelconques :<br />

Dans le cas général, l’état de contraintes<br />

résiduelles inconnues qu’il peut y avoir<br />

dans une pièce est un état bidirectionnel<br />

de directions principales inconnues.<br />

Dans ce cas, il est facile de démontrer que<br />

la relation qui va relier l’indication donnée<br />

par une jauge de déformations mécaniques<br />

au moment du perçage d’un trou<br />

est une fonction linéaire des deux<br />

contraintes principales σ I et σ II qui a<br />

la forme :<br />

Cette relation montre que pour déterminer<br />

l’état de contraintes résiduelles inconnu,<br />

il faut placer trois jauges sur la périphérie<br />

du trou, relever leurs indications après le<br />

perçage du trou et, dans le cas où les trois<br />

jauges font entre elles un angle de 45°<br />

comme indiqué sur la figure ci-après,<br />

remonter aux contraintes résiduelles à<br />

l’aide des relations suivantes :<br />

Croquis montrant le positionnement des jauges de déformations<br />

autour du trou à percer<br />

(voir document intitulé « Théorie de la<br />

détermination des contraintes résiduelles<br />

par la méthode du trou » disponible sur le<br />

site de l’ASTE : http : www.aste.asso.fr/fr,<br />

dans la bibliothèque).<br />

Il apparaît donc que les contraintes résiduelles<br />

se calculent directement à partir<br />

des déformations indiquées par les jauges,<br />

à condition de connaître les coefficients<br />

de sensibilité A et B.<br />

Comme ceci a été vu précédemment, ces<br />

coefficients peuvent se calculer à l’aide des<br />

relations obtenues par la théorie de la<br />

mécanique des milieux continus. Ces calculs<br />

qui dans le principe sont simples se compliquent<br />

un peu car, pour ne pas faire d’erreur<br />

par la suite, ils doivent prendre en compte<br />

les dimensions des jauges.<br />

Aussi, en pratique, ils sont plutôt déterminés<br />

expérimentalement par les fournisseurs<br />

de jauges. Les coefficients A et B<br />

se trouvent donc dans les documents<br />

distribués par ces fournisseurs de jauges.<br />

de contraintes prises en compte, sont<br />

celles qui résultent du perçage d’un trou<br />

qui traverse la plaque dans laquelle il y a<br />

les contraintes à déterminer.<br />

Il est aussi considéré que la répartition<br />

dans l’épaisseur de ces contraintes est<br />

uniforme.<br />

Dans le cas du perçage d’un trou dans une<br />

plaque de forte épaisseur également<br />

soumise à des contraintes réparties uniformément<br />

dans l’épaisseur, des essais ont<br />

montrés que les indications d’une jauge<br />

placée à proximité du trou évoluent en<br />

fonction de la profondeur p du trou de la<br />

manière indiquée sur le graphique de la<br />

figure ci-après.<br />

Effet de la profondeur<br />

du trou :<br />

Jusqu’à présent, tous les développements<br />

sont faits en considérant que les variations<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 7


Evolution de l’indication d’une jauge<br />

de déformations mécaniques placée<br />

au bord d’un trou, au fur et à mesure<br />

du perçage de ce dernier<br />

Il apparaît que lorsque la profondeur p du<br />

trou dépasse 1,2 fois le diamètre, les indications<br />

de la jauge restent approximativement<br />

constantes. Il n’est donc pas<br />

nécessaire de faire des trous qui traversent<br />

les pièces épaisses.<br />

Mise en œuvre<br />

de la méthode, validité<br />

et qualité des résultats :<br />

répartition des contraintes résiduelles dans<br />

l’épaisseur et si la précision des perçages<br />

est correcte.<br />

En prenant un certain nombre de précautions,<br />

il est possible de minimiser l’effet<br />

de tout cela.<br />

En ce qui concerne l’uniformité de répartition,<br />

dans bon nombre de cas, il est<br />

possible de s’affranchir, en partie au<br />

moins, de ce type de perturbation des<br />

résultats de mesure pour la raison<br />

suivante. Généralement, les contraintes<br />

résiduelles qui sont gênantes dans les<br />

pièces, sont les contraintes résiduelles en<br />

surface. Si il est suspecté que la répartition<br />

n’est pas uniforme, il faut choisir un<br />

diamètre de perçage très petit. Dans ces<br />

conditions, les contraintes résiduelles qui<br />

seront déterminées sont les moyennes de<br />

répartitions des contraintes résiduelles<br />

dans l’épaisseur correspondant à la profondeur<br />

percée, c’est-à-dire 1 à 2 mm.<br />

Il y a beaucoup de cas où, dans une telle<br />

épaisseur, les variations de contraintes ne<br />

sont pas très importantes et l’erreur<br />

correspondante sur le résultat de la détermination<br />

est faible.<br />

En ce qui concerne la précision des<br />

perçages, il faut se rappeler que les coefficients<br />

de sensibilité sont des fonctions<br />

du rayon du trou et de la distance du centre<br />

de la jauge à l’axe du trou.<br />

Les rosettes de jauges de déformations<br />

mécaniques distribuées par les fournisseurs<br />

de jauges ont des dispositions du<br />

type de celles indiquées sur la figure<br />

ci-après.<br />

Le trou est percé une fois que les rosettes<br />

sont collées sur la pièce dans laquelle les<br />

contraintes résiduelles doivent être déterminées.<br />

Comme ceci se devine sur la figure, le<br />

perçage doit être centré le mieux possible<br />

par rapport aux jauges.<br />

Pour avoir de bons résultats, il faut que<br />

le diamètre de perçage pris en compte<br />

dans les coefficients de sensibilité soit<br />

respecté à mieux qu’au 1/10 e de millimètre<br />

et que l’erreur de centrage soit inférieure<br />

au 1/10 e de millimètre.<br />

En fait pour être certain de respecter ces<br />

impératifs, il faut utiliser des dispositifs de<br />

perçage spécifiquement conçus pour la<br />

détermination des contraintes résiduelles<br />

par la méthode du trou.<br />

Ces dispositifs se fixent à la surface de la<br />

pièce et possèdent un petit bâti dans<br />

lequel se monte d’abord une lunette de<br />

visée qui permet de faire un centrage<br />

précis par rapport à la rosette. Ensuite, la<br />

lunette est déposée et remplacée par une<br />

petite broche de perçage. Du fait que le<br />

système vient d’être centré sur la rosette,<br />

il n’y aura que très peu d’erreur de positionnement<br />

du trou.<br />

Par contre, pour éviter les déviations de forêt<br />

au début ou au cours du perçage, il ne faut<br />

pas utiliser des forets classiques. Il faut<br />

prendre des forets spéciaux qui ressemblent<br />

plutôt à de toutes petites fraises.<br />

Et si le diamètre du trou est faible (2 mm<br />

par exemple), alors les contraintes résiduelles<br />

peuvent être déterminées dans<br />

une couche superficielle de quelques millimètres<br />

sans faire un perçage très profond<br />

(guerre plus de 2 mm). Si, en plus, la pièce<br />

n’est pas très petite, comme c’est souvent<br />

le cas dans l’industrie, alors les traces laissées<br />

par la mise en œuvre de la méthode<br />

sont très ténues et ne sont, bien souvent,<br />

pas gênante pour envisager une utilisation<br />

ultérieure de la pièce.<br />

C’est pour cela que cette méthode de<br />

détermination des contraintes résiduelles<br />

est dite « semi destructive ».<br />

Les résultats obtenus sont de bonne<br />

qualité si il y a une bonne uniformité de<br />

Vue de rosettes tri directionnelles de jauges de déformations<br />

pour la méthode du trou<br />

(document Vishay MicroMesures)<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 2 8


Une fois que le trou est percé, il faut<br />

remonter la lunette pour relever la valeur<br />

exacte du diamètre du trou qui a été percé.<br />

Les coefficients de sensibilité doivent alors<br />

être corrigés en tenant compte de la valeur<br />

exacte du diamètre du trou.<br />

Ainsi, si le centrage est bon et si le diamètre<br />

du trou est mesuré à quelques centièmes<br />

de millimètre prés, alors il est possible d’obtenir<br />

des valeurs de contraintes résiduelles<br />

avec une incertitude relative inférieure ou<br />

égale à 5% lorsque les contraintes résiduelles<br />

à déterminer sont supérieures à 100<br />

à 150 MPa.<br />

Lorsque les erreurs de centrage et de<br />

relevé du diamètre du trou se rapprochent<br />

du 1/10 e de millimètres, cette incertitude<br />

atteint voire dépasse 10%.<br />

Conclusions :<br />

Grâce aux développements récents effectués<br />

d’une part au niveau de l’outillage de<br />

mise en œuvre et d’autre part sur l’optimisation<br />

des formes de rosettes spécifiques<br />

de mesure de déformations, la<br />

technique de détermination des contraintes<br />

résiduelles par la méthode du trou est<br />

utilisable industriellement sans difficulté<br />

particulière et donne des résultats satisfaisants.<br />

Il est maintenant possible de<br />

maîtriser le centrage et le diamètre de<br />

perçage des trous à quelques centièmes<br />

de mm, ce qui permet d’avoir des valeurs<br />

de contraintes résiduelles à +/- 5% (qualité<br />

de mesure largement suffisante pour<br />

prendre en compte correctement l’effet<br />

des contraintes résiduelles).<br />

L’exploitation des résultats de mesure<br />

relevés au cours du perçage des trous<br />

n’est plus une difficulté car elle est faite<br />

automatiquement par des logiciels dédiés<br />

simples.<br />

La tendance à la réduction des diamètres<br />

et des profondeurs perçage des trous<br />

(fréquemment diamètres et profondeurs<br />

de l’ordre de 2 mm), fait que, sur bon<br />

nombre de pièces de l’industrie, ils ne sont<br />

pas gênants par la suite et n’entraine pas<br />

de rebut. C’est d’ailleurs pour cela que<br />

cette méthode est souvent appelée<br />

méthode semi destructive de détermination<br />

des contraintes résiduelles ●<br />

Il apparaît donc que les effets des erreurs<br />

sur les mesures des déformations mécaniques<br />

indiquées par les jauges restent<br />

faibles par rapport aux effets des erreurs<br />

liées au processus de perçage. Les incertitudes<br />

sur les résultats proviennent essentiellement<br />

du perçage.<br />

Abstract<br />

Blind hole drilling method is a residual<br />

stress determination method largely used<br />

in the industry. The basic principal of the<br />

method is given first, resting on a simple<br />

application case: the determination of a<br />

uniform single axial stress pattern like<br />

the one existing in a flat plate in tension.<br />

This sketch clearly demonstrates, in a<br />

pragmatic way, how the method works in<br />

order to show to future users how to<br />

adapt it as better as possible to their<br />

future applications.<br />

Then, the simplified presentation is enlarged<br />

to the general case of biaxial stress<br />

pattern of unknown directions. All mathematical<br />

strains reduction relations<br />

converting strains in stresses are given<br />

and commented so that they can be used<br />

or programmed easily.<br />

Finally, main parts of the implementation<br />

of the method are depicted, especially<br />

the strain rosettes types and special<br />

drilling machine tool. Special cares to<br />

have good results are also emphasized. If<br />

well applied, this method gives good<br />

results in accordance with the needs.<br />

Résumé<br />

Dans l’industrie, la détermination des contraintes résiduelles se fait souvent en utilisant la<br />

méthode du trou. Le principe de cette méthode est d’abord présenté sur la base d’un cas<br />

simple d’application : la détermination d’un état de contrainte résiduelle uniforme et unidirectionnel<br />

du type de l’état de contrainte existant dans une barre plate en traction simple.<br />

Il est ainsi possible de se rendre compte de manière pragmatique comment fonctionne la<br />

méthode afin d’être capable de l’appliquer à bon escient par la suite.<br />

Ensuite, la présentation simplifiée est élargie au cas général des états bidirectionnels de<br />

contraintes résiduelles de directions inconnues. Toutes les relations mathématiques permettant<br />

de calculer les contraintes à partir des déformations mécaniques mesurées au cours<br />

du perçage des trous sont données et commentées afin de pouvoir être utilisées ou programmées<br />

facilement.<br />

Enfin, les principaux aspects de la mise en œuvre de la méthode sont traités avec en<br />

particulier les types de rosettes de jauges de déformations et l’outillage spécifique de<br />

perçage à utiliser ainsi que les précautions à prendre. Il apparait que la qualité des résultats<br />

obtenus est satisfaisante si la mise en œuvre est faite avec soin.<br />

Références<br />

Encyclopédie VISHAY d’analyse des contraintes par Jean Avril,<br />

avec la collaboration de Thomas W. Corby Jr., James Dorsey, Yves Dunand, Jacques Fleury,<br />

Michel Gérant, Jean-Luc Legoër, Georges Marcillac, Charles C. Perry, Alex S. Redner, James<br />

E. Starr, Robert J. Whitehead, Felix Zandman.<br />

Handbook of Residual Stress and Deformation of steel<br />

ASM International The Material Information Society<br />

edited by G. Totten, M. Howes, T. Inoue.<br />

An introduction to Measurements using Strain Gages _ Karl Hoffmann _<br />

Publisher: Hottinger Baldwin Messtechnik GmbH, Darmstadt.<br />

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Outil<br />

Guide pratique des précautions<br />

d’inter-câblage des dispositifs<br />

de mesure<br />

Ce guide a comme objectif d’aider les entreprises à se poser les bonnes<br />

questions et à prendre les bonnes dispositions pour réaliser des mesures<br />

de qualité en milieu industriel perturbé et cela au moindre coût et dans des<br />

délais acceptables. L’outil sera disponible courant 2013 à l’ASTE et mis<br />

gratuitement à la disposition de toutes les entreprises qui lui en feront la<br />

demande, en particulier les PME et les PMI. Ce guide est en cours d’élaboration<br />

à l’ASTE avec le concours d’un certain nombre de partenaires<br />

convaincus de son utilité et grâce à l’appui du ministère de l’Industrie/Direction<br />

générale de la compétitivité, de l’industrie et des services (DGCIS).<br />

Les dispositifs de mesure sont de plus en<br />

plus largement utilisés dans l’industrie. Grâce<br />

aux développements récents associant les<br />

progrès réalisés dans les domaines de l’électronique<br />

et de l’informatique, ils ont toujours<br />

de très bonnes performances intrinsèques<br />

et sont en apparence très simples à utiliser.<br />

Or, l’expérience montre que leur mise en<br />

œuvre dans un environnement industriel peut<br />

parfois être à l’origine d’anomalies de fonctionnement<br />

dont les utilisateurs n’ont pas<br />

conscience (par exemple : l’utilisation sans<br />

précaution de grandes longueurs de câbles<br />

pour relier les capteurs au reste du dispositif<br />

de mesure ou le branchement sur un secteur<br />

électrique, par ailleurs perturbé par le fonctionnement<br />

anormal de certaines grosses<br />

machines, peuvent entrainer des erreurs<br />

dans les mesures).<br />

Les apports du guide<br />

Ce guide permet :<br />

- de décrire simplement la constitution des<br />

dispositifs de mesure utilisés dans l’industrie<br />

et leur environnement de fonctionnement<br />

(quantification des perturbations environnantes,<br />

en particulier les perturbations électromagnétiques),<br />

- d’estimer automatiquement les erreurs de<br />

mesure dues aux perturbations électromagnétiques,<br />

- de dimensionner les techniques de réduction<br />

des effets perturbateurs les moins<br />

onéreuses possible.<br />

L’utilisation du guide<br />

Le guide est un outil informatique conversationnel<br />

qui présente les différents systèmes<br />

de mesure pris en compte, sous la forme<br />

de schémas synoptiques sur lesquels l’utilisateur<br />

indique les valeurs des paramètres<br />

caractéristiques propres à son utilisation et<br />

les types de perturbations qui risquent de se<br />

produire.<br />

L’outil informatique indique alors l’ordre de<br />

grandeur des erreurs qui peuvent résulter de<br />

ces perturbations. Ensuite, il propose des<br />

techniques de réduction des effets perturbateurs<br />

que l’utilisateur peut choisir et dimensionner.<br />

L’outil informatique évalue les<br />

améliorations apportées par les techniques<br />

sélectionnées.<br />

Les types de mesures<br />

traitées par le guide<br />

Dans sa version initiale, le guide traitera les<br />

mesures des types de grandeurs physiques<br />

suivantes :<br />

- les températures (mesures par thermocouples<br />

et sondes à résistances – RTD),<br />

- les grandeurs électriques (tensions,<br />

courant, fréquence),<br />

- les grandeurs mécaniques (forces,<br />

couples, moments),<br />

- les longueurs, distances, déplacements,<br />

- les débits et les pressions,<br />

- les vibrations.<br />

Les types de sources<br />

de perturbations<br />

électromagnétiques<br />

prises en compte<br />

- la présence de machines génératrices de<br />

parasites à proximité des dispositifs de<br />

mesure (robots, postes à souder, tourets<br />

secteurs non déroulés, gros moteurs électriques,<br />

alternateurs, grosses génératrices à<br />

courants continus, émetteurs d’ondes électromagnétiques<br />

à très hautes fréquences tels<br />

que téléphones portables, télécommandes),<br />

- le fonctionnement de la machine ou de<br />

l’équipement sur lequel sont relevées les<br />

mesures,<br />

- le fonctionnement du banc d’essais sur<br />

lequel est installée la pièce ou la structure<br />

dont le comportement est caractérisé par<br />

les mesures,<br />

- la présence sur le secteur de charges déformantes<br />

engendrées par exemple par une<br />

mauvaise utilisation de batteries de condensateurs<br />

de redressement du cos (cas des<br />

installations de cogénération dans lesquels<br />

les batteries de condensateurs ne sont pas<br />

reconfigurées au moment du démarrage ou<br />

de l’arrêt des moteurs diesel),<br />

- le fonctionnement de grosses machines<br />

avec des déséquilibres de charge des<br />

phases,<br />

- la présence sur le secteur de système à<br />

thyristors ou à composants statiques de<br />

puissance (régulateurs de puissance pour<br />

machines tournantes, régulateur de puissance<br />

de chauffage de fours ou de batteries<br />

de chauffage à résistances, régulateurs<br />

de vitesses par onduleurs changeant la<br />

fréquence du secteur),<br />

- l’existence d’anomalies dans le régime du<br />

neutre des installations électriques, en particulier<br />

dans le cas des installations avec<br />

neutre impédant (régime IT),<br />

- les défauts d’équipotentialité des masses,<br />

- le passage de câbles de puissance à proximité<br />

des dispositifs de mesure ●<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3 0


