Essais & Simulations n°108

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DOSSIER
Compatibilité
électromagnétique
La CEM aujourd’hui ...
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Essais et modélisation
Les nouveaux usages
des capteurs dans les essais.
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Méthodes de mesures
Mesurer la qualité, l’humidité et la
température de l’air.
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N° 108 octobre, novembre, décembre 2011 Trimestriel 20 €

L’interview
Entretien : Pierre Laroche (Onera) ....................2
Actualités
Entreprises & Marché
Conjoncture : Les incertitudes du marché
du test et de la mesure pour 2012 .......................4
Investissement : Trescal élargit ses capacités
de mesures de grandes longueurs.........................4
Tests : Lancement d’une campagne
de mesures 4G LTE .............................................5
Accord : Partenariat entre Maplesoft et VI-grade
dans le domaine de la modélisation ......................5
Produits & Technologies
Événement :
Sepem Industries : cap sur Avignon ......................6
Essais : Nouvelles machines d’essai d’impact
mouton pendule motorisé .....................................8
Aéraulique :
Testo 480 : pour des mesures en ventilation,
climatisation et confort ambiant...........................8
Simulation : De la simulation pour virtualiser
les batteries haute-tension ...................................9
Mesures : Kimo lance de nouveaux enregistreurs
autonomes communiquant par onde radio .............9
Nomination : Henri Garcia nommé au poste
de directeur commercial France de Microlease ...10
Essais et modélisation
Technologie : Intégrer des capteurs d’efforts
dans l’assemblage de pièces d’avion ..................11
Panorama : Exemples de solutions
technologiques faisant appel aux capteurs..........12
Interview : Les jauges de contrainte toujours
essentielles dans les opérations d’essais............14
Dossier
Compatibilité
éléctromagnétique
Préface
CEM : Une meilleure maîtrise des champs forts et
des techniques prédicatives plus adaptées.........15
Champ fort :
L’Art de générer du champ fort : une combinaison
de deux chambres réverbérantes .......................16
Modélisation des effets électromagnétiques
d’un impact foudre sur un bâtiment et optimisation
de sa protection par conducteurs écrans............19
Cages anéchoïdes :
Efficient Simulation of Anechoic Chamber ..........23
Méthodes : Mesure de l’impédance de
transfert et de l’atténuation d’un câble blindé....26
Applications : Microwave invente le maintien des
appareils aéronautiques directement sur site .....28
Pyrométrie :
Propriétés thermo-optiques des solides
et liquides aux hautes températures...................32
Technologie : Fibres optiques infrarouges pour la
détection chimique et biologique ........................36
Avis d'expert :
La corrélation d’images : un outil de mécanique
expérimentale 1 ère partie : Principes généraux.....38
Outils
La vie de l’Aste et du Gamac
Événement :
En direct des Journées thématiques de l'ASTE....42
Formations ............................................44
Agenda.......................................................47
Répertoire des annonceurs.................................48
Mesures et méthodes de mesures
Technologie : Répondre aux besoins croissants en
termes de microfluidique liquide .........................30
En pratique : Mesure de l’humidité relative
dans les chambres d’essai .................................31
ESSAIS & SIMULATIONS est la revue partenaire
exclusive de l’ASTE (Association pour le
développement des sciences et techniques
de l’environnement).
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Entretien
Pierre Laroche, Adjoint au directeur du
département Mesures physiques de l’Onera
Ce trimestre, le thème à l’honneur dans le dossier central du magazine
Essais & Simulations est la compatibilité électromagnétique
(CEM). Pour introduire cette thématique phare, quoi de plus normal
que de nous entretenir avec l’un des spécialistes français dans le
domaine bien particulier du foudroiement en vol. Car si la CEM évolue
doucement, au fil des années, grâce à la recherche aux retours
d’expérience, elle est amenée à se développer fortement en raison
des nouvelles problématiques liées aux matériaux composites de plus
en plus présents dans les structures des avions.
Essais & Simulations : Pouvez-vous
nous présenter les activités de l’Onera
en matière de compatibilité électromagnétique
?
Pierre Laroche : Je peux vous en
présenter les grandes lignes basées sur
la simulation numérique dans les
domaines temporels et fréquentiels mais
aussi sur la base d’activités expérimentales
réalisées en chambre anéchoïde
et en chambre réverbérante à
brassage de mode. Toutefois, ces activités
sont conduites dans une autre
équipe au sein du Département électromagnétique
et radar (DEMR).
Qui sont vos clients et quelles sont
leurs problématiques ?
Nous traitons de la caractérisation des
foudroiements et de leurs effets directs
sur un avion en vol. Nous traitons également
de la caractérisation des phénomènes
orageux dans le but d’appréhender
le risque de foudroiement. Nos clients
sont les avionneurs (Dassault, Airbus,
Eurocopter), les institutionnels comme la
Direction générale de l’aviation civile
(DGAC), la Direction générale de l’armement
(DGA), l’Ademe, l’Europe (...) et les
industriels tels que Astrium.
Comment l’Onera y répond-il ? Avec
quels moyens et quelles technologies ?
Nous apportons des réponses en termes
d’évaluation de la nature, de l’intensité
et de la fréquence d’une agression par
la foudre. Nos moyens sont des simulations
numériques basées sur des
descriptions explicites des phénomènes
physiques, accompagnées et validées
par des actions expérimentales en laboratoire
ou sur le terrain. En d’autres
termes, les simulations réalisées sur
l’appareil vont décrire tout l’historique
du balayage de l’arc ainsi que le déplacement
de l’éclair sur l’aile, le fuselage
ou le moteur. Nous obtenons ainsi l’historique
des zones qui peuvent subir un
foudroiement. Dans le domaine de l’aéronautique,
l’évaluation de l’agression
s’élabore en découpant des zones de
l’avion ; ce « zonage » est réalisé de
manière à tout mettre en œuvre pour
que les agressions ne provoquent pas
de dommages majeurs.
Plus globalement, à quelles problématiques
sont confrontés les industriels
?
Les industriels du domaine aéronautique
sont confrontés à des démarches normatives
très exigeantes qui imposent
des contraintes basées sur l’application
de l’agression majeure. C’est dans le
cadre de cette démarche normative que
les capacités des aéronefs à supporter
les conséquences d’un foudroiement
sont démontrées ou justifiées. Les
actions de recherche de l’Onera aident
les industriels à optimiser leur démarche
normative et, de façon plus amont, leur
fournissent des connaissances desti-
nées à décrire la réalité de l’agression
foudre en vol. L’expérience montre que
le foudroiement est inévitable, contrairement
au givrage par exemple, pour
lequel la meilleure façon de lutter contre
ça est tout simplement d’éviter de voler
dans des nuages givrants. Comme le
foudroiement est inévitable et qu’il est
impossible de réaliser des essais
physiques en plein vol, l’avion doit être
certifié pour être mis en service tout en
sachant qu’il pourra subir un foudroiement
sans pour autant causer de
dommages irréversibles. Pour entreprendre
une telle démarche normative,
que ce soit à l’avant de l’avion ou sur
tout l’appareil, il est nécessaire d’appliquer
des séries d’ondes et de niveaux
d’agression en fonction du zonage. On
applique ensuite un essai en laboratoire
ou bien nous démontrons que grâce à
tel ou tel design, l’avion pourra supporter
le foudroiement.
Quel est l’impact des nouveaux matériaux
composites sur la manière d’aborder
les CEM et la foudre ?
Les nouveaux matériaux composites,
essentiellement les CFC*, modifient
drastiquement le « schéma » électrique
d’un avion. Dans le cas d’un avion
« tout » composite, la structure ne peut
plus assurer le retour de l’énergie électrique
dissipée à bord. Contre les effets
directs du foudroiement, ces matériaux
doivent recevoir une protection spécifique
dont les performances doivent être
démontrées ; la sensibilité des résultats
d’essais au protocole expérimental
devient alors un challenge qu’il faut
maîtriser. Pour la CEM, une démarche
analogue doit être appliquée alliant
modélisation numérique et validation
expérimentale. Ces protections supplémentaires
doivent être adaptées aux
différentes zones de l’avion. Concrètement,
il s’agit d’une mèche de bronze
* Carbon Fibre Composite
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ou d’aluminium que l’on déploie et que l’on imprègne sur toute
la surface de l’appareil.
Le challenge qui se pose et qu’il est essentiel de relever
demeure celui du poids. Car si le carbone permet de le réduire,
les protections que l’on est obligé d’ajouter ne font que l’augmenter.
C’est un véritable casse-tête. Néanmoins, si la réduction
de poids n’est pas facile à atteindre, les gains de
productivité et de production sont en revanche évidents par
rapport à l’emploi de l’aluminium.
Curriculum vitae
Comment la norme va-t-elle évoluer en fonction de tous
ces bouleversements ?
La norme garde par essence un caractère conservateur et
évolue lentement sur la base des connaissances scientifiques
et techniques et sur le retour d’expérience. Dans le cas de
l’aviation, les normes appliquées sur les composites sont les
mêmes que pour les avions dotés de structures métalliques.