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Tendance marché<br />

Le virtuel,dernier rempart<br />

des essais en environnement<br />

Les entreprises industrielles sont de plus en plus confrontées à une problématique<br />

de réduction de coûts qui les pousse à chercher par tous les<br />

moyens des outils pour optimiser leurs process. Et les essais ne sont pas<br />

exclus de cette logique. Si, il n’y a encore pas si longtemps, les essais<br />

virtuels ne représentaient qu’une part infime des opérations de tests industriels,<br />

ils occupent aujourd’hui une place prépondérante et se posent en<br />

tant que véritable soutien des essais en environnement.<br />

« Les possibilités d’applications avec la simulation<br />

sont de plus en plus nombreuses,<br />

s’enthousiasme Ascension Vizinho-Coutry,<br />

directrice technique MathWorks France. À<br />

titre d’exemple, les souffleries font appel<br />

à la modélisation pour l’étude du comportement<br />

des ailerons ou encore pour chaque<br />

partie du véhicule de façon à s’affranchir<br />

de la “composante matériel” ». Pour répondre<br />

à une demande croissante, des éditeurs<br />

de renom tels que MahWorks ont tour à tour<br />

développé des outils mathématiques et<br />

physiques dans le but d’aider les industriels<br />

à développer des algorithmes – à l’exemple<br />

de MatLab – afin de matérialiser des idées<br />

grâce à des solutions de modélisation bien<br />

plus perfectionnées que naguère. « Nous<br />

avons également mis au point dès les<br />

années 1990 SimuLink, une solution appliquée<br />

en particulier à l’automobile puis à<br />

l’aéronautique pour simuler les comportements<br />

liés au pilotage ».<br />

Mathworks-Ecocar 2 : un partenariat<br />

pour former la prochaine génération d’ingénieurs<br />

Grâce au soutien de MathWorks à EcoCAR 2, un concours (étalé sur trois ans) qui permet aux élèves<br />

ingénieurs de concevoir et de construire des véhicules écologiques en utilisant des technologies<br />

automobiles de pointe, les participant au concours bénéficieront de conseils et d’outils Matlab et<br />

Simulink pour une pédagogie de projet. Objectif pour les étudiants : acquérir durant toute la durée du<br />

concours une expérience pratique en utilisant les technologies employées par les principaux constructeurs<br />

automobiles actuels.<br />

Mis en place par le Département de l’Énergie des États-Unis (DOE) et par General Motors (GM), EcoCAR<br />

2 fournit une expérience de conception pratique aux élèves ingénieurs. Ce concours met au défi seize<br />

universités nord-américaines de réduire l’impact environnemental d’une Chevrolet Malibu sans sacrifier<br />

pour autant les aspects performances et popularité auprès des consommateurs. Les étudiants doivent<br />

suivre le processus de General Motors (le GVDP, Global Vehicle Development Process) pour la conception<br />

de leur véhicule. Dans le cadre de ce programme, les participants utiliseront les outils de l’approche<br />

Model-Based Design de MathWorks pour créer, modéliser et simuler l’architecture de leur véhicule.<br />

« MathWorks participe aux concours de technologie automobile avancés du Département de l’Énergie des<br />

États-Unis depuis plus de dix ans, a déclaré Paul Smith, directeur des services de conseil chez<br />

MathWorks, et conseiller principal du concours EcoCAR 2. Ces concours permettent aux étudiants de passer<br />

de la théorie à la pratique grâce à un apprentissage des pratiques et technologies de l’industrie. Nous<br />

pensons que cette approche avec EcoCAR 2 permettra de former de futurs ingénieurs automobiles et<br />

encouragera les innovations en matière de conception technique dans toutes les industries. »<br />

L’aéronautique est bel et bien présent sur<br />

le marché des outils d’essais virtuels,<br />

même si les tests physiques, comme en<br />

témoignent notamment les pages suivantes<br />

du dossier central de ce numéro<br />

d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong>, occupent toujours<br />

une place prédominante ; « il existe bien<br />

entendu et il existera toujours des flighttests<br />

pour s’assurer du comportement de<br />

la structure ou du moteur d’un avion en<br />

plein vol, pour tester sa robustesse. Mais<br />

le souci c’est que ces opérations coûtent<br />

très cher, d’où l’intérêt de la simulation et<br />

de la modélisation dont les outils permettent<br />

aujourd’hui de tester à moindre coût<br />

mais aussi bien plus rapidement les<br />

parties de l’appareil – comme le pilotage<br />

ou l’électronique – que l’on souhaite précisément<br />

tester sans pour autant étudier<br />

toute la structure ». Il en est de même pour<br />

le pilotage virtuel dont les technologies de<br />

plus en plus pointues permettent de<br />

prendre en compte le « facteur humain »<br />

de la façon la plus précise possible.<br />

Des applications<br />

de plus en plus complexes<br />

La simulation va désormais bien plus loin<br />

qu’un simple support des essais physiques.<br />

Bien plus qu’une aide, elle se<br />

présente comme un soutien à part entière<br />

dans le développement de différents<br />

produits dans la mesure où les outils<br />

proposés sur le marché intègrent désormais<br />

tous les paramètres nécessaires à la<br />

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éalisation d’essais, à commencer par la prise<br />

en compte d’une multitude de composants<br />

électroniques. « Les structures sur lesquelles<br />

on effectue des tests sont de plus en plus<br />

complexes. C’est le cas de l’automobile ou<br />

l’aéronautique ; ces deux secteurs ont beaucoup<br />

de problématiques communes en<br />

raison d’une électronique omniprésente »,<br />

rappelle Ascension Vizinho-Coutry. Par<br />

ailleurs, de nouveaux critères de qualité<br />

ont fait leur apparition comme le volume<br />

sonore général de l’appareil et d’une façon<br />

plus générale le confort. « Prenons l’exemple<br />

d’un Airbus A380. Dans ce type d’appareil<br />

s’y trouvent beaucoup plus de<br />

fonctionnalités, d’électronique, de systèmes<br />

multimédias et de données à traiter<br />

; tout cela amène à de la simulation. Il a<br />

donc été essentiel<br />

pour nous de développer<br />

des outils spécifiques<br />

et pouvant être<br />

intégrés sur des bancs<br />

de test pour réaliser<br />

des analyses plus<br />

poussées ».<br />

Au final, deux grandes<br />

tendances se dessinent.<br />

L’une concerne<br />

les grands volumes de<br />

données, exigeant des<br />

systèmes de traitement<br />

d’informations de plus en plus puissants et<br />

une présence omniprésente de capteurs de<br />

toutes sortes. D’autre part, les éditeurs d’outils<br />

de simulation doivent travailler sur des<br />

modèles bien plus complexes, « à l’exemple<br />

de la modélisation des produits mécatroniques<br />

». Par ailleurs, cette modélisation<br />

revêt plusieurs aspects bien définis, comme<br />

la modélisation physique, multi-physique ou<br />

multi-domaine, et ce dans des environnements<br />

très divers avec des plateformes<br />

collaboratives impliquant de plus en plus<br />

d’individus aux métiers et aux univers différents<br />

les uns des autres. Le but est-il encore<br />

d’œuvrer pour une meilleure compréhension<br />

et aboutir à un langage commun ●<br />

Olivier Guillon<br />

Des outils de calcul parallèle optimisent l’analyse<br />

de risques lors d’une transplantation cardiaque<br />

L’Université de Lund, l’une des plus grandes universités au monde dans le domaine de la recherche,<br />

utilise Matlab, Neural Network Toolbox et Parallel Computing Toolbox, ainsi que Matlab Distributed<br />

Computing Server, pour améliorer le taux de survie à long terme des receveurs de greffe cardiaque<br />

en identifiant la compatibilité optimale entre le receveur et le donneur. Les chercheurs de l’Université<br />

de Lund et de l’Hôpital universitaire de Skåne ont en effet exploré les relations complexes entre les<br />

nombreuses variables intervenant lors d’une transplantation, y compris le poids, le sexe, l’âge et le<br />

groupe sanguin du donneur et du receveur, ainsi que la durée d’interruption du flux sanguin vers le<br />

cœur pendant la transplantation. L’analyse de ces six variables a demandé la simulation de 30 000<br />

combinaisons différentes et la simulation de toutes ces combinaisons pour 50 000 patients a pris plusieurs<br />

semaines à l’aide d’un logiciel open-source qui s’est avéré être instable et inexact.<br />

Pour relever les défis liés à la vitesse et à la fiabilité, les chercheurs ont utilisé Matlab et Neural<br />

Network Toolbox pour développer des modèles de réseaux neuraux artificiels (ANN) prédictifs. Ces<br />

modèles ANN ont été définis à l’aide des données des donneurs et des receveurs issues de deux<br />

bases de données mondiales : le registre de la Société internationale de transplantation cardiaque et<br />

pulmonaire (ISHLT - International Society for Heart and Lung Transplantation) et la base de données<br />

de transplantation thoracique nordique (NTTD - Nordic Thoracic Transplantation Database). « Les<br />

gains réalisés par l’Université de Lund illustrent parfaitement la façon dont le calcul haute performance<br />

permet aux équipes de développer des modèles complexes plus fiables en moins de temps,<br />

a déclaré Silvina Grad-Freilich, responsable marketing pour le calcul parallèle chez MathWorks. Les<br />

ingénieurs et les scientifiques veulent résoudre leurs problèmes plus rapidement, et, au cours de la<br />

dernière décennie, la capacité à dénicher les meilleurs matériels a entravé leurs efforts. Des outils<br />

tels que Parallel Computing Toolbox et Matlab Distributed Computing Server, leur ont permis de surmonter<br />

cet obstacle ».<br />

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ESI Group élargit les compétences de<br />

simulation des procédés de fonderie<br />

ESI Group, leader et pionnier des solutions<br />

de prototypage virtuel pour les industries<br />

manufacturières, a lancé la dernière version<br />

de la Suite Logicielle de Fonderie<br />

d’ESI, composée de ProCAST et QuikCAST.<br />

La suite permet de simuler l’intégralité des<br />

procédés de fonderie, dont les défauts de<br />

coulée et de solidification, les propriétés<br />

mécaniques et les changements dimensionnels<br />

de la pièce.<br />

La Suite Logicielle de Fonderie propose<br />

une analyse rapide des effets dus à des<br />

changements géométriques ou des changements<br />

de procédé, pour toutes sortes<br />

de pièces coulées, afin de prendre les<br />

bonnes décisions au bon moment, depuis<br />

le tout début du cycle de fabrication.<br />

Le prototypage virtuel permet aux fonderies<br />

d’abaisser les coûts de développe-<br />

ment produit, réduire les délais de mise<br />

sur le marché et augmenter la qualité des<br />

pièces.<br />

Par ailleurs, en complément des nouvelles<br />

fonctionnalités de la Suite Logicielle de<br />

Fonderie, ESI distribue désormais un outil<br />

de conception de systèmes de coulée en<br />

fonderie sous pression.<br />

Le Centre technique des industries de la<br />

fonderie (CTIF) et ESI Group ont d’ailleurs<br />

signé un accord pour la distribution exclusive,<br />

le support technique et le développement<br />

de Salsa 3D.<br />

Développé par CTIF, cet outil permet de<br />

dimensionner les systèmes d’alimentation<br />

en s’appuyant sur des règles à la fois empiriques<br />

et physiques.<br />

SALSA 3D permet d’équilibrer les pertes<br />

de charges à chaque attaque pour garantir<br />

un débit de métal assurant le même temps<br />

de remplissage pour chaque élément, d’obtenir<br />

l’écoulement désiré, et de transférer<br />

le dessin du système soit dans un logiciel<br />

de simulation, soit pour usiner le moule.<br />

Intérêt de cette solution : d’importantes<br />

réductions de coûts, de délais de développement<br />

et mise au point.<br />

Réduire ses délais<br />

de conception<br />

et de livraison<br />

grâce à un logiciel<br />

La réalisation de prototypes numériques<br />

permet à Škoda Electric d’accroître l’efficacité<br />

de son processus de conception et<br />

de mieux relever les défis actuels en<br />

matière de production. Pour ce faire, ce<br />

fournisseur de commandes électriques de<br />

traction, trolleybus et moteurs de traction<br />

a fait appel à Autodesk, éditeur de logiciels<br />

de conception, d’ingénierie et de divertissements<br />

3D.<br />

La société tchèque a en effet utilisé les<br />

méthodes de prototypage numérique intégrées<br />

au logiciel Autodesk Inventor pour<br />

réduire les délais de livraison et augmenter<br />

l’efficacité de ses processus<br />

de conception.<br />

Dassault Systèmes sur le point d’acquérir Gemcom<br />

Dassault Systèmes, leader mondial des logiciels de création 3D, de maquettes numériques en 3D et<br />

de solutions de gestion du cycle de vie des produits (PLM — Product Lifecycle Management), a<br />

annoncé au printemps son intention d’acquérir la société canadienne Gemcom Software International<br />

(Gemcom), un éditeur de logiciels de modélisation et de simulation géologique. Gemcom est également<br />

le leader mondial des solutions logicielles pour le secteur minier. Le montant de l’opération s’élèverait<br />

à environ 360M$.<br />

« Avec l’acquisition de Gemcom, qui vient compléter les capacités offertes par notre plate-forme 3D<br />

Expérience, l’objectif est de modéliser et de simuler notre planète, d’améliorer la prédictibilité, l’efficacité,<br />

la sécurité et la conformité aux normes environnementales dans l’industrie dédiée à l’exploitation<br />

de nos ressources naturelles, a déclaré Bernard Charlès, directeur général de Dassault<br />

Systèmes. Pour atteindre cet objectif ambitieux, nous avons créé une nouvelle marque, Geovia.<br />

L’approvisionnement en matières premières et la disponibilité à long terme des ressources naturelles<br />

constituent une des préoccupations majeures de notre société. Notre ambition est de fournir des<br />

expériences 3D permettant d’imaginer des innovations durables capables d’harmoniser les produits,<br />

la nature et la vie. Cette annonce représente une avancée significative dans cette stratégie. »<br />

Aussi, avec le logiciel Inventor, l’équipe de<br />

concepteurs de Škoda Electric a développé<br />

des prototypes numériques du moteur. Ces<br />

prototypes ont fourni les données requises<br />

pour acquérir les pièces nécessitant un<br />

long délai d’approvisionnement dès le<br />

début du projet, alors même que les différents<br />

composants étaient en cours de<br />

développement. Résultat, les fournisseurs<br />

ont été impliqués beaucoup plus tôt dans<br />

la phase de développement, ce qui a<br />

permis de rationaliser le processus de<br />

conception du produit et de préparer le<br />

lancement de la production.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3 4


Objectif de Maple 16, traiter n’importe quel type<br />

de mathématiques.<br />

Avec Drag-to-Solve, les utilisateurs peuvent résoudre les équations<br />

étape par étape, en faisant simplement glisser les termes<br />

un à un. Ils peuvent également explorer des expressions pour<br />

approfondir leur compréhension du problème et déterminer les<br />

étapes suivantes vers la solution.<br />

Un logiciel intuitif destinés<br />

aux ingénieurs de tests<br />

Smart Popups fait apparaître instantanément pour l’expression<br />

soulignée des identités mathématiques, des tracés, des factorisations,<br />

et bien plus encore, aidant ainsi l’utilisateur à choisir<br />

l’opération suivante à effectuer ●<br />

La société française Adas, filiale du groupe Nexeya, spécialisée<br />

dans les domaines de la mesure, de la télémesure et du conditionnement<br />

de signal, propose désormais un nouveau logiciel<br />

permettant de développer des applications pour moyens d’essais<br />

de laboratoires ou embarqués. Développé en France, ce<br />

nouveau logiciel, nommé Kallisté, est dédié aux ingénieurs d’essais<br />

et s’appuie sur un ensemble de nouveaux concepts permettant<br />

d’envisager le développement de ces applications de manière<br />

intuitive.<br />

Kallisté se programme en langage humain et propose les phrases<br />

adaptées en fonction du contexte. La programmation se fait par<br />

simples opérations de « Drag And Drop », limitant les saisies clavier<br />

au minimum nécessaire. L’utilisateur manipule des volts, des<br />

intensités, des accélérations sans pour autant se soucier de leur<br />

codage informatique (nombres flottants, chaînes de caractères,<br />

etc.).<br />

Une nouvelle version du logiciel<br />

de calcul Maple 16<br />

MaplesoftTM vient de lancer une nouvelle version de son produit<br />

phare, MapleTM, le logiciel de calcul technique des ingénieurs,<br />

mathématiciens et scientifiques. Avec Maple 16, Maplesoft introduit<br />

de nouveaux outils et de nouvelles techniques dans sa collection<br />

Clickable MathTM. Dans cette nouvelle solution logicielle,<br />

Smart Popups et Drag-to-SolveTM associent des assistants,<br />

tuteurs, menus contextuels et autres outils Clickable Math qui<br />

procurent une interface pointer-cliquer pour résoudre, visualiser<br />

et explorer les problèmes mathématiques.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3 5


Retour d’expérience<br />

Un logiciel aide à optimiser la forme<br />

des comprimés pour un complément<br />

alimentaire<br />

Asahi Group, fabricant japonais de boissons alcoolisées, de boissons gazeuses<br />

et de compléments alimentaires, a exploité Optimus pour peaufiner la forme<br />

de comprimés afin de faciliter la déglutition des compléments alimentaires.<br />

Des évaluations sensorielles et une modélisation de surfaces de réponse (RSM,<br />

Response Surface Modeling) ont permis à Asahi d’identifier la meilleure forme<br />

de comprimé, tant du point de vue de la conformité que de la facilité de prise.<br />