Ce qui va toutefois être modifié, ce sont les outils qui vont
être utiles pour valider l’application de ces normes, en particulier
en CEM. Il faudra ainsi davantage prendre en compte
le comportement complexe du composite carbone (présenté
sous la forme de nappes de carbone tressées). Les outils
industriels de compatibilité électromagnétique doivent prendre
en compte ces nouvelles propriétés. Ils devront également
prendre en considération les effets indirects du foudroiement,
(c’est-à-dire comment l’énergie se couple dans les câbles),
prendre en compte les structures, etc. ●
DR
Pierre Laroche
Né en 1946
Adjoint au directeur du département Mesures physiques de l’Onera
FORMATION :
Ingénieur, diplômé de l’Institut Polytechnique de Grenoble en 1971
Propos recueillis
par Olivier Guillon
PARCOURS PROFESSIONNEL :
1971 : Pierre Laroche rejoint l’Onera et mène des études expérimentales
sur l’électrisation des avions et des hélicoptères jusqu’à
la fin des années 70.
Début des années 80 : Pierre Laroche prend la tête d’une division
de recherche ; il aborde des études expérimentales et des
simulations de l’électrisation des nuages d’orages. Il est alors
le responsable scientifique de campagnes d’essais de foudroiement
en vol sur avion Transall, puis dans le cadre d’une coopération
avec les États-Unis, sur un avion Convair 580 mis en œuvre
dans des orages de Floride. Il développe des études expérimentales
de la physique des foudroiements, basées sur l’observation
des éclairs déclenchés artificiellement et contribue au développement
de ces techniques expérimentales aux États-Unis où
elles sont toujours utilisées.
De 1999 à 2007 : Pierre Laroche assure la présidence de la Commission
internationale d’électricité atmosphérique (IUGG-IAMAS).
AUTRE ACTIVITÉS :
Avec son équipe, Pierre Laroche remporte le Grand prix 2000 de
l’Académie de l’air et de l’espace.
PUBLICATIONS ET RESPONSABILITÉS SCIENTIFIQUES :
Co-auteur de l’ouvrage « Lightning : Principles, Instruments
and Applications », par H.D.Betz, U.Schumann et P.Laroche
Springer 2009.
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DR
Emitech met la main sur Gyl
Technologies
L’entreprise angevine Gyl Technologies
(créée en 1995 - CA 2010 : environ 1 M€)
a rejoint le groupe Emitech. Situé à Juignésur-Loire
(Maine-et-Loire), ce laboratoire
d’essais en compatibilité électromagnétique,
radio, sécurité électrique mais aussi
en climatique et mécanique compte huit
personnes. Douzième centre du groupe
Emitech, Gyl Technologies est accrédité
Cofrac, FCC aux États-Unis et Industrie
Canada ; il est également reconnu comme
organisme notifié dans le cadre du
marquage CE et VCCI au Japon. Avec
Emitech Atlantique, situé à Beaucouzé
(Maine-et-Loire), Gyl Technologies renforce
la capacité d’accueil du groupe Emitech
à Angers. Les deux centres angevins
disposent ainsi d’une souplesse accrue
dans la planification de campagnes d’essais
et d’une manière générale dans le
traitement des demandes clients.
Pascal Zehren
nommé directeur des ventes
Europe du sud
Eplan Software & Service,
principal éditeur de solutions
logicielles dans le
domaine de la conception
et des services pour l’ingénierie
électrotechnique
ainsi que dans les secteurs
des fluides et du contrôle de processus,
annonce la nomination de Pascal
Zehren au poste de directeur des ventes
pour l’Europe du sud. Il aura la responsabilité
de la France, l’Italie, l’Espagne et
le Portugal et de Country Manager pour
la France.
Conjoncture
Les incertitudes du marché
du test et de la mesure
pour 2012
Le Syndicat de l’instrumentation de mesure,
du test et de la conversion d’énergie dans
le domaine de l’électronique (Simtec) a
dévoilé son étude de perspectives pour le
test et la mesure en 2012. L’étude a été
réalisée par Décision, cabinet de conseil
spécialisé dans l’électronique. Cette étude
révèle que malgré les inquiétudes qui pèsent
sur l’électronique en France (crise
structurelle, catastrophe de Fukushima,
électronique essentiellement industrielle),
« les perspectives 2012 pour le marché des
équipements de T&M restent favorables dans
de nombreux secteurs industriels. »
Le marché total représentant près de
420 M€, soit une hausse de 4% par rapport
à 2011, par secteurs, il accusera cependant
un fléchissement dans les transports
(notamment dû à la crise que connait l’automobile)
alors que les télécoms (réseaux
3G et 4G, plan Fibre...) et l’aéronautique/défense
(bonne tenue d’Airbus,
Eurocopter…) tireront sa croissance vers le
haut. Par ailleurs, de nombreux marchés
émergent. C’est le cas des véhicules hybrides
et électriques (élargissement de l’hybridation
à de nouveaux segments et
développement des offres de « mobilité » à
partir de véhicules électriques). C’est aussi
le cas de l’éclairage électronique et son
secteur d’avenir : le LED. Enfin, les domaines
de la sécurité (territoires, réseaux, biens
et personnes…) vont voir monter en flèche
la fourniture de systèmes d’alarmes et de
caméras vidéo, en raison d’un retard français
à combler par rapport au reste des pays
de l’Union ●
Investissement
Trescal élargit ses capacités de
mesures de grandes longueurs
Le premier e-APU60
de Microturbo prêt
pour les essais en vol
Dans le cadre du salon NBAA, Microturbo
(groupe Safran) a annoncé que l’e-APU60,
nouveau concept de groupe auxiliaire de
puissance spécialement conçu pour répondre
aux exigences des nouvelles générations
d’avions plus électriques, a été
livré cet été à son premier client Agusta-
Westland pour équiper les hélicoptères de
nouvelle génération AW149 et AW189.
L’installation du premier e-APU60 configuré
pour les essais en vol s’est déroulée
conformément au planning. Capable de
délivrer une puissance électrique allant
jusqu’à 60 kWe, l’e-APU60 est à même
de couvrir la totalité des besoins électriques
sur l’ensemble du domaine de vol.
Le laboratoire de métrologie dimensionnelle
de l’agence Trescal de Vendôme
s’est doté d’un banc grande longueur
unidirectionnel de 20 mètres. Couplé à
un système de mesure interférométrique,
ce banc est composé de blocs
et de rails de guidage en granit assurant
la qualité du déplacement aérostatique
du chariot de mesure. Il est
piloté par un logiciel qui prend en
compte la mesure du système interférométrique
corrigée des facteurs d’influence
calculés par les mesures des
conditions d’environnement. Cet investissement
vient compléter un banc de
mesure de 3 mètres SIP3002 de haute
précision également couplé à un système
interférométrique.
Opérationnel depuis octobre 2011 ce
banc permet à Trescal de proposer à
ses clients industriels qui fabriquent des
produits de grandes dimensions des prestations
d’étalonnage et de vérification
d’équipements dimensionnels jusqu’à
20 mètres avec des incertitudes de
mesure estimées à U = 5 µm + 1.10-6.L.
De plus, outre les instruments à traits,
grâce à ce nouvel équipement entièrement
automatisé, le laboratoire de
Vendôme va pouvoir intervenir sur des
équipements de nouvelles technologies
tels que distance-mètres ou télémètres,
théodolites, interféromètres laser, lasers
tracker pour lesquels des investissements
complémentaires et adaptés ont
été également réalisés ●
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Tests
Lancement d’une campagne
de mesures 4G LTE
Molex Incorporated vient d’annoncer
que des chercheurs de l’Université d’Aalborg
et des spécialistes des antennes
de Molex travaillent actuellement à la
réalisation de mesures dans des environnements
denses afin de garantir des
résultats réalistes.
Les expériences en milieu intérieur réalisées
dans le centre-ville d’Aalborg avec
des prototypes de téléphones mobiles
LTE de nouvelle génération permettront
de garantir aux clients des connexions
de meilleure qualité aux terminaux portables
du futur.
Organisée dans le cadre d’une collaboration
entre l’université d’Aalborg et le
service de recherche sur les antennes
de Molex, basé à Nørresundby au Danemark,
cette campagne de mesure en
continu concernait initialement la réception
en extérieur dans les rues d’Aalborg.
Le test dans le laboratoire des antennes
radio en chambre sourde convient parfaitement
à certains types d’applications,
mais la technologie 4G est confrontée
dans son fonctionnement à une réalité
de terrain très différente et beaucoup
plus difficile. Les mesures réalisées en
ville permettront ainsi de tester des
prototypes et des appareils de mesure
dans des environnements réalistes ●
Accord
Partenariat entre Maplesoft
et VI-grade dans le domaine
de la modélisation
MaplesoftTM et VI-grade ont annoncé
un partenariat qui devrait, selon les
deux instigateurs, permettre aux utilisateurs
d’augmenter l’étendue de leurs
solutions et d’améliorer la flexibilité de
leurs modèles de conception. Ce partenariat
verra l’intégration des modèles
MapleSimTM dans l’environnement VI-
CarRealTime.
MapleSim est un outil de modélisation
physique et de simulation qui repose sur
une base technologique de calcul symbolique.
Il gère l’ensemble des mathématiques
complexes impliquées dans le
développement des modèles d’ingénierie,
y compris les systèmes multi-domaines
et la conception de contrôleurs.
VI-CarRealTime procure quant à lui un
environnement de simulation véhicule
temps réel entièrement validé pouvant
être utilisé par les ingénieurs automobiles
pour optimiser la conception de
véhicules et les performances des systèmes
de contrôle. Grâce à VI-CarReal-
Time, les ingénieurs en Dynamique
Véhicule peuvent également réaliser de
grands plans d’expériences (DOE) et
des études d’optimisation à objectifs
multiples. « L’environnement VI-CarReal-
Time fournit un modèle de véhicule
complet facilement accessible, grâce
auquel les utilisateurs MapleSim peuvent
aisément implémenter leurs modèles de
sous-systèmes sans avoir à construire
eux-mêmes le modèle du véhicule,
indique-t-on au sein de Maplesoft. Par
ailleurs, les paramètres de châssis du
véhicule sont transférés directement
depuis ADAMS/CarTM dans VI-CarReal-
Time » ●
Turbomeca choisit le logiciel
nCode Automation de HBM
La société Turbomeca, spécialisée dans
la conception, la production, la vente et
le soutien de turbines à gaz de petite et
moyenne puissance pour hélicoptères, a
choisi une plateforme logicielle nCode
pour assurer le stockage, la gestion, l’analyse
et la traçabilité des milliers de voies
de mesure en provenance de ses bancs
d’essais. Le logiciel Automation 7.0 est
particulièrement adapté au secteur de
l’aéronautique où de grandes quantités de
données sont générées lors d’essais sur
bancs ou bien en vol. Automation est un
logiciel qui centralise et sécurise toutes
ces données, les organise et les analyse
depuis un serveur central. Basé sur une
technologie Web sécurisée, Automation
met directement à disposition les données,
analyses et rapports à l’ensemble
des départements, sites ou partenaires
d’un projet à partir d’un simple ordinateur,
palm ou smartphone munis d’un explorateur
Internet.
Une plateforme d'essai
pour les bornes de recharge
ultra-rapide à Grenoble
C'est dans le cadre du projet Velcri (Véhicule
électrique à charge rapide intégrée),
qu'a eu lieu sur le site grenoblois de
Schneider Electric l'inauguration de la
station EVLink, destinée à la mise au point
et aux tests grandeur nature de solutions
de recharge ultra-rapide pour véhicules
électriques. La Station EVLink, vitrine du
projet, abrite plusieurs espaces de
recherche, de test et de démonstration
pour les différents types d’infrastructures
de recharge : domestiques, voirie, parkings
publics ou privés et enfin celles
concernant la recharge ultra-rapide.
Renault investit 28 M¤
dans un pôle d’essais
électriquem
Renault poursuit le développement du pôle
d’essais électriques de Lardy en investissant
28 M€. La Kangoo Z.E. et Fluence
Z.E. seront les premiers des quatre véhicules
électriques de nouvelle génération
mis sur le marché en douze mois. Le pôle
électrique de Lardy s’est progressivement
étendu depuis 2009. Implanté sur deux
bâtiments, il regroupe aujourd’hui une
centaine de bancs sur 3 300 m² : 8 bancs
d’essais pour les moteurs électriques, 6
pour l’électronique de puissance, 41 associés
à des enceintes climatiques pour les
batteries Lithium-ion. 58 autres sont
consacrés à l’amélioration des performances
des batteries de démarrage et à
l’étude d’une seconde vie.
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Événement
Sepem Industries : cap sur Avignon
Du 31 janvier au 2 février aura lieu au parc des expositions d’Avignon
la deuxième édition du Sepem Industrie Sud-Est. Entretien avec Philippe
Dutheil, le directeur de l’événement industriel du début de l’année 2012,
qui mise sur un nouveau succès de cette édition en région Paca, avant
d’annoncer un Sepem inédit ; celui-ci concernera cette fois le quart sudouest
du pays et se déroulera à Toulouse en septembre prochain.
Liste des secteurs
d’activité représentés
Chimie, pétrochimie, plasturgie
Pharmacie, cosmétique
Énergie
Papier et carton
Agroalimentaire
Brassicole, vinicole
Traitement des eaux et effluents
Métallurgie, sidérurgie, fonderies
Automobile, ferroviaire
Éco-industries, éco-environnement
Électronique, électrique
Extraction et minéraux
Plates-formes logistiques
Verreries
Textile, habillement
Essais & Simulations : Comment s’annonce
cette deuxième édition du Sepem
Industries Sud-Est ?
Philippe Dutheil : Celle-ci se présente
très bien. Le Salon des services, des
équipements, des process et de la maintenance
attire de plus en plus de monde
au fil de ses différentes éditions et lieux
d’organisation. Dans cette région du
sud-est, la tendance est similaire puisque
nous avons rencontré les mêmes
soucis – s’il on peut dire – qu’à Douai
par exemple, dus au succès du concept
de salons en région, à taille humaine et
facilement accessible. Les réservations
ont en effet été complètes dès le mois
de juin. Nous avons donc été contraints
d’agrandir la surface initialement prévue
(qui était d’une taille égale à celle de
la précédente édition), de manière à
accueillir une centaine d’exposants
supplémentaires.
Un nouveau hall a ainsi été ouvert. À
la fin octobre, nous comptions déjà
348 exposants, soit une soixantaine de
plus qu’en 2010.
Avez-vous prévu quelques nouveautés
en direction des visiteurs ?
Tout à fait. La grande nouveauté du
Sepem Avignon est que nous allons offrir
à tous les visiteurs qui arriveront entre
9 heures et 11 heures du matin un
ticket repas d’une valeur de 5 euros.
L’objectif est réduire le coût de repas
des visiteurs de manière à lui permettre
d’allonger sa durée de visite. Nous
souhaitons à travers cette initiative
répondre à l’augmentation de la surface
d’exposition et du nombre de stands,
ce qui naturellement allonge dans le
même temps la durée de la visite.
Auparavant, on pouvait parcourir les
7 000 mètres carrés de surface d’exposition
en une demi-journée. Désormais,
cette surface mesure 8 000
mètres carrés ; nous aimerions donc
garder le visiteur un peu plus longtemps.
Êtes-vous optimiste quant à cette
nouvelle édition ?
Le premier événement qui s’était déroulé
il y a deux ans nous avait, pour ainsi
dire, beaucoup surpris, tant en termes
de qualité que de quantité des visiteurs
(au total, le salon avait attiré plus de
3 200 visiteurs pour 260 exposants –
voir dernier encadré). Pourtant, la grande
interrogation pour nous résidait dans
la géographie elle-même ; car si cette
région regorge d’un tissu industriel
plutôt important et significatif, peu de
professionnels et d’acteurs de l’industrie
d’une manière générale « descendent
» au sud de Lyon et de la région
Rhône-Alpes. En cause, une méconnaissance
du tissu industriel en région
Provence-Alpes-Côtes d’Azur.
Mais pourquoi la ville d’Avignon en
particulier ?
À l’image des autres éditions du Sepem
Industries, celle d’Avignon est révélatrice
de notre propre manière d’organiser
des salons. Nous avons en effet
cherché un lieu à la fois facile d’accès,
disposant d’un parc d’exposition assez
important et se trouvant dans une position
centrale, à proximité d’un noeud de
communication important et non loin de
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pôles industriels. À la différence,
Marseille est une trop grande ville,
donc peu pratique lorsque l’on
arrive en voiture et aux durées de
déplacements trop longues. Par
ailleurs, la ville d’Avignon s’est
révélée un choix stratégique dans
la mesure où celle-ci se situe au
cœur d’une région au tissu industriel
important et à 2h30 (maximum)
d’environ 9 500 sites de
production comprenant en moyenne
une vingtaine de personnes. En
outre, Avignon se trouve le long des
accès Lyon-Marseille et Montpellier-
Nîmes, mais aussi à équidistance des
zones industrielles de Toulon, Marseille
et du sud Rhône-Alpes. Nous avons
même accueilli en 2010 des visiteurs
venus tout droit de Lyon !
À quels domaines appartiennent les
visiteurs du Sepem Avignon ?
Nous avons affaire à une bizarrerie bien
spécifique au sud-est : le salon s’adresse
en effet d’une part au secteur agroalimentaire
(ce qui est toutefois aussi le
cas des autres éditions du Sepem),
d’autre part au secteur du nucléaire.
Malgré leurs environnements très différents,
ces deux domaines d’activité
rencontrent des problématiques bien
similaires en matière de process ou de
mesures. Ce qui va varier, ce sont les
outils et les instruments qu’ils vont être
amenés à utiliser. Quant aux métiers,
tout ce qui est lié au process continu
(pompes, vannes, robinetterie, raccords
et autres) progresse et se développe.
De même que les équipements de manutention
dont la présence augmente de
salons en salons ; la sous-traitance,
notamment mécanique, tire elle aussi
son épingle du jeu.
Plus globalement, quel est votre
ressenti sur la conjoncture industrielle ?
Au-delà de l’effet positif connu au sein
du Sepem, j’ai le sentiment que les
entreprises industrielles ont de nouveau
du travail. On n’entend pas, ou de moins
en moins, d’entreprise qui ne peut
survivre faute de travail ou d’activité. Il
convient toutefois de mentionner le fait
que nous assistons depuis plusieurs
années à une réduction du personnel,
si bien que la pression est bien entendu
plus forte. Le véritable problème réside
en revanche dans le manque de visibilité
dans le temps – en tout cas dans
notre secteur dédié, à savoir les équipements
pour l’industrie. Cette lacune
freine inévitablement les décisions. De
ce fait, les entreprises préfèrent ne pas
réembaucher dans l’immédiat.