Cependant, le fait de donner aux comprimés une forme plus arrondie a réduit<br />

aussi la durée de vie des comprimés et celle des machines de poinçonnage<br />

utilisées pour les produire. En simulant la dureté du comprimé et la résistance<br />

du poinçon, les techniques RSM d’Optimus ont révélé un meilleur<br />

compromis de conception entre d’une part, la durée de vie des comprimés et<br />

de l’outillage et, d’autre part, la facilité de déglutition.<br />

Produire des comprimés<br />

plus faciles à avaler<br />

Disponibles dans une multitude de formes,<br />

de couleurs et de saveurs, les comprimés<br />

sont aujourd’hui la forme la plus courante<br />

d’administration de médicaments et de<br />

compléments alimentaires par voie orale.<br />

Compte tenu du fait que les personnes<br />

âgées éprouvent des difficultés à déglutir<br />

les comprimés, il s’est avéré nécessaire<br />

de mettre au point des comprimés faciles<br />

à avaler. C’est ainsi que M. Hideaki Sato,<br />

M. Hideaki Sato a étudié la corrélation<br />

pouvant exister entre les<br />

caractéristiques des comprimés et la<br />

facilité de déglutition.<br />

responsable au Research Laboratories for<br />

Fundamental Technology of Food, Asahi<br />

Group Holdings Ltd., a étudié la corrélation<br />

susceptible d’exister entre chacun des<br />

trois facteurs caractéristiques du<br />

comprimé, à savoir diamètre, rayon de<br />

courbure et épaisseur, et la facilité de<br />

déglutition. Les recherches ont porté sur<br />

des comprimés dont les faces comportaient<br />

un ou deux rayons de courbure.<br />

La surface de réponse générée à partir des<br />

résultats d’évaluation sensorielle a montré<br />

qu’un plus petit diamètre du comprimé ne<br />

favorise pas nécessairement la déglutition.<br />

Compte tenu de la difficulté de modifier le<br />

diamètre des comprimés pour des raisons<br />

de réglementation, il a été décidé que la<br />

Lorsque l’on fabrique des comprimés de<br />

forme plus arrondie, cela diminue leur<br />

dureté ainsi que la durée de vie des<br />

poinçons des presses de production.<br />

solution la plus appropriée consistait à<br />

réduire leur rayon de courbure (c’est-à-dire<br />

à arrondir davantage le comprimé). Cependant,<br />

une telle modification de forme réduit<br />

la dureté du comprimé et diminue la durée<br />

de service de la presse de production.<br />

Simulation de la dynamique<br />

de poinçonnage<br />

des comprimés<br />

La machine à poinçonner les comprimés<br />

fonctionne en continu pour comprimer<br />

instantanément de la poudre par mise en<br />

œuvre de pressions extrêmement élevées.<br />

Les poinçons de la presse à comprimés<br />

subissent en production des niveaux de<br />

contrainte très élevés qui provoquent<br />

parfois des défaillances mécaniques. Si<br />

l’on réduit le rayon de courbure des<br />

comprimés, la forme de la tête du poinçon<br />

devient plus anguleuse et la force de poinçonnage<br />

de l’outil diminue. Pour remédier<br />

aux ruptures de têtes de poinçon, les capacités<br />

de modélisation de surfaces de<br />

réponse (RSM) d’Optimus ont été mises à<br />

contribution pour évaluer la relation<br />

pouvant exister entre la forme du poinçon<br />

et/ou du comprimé et les charges mécaniques<br />

admissibles.<br />

Des simulations avec Ansys ont fourni les<br />

données d’entrée permettant d’effectuer<br />

des évaluations RSM à l’aide d’Optimus.<br />

En règle générale, Optimus permet une<br />

approche de type plan d’expériences (DOE,<br />

Design of Experiments) à même de fournir<br />

l’entrée la plus pertinente pour la phase<br />

de modélisation RSM à venir. Le DOE est<br />

un plan d’expériences virtuel visant à<br />

obtenir un maximum d’informations pertinentes<br />

avec un minimum d’efforts de simulation.<br />

En fonction des résultats du plan<br />

d’expériences virtuel, Optimus applique<br />

une méthode d’interpolation pour créer un<br />

modèle de surface de réponse.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3 6


Le graphique de contribution RSM montre que le<br />

critère ayant la plus forte influence sur la charge<br />

admissible est le diamètre du comprimé (D), suivi<br />

par le rapport des rayons (S). Les deux rayons<br />

individuels (R1 et R2) ont montré une influence à<br />

peu près identique.<br />

La méthode RSM d’Optimus a mis en avant un comprimé comportant<br />

un grand rayon de courbure R1 (pour garantir la dureté des comprimés)<br />

et un rayon de courbure R2 plus petit (pour faciliter la déglutition).<br />

C’est le compromis qui répond le mieux aux objectifs fixés.<br />

L’étude des contraintes par la méthode<br />

des éléments finis n’était pas gagnée<br />

d’avance car les comprimés sont un agglomérat<br />

de substances pulvérulentes<br />

compactées par compression. Contrairement<br />

aux structures mécaniques, la forme<br />

et le module d’Young peuvent être très<br />

différents en fonction des charges de<br />

compression. En collaboration avec<br />

Cybernet Systems, le distributeur japonais<br />

d’Ansys et d’Optimus, M. Hideaki Sato a<br />

mis au point une méthode révolutionnaire<br />

de prévision des contraintes subies par un<br />

comprimé. De toute évidence, le module<br />

d’Young du matériau du comprimé ne<br />

pouvait pas être considéré comme constant.<br />

L’équipe a alors extrapolé un module<br />

d’Young variable réaliste en transcrivant<br />

la force de réaction s’exerçant sur la tête<br />

du poinçon lors de la compression d’un<br />

comprimé et en l’utilisant comme une<br />

approche alternative pour définir le module<br />

d’Young de ce dernier. La cohérence de<br />

cette approche avec les résultats expérimentaux<br />

a été validée et a conduit à des<br />

résultats de simulation convenables et<br />

relativement précis. Pour une région allant<br />

du centre au bord du comprimé, le module<br />

d’Young local interne diminue progressivement<br />

tandis que la densité et le risque<br />

de fissure augmentent.<br />

Les chercheurs ont également effectué<br />

des simulations Ansys pour estimer la<br />

capacité de charge de la tête du poinçon.<br />

Ils ont préparé un modèle axisymétrique<br />

2D et défini entre le poinçon et le<br />

comprimé un élément de contact représentant<br />

la tête du poinçon glissant légèrement<br />

sur le comprimé pendant la phase<br />

de compression de la poudre. Dans ces<br />

simulations, les calculs ont été répétés<br />

jusqu’à ce que la contrainte à l’intérieur<br />

du comprimé atteigne la valeur admissible<br />

afin d’identifier la capacité de charge.<br />

Utilisation de la méthode<br />

RSM d’Optimus<br />

pour améliorer la forme<br />

du comprimé<br />

Les résultats de simulation de contraintes<br />

fournis par Ansys ont ensuite été analysés<br />

à l’aide de la méthode RSM d’Optimus. Les<br />

chercheurs ont défini comme critères de<br />

conception le diamètre (D) du comprimé,<br />

les rayons de courbure (R1 et R2) dans<br />

deux directions et le rapport des rayons (S<br />

= R1/R2). Ils ont spécifié que le résultat<br />

de conception visé était l’obtention de la<br />

charge admissible la plus élevée possible.<br />

La surface de réponse a été calculée par<br />

la méthode des moindres carrés en utilisant<br />

un polynôme du second degré. Cette<br />

méthode mathématique détermine la<br />

surface qui s’ajuste le mieux à un<br />

ensemble défini de points de données en<br />

minimisant la somme des carrés des<br />

résidus de points de la surface.<br />

Les surfaces de réponse Optimus ont<br />

montré que la charge admissible du<br />

comprimé à double rayon de courbure est<br />

inférieure à celle du comprimé présentant<br />

un seul rayon de courbure. En outre, la<br />

charge admissible du comprimé à double<br />

rayon de courbure augmente en même<br />

temps que les rayons de courbure R1 et<br />

R2. À partir de l’analyse du modèle de<br />

surface de réponse, les chercheurs ont<br />

constaté que la charge admissible<br />

augmentait en même temps que les différents<br />

critères de conception. Dans l’ordre<br />

décroissant des paramètres les plus<br />

influents, on trouve le diamètre (D), suivi<br />

par le rapport des rayons de courbure (S),<br />

puis les deux rayons individuels (R1 et R2)<br />

qui affichent une influence à peu près<br />

égale. Les surfaces de réponse ont indiqué<br />

qu’un comprimé doté d’un grand rayon de<br />

courbure R1 (pour garantir la dureté des<br />

comprimés) et un rayon de courbure R2<br />

plus petit (pour faciliter la déglutition) représentait<br />

le compromis qui répondait le<br />

mieux aux objectifs d’ensemble. La modélisation<br />

par surfaces de réponse Optimus<br />

révélant des tendances inhérentes dans<br />

l’espace du modèle, lesquelles sont<br />

souvent non linéaires, cette technique est<br />

intéressante pour aider les ingénieurs à<br />

prendre plus rapidement des décisions<br />

mieux étayées et ainsi concevoir des<br />

produits plus durables et répondant mieux<br />

aux souhaits des consommateurs ●<br />

Cette surface de réponse Optimus<br />

montre que le diamètre (D) d’un<br />

comprimé a plus d’influence que le<br />

rapport (S) de ses rayons de courbure.<br />

Une autre surface de réponse Optimus<br />

illustre une influence à peu près égale<br />

des deux rayons de courbure individuels<br />

(R1 et R2) sur la charge admissible.<br />

M. Hideaki Sato<br />

Research Laboratories for Fundamental<br />

Technology of Food,<br />

Asahi Group Holdings Ltd.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3 7


En pratique<br />

Application de la thermographie<br />

infrarouge embarquée<br />

en exploitation d’infrastructures<br />

Cet article relate la réalisation d’un travail dont l’objectif était de savoir si<br />

la mise en place d’une caméra thermique pouvait conduire à des résultats<br />

comparables à ceux du radiomètre, et augmenter le rendement de<br />

mesure. Le but étant d’établir la possibilité de mettre en œuvre une caméra<br />

infrarouge sur un véhicule destiné aux signatures thermo-hygrométriques<br />

pour avoir une analyse sur plusieurs voies et sur une zone plus étendue.<br />

Le suivi thermo-hygrométrique des itinéraires,<br />

appelé communément « thermal<br />

mapping » est employé depuis trente ans.<br />

Par la mesure de la température de<br />

surface des chaussées et des paramètres<br />

atmosphériques, la susceptibilité des itinéraires<br />

à la formation de verglas est alors<br />

établie, bien que des modèles numériques<br />

existent aussi. Les mesures sont réalisées<br />

à l’aide d’un véhicule placé dans le trafic<br />

et pour des conditions météorologiques<br />

anticycloniques. Ces mesures servent à la<br />

fois à la construction d’un index de risque<br />

hivernal, et comme donnée d’entrée pour<br />

des modèles numériques de prévision s’appuyant<br />

sur un bilan énergétique. Lorsque<br />

le point de rosée passe sous une température<br />

de surface négative, un risque de<br />

verglas et de perte d’adhérence apparaît.<br />

La température de surface de chaussée<br />

est généralement mesurée par un radiomètre<br />

infrarouge avec une fréquence<br />

spatiale donnée quelle que soit la vitesse<br />

du véhicule.<br />

Pour éviter des artéfacts radiatifs du soleil,<br />

les mesures sont effectuées avant l’aube,<br />

cette période exacerbant le comportement<br />

thermique de la chaussée, là où l’énergie<br />

accumulée par la chaussée termine sa<br />

dissipation par conduction, convection et<br />

rayonnement, et avant d’entamer un<br />

nouveau cycle. Les itinéraires auscultés<br />

sont de plusieurs dizaines de kilomètres<br />

et parfois sur plusieurs voies. Le « thermal<br />

mapping » permet aux gestionnaires d’instrumenter<br />

pour surveillance ou tout simplement<br />

d’installer une signalisation adaptée.<br />

L’environnement routier est également<br />

saisi (ponts, revêtements, zones boisées,<br />

agglomérations,...) pour faciliter l’analyse<br />

ultérieure. Cependant, les itinéraires longs<br />

et à voies multiples demandent énormément<br />

de temps avec un simple radiomètre.<br />

Description<br />

des instruments et<br />

du protocole expérimental<br />

Un radiomètre infrarouge PRT5 de chez<br />

Barnes Pyrometer avec un angle de vue<br />

de 20° a été utilisé. Il était installé dans<br />

un compartiment régulé à 18°C, et l’ensemble<br />

fixé à l’avant du véhicule, 40 cm<br />

environ au-dessus de la surface auscultée<br />

(Cf. Tableau 1). En raison de sa sensibilité,<br />

sa précision et de son NET, cet instrument<br />

a servi de référence. Les paramètres<br />

atmosphériques usuels (température d’air,<br />

humidité relative, pression atmosphérique)<br />

ont été enregistrés. Ils sont fournis par une<br />

sonde atmosphérique SSBC, élaborée pour<br />

fonctionner sur des véhicules en mouvement,<br />

y compris des ailes d’avion.<br />

La caméra thermique était une Flir ® S65,<br />

constituée d’une matrice bolométrique non<br />

refroidie de 320x240 pixels en bande infrarouge<br />

III (Cf. Tableau). La caméra est<br />

installée dans un boîtier fixée côté<br />

passager. Elle est reliée à un ordinateur<br />

par câble firewire IEEE 1394. Elle était<br />

mise en route plus de trente minutes avant<br />

les mesures pour obtenir un conditionnement<br />

optimal de l’électronique. L’angle de<br />

vue de la caméra était tel que l’image thermique<br />

comprenait plusieurs éléments de<br />

la scène, de la surface de chaussée et<br />

jusqu’à la voûte céleste. Dans une telle<br />

configuration, la route est observée selon<br />

un angle presque rasant. Un « miroir » est<br />

installé dans le champ de vision de la<br />

caméra, ainsi qu’une surface recouverte<br />

de Nextel Velvet coating 811-21, dont<br />

l’émissivité est considérée comme stable<br />

et égale à 0.97. Celle du miroir a été<br />

établie à 0.063. En raison de l’angle d’observation<br />

presque rasant, la zone de<br />

mesure de la caméra est située bien audevant<br />

de celle du radiomètre.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 3 8


Figure 1 : Véhicule pour les signatures thermo-hygrométriques, et illustration de mise en œuvre<br />

Il existe donc un décalage en distance<br />

entre la température donnée par le radiomètre<br />

et celle donnée par la caméra au<br />

même moment. Ce décalage en distance<br />

dépend de la zone de l’image thermique<br />

qui sera analysée. Plus cette zone sera<br />

éloignée de l’avant du véhicule, plus le<br />

décalage sera important (Cf. Figure 1). Les<br />

images thermiques produites par la<br />

caméra sont analysées avec le logicel ThermaCam<br />

Researcher 2.9. Plusieurs zones<br />

d’intérêt ont été définies sur le miroir, la<br />

peinture Nextel et la surface de la<br />

chaussée. Cette dernière était telle qu’aucune<br />

interférence thermique liée aux véhicules<br />

n’était incorporée dans la zone<br />

d’intérêt.<br />

Dans la configuration choisie, le décalage<br />

en distance était de douze mètres. Cette<br />

valeur représente la distance entre le point<br />

de mesure du radiomètre et le milieu de<br />

la zone d’intérêt sur l’image thermique.<br />

L’acquisition des données pour les paramètres<br />

atmosphériques se fait tous les 3<br />

m, avec une vitesse inférieure à 110 km/h,<br />

et à l’aide d’une interface développée sous<br />

LabView ® . L’émissivité de la chaussée était<br />

d’abord supposée égale à 1 et devait se<br />

comporter comme un corps noir. Un<br />

ensemble de situations ont été enregistrées<br />

par l’opérateur (ponts, zones<br />

urbaines, forêts, ...) susceptibles de faciliter<br />

l’analyse de la réponse thermique.<br />

Une interface logicielle d’acquisition de<br />

données, également développée sous<br />

LabView ® et utilisant un module spécifique<br />

Flir ® a été élaboré. Le code a été développé<br />

pour opérer en mode «snapshot» pour les<br />

prises de vue. Pour composer avec le<br />

temps d’intégration de la caméra thermique,<br />

les transferts de données, l’acquisition<br />

des images thermiques se fait seulement<br />

tous les douze mètres, à des vitesses<br />

inférieures à 70 km/h et avec le format<br />

natif Flir ® pour les images. Malgré le mode<br />

« snapshot », la matrice microbolomètre et<br />

l’ensemble de l’électronique de la caméra<br />

infrarouge possède un temps d’intégration<br />

de quelques ms. Il engendre un léger effet<br />

de trainée sur les images thermiques<br />

lorsque le véhicule est en mouvement. La<br />

trace induite derrière l’objet s’étend sur<br />

2 pixels pour la configuration de mesure<br />

choisie à 70 km/h. Cet aspect est<br />

compensé par le choix d’une zone d’intérêt<br />

dont la taille excède l’effet de trainée. Les<br />

paramètres atmosphériques mesurés avec<br />

les différents capteurs tels que la température<br />

de l’air, l’humidité relative, sont<br />

utilisés comme paramètres objets d’entrée<br />

sur la caméra thermique lors de l’enregistrement<br />

des images.<br />

Équation 1 :<br />

L mesuré = τ atmosphère .ε chaussée .L chaussée + τ atmosphère .(1 − ε chaussée ).L environnement + (1 − τ atmosphère ).L atmosphère<br />