Pouvez-vous nous dire quelques mots
sur la nouvelle édition du Sepem, prévue
à Toulouse ?
Cela fait environ un an que nos exposants,
à travers différents questionnaires,
nous demandent de créer une
édition du Sepem Industries dans le sudouest
du pays. Nous étions bien sûr
d’accord mais avant cela, nous tenions
à réaliser une véritable étude de la zone
de chalandise de ce quart sud-ouest.
Transports :
quatre navettes mises à disposition
Nous avons épluché tous les
départements et le tissu industriel
de la région pour y trouver au total
6 959 sites de production pour un
fichier contenant 18 190 contacts.
Ces chiffres sont, comme vous
pouvez le constater, bien en-deçà
des autres régions que couvre le
Sepem. Mais la puissance indiscutable
du secteur aéronautique
ainsi que le nombre important de
sous-traitants, sans oublier le
secteur agroalimentaire – très
présent lui aussi – font que cette
partie du pays devait à son tour être
couverte par le Sepem.
Quand aura lieu cette première
édition et selon quels critères ?
Le premier événement de Sepem Industries
Sud-Ouest se déroulera les 25, 26
et 27 septembre 2012 au parc des
expositions de Toulouse. Ce salon
regroupera les régions Midi-Pyrénées,
Aquitaine et Languedoc-Roussillon. La
recette sera la même que celle des
autres salons, du moins pour la première
édition, à savoir une surface limitée à
7 000 mètres carrés, environ 300 exposants
et un service de navettes gratuites
(cinq au départ de Pau, Bordeaux,
Brive, Montpellier et Perpignan) ●
Un service de navettes gratuites est mis en place au départ de
grands pôles industriels, répartis sur la zone de chalandise du
salon. Les visiteurs pourront ainsi faire l’aller-retour dans la
journée gratuitement. Quatre navettes se rendront au Sepem
Avignon au départ de :
- Péage de Roussillon (1h30) > Valence (1h) > Bollène (30 mn) > Parc des expositions
- Marseille (1h) > Marignane (40 mn) > Berre (35mn) > Parc des expositions
- Montpellier (1h30) > Nîmes (45 mn) > Parc des expositions
- Toulon > Aix (45 mn) > Salon (30mn) > Parc des expositions
Bilan de la première édition (2010)
« 3 242 visiteurs industriels pour la première édition du Sepem Industries Sud-Est, c’est un
bilan particulièrement encourageant pour une région qui ne connaissait jusque là aucun salon
dédié de cette envergure, malgré un tissu industriel très dense. Dans l’ordre, le « top 5 » des
industries représentées : la métallurgie, les machines pour l’industrie, l’agroalimentaire, la chimie/pharmacie
et les énergies, en provenance de tous les départements de la zone de chalandise
du salon et remontant même très haut dans la région Rhône-Alpes. Un taux de satisfaction
de 92.3 % pour les 242 Exposants, tandis que 93 % des visiteurs ont déjà confirmé leur
intention de revenir visiter la deuxième édition, en 2012… » - Les organisateurs des Sepem.
E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OV E M B R E , D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 7

Goodfellow lance un matériau
unique et isolant à hautes
températures
La division céramique de Goodfellow, Technical
Glass, a désormais dans ses stocks
du Superwool ® 607 ® HTTM, une gamme
de produits isolants à hautes températures,
versatiles et à base de fibres,
pouvant être utilisés à des températures
élevées. Ce matériau de type silicate alcalino-terreux
(AES) a comme atout supplémentaire
le fait d’être isolant sur une
surface extrêmement réduite. Ce produit
dispose des propriétés qui le rendent efficace
dans les secteurs industriels utilisant
le verre, la céramique et les produits
pétrochimiques, mais aussi pour les fonderies
et dans le domaine du génie civil. Il
comprend un minimum de conductivité
thermique, un faible rétrécissement, une
haute classe de température (1300° C.)
ainsi qu’une bonne solidité et une stabilité
thermique.
Rohde & Schwarz lance une
nouvelle génération
d’analyseurs de réseaux
vectoriels
Avec une dynamique de 140 dB, un temps
de balayage de 4 ms pour 401 points et
une excellente stabilité, les nouveaux
analyseurs R&S ® ZNB et R&S ® ZNC ont été
conçus pour des applications exigeantes
en production et pour le développement
de composants RF, en particulier dans la
téléphonie mobile et les industries électroniques.
Les analyseurs de réseau couvrent
les gammes de fréquence de 9 kHz à 3 GHz,
4,5 GHz ou 8,5 GHz. Le R&S ® ZNB et le
R&S ® ZNC disposent d’un grand écran tactile
permettant aux utilisateurs d’accéder à
toutes les fonctions de l’instrument en
moins de trois étapes. L’écran, de grande
dimension, offre un large espace permettant
un affichage des résultats de manière
claire et simple, et ce même pour les
mesures les plus compliquées.
Nouveau frontal modulaire
VibRunner de m+p
international
Développé pour des applications dédiées
aux mesures dynamiques (bruit, vibration)
et au contrôle de pots vibrants impliquant
un grand nombre de voies avec enregistrement
des signaux temporels, VibRunner
s’applique dans des projets comme les
bancs d’essais de moteurs où le stockage
de données est important. Il s’adresse
aussi aux grandes structures où les entrées
réparties réduiront le câblage des capteurs,
à des exigences en grand nombre de voies
ou simplement là où une grande variété
d’essais demande une flexibilité de la configuration
du système de test.
Essais
Nouvelles machines
d’essai d’impact mouton
pendule motorisé
Disponibles en plusieurs capacités de choc
allant de 300 à 900 J en passant par 450,
600 et 750 J, les nouveaux marteaux
pendulaires motorisés MPX d’Instron sont
conçus pour effectuer des essais Charpy
et Izod sur des métaux ; « grâce à la levée
motorisée du marteau avec retour automatique
en fin d’essai, tous les testeurs
MPX permettent une mise en œuvre rapide
et facile qui augmente la productivité et
la sécurité de l’opérateur », indique-t-on
au sein de la société Instron. Une commande
électromagnétique du frein et du
débrayage permet de lâcher le marteau en
toute sécurité, tandis que son double accrochage
évite tout relâchement accidentel.
Enfin, un carter de sécurité avec dispositif
de verrouillage empêche toute chute du
marteau et bloque tout mouvement lorsque
la porte est ouverte. Il est possible de régler
la hauteur de verrouillage afin de diminuer
l’énergie/la vitesse.
Différents impacteurs et percuteurs sont
proposés pour répondre à de multiples
normes d’essais internationales telles
que : ASTM E23 (Standard Test Methods
for Notched Bar Impact Testing of Metallic
Materials), EN 10045 (Matériaux métalliques
- Essai de flexion par choc sur éprouvette
Charpy), ISO 148 (Matériaux
métalliques - Essai de flexion par choc
mouton pendule sur éprouvette Charpy),
et GOST 9454 (Impact Bending Test
Method at Low, Room, and High Temperatures).
Ces éléments peuvent aussi
répondre à des applications spécifiques ●
Aéraulique
Testo 480 : pour des mesures
en ventilation,climatisation
et confort ambiant
Testo, spécialiste de la mesure, innove
avec le testo 480, anémomètre multifonction
pour la mise en service, la
gestion et la surveillance des centrales
de traitement d’air. À l’heure des
nouvelles réglementations thermiques
et de la révolution énergétique, la
qualité de l’air intérieur (QAI) dans les
bâtiments est un enjeu majeur, tant pour
la production de produits sensibles que
pour les conditions de travail et le
confort des occupants. Le testo 480,
qui réunit grâce à sa large palette de
sondes, toutes les mesures nécessaires
au bon fonctionnement d’une installation,
compte bien, selon Testo, permettre
à ses utilisateurs de réaliser des
mesures de types débit, température
rayonnante, mesures de confort, turbulences
et CO 2 .
Le testo 480 dispose d’un concept de
sondes intelligentes avec une mémoire
(EEPROM) destinée à informer l’utilisateur
sur le prochain étalonnage. Les
incertitudes de mesures sont mémorisées
dans la sonde à travers le logiciel.
La sonde corrige automatiquement, en
fonction de la valeur mesurée, les
valeurs à l’affichage pour atteindre une
précision absolue ●
E S S A I S & S I M U L AT I O N S ● O C TO B R E , N OVEMBRE, D É C E M B R E 2 0 1 1 ● PAG E 8

Simulation
De la simulation pour virtualiser
les batteries haute-tension
Le dernier venu dans la gamme de modèles
de simulation automobile (ASM) dSPACE
est un nouveau modèle de batterie permettant
la simulation de batteries haute-tension
rechargeables. Ce modèle est conçu pour
virtualiser les batteries rechargeables au
lithium-ion, au nickel-métal-hydrure (NiMH)
et au plomb, toutes utilisées pour l’électrification
des chaînes de traction automobiles.
Cette nouvelle solution est censée
faciliter le développement de fonction des
systèmes de gestion de batterie (BMS) ainsi
que le test des calculateurs juste avant leur
production en série. Les simulations Model-
In-the-Loop (MIL) dans Simulink ® et les simulations
Hardware-In-the-Loop (HIL) sur
simulateur sont utilisées à cet effet.