Équation 2 :<br />

T 4 mesuré = ε chaussée .T 4 chaussée+(1 − ε chaussée ).T 4 environnement<br />

Équation 3 :<br />

WR = 2.WR(Ts ) + WR(Td ),<br />

avec WR(T s ) = 0 si −0.5°C ≤ T s − T s,moyenne


L’itinéraire choisi pour le test avait trente<br />

kilomètres environ de long, avec des<br />

mesures qui duraient près de trente<br />

minutes. Cet itinéraire comportait plusieurs<br />

configurations, avec des 2x1 voies à des<br />

autoroutes à plusieurs voies, des passages<br />

supérieurs et inférieurs, avec et sans forêts<br />

sur le côté. Les mesures ont été conduites<br />

en absence de rayonnement solaire pour<br />

éviter des artéfacts, et avec une légère<br />

couverture nuageuse. Le véhicule est resté<br />

dans la voie la plus à droite en circulation<br />

sur autoroutes. Une distance importante<br />

a été laissée entre le véhicule et celui qui<br />

le précédait pour éviter de prendre en<br />

compte sa signature thermique.<br />

Dans une telle configuration, il existe une<br />

forte variété de matériaux utilisés pour<br />

l’élaboration de la route empruntée. De<br />

plus, avec le vieillissement et l’usure des<br />

revêtements, ainsi que les réparations, de<br />

nombreuses situations différentes ont été<br />

rencontrées tout au long de ces trente kilomètres.<br />

Une émissivité constante pouvait<br />

difficilement être choisie. Son émissivité<br />

peut être considérée comme proche de 1<br />

dans des conditions d’observations proche<br />

de la normale par rapport à la surface de<br />

la chaussée. D’après la littérature consultée,<br />

l’émissivité décroît lorsque l’angle<br />

d’observation s’approche des 90° par<br />

rapport à la normale de la surface considérée.<br />

Cependant, en première approche,<br />

la spécularité de la chaussée a été<br />

négligée. Des différences peuvent survenir<br />

entre les mesures du radiomètre et celles<br />

de la caméra thermique.<br />

Résultats et discussion<br />

Avant tout traitement spécifique ou correction<br />

d’environnement radiatif, un offset est<br />

alors observé entre les mesures données<br />

par les deux instruments, les températures<br />

mesurées par la caméra thermique étant<br />

significativement basses. Cependant, l’allure<br />

des courbes semble similaire. De plus,<br />

les éléments principaux de l’itinéraire tels<br />

que des ponts sont correctement détectés<br />

par les deux instruments. Avant toute<br />

correction, l’amplitude thermique mesurée<br />

avec la caméra (11°C) est supérieure à<br />

celle donnée par le radiomètre (6°C).<br />

L’équilibre radiatif du système peut s’écrire<br />

selon l’équation 1.<br />

Dans la configuration choisie, la distance<br />

maximale entre la caméra et la route, où<br />

une mesure est effectuée, est approximativement<br />

quinze mètres. La situation<br />

météorologique était telle qu’aucun nuage<br />

ni brouillard n’étaient présents durant les<br />

mesures. Le coefficient de transmission<br />

atmosphérique a donc été pris égal à 1.<br />

La contribution de l’atmosphère peut dès<br />

lors être négligée.<br />

Les mesures avec la caméra thermique<br />

ont été effectuées en considérant que les<br />

corps dans son champ de vision étaient<br />

de corps noirs. L’équation 1 devient alors<br />

équation 2 en absence de spécularité. La<br />

luminance de l’environnement radiatif s’obtient<br />

avec un miroir installé dans le champ<br />

de vision de la caméra infrarouge. Comme<br />

expliqué dans les paragraphes précédents,<br />

les mesures sont conduites avec une<br />

caméra présentant un angle rasant par<br />

rapport à la surface de la chaussée. Dans<br />

une telle configuration, l’émissivité est inférieure<br />

aux habituels 0.95-0.98 de matériaux<br />

non métalliques en général et des<br />

bétons bitumineux en particulier. Une émissivité<br />

de 0.77 a été choisie, en cohérence<br />

avec la littérature. Cette valeur permet de<br />

prendre en compte le caractère rasant de<br />

l’observation. Ce choix conduit à faire coïncider<br />

les valeurs issues du radiomètre<br />

infrarouge, choisi comme référence, avec<br />

celles de la caméra thermique. Ainsi, avec<br />

l’équation 2, les corrections d’environnement<br />

radiatif peuvent être obtenues. Une<br />

fois accomplies les corrections d’environnement<br />

radiatif, et celle de distance entre<br />

les deux mesures, on obtient une bonne<br />

concordance des températures mesurées<br />

avec les deux instruments.<br />

Il existe de nombreuses manières de<br />

calculer le risque hivernal (RH, ou WR en<br />

anglais) d’un itinéraire. En France, la<br />

moyenne de certains paramètres (température<br />

d’air, humidité relative, température<br />

de surface de chaussée, point de rosée)<br />

sont communément utilisées pour analyser<br />

le risque d’occurrence d’eau solide.<br />

Le risque hivernal RH est défini selon<br />

l’équation 3.<br />

Une telle approche du risque hivernal n’est<br />

pas optimale. Le choix d’une moyenne de<br />

tout l’itinéraire peut dissimuler des singularités<br />

d’un itinéraire. De plus, si on considère<br />

deux tronçons d’un même itinéraire<br />

analysés à deux moments différents d’une<br />

même saison, un tel calcul ne permet pas<br />

la concaténation. Un calcul avec l’équation<br />

(3) a été entrepris avec les données<br />

de la caméra thermique et les corrections<br />

nécessaire. L’allure globale était respectée<br />

mais avec des différences nettes entre les<br />

deux instruments. Cette différence peut<br />

être aisément expliquée en raison de la<br />

sensibilité de l’expression à la moyenne.<br />

Elle est de 0.7°C avec le radiomètre,<br />

contre 1.3°C pour la caméra Flir, alors que<br />

la moyenne du point de rosée est identique<br />

dans les deux cas.<br />

Les mesures avec la caméra thermique<br />

ont une étendue spatiale donnée. En<br />

raison de l’angle d’observation rasant, les<br />

points les plus lointains de la caméra apparaissent<br />

plus froids que ceux plus proches<br />

du véhicule, la différence atteignant parfois<br />

2°C. Une correction basée sur une distribution<br />

d’émissivité sur la zone d’analyse<br />

de la caméra peut être envisagée, en lieu<br />

et place d’une émissivité constante. Ce<br />

paramètre décroît fortement pour des<br />

angles d’observation inférieurs à 10°<br />

d’angle. Ces effets, combinés à la sensibilité<br />

de la caméra thermique, ont conduit<br />

à exacerber le risque hivernal. Bien que<br />

très courante, cette approche présente<br />

des limites. Bien que les deux instruments<br />

présentent des distributions gaussiennes<br />

de températures, la sensibilité à la moyenne<br />

est nette. Deux mesures distinctes d’un<br />

même tronçon ne permettent pas de<br />

recouvrement en terme de risque hivernal<br />

puisque la moyenne change. De plus,<br />

prendre une moyenne globale est délicat<br />

puisque le comportement thermique local<br />

est le résultat d’un équilibre énergétique<br />

local, et non la conséquence d’évènements<br />

plusieurs kilomètres amont et aval. L’autre<br />

désavantage d’une moyenne globale est<br />

la disparition de prise en compte des<br />

saisons et de l’infrastructure. Le risque<br />

hivernal est nécessairement davantage<br />

marqué en hiver qu’en n’importe quelle<br />

autre saison, bien que le risque de condensation<br />

existe toujours. Cependant une<br />

moyenne globale d’un itinéraire ne reflète<br />

ni les saison, ni les effets d’un pont<br />

communément identifiés comme des<br />

zones préférentielles d’occurrence de<br />

verglas en raison d’un effet convectif<br />

plus marqué.<br />

Afin d’étudier une approche plus appropriée<br />

et plus cohérente du risque hivernal,<br />

une moyenne glissante a été testée, et ce<br />

sur des mesures conduites tout au long<br />

d’une année calendaire. Cette moyenne<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 0


glissante portait sur une distance de 500<br />

m centrée sur chaque point de mesure<br />

(Equation 4).<br />

Une comparaison a été établie pour les<br />

deux approches de calcul du risque<br />

hivernal, et cela pour analyser la cohérence<br />

avec les saisons, et celle avec l’infrastructure<br />

(Figure 3).<br />

(a) risque hivernal classique en fonction de la distance (m),<br />

mesure du 31 janvier 2009<br />

(b) risque hivernal avec moyenne glissante en fonction de la distance (m),<br />

mesure du 2009-01-31<br />

Une différence significative apparaît entre<br />

les deux approches. Avec la moyenne glissante,<br />

le risque hivernal décroît avec le<br />

printemps et l’été. Il existe un risque résiduel<br />

puisque le risque de condensation<br />

est toujours présent. Il est remarquable<br />

que les maximales du risque apparaissent<br />

toujours aux mêmes endroits quelle que<br />

soit la saison. Une cohérence ressort clairement<br />

vis à vis de l’infrastructure, notamment<br />

les ponts. La présence de zones<br />

boisées est également pointée comme<br />

zones à risque en raison d’une humidité<br />

relative plus grande, ou encore en raison<br />

d’une topographie qui bloque le rayonnement<br />

solaire. Ces explications étaient plus<br />

difficiles à trouver avec l’approche classique.<br />

Des calculs supplémentaires ont<br />

été entrepris avec d’autres moyennes glissantes<br />

(250 mètres, 125 mètres) et<br />

confirme les résultats avec 500 mètres,<br />

avec une modification de l’intensité.<br />

Conclusion<br />

et perspectives<br />

La réalisation effectuée, les mesures ont<br />

été comparées à celles issues du radiomètre<br />

PRT5 pour calculer la susceptibilité<br />

d’un itinéraire à l’apparition d’eau solide.<br />

Un itinéraire de trente kilomètres a été<br />

sélectionné, avec différentes configurations<br />

routières (autoroutes, routes urbaines,<br />

ponts, forêts,...).<br />

La caméra infrarouge a été installée sur<br />

un véhiculé dédié à l’auscultation des<br />

routes.<br />

(c) risque hivernal avec moyenne glissante en fonction de la distance (m),<br />

mesure du 2009-08-19<br />

Figure 3 : cohérence du risque hivernal avec les saisons et l’infrastructure<br />

Des corrections radiométriques simplifiées<br />

ont été réalisées pour prendre en compte<br />

l’angle d’observation de la caméra par<br />

rapport à la surface de la chaussée. De<br />

plus, une correction d’offset de distance<br />

a été considérée entre les mesures des<br />

deux instruments.<br />

Une interface LabView ® a été développée<br />

pour l’acquisition de données, avec prise<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 2


en compte des paramètres atmosphériques<br />

et des images thermiques. L’analyse<br />

des températures de surface des deux<br />

instruments a montré des similarités. Une<br />

comparaison a été effectuée sur une zone<br />

située entre les bandes de roulement.<br />

Une fois effectuées les corrections d’émissivité<br />

et d’offset de distance, il existe un<br />

bon accord entre les mesures de températures<br />

de surface de chaussée.<br />

La caméra thermique donne une amplitude<br />

plus importante que le radiomètre.<br />

L’angle d’observation rasant induit une<br />

émissivité plus faible, avec la forme d’une<br />

distribution sur la zone d’intérêt.<br />

Le risque hivernal a été établi de manière<br />

conventionnelle et simple. L’approche avec<br />

une moyenne glissante conduit à une<br />

meilleure cohérence avec les saisons et<br />

l’infrastructure.<br />

En conclusion, la faisabilité de la réalisation<br />

de signatures thermo-hygrométriques<br />

avec une caméra infrarouge a été établie.<br />

Cela améliorerait le rendement de mesures<br />

par l’analyse de plusieurs voies de circulation<br />

en simultané.<br />

La position de la caméra infrarouge mérite<br />

d’être optimisée en fonction de son angle<br />

de vue. Une réduction de la fréquence d’acquisition<br />

des images thermiques de vingtquatre<br />

à douze mètres aiderait l’analyse<br />

des données ●<br />

(1) Cete de l’Est-LRPC Nancy-ERA,<br />

(2) Certes, université Paris Est,<br />

(3) Ifsttar, Macs<br />

M. Marchetti (1) ,<br />

M. Moutton (1) ,<br />

S. Ludwig (1) ,<br />

L. Ibos (2) ,<br />

J. Dumoulin (3)<br />

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E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 3


Dossier<br />

Préface<br />

Le sud-ouest de la France,<br />

une terre riche en moyens d'essais<br />

Pour le grand public, le sud-ouest est surtout connu pour ses<br />

vins, sa gastronomie, ses plages et sa forêt des Landes.<br />

Il dispose aussi, mais c’est moins connu, d’une industrie de<br />

très haute technologie, essentiellement dans les domaines<br />

de l’aéronautique, du spatial et de l’optique laser, basée<br />

sur une composante financée dans le cadre d’activités civiles<br />

(avec Airbus, Safran, Dassault et le Cnes comme grands<br />

donneurs d’ordre) et une composante Défense, issue des<br />

programmes liés à la dissuasion nucléaire (avec la DGA, EADS<br />

et le CEA).<br />

Pour maitriser les produits de leur responsabilité, ces organismes<br />

se sont équipés au cours du temps de moyens de<br />

calcul (matériels et logiciels) et d’essais très performants<br />

permettant de maîtriser la physique de l’extrême et de devenir<br />

des leaders mondiaux dans leur domaine (aviation, turbomoteurs<br />

d’hélicoptères, lanceurs, satellites, lasers…).<br />

Deux grands pôles de compétitivité (Aerospace-Valley et Route<br />

des Lasers), associés à des pôles non régionaux (Systematic,<br />

Astech, Pegase…), permettent de développer des projets<br />

communs de recherche entre les grands groupes, les laboratoires<br />

et les PME-PMI.<br />

Nous présentons dans ce dossier quelques activités réalisées<br />

dans le grand Sud-Ouest dans le domaine des essais<br />

et simulations numériques.<br />

• 2ADI présente la plate-forme PROMEA, un site Web ouvert,<br />

permettant de connaître l’ensemble des moyens expérimentaux<br />

disponibles en Aquitaine,<br />

• Astrium met en avant ses moyens de tomographie X,<br />

permettant d’atteindre une résolution de quelques dizaines<br />

de mm sur des objets de plusieurs m3.<br />

• Le CEA–Cesta nous fait visiter ses moyens d’essais<br />

accidentels (lanceurs, tours de chute, fosses<br />

à incendie) du TEE utilisés pour la tenue au crash<br />

de conteneurs et de véhicules.<br />

• Metexo décrit la plate-forme de services Mosart<br />

(dont le démonstrateur avait été présenté dans le<br />

N°99 de la revue), une opportunité pour les PME<br />

d’accès depuis leur entreprise et au juste besoin<br />

à la simulation numérique et aux services associés.<br />

• Turbomeca montre quelques exemples de simulation<br />

pour la mise au point d’un turbomoteur<br />

•Algotech décrit la démarche et les outils de compatibilité<br />

électromagnétique (CEM) disponibles pour<br />

l’aide à la conception de torons de câbles dans un<br />

environnement industriel.<br />

Tous ces outils et moyens ne sont qu’un échantillon des<br />

travaux effectués dans le sud-ouest. Ils montrent le dynamisme<br />

des entreprises et leur volonté d’être toujours à la<br />

pointe des développements. Des contacts directs peuvent<br />

être pris pour des informations plus précises (cf. tableau cidessous)<br />

Jean-Paul Prulhière .Metexo Eng.<br />

Entreprise Correspondant Mail<br />

2ADI Bertrand Deraigne b.deraigne@aquitaine-dev-innov.com<br />

ALGOTECH Jacques Père-Laperne j.perelaperne@algotech.fr<br />

ASTRIUM Patrick Jamain Patrice.jamain@astrium.eads.net<br />

CEA-CESTA Michel Guidon michel.guidon@cea.fr<br />

METEXO Jean-Paul Prulhière jean-paul.prulhiere@laposte.net<br />

TURBOMECA Eric Seinturier Eric.seinturier@turbomeca.fr<br />

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Dossier<br />

Équipements<br />

Stéréo-corrélation d’images<br />

numériques : deux ans d’utilisations<br />

variées sur les essais aéronautiques<br />

DGA Techniques Aéronautiques (DGA-TA), anciennement Centre d’essais<br />

aéronautiques de Toulouse (CEAT) a pour mission d’assurer la sécurité des<br />

aéronefs grâce à des essais et des expertises dans des domaines très<br />

variés comme les essais de structure (statique, fatigue, impact) ou les<br />

essais environnementaux (climatiques, électromagnétique, agression<br />

foudre). Pour améliorer ces prestations, le CEAT s’est doté en 2009 d’un<br />

appareil de mesure par stéréo-corrélation d’images numériques (ou DIC<br />

pour Digital Image Correlation) Aramis ® produit par la société GOM.<br />

Après une période de caractérisation<br />

métrologique et de prise en main sur les<br />

essais mécaniques, ce moyen a été utilisé<br />

en tant que capteur de champs de déplacements<br />

sur d’autres plateformes d’essai.<br />

Ainsi cette technique de mesure a permis<br />

de fournir des données quantitatives<br />

jusque là inaccessibles et a permis d’ouvrir<br />

de nouveaux domaines d’études. Dans<br />

cet article, sont détaillées les expérimentations<br />

pour la caractérisation de plaques<br />

composites aux effets de la foudre et pour<br />

l’étude du comportement des voiles de<br />

parachute.<br />

Présentation succincte<br />

de la technique de mesure<br />

par stéréo-corrélation<br />

d’images numériques<br />

Du point de vue des utilisateurs industriels,<br />

la technique de mesure par stéréo-corrélation<br />

se présente sous la forme d’un<br />

capteur optique doté de deux caméras<br />

accompagné d’un logiciel de configuration<br />

et de traitement de données. Le spécimen<br />

doit être préalablement recouvert d’un<br />

motif type mouchetis.<br />

Des paires d’images successives sont<br />

prises au cours de l’essai, lors de la sollicitation<br />

de l’éprouvette. Les résultats<br />

obtenus sont, à chaque prise de vue, la<br />

forme 3D du spécimen, les champs de<br />

déplacements et des champs de déformations.<br />

Les applications typiques de cette technique<br />

sont la mesure de champs de déplacements<br />

et de déformations sur des essais<br />

de matériaux. La mesure de champ de<br />

déplacement permet par exemple de<br />

détecter, localiser, et mesurer un phénomène<br />

de cloquage sur une structure avion<br />

lors d’un essai statique de structure avion<br />

(figure 1 et 2).<br />

Les courbes de la figure 2 représentent le<br />

déplacement des trois sections (visibles<br />

sur la représentation 3D de droite) au<br />

cours d’un chargement de l’état initial<br />

(courbe du bas) à l’état final (courbe du<br />

haut). On peut observer sur la section<br />

médiane ainsi que sur la vue 3D que la<br />

peau de l’avion présente bien un relief. Ce<br />

cloquage apparaît lors du septième niveau<br />

Figure 1 : Capteur et zone de mesure<br />

sur l’aéronef<br />

Figure 2 : Résultat des mesures par DIC<br />

sur un essai statique de structure<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 6


Dossier<br />

de chargement. Ces mesures de déplacements<br />

ont permis de comprendre le<br />

comportement des mesures de contrainte<br />

sur la structure avion, qui apparaissaient<br />

au même niveau de chargement sur les<br />

essais précédents.<br />

Caractérisation<br />

métrologique du moyen<br />

de mesure<br />

Le moyen de mesure Aramis ® a été caractérisé<br />

métrologiquement à DGA-TA pour<br />

les mesures de champs de déplacements.<br />

Le mode opératoire a consisté à déplacer<br />

un objet rigide préalablement moucheté,<br />

sur la tête d’une machine à mesurer tridimensionnelle.<br />

Pour les grandes surfaces<br />

de mesure, le banc d’étalonnage était<br />

constitué d’un interféromètre laser mesurant<br />

le déplacement rectiligne d’un objet<br />

moucheté. Cette caractérisation a été<br />

menée pour l’ensemble des configurations<br />

optiques utilisées à DGA-TA (caméras<br />

rapides, objectifs, et taille de zone de prise<br />

de vue). Cela a aussi permis de déterminer<br />

certains facteurs d’influence sur la qualité<br />

de la mesure et d’améliorer le mode opératoire<br />

expérimental.<br />

Tableau 1 : Exemple d’incertitudes de mesure proposées en essai<br />

Figure 3 : Vue globale d’une installation DIC sur un essai de foudroiement<br />

À titre d’exemple, des incertitudes de<br />

mesures proposées en essai sont présentées<br />

dans le tableau 1. Ces incertitudes<br />

sont supérieures à la justesse constatée<br />

lors des étalonnages en laboratoire pour<br />

prendre en compte l’environnement de<br />

l’essai.<br />

Caractérisation<br />

de matériaux composites<br />

à l’effet direct foudre<br />

DGA-TA dispose de plusieurs générateurs<br />

de courant et de tension pour évaluer l’endommagement<br />

des systèmes avion à la<br />

foudre. Le générateur Super Dicom permet<br />

de reproduire les trois phases d’une agression<br />

foudre, dont l’onde A qui atteint<br />

250 kA en 10 µs.<br />

Une étude sur le comportement des<br />

composites au foudroiement en fonction<br />

de leur composition, de leur protection et<br />

de l’épaisseur de la peinture nécessitait<br />

de mesurer la déflexion de la plaque juste<br />

après l’impact.<br />

Le dispositif mis en place (Cf. figure 3)<br />

consistait à filmer la face arrière de la<br />

Figure 5 : Résultats de DIC lors d’un essai de foudroiement<br />

plaque à l’aide de deux caméras rapides.<br />

Ce capteur était préalablement calibré<br />

pour que les images soient traitées par<br />

Aramis ® . Les caméras sont des caméras<br />

Photron APX de résolution 250 Kpx à 6000<br />

images par seconde. La plaque mesurant<br />

une trentaine de centimètres de diamètre<br />

est encastrée dans un bâti d’essai.<br />

Une première phase d’essais a permis de<br />

valider la représentativité du mode de sollicitation<br />

sur des éprouvettes identiques<br />

d’aluminium de 2 mm. Différents paramètres<br />

ont été modifiés : fixations, distance<br />

entre l’électrode d’injection et l’éprouvette,<br />

polarité, etc. Les tirs étaient identiques, à<br />

(200kA±10% / 2×106A 2 .s±20%).<br />

Une fois que le mode opératoire a été<br />

validé, les essais ont permis d’évaluer des<br />

matériaux de type CFPR (Carbon Fibre<br />

Reinforced Plastic) en fonction de l’épaisseur<br />

d’une peinture aéronautique (100 ou<br />

300 µm) et de la protection. Les protections<br />

étaient du Bronze Mesh (BM) 65g/m 2<br />

ou de l’Expanded Aluminium Foil (EAF)<br />

90g/m 2 .<br />

Les résultats de la DIC exploités sont principalement<br />

le déplacement d’une section<br />

de la plaque (section positionnée sur un<br />

diamètre) et le déplacement maximal du<br />

centre de la plaque (Cf figure 5).<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 7


Dossier<br />

La courbe du haut représente la forme<br />

de 3 sections à un instant t. On peut<br />

observer la présence de modes d’oscillation.<br />

La courbe du bas représente le déplacement<br />

(en mm) du point de central de la<br />

plaque au cours du temps (en ms). La<br />

visualisation 3D de droite représente la<br />

cartographie 3D des déplacements lors de<br />

la déflexion maximale.<br />

Cette campagne d’essais a permis de<br />

constater que :<br />

- la déflexion maximale augmentait avec<br />

l’épaisseur de la peinture<br />

- sans peinture, la déformation d’une<br />

éprouvette protégée avec de l’EAF<br />

90g/m 2 est sensiblement inférieur à celle<br />

protégée par du BM 65 g/m 2<br />

- avec de la peinture, la déformation est<br />

supérieure avec une protection type EAF<br />

90g/m 2 .<br />

Ces données ont été accessibles grâce à<br />

la DIC. D’autres techniques de mesure de<br />

déplacement pour les essais foudre existent,<br />

mais ne permettent pas d’obtenir une<br />

mesure globale et sont lourdes à mettre<br />

en œuvre. Ces techniques de mesure ont<br />

validé les mesures par DIC sur la mesure<br />

de la déflexion maximum.<br />

L’utilisation de la DIC pour cette application<br />

est toutefois limitée par le couple<br />

cadence des caméras. Nous ne pouvons<br />

pas, pour le moment, mettre en évidence<br />

des phénomènes dynamiques se produisant<br />

au-delà de 3 kHz.<br />

<strong>Essais</strong> d’une voile<br />

de parachute en soufflerie<br />

impulsionnelle<br />

Le système de mesure par DIC a aussi été<br />

utilisé sur l’installation « Wind Blast » de<br />

DGA-TA. Cette installation permet de<br />

générer des rafales d’air de 300 m/s en<br />

100 ms, avec un pallier de 500 ms. La<br />

soufflerie impulsionnelle Wind Blast sert<br />

à tester par exemple des équipements<br />

pilotes (casque, masque) dans des conditions<br />

d’éjection pilote. La mesure par<br />

Stéréo-corrélation s’est greffée à une<br />

campagne d’essai sur l’extraction d’un<br />

parachute à une vitesse d’air de 50 m/s.<br />

Cette opération s’est déroulée dans le<br />

cadre d’une étude de faisabilité pour<br />

mesurer en vol la forme d’une voile de<br />

parachute. A terme, les résultats viendront<br />

Figure 6 « Installation DIC au Wind<br />

Blast »<br />

alimenter les modèles de simulation aérodynamique<br />

utilisée par DGA-TA.<br />

L’installation d’essai est constituée d’un<br />

couple de caméras rapides (1 MPx à 1000<br />

images/secondes) disposé à plus de deux<br />

mètres de hauteur. La zone d’intérêt mesure<br />

1 mètre cube. Les caméras ont été disposées<br />

à l’arrière de la voile, à une certaine<br />

distance de la buse d’air pour ne pas que le<br />

capteur se décalibre (Cf. figure 6).<br />

Cet essai de faisabilité a servi à valider<br />

une partie de l’aspect expérimental :<br />

- peinture du mouchetis sur tissu et résolution<br />

spatiale des résultats<br />

- mesure sur des matériaux très souples<br />

- grande surface de mesure<br />

- éclairage naturel<br />

Le mouchetis a été créé grâce à des stylos<br />

indélébiles noirs, avec des tâches de 10<br />

mm. La résolution spatiale des résultats<br />

est suffisante pour cette application.<br />

Le logiciel de traitement d’images arrive<br />

bien à déterminer la forme du parachute<br />

à chaque instant et à suivre ses différentes<br />

parties au cours de son déplacement dans<br />

la veine d’air (Cf figure 7).<br />

Pour une application en vol, d’autres points<br />

sont à lever dont le principal est le positionnement<br />

des caméras par rapport à la<br />

voilure, le conditionnement du capteur, et<br />

Bibliographie<br />

Figure 7 « Forme d’un parachute<br />

d’extraction lors de son déploiement »<br />

de la grande dimension de la zone d’intérêt.<br />

Conclusion<br />

Les quelques exemples qui ont été<br />

présentés montrent la diversité des applications<br />

dans lequel le moyen de mesure<br />

a été utilisé à DGA-TA. Des expérimentations<br />

ont été moins concluantes que<br />

prévues, comme les essais dynamiques<br />

de structure. En effet, des débris viennent<br />

altérer la vision des spécimens de mesure.<br />

La qualité de la mesure de déplacement<br />

a été quantifiée par une série de manipulation<br />

pour la majorité des cas d’applications<br />

du moyen, en vidéo haute résolution<br />

et en vidéo rapide. Une étude de caractérisation<br />

du moyen en déformation reste à<br />

mener.<br />

Enfin, le potentiel d’utilisation à DGA-TA va<br />

encore être augmenté grâce au couplage<br />

de ce système avec un appareil de mesure<br />

par photogrammétrie qui permettra de<br />

faire des mesures en multi-capteurs sur<br />

des plus grandes zones de mesure. L’achat<br />

en cours de nouvelles caméras rapides<br />

permettra d’augmenter la cadence de prise<br />

de vue pour les essais dynamiques ●<br />

Christophe Larrieu, Christophe<br />

Simond et Frederic Lago<br />

(DGA Techniques Aeronautiques)<br />

[1] M.A. Sutton, J.-J. Orteu, H.W. Schreier, Image Correlation for Shape, Motion and Deformation<br />

Measurements - Basic Concepts, Theory and Applications, 364 p. 100 illus. Hardcover, Springer,<br />

2009. ISBN 978-0-387-78746-6.<br />

[2] F. Lago, G. Fontaine, C. Larrieu, P-Q. Elias, L. Chemartin, P. Lalande, Measurement by a digital<br />

image correlation technique of the deflection of panels submitted to lightning impulse, Icolse<br />

2011.<br />

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Dossier<br />

Tendances<br />

Nouveaux challenges en simulation<br />

numérique pour la conception de<br />

turbomoteurs moins polluants<br />

Avec les préoccupations environnementales croissantes et la raréfaction<br />

des ressources pétrolières, l’amélioration de la performance énergétique<br />

des produits aéronautiques est devenue la priorité des industriels du<br />

secteur. En dix ans, l’industrie aéronautique a pris l’engagement de réduire<br />

la consommation de carburant de 20% et de 50% des émissions (NOx,..).<br />

À plus long terme, des recherches ont démarré pour remplacer les combustibles<br />

fossiles par des alternatives plus écologiques et pour rechercher des<br />

concepts de propulsion nouveaux. La simulation numérique intensive est<br />

devenue un outil indispensable pour répondre à ces objectifs très ambitieux<br />

dans un délai aussi court.<br />

Les motoristes aéronautiques sont des<br />

contributeurs clés à la réduction de la<br />

consommation et de la pollution du trafic<br />

aérien. Dans ce cadre, la démarche de<br />

Turbomeca pour développer des moteurs<br />

plus écologiques est basée selon 3 axes<br />

principaux de recherche portant sur :<br />

- Une meilleure efficacité, par amélioration<br />

du rendement du moteur en optimisant<br />

le cycle thermodynamique, c’est-à-dire<br />

en augmentant le rapport de pression.<br />

Cela implique le développement de<br />

compresseurs plus fortement chargés et<br />

de turbines plus chaudes. Ces composants<br />

sont très sollicités mécaniquement<br />

et thermiquement mais doivent être<br />

fiables et sûrs. Leur conception est donc<br />

fortement contrainte.<br />

Architecture typique d’un turbomoteur<br />

- Une réduction de la masse, obtenue en<br />

diminuant le volume du moteur et en<br />

augmentant la température de fonctionnement.<br />

En effet, la puissance d’un<br />

moteur est directement liée à son débit<br />

massique et à la température d’entrée<br />

de turbine (TET). Pour un objectif de puissance<br />

donné, une augmentation de la<br />

TET permet de réduire le débit massique<br />

à travers le moteur, c’est-à-dire sa taille<br />

et par conséquence sa masse. Le point<br />

dur est de garantir la durée de vie des<br />

structures chaudes, principalement de la<br />

turbine haute pression, juste en aval de<br />

la chambre de combustion. L’optimisation<br />

de masse de tous les composants<br />

du moteur est effectuée par des simulations.<br />

- Une réduction des émissions de NOx, CO,<br />

CO 2 et particules, en développant des<br />

chambres de combustion adaptées aux<br />

mélanges pauvres en carburant sans<br />

compromis sur l’opérabilité (stabilité de<br />

flamme, performance d’extinction et d’allumage).<br />

Bien entendu, ces améliorations permettant<br />

de réduire l’impact environnemental<br />

des systèmes de propulsion pèsent fortement<br />

sur leur conception. Avec ces<br />

contraintes, les composants sont globalement<br />

plus chargés et des simulations avancées<br />

sont systématiquement requises car :<br />

- les marges de conception sont réduites<br />

et doivent donc être évaluées avec précision,<br />

- de nouveaux phénomènes physiques,<br />

notamment instationnaires et fortement<br />

couplés font leur apparition.<br />

- chaque détail géométrique local peut<br />

avoir un impact significatif sur le comportement<br />

du moteur complet<br />

- les interactions entre les phénomènes de<br />

différentes disciplines deviennent significatives<br />

Cela induit une complexité croissante des<br />

simulations liées aux aspects multiphysiques<br />

(plus de degrés de liberté par<br />

point d’intégration, modèles de couplage),<br />

instationnaires (résolution temporelle, non<br />

harmonique) et multi-échelles (d’avantage<br />

de points d’intégration) nécessitant des<br />

centres de calcul de grande puissance<br />

(HPC High Performance Computing).<br />

Cet article illustre ces différents aspects à<br />

travers quatre exemples choisis en suivant<br />

le flux d’air dans le turbomoteur :<br />

- les simulations aérodynamiques dans les<br />

compresseurs<br />

- la conception des chambres de combustion<br />

(états stables et instables)<br />

- la simulation aérothermique dans les<br />

turbines<br />

- la conception mécanique des blindages<br />

de turbine<br />

<strong>Simulations</strong><br />

aérodynamiques<br />

dans les compresseurs<br />

Les performances des compresseurs,<br />

caractérisées par l’efficacité du composant,<br />

le débit, l’opérabilité (la capacité à<br />

accélérer) et taux de compression (rapport<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 4 9


Dossier<br />

entre la pression en sortie du compresseur<br />

et la pression d’admission à l’entrée du<br />

moteur) sont très sensibles aux détails<br />

géométriques. Ces effets technologiques<br />

très localisés sont par exemple les jeux de<br />

fonctionnement (entre les parties fixes et<br />

mobiles), les rayons de raccordement entre<br />

les pales et les disques, les interactions<br />

entre le flux principal et le flux secondaire,<br />

etc. Bien que locaux, ils impactent à<br />

l’ordre 1 les performances globales du<br />

compresseur.<br />

Par ailleurs, le fait de pousser la charge<br />

aérodynamique des compresseurs expose<br />

ceux-ci à des phénomènes instationnaires<br />

violents, souvent non-synchrones, générant<br />

de fortes vibrations.<br />

La conception de ces composants nécessite<br />

donc de modéliser à la fois le compresseur<br />

complet (vaste domaine) et les détails<br />

technologiques (petite taille).<br />

Les équations tridimensionnelles en écoulement<br />

visqueux avec modélisation de la<br />

turbulence, doivent être résolues sur ces<br />

immenses domaines décomposés en<br />

plusieurs millions de cellules, idéalement<br />

avec des approches instationnaires. Cela<br />

revient à cumuler quasiment toutes les<br />

difficultés du calcul numérique.<br />

Conception des chambres<br />

de combustion<br />

Les nouvelles conceptions de chambre de<br />

combustion doivent couvrir un large éventail<br />

de conditions d’exploitation. Leur modélisation,<br />

en particulier à la limite du<br />

domaine de vol ou pendant les phases<br />

transitoires, est un défi pour les modèles<br />

physiques et les méthodes numériques.<br />

- Tout d’abord, la physique de formation<br />

du mélange air-carburant doit être intégrée<br />

par une analyse de l’injecteur (instationnaire,<br />

diphasique, visqueux)<br />

- Puis la simulation aérothermique doit<br />

coupler le flux principal et le flux de dilution,<br />

pour déterminer le comportement<br />

de la flamme et les champs de température<br />

générés. Bien sûr, le comportement<br />

flamme est fortement couplé aux<br />

champs de température / pression dans<br />

la chambre de combustion.<br />

- Ces champs de température sont ensuite<br />

transportés à la sortie de la chambre de<br />

combustion et utilisés pour déterminer<br />

les champs de température sur les<br />

composants de la turbine située en aval.<br />

- Enfin, le comportement instationnaire de<br />

Figure 1 - Simulation d’équilibre de la combustion dans une chambre -<br />

Les champs de température<br />

la chambre de combustion doit être<br />

étudié afin de déterminer sont comportement<br />

transitoire, aux limites du domaine.<br />

Il faut en particulier veiller à ce<br />

qu’aucun des phénomènes instationnaires<br />

n’apparaisse sur la plage de fonctionnement<br />

du moteur (les chambres de<br />

combustion produisant des faibles<br />

niveaux de NOx sont plus sensibles à ces<br />

phénomènes).<br />

Deux exemples sont présentés ici, concernant<br />

le couplage aéro-thermo-chimique<br />

dans la chambre et les comportement<br />

instationnaire haute fréquence.<br />

Couplages<br />

aéro-thermo-chimique<br />

Pour atteindre les cycles thermodynamiques<br />

plus efficaces, il est nécessaire<br />

d’augmenter le rapport pression / température<br />

en entrée de turbine, ce qui entraine<br />

de facto l’augmentation de la charge thermique<br />

dans la chambre de combustion.<br />

De plus, l’emploi de technologies à faible<br />

NOx impose d’utiliser plus d’air pour la<br />

combustion et moins pour le refroidissement<br />

que les chambres conventionnelles.<br />

Ainsi, le refroidissement de la chambre de<br />

combustion nécessite la réalisation d’études<br />

spécifiques. L’utilisation de simulations<br />

avancées avec des moyens de calcul<br />

haute performance (HPC) est devenue<br />

indispensable.<br />

A titre d’exemple, une simulation avancée<br />

3D d’un secteur de chambre de combustion<br />

est présenté sur la figure 1. Afin de<br />

traiter précisément le refroidissement des<br />

parois de la chambre de combustion, tous<br />

les trous d’injection ont été inclus dans<br />

la simulation. Ceci conduit à un maillage<br />

de 13 millions de cellules tétraédriques.<br />

Avec cette technique, il est possible :<br />

- d’avoir une carte précise des charges<br />

thermiques sur les parois refroidies.<br />

- de mieux prendre en compte l’interaction<br />

entre les jets produits par les trous de<br />

refroidissement et le flux principal,<br />

- et donc de prédire plus précisément la<br />

carte de la température à la sortie de<br />

combustion, ce qui est dimensionnant<br />

pour la durée de vie des pales de turbine.<br />

Le code utilisé pour cette simulation<br />

comporte de nombreux modèles physiques<br />

: mélange de flux, pulvérisation, interactions<br />

pulvérisation / flux, combustion,<br />

interactions turbulence / combustion, flux<br />

de convection sur la paroi. Il est basé sur<br />

un modèle de turbulence de Navier Stokes<br />

Moyenné (RANS : Random Averaged Navier<br />

Stokes). Développé pour des machines<br />

massivement parallèles, il a permis de<br />

réaliser le calcul présenté sur les 8200<br />

coeurs du CEA-CCRT (Commissariat à<br />

l’énergie atomique). Il a nécessité l’utilisation<br />

simultanée de 100 processeurs en<br />

parallèle pendant environ 72 heures pour<br />

simuler un dixième de la chambre de<br />

combustion.<br />

Si le comportement global de la chambre<br />

est bien représenté, cette formulation est<br />

mal adaptée pour prédire précisément les<br />

interactions locales (en régime très turbulent)<br />

entre les trous de refroidissement<br />

et le flux principal. Une approche plus<br />

précise est possible grâce à des codes<br />

de simulation instationnaires spécifiques,<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 5 0