Le nouveau modèle ASM de batterie multicellulaire
supporte les fonctions fondamentales
des systèmes de gestion actuels
de la batterie, tels que l’équilibrage de
cellule. Il simule chaque cellule de la
batterie afin de représenter les charges
spécifiques aux cellules, les intensités et
les tensions. Les calculs sont effectués en
temps réel indépendamment du nombre de
cellules. Les paramètres physiques tels
que la résistance et la diffusion interne ou
encore les capacités à double couche
peuvent être définis pour chaque cellule.
Le modèle comprend également les fuites
de courants telles que celles dues au dégazage
lors du chargement des cellules
NiMH ●
Mesures
Kimo lance de nouveaux
enregistreurs autonomes
communiquant par onde radio
La solution sans fil de cette nouvelle gamme
d’enregistreurs présente l’avantage de
contrôler à distance et en temps réel le
process ou zone de stockage et d’en assurer
la traçabilité via le logiciel KILOG-RF (logiciel
d’exploitation des données). Capables
de stocker de 12.000 à 20.000 points de
mesure en température, humidité, pression…,
les Kistocks-RF offrent à l’utilisateur
une surveillance précise du process
sur une période définie ou en continu. Livré
en standard, le logiciel Kilog-RF facilite la
configuration des enregistreurs (seuils,
alarmes, lissage, intervalle, périodicité…)
et permet une exploitation aisée des
données collectées en mode graphique ou
tableau. Son système de fixation équipé
d’un aimant permet une installation simple,
rapide et sécurisée du système sans
qu’aucun câble ne soit nécessaire.
Kimo a également développé un enregistreur
équipé d’un capteur de pression convenant
à des applications de type encrassement
de filtre ou surveillance de salles blanches.
Des modules d’alarmes et de prolongateurs
de réseau complètent la gamme afin de
déclencher un contact sec vers un automate
(système d’envoi de SMS, signal sur
IP…) et d’étendre la surface à contrôler
(réseau jusqu’à 100 appareils) ●
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Nomination
Henri Garcia nommé au poste de directeur
commercial France de Microlease
Microlease, entreprise majeure spécialisée
dans la location d’équipements de
test et mesure et dans la gestion de
parc d’appareils, vient d’annoncer la
nomination d’Henri Garcia au poste de
directeur commercial France. Cette
nomination est effective depuis le
1 er septembre dernier.
Avec plus de onze années d’expérience
en gestion et développement des ventes
sur le marché des Tests et Mesures,
Henri Garcia est maintenant en charge
de l’ensemble des activités pour la
France. Henri Garcia a rejoint Microlease
en 2000 en tant qu’ingénieur
commercial grands comptes. Il occupa
par la suite plusieurs postes stratégiques
au sein de la société dont,
dernièrement, celui de responsable du
développement des ventes France.
« Microlease est un acteur incontournable
européen et dorénavant mondial
depuis l’acquisition récente du leader
américain MetricTest. Cette expansion
est une opportunité unique pour nos
clients et partenaires qui pourront bénéficier
de choix plus importants en équipements
de test et mesure », a déclaré
Henri Garcia. « Je suis ainsi très honoré
et très fier de piloter la stratégie de
l‘entreprise sur le marché français. J’ai
pour objectif d’amplifier la croissance
de Microlease sur les différents secteurs
que nous adressons grâce à nos
offres de location, de vente et de
leasing ».
Henri Garcia est diplômé d’un master
de l’École de commerce Sup de V (Saint
Germain-en-Laye) et d’un DESS ESI
(Paris - Pierre et Marie Curie) ●
Quelques mots
sur Microlease
Fondée en 1979, Microlease est aujourd’hui
l’un des principaux acteurs européens
en location d’équipements de tests et
mesures. Sa collaboration étroite avec les
principaux constructeurs lui permet d’avoir
des partenariats privilégiés avec Agilent
Technologies, Tektronix et JDSU, leaders
mondiaux du secteur de la mesure. Microlease
fournit à travers le monde des équipements
aux principales entreprises des
industries des télécommunications, de l’aérospatiale
et de la défense. Sa clientèle
compte notamment Alcatel Lucent, EADS,
Ericsson, Thales et Huawei. Afin de réduire
et de contrôler les coûts liés aux tests et
mesures, Microlease propose des solutions
de location, de vente, de leasing et de
gestion complète de parc.
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Essais et modélisation
Technologie
Intégrer des capteurs d’efforts dans
l’assemblage de pièces d’avion
Comment un sous-traitant peut-il répondre à des exigences de volumes
de plus en plus fortes lorsque ses principaux clients sont des leaders
de l’aérospatial, à l’image d’Airbus, et dans une moindre mesure,
Bombardier, Dassault ou encore le Brésilien Embraer ? Ce défi, Spie*
doit le relever au quotidien, d’autant que ces volumes à assembler
ne cessent de progresser depuis près de trente ans. Pour cela, le
groupe a développé avec ABB un robot capable de satisfaire une
demande croissante grâce à l’intégration de capteurs de forces.
Les clients du Français Spie, à l’instar de ses soustraitants
de rang 1 chargés de produire des pièces
spécifiques pour l’aéronautique, sont confrontés
à des problématiques plus ou moins similaires, à
savoir la mise en relation des différentes pièces
d’un avion entre elles, mais aussi les fixer entre
elles via des rivets métalliques de tous types. Or
ces opérations de perçage et de rivetage sont
particulièrement délicates ; « notre travail consiste
à poser une fixation se présentant sous la forme
d’un cylindre métallique – avec ou sans tête – et
ressemblant à une vis, excepté le fait qu’elle est
emboutie des deux côtés », précise Pascal Plé,
responsable d’études et des automatismes au
sein du département aéronautique de Spie.
Ce procédé d’assemblage de pièces (spécialité
de Spie) est resté le même pendant des années,
même si le carbone prend de l’importance et
amène de nouvelles complications dans la maîtrise
des opérations. L’assemblage se fait donc encore
beaucoup sur des pièces métalliques. Les techniques
n’évoluent guère du fait d’une précision
déjà optimale ; en revanche, les exigences de
délais et de productivité n’ont rien à voir avec
celles des années 1970 ou 1980. « Notre valeur
ajoutée dépend aujourd’hui de notre capacité à
assurer les cadences ». Un moyen existe, et cela,
l’automobile l’a bien compris : automatiser la
Quelques données techniques
production et par là même les lignes d’assemblage.
L’aéronautique, à son tour, lui a emboité
le pas dans les années 1980. L’enjeu n’est donc
pas d’être de plus en plus précis mais de couvrir
des volumes bien plus importants. La réponse :
construire des machines de plus grandes dimensions
de manière à rentabiliser au maximum les
coûts de production et à assurer les cadences.
Le capteur d’effort
pour compenser
les inconvénients liés
à l’utilisation de robot
d’assemblage
Concrètement, chez Spie, cela s’est traduit par
des robots auxquels les fabricants on ajouté des
axes supplémentaires permettant d’accéder
plus aisément aux différentes parties de l’avion.
Objectif : réduire l’encombrement de l’appareil
en développant un robot standard auquel on
ajoute des axes X ou Z en bout de bras ainsi que
l’outil adapté au perçage et au fraisage. « Cette
technologie existe dans l’aéronautique depuis
longtemps mais elle reste très marginale. Aussi,
on utilisait auparavant des robots pour assembler
la voilure de l’A340, mais il ne s’agissait en
réalité que de simples manipulateurs de machi-
Mis au point par la société ABB, le système de contrôle de force ABB IRC5 (« Force Control »)
procure une sensibilité tactile au robot à travers l’implantation d’un module de détection d’efforts
en interface avec la baie de commande du robot. L’intégration des mesures d’efforts s’effectue
par le système de gestion du robot et la correction des trajectoires se fait en temps réel. Au total,
le système peut intégrer jusqu’à trois capteurs de forces et trois capteurs de couples. En résumé,
le contrôle d’efforts permet au final de résoudre des problèmes incompatibles avec des solutions
de programmations traditionnelles.
nes », précise Pascal Plé. Or ici, il est question
d’un robot standard directement doté d’un capteur
d’effort. Le but étant de répondre le plus
justement possible aux critères, ce robot est
désormais capable de maîtriser la pointe de l’outil
en bout de bras et l’effort utilisé dans les
trois rotations. Ainsi, cette technologie est en
mesure d’effectuer trois nouvelles fonctions : le
réglage (en fonction de la normalité de la pièce),
l’anti-glissement au moment du contact entre
l’outil et la pièce, ainsi que la possibilité de garder
en contact les différentes couches de la
pièce sans pour autant les percer, et ce grâce à
l’effort d’appui.
Toutefois, comme toute technologie, ce système
présente deux inconvénients : le premier
réside dans le manque de précision (selon les
applications demandées), le second dans le
manque de rigidité au niveau des bras et l’existence
d’élasticité dans l’articulation. « Tout cela
est compensé par la présence du capteur d’efforts.
L’avantage est qu’avec ce système, ces
inconvénients disparaissent et l’on en arrive à
des critères proposés par les machines traditionnelles
; or ce robot standard est moins cher
et nettement moins volumineux » ●
Olivier Guillon
*Environ 25 000 personnes en France et en
Europe, et 2 500 à Toulouse (siège social).
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Essais et modélisation
Panorama
Exemples de solutions technologiques
faisant appel aux capteurs
Les capteurs de toutes sortes jouent un rôle de plus en plus important
dans les essais industriels. Voici quelques exemples d’applications
particulièrement significatives dans plusieurs secteurs industriels,
allant de l’automobile à la défense.
Le Centre technique des industries
mécaniques (Cetim) a inauguré un nouvel
équipement vibratoire doté de forces de
sollicitations jusqu’à 160 kN, des charges
de 2 tonnes, des mesures sur 72 voies
et la réalisation de plusieurs essais en
simultané. Les objectifs sont d’offrir de
multiples configurations d’essais nécessaires
à la caractérisation dynamique des
pièces et à la validation de leur durée de
vie, et de répondre aux besoins des
entreprises des secteurs de l’aéronautique,
de l’automobile, du ferroviaire,
de l’armement, des équipements agricoles,
des travaux publics ou encore de
l’énergie.
Ce nouveau vibrateur électrodynamique
LDS V984 est capable de gérer des
forces de sollicitations jusqu’à 160 kN.
Il réalise des essais sur des ensembles
pesant jusqu’à 2 000 Kg, dans une
gamme de fréquence d’essais de 5 à
2 000 Hz. Les excitations (sinus, aléatoire,
sinus du bruit, choc, SRC,
temporel, etc.) sont pilotées et peuvent
être combinées avec des cycles de
températures dans une amplitude de
-50° C à +160° C. Les mesures, qui
comprennent tout type de grandeurs
physiques, peuvent être pilotées et enregistrées
sur 72 voies en simultané. Une
performance qui facilite évidemment la
réalisation d’essais sur plusieurs pièces
en même temps. Par ailleurs, les essais
réalisés peuvent aussi être effectués
sur des composants en fonctionnement
via des actionneurs électriques, pneumatiques
ou autre.
Exemples d’applications
Ces caractéristiques ont déjà séduit
certains industriels que ce soit pour vérifier
le bon fonctionnement de servocommandes
en opération, la fiabilité de
capteurs installés sur les moteurs thermiques
automobiles ou la résistance de
batteries soumises à de fortes sollicitations.
« L’intérêt de ces essais, indique
Mathieu Lassalas, responsable des
essais au sein du Cetim, est de voir si,
au-delà de la durée de vie du produit, sa
fonction principale est toujours assurée. »
Dans ce cadre, le Cetim assure la
conception des essais ainsi que le
dépouillement et l’interprétation des
centaines de données qui sont récupérées.
« Nous réalisons les essais selon
les normes en vigueur, mais nous sommes
aussi capables de proposer à nos
clients des profils vibratoires personnalisés.
Cette démarche consiste à
prendre en compte la fatigue des composants
soumis à un environnement
vibratoire spécifique. Nous assurons
aussi la conception des interfaces de
fixation sur le vibrateur qui doivent être
le plus neutre possible pour ne pas
influencer les résultats des essais. »
Une soufflerie entièrement
automatisée
Confrontée à des exigences fortes en
termes de rentabilité, de fiabilité, de précision,
de vitesse des contrôles associés
au tapis et aux hélices, la célèbre maison
de design automobile Pininfarina a choisi
d’automatiser sa soufflerie. Des aspects
particulièrement critiques, au vue de la
nature de cette soufflerie d’excellence,
dans laquelle l’air s’écoule le long d’un
circuit divisé en deux sections : une
section interne au tunnel et une section
extérieure. Dans la section extérieure, l’air
est repoussé par treize ventilateurs vers
l’intérieur de la salle. Il s’écoule sur l’objet
soumis au test avant d’être aspiré par une
énorme hélice au fond de la salle et ainsi
de suite. La vitesse maximale de l’air dans
la soufflerie s’élève alors à 250 Km/h.
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Essais et modélisation
De manière à automatiser l’équipement,
Pininfarina a fait appel à un système de
contrôle réalisé à l’aide d’un automate
de la séries 90-30 de GE Intelligent Platforms.
Celui-ci régule la vitesse des
hélices afin d’atteindre la vitesse désirée
du vent. Pour assurer un contrôle
à poursuite rapide, il est nécessaire de
disposer d’un système matériel rapide
et réactif, capable de gérer un fluide se
déplaçant à 250 Km/h et, surtout, d’un
logiciel flexible permettant d’effectuer
efficacement et rapidement les réglages
indispensables pour les différents tests.
À l’intérieur du collecteur se trouve un
dispositif unique au monde pour une soufflerie
: le générateur de turbulence, ou
TGS – Turbolence Generation System –,
constitué de cinq couples d’ailes
mobiles installées sur des élévateurs
spéciaux disposés sous le niveau du sol.
Ce dispositif permet d’effectuer, en plus
des mesures standard dans des conditions
de flux laminaire, de nouvelles
mesures en présence de flux turbulents,
en simulant les conditions du véhicule
sur route à proximité d’autres véhicules
et obstacles.
Pour le contrôle du TGS et du T-Belt,
Pininfarina a également fait confiance
aux produits GE Intelligent Platforms.
Le choix s’est porté sur le Motion
Controller DSM324i et 6 servomoteurs
brushless Beta IS (deux pour chaque
tapis). Pour la conception et la réalisation
du TGS, du T-belt et des équipements
complémentaires, Pininfarina a
fait appel à Sacimex, une société turinoise
spécialisée dans la conception et
la réalisation de machines et d’appareils
pour souffleries.
En salle de contrôle, les techniciens peuvent
démarrer les simulations et vérifier
les données recueillies par le réseau
sophistiqué de capteurs positionnés dans
le tunnel. L’application de contrôle est
gérée par le logiciel Proficy HMI/Scada
Cimplicity de GE Intelligent Platforms,
avec une fonction unique de surveillance
permettant au client d’examiner les résultats
des tests en temps réel.
De l’analyse vibratoire
à distance
par un capteur laser
Dans le cadre d’un de ses contrats pour
une entreprise de défense, le Centre
scientifique et technique du bâtiment
(CSTB) souhaitait analyser le comportement
d’une antenne sous des vents
allant jusqu’à 100 km/h. « La principale
difficulté était de pouvoir analyser ce
comportement à distance pour ne pas
perturber la mesure, le tout en gardant
une bonne précision et la vitesse de
mesure », explique Olivier Flamand, chef
de projet au sein du centre technique.
« Notre choix s’est portée sur le capteur
LK-G de Keyence pour une raison très
simple : nous n’avons trouvé aucun
autre équipement sur le marché répondant
à nos spécifications ».
Placé à 70 cm de la cible, le capteur
permet de mesurer avec une précision
inférieure à 0,1 mm et avec une
fréquence de mesure très élevée, car il
Un tapis rotatif long de 6,70 mètres
Pininfarina a par ailleurs équipé sa soufflerie d’un tapis rotatif situé sous la voiture pour simuler l’effet de sol,
avec des rouleaux pour le déplacement des roues. L’entreprise a ensuite apporté d’autres améliorations à cet
équipement et introduit un système exclusif (T-Belt) breveté. Ce nouveau tapis long de 6,70 m s’étend jusqu’à
l’arrière de la voiture. Il offre des avantages évidents en termes de précision de simulation et de calcul du coefficient
aérodynamique. En fonctionnement normal, le tapis principal tend à se soulever en raison de l’effet de sol. Il
est donc indispensable d’utiliser des aspirateurs positionnés sous les trois tapis pour empêcher ce phénomène,
ainsi qu’un système de contrôle de traction pour éviter des mouvements latéraux indésirables.
Principe de l’optique Ernostar
s’agit ici d’analyser une vibration d’environ
100 Hz. « La programmation s’est
révélée aisée grâce à l’applicatif mis au
point par Keyence. Nous n’avons surveillé
qu’un seul point. Le programmeur
doit néanmoins être averti », ajoute
Olivier Flamand. Le LK-G qui a permis
ces performances est en effet un équipement
unique sur le marché. Il est
d’abord très rapide. Keyence a développé
le Li-CCD (le CCD linéarisé) : il
offre un échantillonnage bien plus rapide
que les modèles classiques. Un processeur
de forme d’onde spécial (processeur
de signal numérique) effectue le
traitement numérique haute vitesse du
signal CCD et produit très rapidement
des mesures ultra précises. Il est possible
de mesurer de façon fiable les cibles en
rotation, en déplacement ou vibrant à
grande vitesse. La précision est aussi très
élevée : Keyence a revu la conception de
l’optique de façon à obtenir des mesures
de haute précision. L’association d’une
optique Ernostar et du Li-CCD résulte en
une linéarité excellente.
Le capteur LK-G existe dans plusieurs
versions pour s’adapter à de nombreuses
applications : modèles ultra
précis à courte portée jusqu’aux
modèles très longue portée avec une
précision moindre et un faisceau très
large. Plusieurs filtres permettent de
s’adapter aux surfaces difficiles, transparentes
ou réfléchissantes, aux différentes
couleurs et aux surfaces irrégulières ●
Olivier Guillon
L’optique Ernostar est composée de quatre lentilles caractérisées par de très faibles aberrations. Le processeur,
intégré à la tête de capteur, numérise tous les signaux envoyés au contrôleur, ce qui réduit fortement le bruit.