Dossier<br />

Figure 2 - Détails de la géométrie:<br />

Secteur de combustion (à gauche)<br />

et vrille (à droite)<br />

comme celui utilisé dans l’application<br />

suivante, mais ces techniques sont encore<br />

très coûteuses en termes de CPU).<br />

Figure 3 - maillage de calcul<br />

La simulation<br />

du comportement<br />

instationnaire dans<br />

la chambre de combustion<br />

Le comportement instationnaire de la<br />

chambre de combustion doit être étudié<br />

afin de déterminer si la flamme est stable<br />

sur la pleine plage de fonctionnement du<br />

moteur. Des études récentes ont démontré<br />

la capacité et la précision de simulations<br />

turbulentes aux grandes échelles (LES<br />

Large Eddy Simulation) pour calculer les<br />

problèmes fortement turbulents et instationnaire<br />

dans les chambres de combustion<br />

aéronautiques [Figures 1, 2].<br />

Cependant, en raison des coûts de calcul,<br />

ces études sont souvent limitées à des<br />

géométries simplifiées (par exemple<br />

secteur de chambre avec un seul injecteur).<br />

Des études [3-5] ont montré que<br />

cette simplification ne permettait pas de<br />

prendre en compte les interactions entre<br />

les injecteurs et les propagations azimutales<br />

des phénomènes physiques.<br />

Le cas présenté ici est un calcul LES réalisé<br />

sur une chambre de combustion complète.<br />

Pour réduire la dépendance des résultats<br />

aux conditions limites appliquées, tous les<br />

éléments caractéristiques de la géométrie<br />

ont été pris en compte, sur 360°.<br />

Cette approche fait de cette simulation une<br />

première mondiale. La configuration se<br />

compose de 15 secteurs identiques contenant<br />

chacune un injecteur de pré-vaporisation<br />

à mélange pauvre (Lean Premixed<br />

Prevaporised) comme le montre la figure 2.<br />

Le domaine complet de calcul se compose<br />

de plus de 42 millions de cellules tétraédriques<br />

et 8 millions de nœuds comme le<br />

montre la Figure 3.<br />

Les simulations ont été réalisées par<br />

l’équipe CFD du CERFACS (Toulouse,<br />

France), avec le code AVBP sur le supercalculateur<br />

Mare-Nostrum situé à Barcelone,<br />

Espagne (10.240 processeurs<br />

fonctionnant à 2,3 GHz).<br />

Tous les résultats présentés sont obtenus<br />

avec :<br />

- Un algorithme de troisième ordre pour<br />

intégrer les équations LES,<br />

- un modèle Smagorinsky pour la turbulence,<br />

- un modèle dynamique de la flamme<br />

comportant une chimie simplifiée du kérosène.<br />

Lla vaporisation du kérosène est<br />

supposée instantanée de sorte que seul<br />

le flux gazeux est calculé (calcul monophasique).<br />

Un champ de température calculé sur la<br />

structure complète (360°) est présenté<br />

en figure 4. Il montre clairement le caractère<br />

non-axisymétrique de l’écoulement.<br />

Figure 4 - Champ de température<br />

dans la chambre de combustion<br />

L’analyse de la pression dans la chambre<br />

de combustion indique la présence d’un<br />

mode acoustique à 600Hz se propageant<br />

azimutalement, également identifié dans<br />

les résultats expérimentaux obtenus par<br />

ailleurs. Chaque injecteur réagit à la<br />

présence de ce mode acoustique. L’interaction<br />

entre ce mode et chaque injecteur<br />

modifie localement les conditions de<br />

combustion conduisant à des résultats<br />

significativement différents de ceux<br />

obtenus dans un calcul sur un seul secteur<br />

LES dans les mêmes conditions.<br />

Plus de 700 000 pas de temps ont été<br />

calculés (5,4 s / itération sur 256 processeurs).<br />

Plus de 200 Gb de données (avec<br />

2,5 Gb stockées par pas de temps) ont été<br />

enregistrées. 5 configurations ont été simulées.<br />

Elles ont nécessité 10 jours de calcul<br />

sur 256 processeurs en parallèle, et<br />

montré que ce type de calcul est maintenant<br />

accessible dans le cadre d’un développement<br />

moteur.<br />

<strong>Simulations</strong><br />

aérothermiques<br />

dans les turbines<br />

La turbine est le composant situé juste en<br />

aval de la chambre de combustion : elle<br />

est donc soumise aux températures<br />

extrêmes des gaz de combustion, qui<br />

dépassent largement la température limite<br />

supportable par les matériaux qui la constituent.<br />

Il est donc nécessaire de refroidir<br />

la structure de la turbine avec l’air « frais»<br />

(500°) prélevé en sortie du compresseur.<br />

L’efficacité des turbomoteurs étant liée<br />

aux rapports de pression et aux températures,<br />

chaque nouvelle génération de<br />

turbine voit augmenter le niveau de température<br />

qu’elle doit supporter, tout en devant<br />

assurer un taux de détente plus élevé, avec<br />

un bon rendement.<br />

Des simulations avancées sont donc<br />

nécessaires pour les concevoir, comme<br />

illustré ici sur la simulation thermique du<br />

distributeur de turbine haute pression (il<br />

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Dossier<br />

- effectuer une analyse paramétrique pour<br />

différentes configuration de refroidissement.<br />

Le maillage du domaine de calcul, illustré<br />

en figure 5, nécessite environ 20 millions<br />

de cellules.<br />

La simulation a nécessité 72 heures de<br />

calcul sur 12 processus (cluster Linux<br />

moderne de 128 CPU à 2 GHz).<br />

Figure 5: domaine de calcul constitué de passage d’écoulement NGV et de<br />

refroidissement interne<br />

Figure 6 - rationalise (à gauche) et champ de température sur la surface de la lame<br />

s’agit de la pièce statique qui homogénéise<br />

et oriente l’écoulement avant les aubages<br />

mobiles de la turbine). L’enjeu principal de<br />

cette simulation est d’optimiser le refroidissement<br />

nécessaire (disposition de trous<br />

de refroidissement) vis-à-vis :<br />

- des niveaux de température sur la pièce<br />

pour identifier les zones sujettes au fluage<br />

- des zones de fort gradient local de température<br />

pouvant provoquer de la fatigue<br />

thermo-mécanique<br />

- du besoin en air de refroidissement<br />

alimentant le système d’air secondaire<br />

qui doit être minimisé au possible pour<br />

réduire l’impact sur les performances.<br />

Les analyses associées sont complexes<br />

car pour déterminer la température de la<br />

structure il est nécessaire de prendre en<br />

compte la convection, la conduction et le<br />

comportement mécanique (problème<br />

puridisciplinaire et fortement couplé). En<br />

effet, les champs de températures provoquent<br />

des dilatations de la structure qui<br />

modifient les jeux qui eux même impactent<br />

les écoulements donc les champs de<br />

température.<br />

L’exemple présenté met en œuvre un<br />

modèle numérique tridimensionnel sur un<br />

distributeur de turbine haute pression.<br />

Les calculs sont réalisés avec le code<br />

Fluent avec un double objectif :<br />

- caractériser l’aérothermique, c’est-à-dire<br />

les écoulements et les échanges thermique,<br />

du distributeur de turbine (flux<br />

chaud, flux de refroidissement interne,<br />

conduction thermique),<br />

Une comparaison avec des essais a<br />

montré que le modèle est représentatif<br />

des phénomènes aéro-thermiques internes<br />

et externes et qu’il peut être utilisé en<br />

conception pour identifier l’influence de<br />

différents paramètres (débit de refroidissement,<br />

répartition, conditions aux limites).<br />

Quelques résultats sont proposés sur la<br />

figure 6, en particulier les lignes de courant<br />

qui permettent d’illustrer le comportement<br />

du fluide à l’intérieur et l’extérieur du profil.<br />

Ces couplages convection / conduction<br />

donnent accès à la température dans la<br />

structure qui est une donnée critique pour<br />

l’évaluation la durée de vie.<br />

Si ce type de calcul est aujourd’hui tout à<br />

fait accessible en conception, l’évolution<br />

des codes d’analyse thermique consistera<br />

à augmenter la performance de calcul pour<br />

intégrer plus d’effets géométriques et des<br />

modèles plus complexes pour la transition<br />

laminaire-turbulent qui est un facteur clé<br />

des transferts de chaleur.<br />

L’optimisation de masse<br />

des blindages de turbine<br />

soumis à des impacts<br />

Les objectifs d’amélioration des performances<br />

et de réduction de masse des<br />

turbomoteurs doivent être atteints sans<br />

compromis sur la sécurité. Dans le cadre<br />

de la certification d’un nouveau produit<br />

aéronautique, les organismes internationaux<br />

de réglementation de l’aviation, tels<br />

que la FAA aux États-Unis (Federal Aviation<br />

Administration) ou l’agence européenne<br />

de sécurité aérienne (AESA)<br />

demandent la démonstration de la sureté<br />

par des essais ou analyses. Par exemple,<br />

des règlementations doivent être respectées<br />

par rapport aux débris à haute<br />

énergie, basées sur le principe que tout<br />

débris du moteur doit être contenu [6] à<br />

l’intérieur de celui-ci.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 5 2


Dossier<br />

Chaque pièce en rotation est conçue pour<br />

résister à des niveaux de charge élevés,<br />

couvrant un large éventail d’incidents<br />

possibles. Néanmoins, dans certains cas<br />

très rares, une survitesse de l’arbre est<br />

possible, générant alors des charges mécaniques<br />

énormes sur les disques de turbine.<br />

Cela peut se produire lorsque la turbine<br />

de puissance n’est plus freinée mais que<br />

la chambre continue de produire des gaz<br />

chauds. La turbine accélère donc très rapidement<br />

jusqu’à atteindre ses limites de<br />

tenue mécanique.<br />

Afin d’éviter une rupture de disque entrainant<br />

la centrifugation de débris lourds difficiles<br />

à contenir, Turbomeca utilise un<br />

système de fusible qui consiste à casser<br />

toutes les pales de la turbine de puissance<br />

à une vitesse donnée. Sans aubages dans<br />

la veine d’air, les gaz chaud résiduels de<br />

la chambre n’entraînent plus le disque en<br />

rotation, ce qui le protège d’une accélération<br />

trop brutale jusqu’à des vitesses<br />

trop élevées. Ce concept est nommé<br />

« blade shedding » ou « dispositif de séparation<br />

des pales » [7].<br />

Figure 7 - Géométrie : aube de turbine de puissance (à gauche), la turbine de module<br />

(à droite)<br />

Si ce dispositif protège le disque, la règlementation<br />

impose néanmoins de contenir<br />

tous les débris des pales, ce qui impose<br />

l’utilisation d’un blindage circonférentiel<br />

de turbine, qui est un composant lourd.<br />

Son optimisation (performance de rétention<br />

vis-à-vis de la masse) est difficile et<br />

nécessite des essais de démonstration<br />

très coûteux en raison de leur aspect<br />

destructif. Pour réduire le nombre de ces<br />

essais, Turbomeca réalise des simulations<br />

de blade shedding, phénomène transitoires<br />

rapide traité avec des codes de<br />

calcul spécifiques.<br />

En effet, le phénomène ne dure que<br />

quelques millisecondes, mais est si violent<br />

que la simulation associée doit se baser<br />

sur une intégration temporelle explicite.<br />

En outre, au cours de la perte des pales,<br />

d’importantes charges transitoires sont<br />

transmises à la structure de l’hélicoptère<br />

à travers les supports du moteur : ces<br />

phénomènes sont à des échelles de temps<br />

et d’espace différentes. En conséquence,<br />

les simulations doivent répondre à deux<br />

problèmes :<br />

- La prédiction des charges transitoires<br />

transmises à l’hélicoptère [8], phénomène<br />

transitoire « lent » et « global »<br />

- L’optimisation du blindage et la garantie<br />

Figure 8 - Déformation plastique et libération des pales au cours d’une séquence<br />

«Domino»<br />

de non perforation de celui-ci [9] par les<br />

impacts des pales, phénomène très<br />

rapide et « local ».<br />

Il s’agit typiquement d’un problème multiéchelle,<br />

en temps et en espace, qui nécessite<br />

de coupler 2 approches numériques<br />

Le cas étudié ici est celui d’une turbine<br />

libre de deux étages qui nécessite la modélisation<br />

d’un domaine géométrique assez<br />

large comme exposé sur la figure 7.<br />

- le rotor de la turbine avec les 2 disques,<br />

- les 45 aubes du premier étage et les<br />

49 aubes du deuxième étage la turbine<br />

avec leur zone de rupture,<br />

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Dossier<br />

- l’anneau de turbine définissant la veine<br />

d’air extérieure,<br />

- le blindage de rétention.<br />

Le maillage est composé d’environ<br />

300 000 nœuds et 200 000 éléments. La<br />

plupart des composants, y compris les<br />

pales sont représentés par des éléments<br />

parallélépipédiques avec 8 nœuds, modélisation<br />

validée en [8] nécessitant un effort<br />

de maillage important.<br />

Les deux ensembles impactés sont modélisés<br />

avec des modèles de plasticité<br />

Johnson-Cook (identifiés en quasi-statique)<br />

à haute vitesse de déformation (10-4 - 104<br />

s-1) et fonction de la température (0° à<br />

500°C) [10]. La modélisation de fragmentation<br />

est alors prise en charge par un<br />

critère de déformation plastique, tel que<br />

décrit dans la littérature [11].<br />

Le calcul est effectué en deux étapes :<br />

- une phase de mise en précontrainte, qui<br />

intègre le champ de force centrifuge pour<br />

trouver la position d’équilibre des disques<br />

aubagés en rotation (conditions initiales<br />

de la deuxième phase),<br />

- une phase transitoire physique, avec mise<br />

en rotation explicite des rotors et libération<br />

d’une pale.<br />

La simulation présentée montre la fragmentation<br />

de la première pale éjectée et<br />

la libération des autres pales que l’on<br />

appelle «effet domino». L’analyse de la<br />

séquence est obtenue en intégrant l’ensemble<br />

de la turbine. Elle permet de<br />

comprendre le phénomène et d’optimiser<br />

la masse du blindage.<br />

Une vue typique du résultat après quelques<br />

millisecondes est montrée sur la figure 8.<br />

Le calcul a été effectué avec quatre processeurs<br />

fonctionnant à 2GHz. 80 heures de<br />

calcul ont été nécessaires pour simuler les<br />

20 premières millisecondes du phénomène.<br />

Conclusions<br />

L’effort réalisé dans le monde aéronautique<br />

pour réduire l’impact environnemental<br />

du transport aérien nécessite de<br />

maitriser de nouvelles technologiques. Les<br />

délais de développement imposés par le<br />

marché (Lead Time to Market) et les coûts<br />

associés sont des contraintes structurantes<br />

pour les industriels. En apportant<br />

des réponses à ces contraintes, la simulation<br />

s’est imposée dans l’aéronautique<br />

comme un outil indispensable, pierre angulaire<br />

pour la prospection de nouvelles technologies<br />

et leur maturation.<br />

Le matériel informatique est capable de<br />

répondre à la plupart des besoins en<br />

termes de puissance de calcul, si bien<br />

qu’aujourd’hui, ce sont souvent les logiciels<br />

qui limitent les performances de<br />

calcul. En effet, pour exploiter la puissance<br />

des machines actuelles, le mode de<br />

codage des logiciels doit évoluer pour tirer<br />

le meilleur partir d’une mise en œuvre<br />

massivement parallèle. Divers projets sont<br />

en cours dans le monde pour améliorer les<br />

performances des outils de simulation.<br />

Références bibliographiques<br />

En parallèle, plusieurs initiatives sont<br />

prises en charge par la communauté européenne<br />

pour développer la puissance CPU<br />

disponible en Europe (http://www.hpceuropa.eu,<br />

http://www.prace-project.eu,<br />

etc.). En France, les défis HPC sont abordées<br />

dans les pôles System@tic<br />

( h t t p : / / w w w . s y s t e m a t i c - p a r i s -<br />

region.org/fr/index.html) et Aerospace Valley<br />

(http://www.aerospace-valley.com) ●<br />

Eric Seinturier<br />

(eric.seinturier@turbomeca.fr),<br />

Laurence Vial (Laurence<br />

.vial@turbomeca.fr), Nicolas Savary<br />

(Nicolas.savary@turbomeca.fr),<br />

Thomas Léderlin<br />

(thomas.lederlin@turbomeca.fr),<br />

Sylvain Coste<br />

(Sylvain.coste@turbomeca.fr),<br />

Mathieu Herran<br />

(Mathieu.herran@turbomeca.fr).<br />

Traduction : Jean-Paul Prulhière<br />

(Metexo Eng)<br />

[1] G. Boudier, L. Gicquel, T. Poinsot, D. Bissières and C. Bérat, Comparison of LES, RANS and<br />

Experiment in an Aeronautical Gas Turbine Combustion Chamber, In Proc. of the<br />

Combustion Institute, 31(2):3075-3982 (Elsevier,Pittsburgh, 2007).<br />

[2] P. Moin and S.V. Apte, Large-Eddy Simulation of Realistic Gas Turbine Combustors, AIAA<br />

Journal, 44(4), 698-708, April 2006.<br />

[3] G. Boudier, N. Lamarque, G. Staffelbach, L.Y.M. Gicquel, and T. Poinsot. Thermo-acoustic<br />

stability of a helicopter gas turbine combustor using large-eddy simulations, International<br />

Journal of Aeroacoustics, 8(1):69-94, 2009.<br />

[4] G. Staffelbach, L.Y.M. Gicquel, G. Boudier, and T. Poinsot. Large Eddy Simulation of self<br />

excited azimuthal modes in annular combustors. Proc. of the Combustion Institute, 32,<br />

2009.<br />

[5] G. Staffelbach, L.Y.M. Gicquel, and T. Poinsot. Highly parallel large eddy simulations of multiburner<br />

configurations in industrial gas turbines. The Cyprus International Symposium on<br />

Complex Effects in Large Eddy Simulation, 2005.<br />

[6] European Aviation Safety Agency, CS-E Rules for the Certification of engines, 2007<br />

[7] F. Deheeger, M. Lemaire, M. Pendola, D. and Vallino, Reliability analysis of a blade shedding<br />

safety system. In Safety and Reliability of Engineering Systems and Structures, A. G.,<br />

ed., Rome, Millpress, Rotterdam, June, 19-23, 2005, Schuller G.I. and Ciampoli M. Eds, p.<br />

544.<br />

[8] M. Herran, H. Chalons, D. Nélias and R. Ortiz, Implementation of rotor dynamics effects into<br />

the Europlexus code for the prediction of transient dynamic loading of engine mountings<br />

due to Blade Shedding unbalance, In Proc of ASME Turboexpo 2009, GT2009-59615<br />

[9] M. Herran, H. Chalons, D. Nélias, R. and Ortiz, Modelling the impact of a blade on a shield<br />

during a blade shedding . In Proc. of the Vibrations, Choc and Bruit Congress 2008, Ecully,<br />

France.<br />

[10] A. Rusinek, J.R. Klepaczko, R. Bernier, Caractérisation de trois alliages et modélisation du<br />

comportement themo-visco-plastique, Internal technical report Turbomeca - LPMM Metz,<br />

2007<br />

[11] K.S. Carney, J.M. Pereira, D.M. Revilock, P. Matheny, Jet engine fan blade containment<br />

using an alternate geometry, International Journal of Impact Engineering 2008, 1-9<br />