Un boîtier moulé, d’une très grande rigidité, permet de réduire les écarts dus aux variations de température tandis
que le bruit est réduit grâce au Li-CCD, dix fois plus sensible qu’un modèle classique. La conception originale
de ce capteur a permis d’atteindre une précision vingt fois meilleure que celle des modèles classiques.
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Essais et modélisation
Interview
Les jauges de contrainte toujours
essentielles dans les opérations d’essais
Spécialisé dans les axes de mesure, notamment pour le levage et les limitations
de charges, ainsi que dans les capteurs étalons, Sensy met au
point des capteurs à jauges de contraintes, pesage/force/couple et développe
des services associés en matière de conditionnement du signal
(électronique, numérisation, logiciel, interventions, étalonnage et études).
Son directeur technique, Jean-Marie Gillet, nous explique comment les
jauges de contraintes sont aujourd’hui en mesure de répondre à des problématiques
de mesures de plus en plus fortes dans les essais mécaniques.
Essais & Simulations : En matière
d’essais mécaniques, quelles sont les
problématiques de vos clients ?
Jean-Marie Gillet : La première des
demandes consiste à « objectiver » une
mesure ; nos clients sont confrontés à
des exigences de mesures de plus en
plus précises pour une caractérisation objective
des essais ou des phénomènes mécaniques.
Ils doivent en outre répondre à des problématiques
d’automatisation ou de contrôles à
distance. Dans les essais en laboratoire, le cas
le plus facile à comprendre est l’exemple du
béton. Lorsque l’on construit un pont, il est
essentiel de s’assurer que le béton que l’on va
utiliser est assez résistant et répond aux caractéristiques
définies dans le cahier des charges.
Il faut donc en prélever des morceaux et les
tester en laboratoire. On passe alors ces
morceaux en machine d’essai munie d’un
capteur de force afin de tester la résistance
du béton. Mais ce n’est pas tout ; il faut également
s’assurer que la machine elle-même est
bien étalonnée. On doit alors la vérifier périodiquement
à l’aide de « capteurs étalon de transfert»,
lesquels assurent le lien entre la machine
d’essai et les étalons nationaux.
Quel est le rôle des capteurs au niveau
des essais mécaniques ?
Concernant les essais sur machine ou sur site,
les capteurs sont essentiels pour caractériser un
effort. Un autre exemple est la gestion de la
tension dans le réglage des haubans lors du
montage de ponts et d’antennes, soit pour
contrôler le montage, soit pour contrôler régulièrement
la tension dans ces câbles. Ensuite
intervient l’environnement qui implique de réaliser
des mesures très particulières : précision sur une
DR
partie de l’étendue de mesure, mesure
à température élevée (où il est impossible
d’effectuer un étalonnage sur le site
préalable à la campagne de mesure),
absence de dérive à très long terme,
mesure sur des câbles immergés, mesure
précise des répartitions d’efforts dans
des ensembles mécaniques hyperstatiques
(ascenseur à bateaux, déploiement de panneaux
de satellites) ou encore mesure des efforts dans
le pilotage de fusée.
Les jauges de contrainte suffisent-elles
pour répondre aux différentes demandes ?
La mesure à jauges de contrainte est une technologie
en pleine maturité. Elle est toujours
compétitive en raison de sa souplesse d’application
et de ses grandes qualités métrologiques,
sa précision de mesure et sa fiabilité à long terme
(en dizaines d’années) dans ce monde du jetable.
Les savoir-faire en matière de mesure bénéficient
aussi de moyens qui ont considérablement
évolué avec le développement des ordinateurs
et de la numérisation.
Existe-t-il de bonnes pratiques à adopter
et des erreurs à ne pas commettre dans l’utilisation
de ce type de capteurs ?
Il faut bien distinguer la précision de la résolution,
d’où l’importance de l’étalonnage non seulement
chez le constructeur mais également sur
Quelques mots sur Sensy
site. Prenons l’exemple du tachymètre d’une
voiture : on connaît les erreurs dont il est régulièrement
entaché ; il dépend en sus directement
de la dimension des pneus. Si vous changez de
pneu ou si vous les remplacez par des tailles
basses, cela remet tout votre étalonnage en
cause. Avec les moyens modernes, on pourrait
facilement afficher votre vitesse au mm/h près
mais ce n’est que de la résolution. On l’oublie
trop souvent lorsqu’on mesure des forces. D’où
l’importance d’étalonner son système complet
de mesure dans les conditions de l’utilisation et
de remettre en cause son étalonnage s’il
apparaît des modifications dans le montage
mécanique. Enfin, si l’étalonnage n’est pas
possible sur site, il faut faire appel à des designs
spécifiques de capteurs dont l’étalonnage d’usine
sera relativement insensible aux conditions
réelles d’utilisation, lesquelles sont toujours différentes
des conditions d’étalonnage en usine.
À quelles nouveautés et innovations doiton
s’attendre pour les années à venir ?
De nouvelles techniques de substitution aux
capteurs traditionnels vont apparaître, tout
comme, par le passé, les techniques intégrées
des capteurs d’accélération pour les airbags de
voiture. On pourrait les réaliser avec nos jauges
de contraintes traditionnelles. On assiste donc
à une vulgarisation des capteurs : on le voit à
travers la génération smartphone où quantité
de fonctions se retrouvent intégrées dans des
puces. Mais pour ce qui est de nos marchés
spécifiques, hors pesage de série, nous ne
voyons pas aujourd’hui encore de grands bouleversements,
nos capteurs étant des pièces
mécaniques spécifiques, souvent sur mesure et
dont l’approche relève souvent d’un compromis
entre les exigences et des techniques déjà largement
éprouvées et fiables ●
Propos recueillis par Olivier Guillon
Sensy fabrique depuis vingt-six ans des capteurs à jauge de contrainte. La société comprend quarante
collaborateurs. Elle est en outre composée d’un atelier mécanique qu’elle vient de racheter, situé à quelques
kilomètres du site de Charleroi (Belgique) et complètement modernisé de manière ciblée pour son activité.
Un nouveau bâtiment permettra, début 2012, de doubler les activités de Sensy.
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Compatibilité électromagnétique
Préface
CEM : Une meilleure maîtrise
des champs forts et des techniques
prédicatives plus adaptées
Avec le développement de
l’électronique dans tous les
secteurs de l’industrie, la CEM
a pris une part plus importante
lors de la conception et de l’intégration
des systèmes. Il est
donc important que les normes
et spécifications intègrent des
exigences qui sont en phase
avec les niveaux de sensibilité
des équipements et les niveaux
émis par les perturbateurs potentiels
utilisés lors des essais
de qualification.
Les travaux récents de la normalisation
ont permis une accentuation
des phénomènes de perturbations
plus adaptés avec, pour la plupart de ces
systèmes, une répercussion sur les
cahiers des charges constructeurs
(automobile, aéronautique ou militaire).
Leur respect doit garantir la tenue des
équipements vis-à-vis des contraintes
CEM et foudre spécifiques, en intégrant
tous ces aspects dans le développement
des équipements. En matière de champs
forts, les nouvelles contraintes applicables
notamment en aéronautique et
dans l’automobile requièrent la mise en
place de moyens spécifiques comme les
cages réverbérantes afin d’atteindre les
amplitudes de champ électromagnétique
exigées qu’il est difficile d’obtenir
avec des moyens conventionnels utilisés
en cage anéchoïde.
Depuis quelques années, l’apport des
techniques de simulation a permis une
meilleure appréhension des phénomènes
de CEM. Cela s’est ressenti d’une part
au niveau des techniques de génération
de champ électromagnétique (cage
réverbérante ou anéchoïde) et, d’autre
part, lors de la conception et protection
des équipements vis-à-vis des agressions
électromagnétiques (champs forts
et foudre).
Philippe Sissoko*
Dans ce dossier consacré à la CEM, le
premier article s’intéresse à l’art de
générer du champ fort par une combinaison
de deux chambres réverbérantes
afin d’atteindre les niveaux de champ
les plus sévères requis par la norme
RTCA DO160G catégorie L, pouvant aller
jusqu’à 7200 V/m. L’auteur met l’accent
sur le fait que les chambres réverbérantes
restent l’une des solutions
optimales pour générer du champ fort
grâce à une technique bien éprouvée
appelée par la normalisation dans les
secteurs automobile, aéronautique et
militaire. Avec le développement des
outils de simulation de plus en plus
présents dans de nombreux secteurs,
la tendance prédicative est choisie lors
de la conception des cages anéchoïdes
par un outil de simulation modélisant
les absorbants avec des modèles rigoureux.
Ces cages anéchoïdes doivent être
conformes aux normes CISPR 16 ou
ANSI 63.4 en termes d’atténuation de
site pour les émissions rayonnées par
une validation qui ne peut être faite
qu’une fois la cage livrée. Les résultats
obtenus avec le solveur « CST Microwave
Studio (CST MWS) » ainsi que les
techniques utilisées sont essentiels
pour optimiser dès la conception les
performances de ces cages
semi-anéchoïdes. Pour mieux
appréhender les techniques de
protections vis-à-vis de la foudre,
la simulation permet également
de modéliser les effets de
la foudre et d’optimiser les protections
qui ont pu être appliquées
par le passé de façon plus
ou moins empirique ou par retour
d’expérience ; citons à ce
titre la mise en place du conducteur
de protection. Les courants
induits et conduits sur une
structure complexe soumise à
un impact foudre sont caractérisés
en utilisant un code de calcul basé
sur la méthode des différences finies
dans le domaine temporel.