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Dossier<br />

Simulation électromagnétique<br />

Exemple de simulation d’un schéma<br />

électrique d’un câblage d’avion<br />

(harnais)<br />

La longueur totale des câbles électriques dans un véhicule est impressionnante<br />

et ne fait qu’augmenter. Souvent considérés comme secondaires<br />

lors des phases de conception, les câbles, regroupés dans des<br />

harnais utilisent des espaces non adaptés. C’est pourquoi des outils<br />

spécialisés dans l’optimisation des torons plus ou moins complexes ont<br />

été développés afin de répondre à des objectifs croissants de performance<br />

et de sécurité.<br />

La longueur totale des câbles électriques<br />

dans un véhicule ne cesse de croître et de<br />

poser des problèmes. Ceux-ci atteignent<br />

plusieurs kilomètres dans une voiture,<br />

plusieurs centaines dans un avion et<br />

plusieurs milliers dans un navire. Ils sont<br />

pourtant souvent considérés comme<br />

secondaires dans les phases de conception.<br />

On regroupe ainsi ces câbles dans<br />

harnais de câblage de l’Airbus A380<br />

terminé en place dans l’avion<br />

Exemples de toron<br />

Figure 1<br />

des torons (ou harnais) qui utilisent les<br />

espaces disponibles laissés par la conception<br />

mécanique pour relier les équipements<br />

électriques. Pour répondre aux<br />

objectifs globaux de performance et de<br />

sécurité, des outils spécialisés dans l’optimisation<br />

des torons plus ou moins<br />

complexes ont été développés.<br />

Constitués de modules optionnels, ils<br />

Description fonctionnelle de l’outil<br />

harnais en cours de réalisation<br />

peuvent permettre d’optimiser les harnais<br />

selon différents critères :<br />

- volumiques : densité de câblage dans les<br />

torons, optimisation des chemins de<br />

câbles,<br />

- vthermiques : dimensionnement des<br />

câbles pour maitriser leur échauffement<br />

lorsqu’ils sont parcourus par des courants<br />

importants,<br />

- vélectromagnétiques (CEM ) : minimisation<br />

des couplages entre câbles, choix<br />

des types de câblage (blindé, surblindé,<br />

bifilaire,... et de la topologie)<br />

Les outils les plus complexes sont destinés<br />

en général aux donneurs d’ordre. Ils utilisent<br />

des techniques de modélisation 3D<br />

basés sur des maillages de la totalité de<br />

la structure et nécessitent en général l’emploi<br />

de gros calculateurs.<br />

Il existe aussi des outils complémentaires,<br />

conviviaux, adaptés à des PME-PMI et des<br />

bureaux d’étude.<br />

Intégrés à l’environnement PC, ils sont<br />

utilisés comme des aides à la conception<br />

de torons.<br />

Nous présentons ci-après un tel outil et<br />

ses différentes potentialités (figure 1).<br />

Description fonctionnelle<br />

de l’outil<br />

Il est constitué de plusieurs modules,<br />

correspondant aux différentes phases<br />

d’avancement de l’étude comme schématisé<br />

figure 2.<br />

Nous décrivons ci-après ces modules.<br />

Le schéma de câblage<br />

(wiring diagram)<br />

Figure 2<br />

Il donne une représentation simplifiée du<br />

circuit électrique (fourni par le client) où<br />

figurent de manière schématique :<br />

- les modules électriques constituant le<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 5 5


Dossier<br />

circuit circuit (connecteurs type de<br />

signaux émis et reçus niveaux acceptables…)<br />

- les connexions (pour les alimentations et<br />

les transports de signaux entre les<br />

modules).<br />

Il est utilisé pour s’assurer que toutes les<br />

demandes, en particulier les connexions<br />

indiquées, ont été prises en compte.Il<br />

définit la topologie générale qui est une<br />

des contraintes dimensionnantes dans la<br />

construction du harnais et qui impose des<br />

règles d’interconnexions entre les composants<br />

correspondant à leur emplacement<br />

physique dans le produit fini. Basé sur une<br />

interface graphique très conviviale, il utilise<br />

des bibliothèques de symboles spécifiques<br />

(norme ATA notamment : connecteurs,<br />

prises de coupure, « coax », blindages, etc.).<br />

Nous présentons ci-contre quelques vues<br />

d’écran.<br />

Les listes de câblage<br />

(hook-Up List)<br />

A partir des schémas faits précédemment<br />

(Wiring Diagrams), le logiciel génère une<br />

liste de câblage, exportable au format<br />

Excel, qui donne pour l’ensemble du<br />

dossier ou par fonction :<br />

- les extrémités de chaque fil ou câble:<br />

pinoche/contact et connecteur/ équipement,<br />

- les caractéristiques de chaque fil :<br />

section, couleur, route, type (blindé,<br />

surblindé, bifilaire)<br />

- le côté mâle ou femelle des disconnecteurs/prises<br />

de coupure,<br />

- la localisation par zone de chaque<br />

élément,<br />

- les reprises de blindage,...<br />

Celle-ci est entièrement paramétrable et<br />

permet la détection des anomalies :<br />

doublons de fils ou de pinoches par<br />

exemple.<br />

Les vues ci-après montrent les types de<br />

sorties obtenues (dans un formalisme<br />

métier utilisé par les sociétés réalisant les<br />

harnais).<br />

Création du synoptique<br />

du harnais<br />

Il est alors possible de créer le synoptique<br />

du harnais de câblage qui sera la représentation<br />

2D du véritable harnais.<br />

Simulation<br />

électromagnétique<br />

Il est maintenant possible d’étudier le<br />

comportement électrique du harnais :<br />

- dans son mode de fonctionnement électrique<br />

nominal,<br />

- en étudiant (option) les interactions entre<br />

câbles situés à l’intérieur d’un toron pour<br />

analyser les couplages qui pourraient<br />

perturber les équipements<br />

Fonctionnement électrique<br />

Conçu spécialement pour l’automatisme<br />

et l’électrotechnique, l’outil permet de<br />

mesurer les courants et tensions :<br />

- en tout point de l’installation,<br />

- en régime nominal ou évenementiel<br />

(fermeture d’un relais par exemple).<br />

- dans le domaine temporel ou fréquentiel<br />

Il est possible<br />

- de calculer les consommations ou d’étudier<br />

:<br />

- Le fonctionnement des contacteurs,<br />

disjoncteurs, fusibles, etc.<br />

- Le fonctionnement en cycle complet<br />

d’un automatisme,<br />

- La sélectivité des protections.<br />

- de faire des modifications rapides sans<br />

avoir à modifier le schéma : impédance<br />

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Dossier<br />

des composants, longueurs de fils, types<br />

de couplage.<br />

- de visualiser le comportement séquentiel<br />

d’une installation.<br />

Nous présentons ci-dessous deux types de<br />

présentation (de type oscilloscope ou<br />

analyser de spectre).<br />

EXEMPLE DE SIMULATION D'UN SCHEMA ELECTRIQUE D'UN CABLAGE D'AVION (HARNAIS)<br />

Etude des couplages<br />

entre câbles<br />

Lorsque des fils parallèles sont situés dans<br />

un environnement proche (ce qui est le<br />

cas d’un toron), une réplique des signaux<br />

haute fréquence (de quelques kHz à<br />

environ 1 MHz) circulant dans un fil est<br />

observé sur les fils situés à proximité.<br />

Il est important de la connaître et de vérifier<br />

si elle ne risque pas de perturber les<br />

matériels situés à son extrémité.<br />

Si c’est le cas, il faudra prendre des<br />

mesures correctives pour en réduire le<br />

niveau (éloignement des câbles du câble<br />

perturbateur, blindage, filtrage à l’entrée<br />

de l’équipement,...)<br />

Pour décrire ces interactions électromagnétiques,<br />

la théorie des lignes de transmissions<br />

est généralement utilisée. Elle<br />

permet de connaître l’ensemble des<br />

courants et tensions le long des câbles.<br />

L’approche retenue dans le simulateur<br />

utilise un formalisme basé sur la topologie<br />

électromagnétique transformant les courants<br />

et tensions en ondes.<br />

Dans ces équations tensorielles, les paramètres<br />

principaux sont les matrices d’inductances,<br />

de capacités, de conductances<br />

et de résistances linéiques. Ils sont directement<br />

liés à la position relative des câbles<br />

dans le toron.<br />

Or celui-ci, lié aux contraintes de fabrication<br />

et d’installation des harnais est difficilement<br />

maîtrisable comme le montre la<br />

vue ci-contre (coupe d’un toron)<br />

Le logiciel développé tient compte de ce<br />

phénomène en travaillant sur des données<br />

probabilistes.<br />

- Il utilise :<br />

- la topologie des câbles fournie par le<br />

synoptique du harnais<br />

- les paramètres électromagnétiques de<br />

chaque module électrique (impédance<br />

d’entrée ou de sortie, tensions et<br />

courants, fréquences de coupure, seuils<br />

d’acceptabilité,...)<br />

- Il fournit ensuite des indicateurs d’alerte<br />

ou de bon fonctionnement en balayant<br />

automatiquement ou manuellement les<br />

différents modes de fonctionnement des<br />

équipements connectés.<br />

- Il permet aussi de proposer des modifications<br />

locales de la topologie (distance<br />

entre câbles, type de câble, blindé ou<br />

non...) pour supprimer les alertes.<br />

Le formalisme utilisé (basé sur des<br />

résolutions de systèmes d’équations<br />

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Dossier<br />

différentielles appliquées à des réseaux<br />

filaires) permet des calculs très rapides<br />

avec des moyens de calcul de type PC.<br />

Cet outil est à privilégier dans la phase de<br />

conception du harnais (début du cycle en<br />

V). Il ne remplace pas ceux maillant la totalité<br />

de la structure, de type 3D, qui valideront<br />

le toron virtuel mis en place dans<br />

l’avion (fin du cycle en V) avant son intégration<br />

physique.<br />

Extensions prévues<br />

Le module actuel est limité aux couplages<br />

entre câbles situés dans un toron. Il ne<br />

couvre pas la totalité des phénomènes<br />

rencontrés en CEM. Il est donc prévu de<br />

le compléter par des modules prenant en<br />

compte le rayonnement généré par un<br />

toron et l’illumination d’un toron par un<br />

champ électromagnétique (Foudre, Wi-FI,<br />

radar). L’augmentation de matériaux<br />

composites dans les avions, souvent peu<br />

blindées de par leur nature, justifie le développement<br />

de ces extensions ●<br />

JP. PRULHIERE<br />

J. PERE-LAPERNE<br />

Compétences<br />

Promea : le portail des moyens<br />

d’essais en Aquitaine<br />

Les essais représentent pour les industriels de tous secteurs une étape<br />

décisive dans le développement de leurs produits de haute technologie.<br />

Qu’il s’agisse de mettre au point des matériaux, des procédés ou des<br />

machines, les tests d’évaluation nécessitent des compétences spécialisées,<br />

des moyens spécifiques couteux et une garantie de confidentialité.<br />

Il est apparu très vite nécessaire de disposer d’un catalogue actualisé des<br />

moyens d’essais disponibles existant en France, accessible aux industriels<br />

ayant besoin de tels moyens.<br />

http://www.promea-aquitaine.com/ proposant<br />

une offre de services de moyens d’essais<br />

et de compétences aux grandes<br />

entreprises et aux PME dans les domaines<br />

de l’aéronautique, du spatial, de la<br />

défense, des transports et de l’énergie.<br />

Conçu comme un catalogue de prestations<br />

professionnelles spécialisées, ce site<br />

permet deux types d’accès :<br />

À notre connaissance, le premier catalogue,<br />

sous format papier et toujours disponible,<br />

a été réalisé par l’ASTE dans les<br />

années 80.<br />

Plus récemment, les grands centres d’essais<br />

aquitains tels que Astrium (AST:<br />

Groupe EADS), le CEA-CESTA, SME (Groupe<br />

SAFRAN) et Snecma Propulsion Solide<br />

(Groupe SAFRAN), soutenus par le Conseil<br />

régional d’Aquitaine et son agence régionale<br />

Aquitaine Développement Innovation,<br />

se sont fédérés pour créer un site Web<br />

- une recherche par famille et type d’essais<br />

couplée à un outil de recherche pertinent,<br />

- un accès direct au centre de ressources<br />

correspondant à chaque besoin précis,<br />

pour un contact rapide et confidentiel.<br />

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Dossier<br />

Domaines<br />

Caractérisation matériaux<br />

Chocs/Accélérations<br />

Vibrations<br />

<strong>Essais</strong> statiques<br />

Tenue en environnement<br />

Vieillissement accéléré<br />

Laser<br />

Optique<br />

Radioélectrique CEM-SER<br />

Contrôle Non Destructif (CND)<br />

Famille<br />

Impact<br />

Mécanique<br />

Physique<br />

Physique optique<br />

Thermo-physique<br />

Accélération constante (centrifugeuse)<br />

Choc pyrotechnique<br />

Choc simple sur vibrateur (dent de scie, 1/2 sinus, trapèze)<br />

Choc SRC<br />

Chute libre (machine à choc et tour de chute)<br />

Impact (Lanceur)<br />

Analyse modale<br />

Essai acoustique en chambre réverbérante<br />

Vibration sur excitateur électrodynamique (fréquence min ≥ 5 Hz)<br />

Vibration sur générateur hydraulique (fréquence min < 5 Hz)<br />

Caractérisation liaison vissée<br />

Dépression<br />

Impact<br />

Pression décompression gazeuse<br />

Pressurisation gazeuse<br />

Pressurisation liquide<br />

Surpression gazeuse<br />

Torsion-Traction-Compression<br />

Brouillard salin<br />

Incendie<br />

Pluie<br />

Cyclage thermique<br />

Cyclage thermique par infrarouge<br />

Tenue au flux<br />

Etat de surface<br />

Interférométrie<br />

Réflexion<br />

Transmission<br />

Caractérisation<br />

Mesures<br />

Fuite<br />

Infrarouge<br />

Optique shearographie<br />

Rayon X haute énergie<br />

Rayon X radiographie<br />

Rayon X scopie<br />

Rayon X tomographie<br />

Timbrage<br />

Ultrason<br />

Il fait appel à plus d’une centaine de<br />

moyens d’essais, certains étant uniques en<br />

Europe (comme les centrifugeuses ou les<br />

chambres anéchoïques), associés à des<br />

compétences métier pour fournir, si nécessaire,<br />

une aide en ingénierie d’essai : spécification<br />

et préparation d’essai, conduite<br />

d’essais, analyse des résultats.<br />

Le tableau ci-après donne une liste des<br />

principaux essais qu’il est possible de<br />

réaliser avec le parc existant.<br />

A titre d’exemple, nous présentons cidessous<br />

les moyens d’essais de vibration<br />

disponibles, avec un résumé de leurs<br />

performances et l’organisme qui les<br />

possède.<br />

En cliquant sur l’icône à droite, on accède<br />

directement à un masque de saisie<br />

permettant de contacter l’organisme, pour<br />

une réponse sous 48 h maximum.<br />

Ce portail d’accueil permettra de connaitre<br />

le parc des moyens d’essais aquitains, à<br />

l’origine dédiés essentiellement aux activités<br />

Défense et qui s’ouvre aujourd’hui<br />

au domaine civil.<br />

La plate-forme Mosart<br />

(http://mosart.org), dédiée aux PME (cf.<br />

article dans ce numéro) a pour but de faire<br />

connaitre et fédérer les ressources nécessaires<br />

pour concevoir un produit soumis à<br />

des contraintes environnementales, en<br />

privilégiant les proximités, géographique<br />

et thématique. Elle s’appuiera donc naturellement<br />

sur cette plate-forme ●<br />

De longue date, l’Aquitaine, tournée vers<br />

le secteur aéronautique, concentre autour<br />

de Bordeaux un véritable vivier de ressources<br />

de tout premier plan :<br />

• la plus grande concentration de moyens<br />

d’essais d’Europe,<br />

• des spécialistes en ingénierie d’essais<br />

(études, calculs, programmes d’essais,<br />

analyses, expertises).<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 5 9


Dossier<br />

Contrôle non destructif<br />

La tomographie industrielle<br />

Créée en 2003 Astrium, leader mondial du transport spatial et satellite est<br />

une filiale à 100% d’EADS. Réputé pour ses compétences en tant que<br />

maitre d’œuvre européen des grands programmes spatiaux et militaires<br />

tels que les lanceurs Ariane et les missiles de la force de dissuasion française,<br />

Astrium répartit son activité à travers ses centres de conceptions et<br />

d’assemblages en France et en Europe.<br />

L’établissement d’Aquitaine situé près de<br />

Bordeaux est le site de la société engagé<br />

dans le projet Promea-Aquitaine (cf article<br />

du dossier). En effet Astrium Aquitaine<br />

dispose de nombreuses compétences en<br />

ingénierie et moyens d’essais qui confortent<br />

sa position de maitre d’œuvre du<br />

transport spatial civil et militaire.<br />

Elargir ses moyens de<br />

contrôles non destructifs<br />

vers la Haute Définition<br />

En 2011, le département chargé des<br />

moyens de contrôles non destructifs en<br />

Aquitaine s’est engagé dans une politique<br />

d’amélioration des performances de ses<br />

machines en complétant sa gamme d’équipement<br />

de radiographie X. Ainsi Jacques<br />

Bouteyre, responsable de l’activité CND<br />

sur le site Bordelais a bénéficié de l’investissement<br />

de deux tomographes par<br />

absorption de rayons X. Ces scanners<br />

industriels permettent la reconstruction<br />

informatique d’un volume virtuel de l’objet<br />

inspecté dont on pourra extraire des<br />

coupes en tous lieux.<br />

Ces moyens peuvent répondre à de nombreux<br />

besoins dans le domaine du contrôle<br />

non destructif. Notamment le Tomographe<br />

de 450 kV qui offre, pour des structures<br />

de grande dimension de 2m x 3,5m et de<br />

masse de 3T, une résolution de 60 à<br />

200µm.<br />

Par ailleurs, un Macro-Tomographe 225 kV<br />

de haute définition permet d’obtenir une<br />

résolution de 10µm maximum sur des<br />

structures de dimension de 1,5m x<br />

620mm et de masse de 100kg.<br />

Grâce à ces tomographes et son expertise,<br />

Astrium répond à une forte demande des<br />

clients qui recherchent des contrôles de<br />

plus en plus performants et précis. « Cet<br />

engagement se révèle être fructueux par<br />

la qualité des analyses et le contrôle des<br />

objets confiés par nos clients qui nous ont<br />

fait confiance » explique Patrice Jamain<br />

responsable des ventes ●<br />

Votre contact Astrium :<br />

Patrice JAMAIN<br />

Program, Sales & Contracts Manager<br />

Patrice.jamain@astrium.eads.net<br />

Sur le web:<br />

www.promea-aquitaine.com<br />

www.astrium.eads.net/en/equipment/<br />

?tab=681<br />

Tomographe 450 KV<br />

Macro Tomographe 225 KV<br />

Expertise Moteur MOTO<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 6 0


Voyage au centre de la terre<br />

Des essais insolites<br />

Comment tester des ascenseurs lorsque l’on ne dispose pas de tour directement<br />

sortie du sol mais que non loin de ses usines et de ses bureaux<br />

d’études se trouve une carrière ? Le fabricant finlandais Kone a trouvé la<br />

solution en construisant un centre d’essais au cœur même d’une exploitation<br />

de calcaire. Reportage à près de 350 mètres sous la terre.<br />

seconde et contenir une charge de<br />

50 tonnes. Surtout, cette tour est destinée<br />

à tester les ascenseurs Kone dans des<br />

conditions extrêmes. Le laboratoire Kone<br />

High-Rise, nom de l’endroit où sont effectués<br />

les tests, est en effet situé dans un<br />

lieu qui de par sa raison d’être, est familier<br />

des conditions de travail dures : une<br />

température qui n’excède pas les 6°C., de<br />

l’eau qui coule en permanence et, de fait,<br />

un taux d’humidité élevé.<br />

La tour de test d’ascenseurs la plus grande<br />

d’Europe se trouve dans le nord de l’Europe,<br />

en Finlande, elle est souterraine !<br />

Située à moins d’une heure de Helsinki,<br />

l’exploitation minière de Lohja, ville du sud<br />

de la Finlande, a démarré il y a plus d’un<br />

siècle – en 1897 pour être plus précis –<br />

au moment où l’on décida d’exploiter le<br />

calcaire à l’échelle industrielle. L’extraction<br />

minière de ce gisement se chiffre en<br />

plusieurs millions de tonnes par an. Aujourd’hui,<br />

la carrière est détenue par Tytyri<br />

Nordkalk Corporation. Pour information,<br />

notons que Partek Nordkalk est le premier<br />

producteur de produits à base de calcaire<br />

dans le nord de l’Europe.<br />

Pourtant, il y a près de quatorze ans, le<br />

destin de cette exploitation prit un tout<br />

autre tournant. Kone, l’un des leaders<br />

mondiaux de la fabrication et de la maintenance<br />

d’ascenseurs, décide d’y construire<br />

un arbre de test pour ses produits<br />

qui, est-il utile de le rappeler, sont soumis<br />

à des critères d’espace, de confort, d’intelligence,<br />

de design, de bruit et de vitesse,<br />

mais aussi et surtout à des exigences de<br />

sécurité.<br />

C’est alors que le constructeur finlandais<br />

bâtit en 1998 une tour en plein cœur d’une<br />

carrière de pierre et de 350 mètres de<br />

profondeur. Construite en moins d’une<br />

année à partir d’une extension du site dès<br />

le mois de mai 1997, la tour en question<br />

se compose d’un arbre en acier installé en<br />

septembre de cette même année. Celle-ci<br />

a été rendue opérationnelle en mars 1998.<br />

Une première mondiale qui a permis à<br />

Kone de tester à l’intérieur de sa tour des<br />

élévateurs destinés à des immeubles et<br />

des bâtiments pouvant atteindre plus de<br />

200 mètres de hauteur.<br />

Les chiffres parlent d’eux-mêmes : avec<br />

une course verticale d’une distance de<br />

317 mètres, l’arbre de test peut atteindre<br />

une vitesse maximale de 17 mètres par<br />

Plusieurs types d’essais sont possible : la<br />

tour Kone Tytyri est en effet capable de<br />

mener des mesures du kilométrage et de<br />

la vitesse, des tests de performances<br />

diverses comme le confort par exemple,<br />

mais aussi de tester les composants existants<br />

– ou nouveaux – comme l’électronique,<br />

les commandes ou les portes. Des<br />

tests connexes mettent en scène des<br />

essais de freinage mais aussi des tests<br />

relatifs à la méthode d’installation, la mise<br />

en service, les procédures d’inspections<br />

de sécurité et la fiabilité. Cette tour permet<br />

enfin de réaliser des tests de qualité du<br />

produit et de son influence sur l’humain,<br />

en analysant par exemple les effets du<br />

changement de pression atmosphérique<br />

sur son corps ●<br />

Olivier Guillon<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AVR I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 6 1


Formations professionnelles 2012<br />

Modules de formation<br />

« intra-entreprise »<br />

• Les modules de formation qui ne comportent<br />

pas de section « travaux pratiques »<br />

peuvent être organisés au sein de votre<br />

entreprise, à partir de six personnes par<br />

session,<br />

• Les modules comportant des travaux<br />

pratiques pourront, le cas échant, être<br />

proposés en version « intra-entreprise »<br />

mais devront obligatoirement être adaptés<br />

aux moyens d’essais disponibles dans<br />

votre entreprise,<br />

• Vous pourrez mieux cibler la formation de<br />

vos personnels en demandant à l’intervenant<br />

ASTE de mieux la centrer sur vos<br />

besoins spécifiques,<br />

• Vous économiserez le temps de voyage,<br />

les frais de voyage, d’hébergement et de<br />

repas (hors session) que vos personnels<br />

exposeraient dans le cadre d’une formation<br />

classique.<br />

Un nouveau thème Mesure en 2012<br />

Un nouveau thème « Mesure » est proposé<br />

en 2012. Ce thème intègre 3 modules dont<br />

un nouveau sur les bonnes pratiques de la<br />

mesure :<br />

• Collage des jauges, analyse des résultats<br />

et de leur qualité<br />

• Concevoir, réaliser, exploiter une campagne<br />

de mesures<br />

• Bonne pratique des mesures<br />

Objectifs de la formation ASTE<br />

Par son approche originale centrée sur les «<br />

essais, les mesures et la simulation des environnements<br />

rencontrés par vos produits au<br />

cours de leur cycle de vie », la formation ASTE<br />

vous permet d’optimiser vos processus de<br />

mise en œuvre de produits, donc le binôme<br />

« Coût/Qualité ».<br />

Selon le module choisi, la formation ASTE<br />

s’adresse à vos expérimentateurs, techniciens,<br />

ingénieurs et scientifiques impliqués<br />

dans les métiers suivants :<br />

• Spécifications et conception de produits,<br />

bureaux d’études, recherche et développement,<br />

• Technologie et matériaux, achats, contrôles,<br />

mesures et métrologie, production,<br />

• Modélisation et simulation d’essais,<br />

conduite des essais de validation, essais<br />

SAV,<br />

• Qualité, assurance-qualité, certification,<br />

accréditation, maîtrise des risques,<br />

• Ingénieurs-conseils, expertises techniques.<br />

Elle intègre les dernières techniques d’essais,<br />

de mesures, de modélisation et de simulation<br />

d’essais d’environnements disponibles<br />

sur le marché et utilisées par les experts qui<br />

animent nos modules de formation. Notre<br />

indépendance vis-à- vis des fournisseurs et<br />

la mise à niveau des connaissances au cours<br />

de nos stages sont les garants du meilleur<br />

choix possible pour répondre à vos besoins<br />

spécifiques de formation.<br />

PROGRAMME 2012<br />

Thème Code Module Date<br />

Mécanique vibratoire MV1 Mesure et analyses des phénoménes vibratoires (Niveau 1) 16-20 avr. 3-7 sept.<br />

MV2 Mesure et analyses des phénoménes vibratoires (Niveau 2) 21-25 mai – 10-14 sept<br />

MV3 Application au domaine industriel 12-15 juin 23-26 oct.<br />

MV4 Chocs mécaniques : mesures, specifications, essais et analyses de risques vis-à-vis des chocs 4-6 avr. – 6-8 nov.<br />

Acquisition et traitement des signaux TS1 Principes de base et caractérisation des signaux 5-8 juin<br />

TS2 Traitement du signal avancé des signaux vibratoires 18-20 sept.<br />

Pilotage des générateurs de vibrations PV Principes utilisés et applications 27-30 nov.<br />

Analyse modale AM Analyse modale expérimentale et Initiation aux calculs de structure et essais 4-7 juin – 19-22 nov.<br />

Acoustique AC Principes de base, mesures et application aux essais industriels 20-23 nov.<br />

Climatique CL1 Principes de base et mesure des phénomènes thermiques 13-15 nov.<br />

CL2 Application au domaine industriel 9-11 nov.<br />

Electromagnétisme EL1 Sensibilisation à la compatibilité électromagnétique 16-20 avril<br />

EL2 Application à la prise en compte de la CEM dans le domaine industriel 18-21 sept.<br />

EL3 Exploitation des normes CEM 21-22 fév.<br />

Personnalisation du produit P1 Prise en compte de l'environnement dans un programme industriel 11-12 sept.<br />

à son environnement P2 Prise en compte de l'environnement mécanique 22-24 oct.<br />

P3 Utilisation des outils de synthèse mécanique pour la conception<br />

et prédimensionnement des équipements<br />

21-23 nov.<br />

P4 Prise en compte de l'environnement climatique 25-27 sept.<br />

P5 Prise en compte de l'environnement électromagnétique 25-27 avril<br />

Mesure M1 Extensométrie : Collage de Jauge, analyse des résultats et de leur qualité 19-21 juin – 20-22 nov.<br />

M2 Concevoir, réaliser, exploiter une campagne de mesures 3-4 déc.<br />

M3 Bonne pratique des mesures 5-6 juin<br />

<strong>Essais</strong> E1 Conception et validation de la fiabilité<br />

Dimensionnement des essais pour la validation de la conception des produits. Cas d'etude 14-16 mai<br />

E2 Fiabilité, déverminage, essais (accélérés, aggravés) 12-13 sept.<br />

E3 Accroissement de fiabilité par les méthodes HALT & HASS 16 mars – 14 sept.<br />

E4 Estimation des incertitudes de mesure dans les essais 11-12 oct.<br />

E5 Accréditation des laboratoires d’essais et d'analyse 13-14 sept.<br />

E6 Méthodes statistiques appliquées aux essais 5-6 juin<br />

Contact<br />

ASTE<br />

9-11, rue Benoît Malon – 92150 Suresnes – Tél. : 01 42 66 58 29 – Fax : 01 42 66 12 06 – info@aste.asso.fr – www.aste.asso.fr<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 6 2


Événements,colloques,<br />

séminaires à venir...<br />

Juin 2012<br />

Forum Teratec 2012<br />

Le rendez-vous des experts internationaux de la conception et<br />

de la simulation numérique hautes performances aura lieu fin<br />

juin à l’école Polytechnique. Le Forum Teratec 2012 est l’opportunité<br />

de rencontrer les plus grands acteurs industriels et les<br />

utilisateurs les plus avancés qui feront le point des développements<br />

en cours et des perspectives à court et moyen termes<br />

dans ces domaines essentiels pour la compétitivité industrielle<br />

et l’innovation.<br />

Les 27 et 28 juin 2012<br />

À l’école Polytechnique<br />

www.teratec.eu/forum/index.html<br />

Juillet 2012<br />

VCB & ASTELAB 2012<br />

Cette année, pour la première fois, VCB (Vibration, Choc et Bruit)<br />

et ASTE organisent conjointement les 3, 4 et 5 juillet 2012 un<br />

colloque accompagné d’une exposition au centre de recherche<br />

d’EDF à Clamart. Ce XVIII e symposium réunira tous les experts<br />

du domaine de la vibration, du choc et des essais d’environnement<br />

mécanique et climatique.<br />

Les 3, 4 et 5 juillet 2012<br />

Au centre de recherche d’EDF, à Clamart<br />

http://aste.siteo.com/fr/<br />

Septembre 2012<br />

10 e Conférence internationale<br />

sur la ventilation industrielle<br />

La conférence sur la ventilation industrielle est organisée par<br />

l’INRS, en partenariat avec l’IRSN, le CSTB, l’Observatoire de la<br />

Qualité de l’air intérieur et le Cetiat. Cette rencontre permettra<br />

aux experts en ventilation industrielle, en hygiène du travail, en<br />

ingénierie aéraulique des bâtiments et des procédés industriels,<br />

aux concepteurs d’équipements de ventilation et de filtration,<br />

aux responsables techniques de groupes industriels,<br />

aux gestionnaires de bâtiments du tertiaire, aux prescripteurs<br />

institutionnels et aux universitaires de présenter leurs travaux<br />

de recherche/développement et de confronter leurs pratiques<br />

professionnelles dans le domaine de la ventilation industrielle.<br />

Du 17 au 19 septembre 2012<br />

À la Maison de la Mutualité (Paris)<br />

www.inrs-ventilation2012.fr/fr/<br />

Sepem Industries Sud-Ouest<br />

Le salon régional spécialisé dans les services à l’industrie, les<br />

équipements, les process et la maintenance ouvrira pour la première<br />

fois ses portes dans le sud-ouest de la France, plus précisément<br />

à Toulouse. Il rassemblera les décideurs issus des<br />

sites de production implantés dans les régions Aquitaine, Midi-<br />

Pyrénées et Languedoc-Roussillon. Un espace « nouveautés »<br />

permettra aux visiteurs de se tenir informés des grandes innovations<br />

du moment et la mise en place d’un système de navettes<br />

gratuites leur facilitera l’accès au salon.<br />

Du 25 au 27 septembre 2012<br />

À Toulouse<br />

www.sepem-industries.com/toulouse<br />

Octobre 2012<br />

Séminaire Européen - Applications des Lasers<br />

de Puissance<br />

LASERAP’7 organisera début octobre un séminaire de 3,5 jours<br />

qui comprendra des conférences plénières et des sessions thématiques<br />

sous la forme d’ateliers interactifs.<br />

Le séminaire portera sur la simulation et la modélisation des<br />

procédés laser, le micro-usinage par laser à impulsions courtes,<br />

les gravures, les assemblages et les découpes, les procédés<br />

hybrides, l'apport des lasers dans les traitements de surface et<br />

la fabrication additive.<br />

Du 1 er au 5 octobre 2012<br />

À « La vieille Perrotine », Ile d’Oléron (17),<br />

Gite du CNRS<br />

www.laserap7.org<br />

Mesurexpovision<br />

Conjointement aux salons Carrefour de l’Électronique, Opto et<br />

RF&Hyper Wireless, Mesurexpovision se tiendra à la Porte de<br />

Versailles à la fin du mois d’octobre.<br />

L’événement de la mesure accueillera près de 300 exposants<br />

et environ 5 000 visiteurs issus de la mesure/instrumentation,<br />

des industries mécaniques, de l’automobile, de l’aérospatial et<br />

l’aéronautique, de la recherche, des laboratoires, des organismes<br />

de recherche, de l’éducation, de la formation, de l’électronique<br />

industrielle ou encore des services, du conseil, des<br />

bureaux d’études, de l’énergie, de l’environnement et de<br />

la défense.<br />

Du 24 au 26 octobre 2012<br />

À Paris – Porte de Versailles<br />

www.gl-events.com<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● JA NVI E R , F ÉVR I E R , M A R S 2 0 1 2 ● PAG E 6 3


Au sommaire<br />

du prochain numéro<br />

Mesures et méthodes de mesure<br />

Les méthodes et les technologies de mesure vibratoires<br />

et acoustiques au service des industriels<br />

et des laboratoires d'essais.<br />

Mesure tridimensionnelle : Optimiser la mesure<br />

de ses pièces et de ses produits industriels<br />

grâce à la métrologie 3D.<br />

<strong>Essais</strong> et modélisation<br />

L’évolution des moyens d’essais climatiques.<br />

Zoom sur les projets et les travaux les plus significatifs<br />

des laboratoires, des universités et des industriels.<br />

Sans oublier<br />

Des avis d'experts ainsi que toutes les informations<br />

concernant la vie de l'ASTE et du Gamac, les événements,<br />

les formations et les actualités du marché de la mesure,<br />

des essais, de la modélisation et de la simulation.<br />

R é p e r t o i r e d e s a n n o n c e u r s<br />

CONCEPTION ÉDITORIALE & RÉALISATION<br />

MRJ - 24 rue Firmin Gillot - 75015 Paris<br />

Tél. : 01 56 08 59 00<br />

Fax : 01 56 08 59 01<br />

www.mrj-presse.fr<br />

(La rédaction n’est pas responsable des documents qui lui sont<br />

adressés, sauf demande express, ceux-ci ne sont pas retournés)<br />

DIRECTEUR DE LA PUBLICATION<br />

Jérémie Roboh<br />

RÉDACTION<br />

Olivier Guillon<br />

(o.guillon@mrj-corp.fr)<br />

Comité de rédaction :<br />

Anne Marie Ajour (ASTE), Raymond Buisson,<br />

Charki Abdérafi (Istia), Bernard Colomiès (Sopemea –<br />

ASTE), François Derkx (IFSTTAR), Jean-Claude Frölich<br />

(ASTE), Pierre Girard (ASTE), Olivier Guillon (MRJ),<br />

Henri Grzeskowiak (HG Consultant), Michel Roger<br />

Moreau (Gamac – ASTE), Lambert Pierrat<br />

(LJ Consulting), Jean Paul Prulhière (Metexo),<br />

Jean-François Romain (MRJ), Philippe Sissoko (LCIE),<br />

Pierre Touboul (Onera)<br />

Ont participé à ce numéro :<br />

Raymond Buisson (RB Consultant), Sylvain Coste<br />

(TURBOMECA), Bertrand Deraigne (2ADI), J. Dumoulin<br />

(Ifsttar, Macs), Michel Guidon (CEA-Cesta), Mathieu Herran<br />

(TURBOMECA), L. Ibos (Certes, université Paris Est),<br />

Patrick Jamain (Astrium), Frédéric Lago (DGA Techniques<br />

Aéronautiques), Christophe Larrieu (DGA Techniques<br />

Aéronautiques), Thomas Léderlin (TURBOMECA), S.<br />

Ludwig(Cete de l'Est-LRPC Nancy-ERA), M. Marchetti<br />

(Cete de l'Est-LRPC Nancy-ERA), M. Moutton (Cete de<br />

l'Est-LRPC Nancy-ERA), Jacques Père-Laperne<br />

(ALGOTECH), Jean-Paul Prulhière (METEXO),<br />

Hideaki Sato (Research Laboratories for Fundamental<br />

Technology of Food, Asahi Group Holdings Ltd.),<br />

Nicolas Savary (TURBOMECA), Eric Seinturier<br />

(TURBOMECA), Christophe Simond (DGA Techniques<br />

Aéronautiques), Laurence Vial (TURBOMECA)<br />

ÉDITION<br />

Maquette : Graphaël (Paris)<br />

Couverture : Sandrine Weyland (MRJ)<br />

PUBLICITÉ<br />

MRJ - Tél. 01 56 08 59 00<br />

Patrick Barlier - p.barlier@mrj-corp.fr<br />

DIFFUSION ET ABONNEMENTS<br />

Sonia Cheniti<br />

www.essais-simulations.com<br />

Abonnement 1 an (4 numéros) : 58 €<br />

Prix au numéro : 20 €<br />

Règlement par chèque bancaire à l’ordre de MRJ<br />

(DOM-TOM et étranger : nous consulter)<br />

CETIM ........................................................23<br />

DB-VIB........................................................17<br />

HBM...........................................................33<br />

KISTLER .......................................................7<br />

M+P INTERNATIONAL ...............................31<br />

OMEGA.........................................................2<br />

ROTRONIC .................................................35<br />

SHIMADZU.................................................31<br />

SITIA...........................................................11<br />

THE MATHWORKS .............2 e de couverture<br />

SALONS :<br />

MESUREXPO .............................................41<br />

MICRONORA..............................................45<br />

SEPEM TOULOUSE.............3 e de couverture<br />

VIRTUAL PLM .....................4 e de couverture<br />

Trimestriel - N° 110<br />

avril, mai, juin 2012<br />

Éditeur : MRJ<br />

SARL au capital de 50 000 euros<br />

24 rue Firmin Gillot – 75015 Paris<br />

RCS Paris B 491 495 743<br />

TVA intracommunautaire : FR 38491495743<br />

N° ISSN : 2103-8260<br />

Dépôt légal : à parution<br />

Imprimeur : Imprimerie de Champagne<br />

Z.I. Les Franchises – 52200 Langres<br />

Toute reproduction partielle ou globale est soumise à<br />

l’autorisation écrite préalable de MRJ.<br />

E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● AV R I L , M A I , J U I N 2 0 1 2 ● PAG E 6 4

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