Les différentes simulations réalisées
dressent une cartographie de la répartition
des courants dans la structure et
ainsi de déterminer l’efficacité des différents
systèmes de protection.
L’importance de l’influence de certains
paramètres « terrain » sur la répartition
des courants au sein de la structure et
sur le câble est également traitée. Enfin,
bien que de nombreux documents de
normalisation de câblage traitent de la
mesure de l’impédance de transfert par
la méthode triaxiale ou du fil, une technique
de mesure de l’efficacité d’écran
est proposée, en pratique, jusqu’à
100 MHz environ. C’est dans ces gammes
de fréquences que les perturbations
se couplent efficacement sur les
câbles. La protection apportée par les
câbles et leurs caractérisations sont
donc primordiales et améliorées en
caractérisant l’efficacité d’écran dans
ces gammes de fréquences quelque soit
la nature du blindage ●
* Philippe Sissoko est actuellement au
sein du LCIE Bureau Veritas, responsable
des départements dans lesquels les
activités CEM et Foudre sont présentes.
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Compatibilité électromagnétique
Champ fort
L’Art de générer du champ fort :
une combinaison de deux chambres
réverbérantes
En compatibilité électromagnétique, les normes automobiles, aéronautiques
et militaires tendent de plus en plus à faire croître les limites
des fréquences hautes et les niveaux de champs forts. Les normes
automobiles et les spécifications constructeurs (norme B21 de PSA
par exemple) prescrivent généralement des essais entre 200 MHz et
3,2 GHz jusqu’à 150 V/m. La norme RTCA DO160 et les spécifications
des constructeurs aéronautiques prescrivent des niveaux variant
selon la catégorie de 1 V/m à 7200 V/m. Les normes militaires Mil-
Std461F et Mil-Std464A exigent parfois des niveaux encore plus
élevés. Nous allons présenter dans cet article les moyens d’essais les
plus simples et les moins coûteux pour y parvenir. Les chambres réverbérantes
à brassage de modes (CRBM) s’imposent de plus en plus
face à ces évolutions des essais.
Une chambre réverbérante
couvrant la bande de
fréquence 400 MHz à 18 GHz
Nous prendrons pour exemple les niveaux
de champ requis les plus sévères
de la norme RTCA DO160G catégorie L
(figure 1).
Il est bien évident qu’en chambre
anéchoïque de tels niveaux requièrent
des puissances RF gigantesques. Les
CRBM permettent d’atteindre des
niveaux de champs forts avec des puissances
réduites. De plus l’usage de l’aluminium
sur les parois permet d’accroître
la réflectivité de celles-ci. La figure 2
montre les niveaux de champs mesurés
Figure 2 : Mesure du niveau de
champ selon la norme RTCA DO160
pour 1 Watt au niveau du connecteur
de l’antenne dans une EOLE400
aluminium.
Figure 3 : EOLE400
dimensions extérieures
L x l x H : 3.46 x 2.52 x 2.9 m
dans une chambre réverbérante en
aluminium de dimensions L x l x H : 3.46
x 2.52 x 2.9 m dont la fréquence basse
de respect de l’uniformité statistique
(LUF : Lowest Usable Frequency) selon
les critères de la normalisation est inférieure
à 400 MHz. Cette CRBM est
appelée EOLE400 (figure 3).
Cette EOLE400 est équipée des antennes
de génération de champ suivantes
(tableau 1).
Il est porté une attention toute particulière
au niveau des liaisons coaxiales et
guidées entre les amplificateurs et les
antennes de génération de champ afin de
réduire au minium les pertes et transmettre
les fortes puissances RF. Les liaisons de
puissance sont équipées de filtres d’harmoniques
et de coupleurs pour maîtriser
la puissance injectée. Pour la clarté de cet
article on a pris en compte une perte
globale de 1 dB pour l’ensemble des pertes
entre la sortie de l’amplificateur et l’antenne
de génération de champ. On peut
alors calculer la puissance nécessaire à la
sortie des amplificateurs pour générer le
champ requis lorsque la chambre est vide
(courbe rouge de la figure 4).
Fréquence en MHz Antennes Connectiques
400 à 1000 Log périodique 7/16
Figure 1 : Niveau de champ pulsé
requis durant les tests de
susceptibilité selon la catégorie L de
la norme RTCA DO160G.
1000 à 7500 Cornet double ridge 7/16
7500 à 18000 Cornet double ridge WRD750
Tableau 1.
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Compatibilité électromagnétique
Figure 4 : Niveau de puissance nécessaire avec une CRBM
type EOLE400 pour répondre aux exigences de champ pulsé
requis durant les tests de susceptibilité
selon la catégorie L de la norme RTCA DO160G.
Figure 5 : Mesure du niveau de champ
selon la norme RTCA DO160 pour 1 Watt
au niveau du connecteur de l’antenne
dans une EOLE1000 aluminium.
Figure 6 : Comparatif entre les niveaux de champ normalisé
d’une Eole1000 par rapport à une Eole400.
Figure 7 : Enveloppes basses des champs normalisé –
en rouge la combinaison des 2 CRBM -en vert l’enveloppe
basse du champ normalisé entre 1 et 18 GHz
d’une CRBM type Eole400.
Un élément à prendre en compte dans
le calcul des amplificateurs est l’évaluation
de la charge provoquée par l’introduction
de l’Equipement Sous Test
(EST). La charge d’un équipement est
difficilement prédictible. On connait
uniquement les bonnes pratiques. Il faut
notamment éviter d’introduire l’EST
avec sa palette de bois. Il faut réduire
au minimum les longueurs des câbles
électriques présents dans la CRBM. La
courbe verte de la figure 4 montre le
niveau de puissance nécessaire des
amplificateurs pour une charge de 3 dB
(CLF : Chamber Loading Factor = 3 dB).
Deux moyens d’essais
pour couvrir la bande
de fréquence
Il faut reconnaître que malgré les
qualités intrinsèques des CRBM pour
réaliser du champ fort, les niveaux de
puissance des amplificateurs restent
parfois très élevés et le coût de ces
amplificateurs demeure très important.
En examinant la figure 1, on distingue
2 bandes de fréquences. Tout d’abord
entre 400 et 1000 MHz, le niveau de
champ pulsé demandé se situe entre
730 et 1400 V/m puis de 1 à 18 GHz
il est bien plus important : entre 1100
et 7200 V/m. Il faut noter que pour les
autres catégories, on observe également
les 2 bandes de fréquences pour
des niveaux moindres.
Une manière de contourner la difficulté
de générer du champ fort est de scinder
le test de susceptibilité sur deux CRBM.
L’une, la plus grande, dotée d’une LUF
de 400 MHz et l’autre plus petite
(Eole1000) dotée d’une LUF de 1 GHz
et possédant des niveaux de champ
normalisé plus élevés.
La comparaison des enveloppes basses
des champs normalisés met nettement en
avant le gain obtenu (voir figures 6 & 7).
La figure 8 montre l’intérêt de la combinaison
de deux CRBM pour réduire le
niveau de puissance des amplificateurs.
Pour la catégorie L de la norme RTCA
DO160G qui est la catégorie la plus
contraignante, on montre que la puissance
RF maximale nécessaire se réduit
de 12kW à 4 kW. D’un point de vue économique
le gain est considérable. Le
surcoût d’une petite CRBM supplémentaire
est largement couvert par
l’économie réalisée sur l’achat des
amplificateurs.
Par ailleurs, il faut noter que d’un point
de vue pratique la catégorie L de la
norme DO160G pose quelques difficultés.
A notre connaissance les amplificateurs
pulsés type TOP de 12 kW
n’existent pas sur le marché.
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Compatibilité électromagnétique
Niveau de puissance RF
pour les autres catégories
Tout le long de cet article nous avons
pris pour exemple la catégorie L de la
Catégories
Figure 9 : Vue intérieure d’une EOLE1000.
norme RTCA DO160G qui est la catégorie
la plus exigeante. Le raisonnement
reste le même pour des niveaux de
champ inférieur. Dans le tableau 2, nous
présentons les niveaux de puissance
F G L
CW/Pulsé CW/Pulsé CW/Pulsé
Champ (V/m) 100 / 1500 200 / 3000 400 / 7200
Puissance (W) 1 / 180 4 / 72 13 / 4100
Tableau 2 : Puissance RF en mode CW ou pulsé en fonction des catégories
de la norme RTCA DO160G.
Figure 8 : Niveau de puissance nécessaire avec la combinaison de 2 CRBM pour
répondre aux exigences de champ pulsé requis durant les tests de susceptibilité
selon la catégorie L de la norme RTCA DO160G.
requis selon d’autres catégories avec
les mêmes hypothèses (pertes coaxiales
ou guidées de 1 dB et charge
de l’EST : CLF = 3 dB)
Comparaison
avec les systèmes de
génération en espace libre
Les systèmes de champ fort en espace
libre les plus optimisés utilisent des
cornets longs à bande étroite et à fort
gain (entre 21 et 24 dBi dans la bande
de fréquence 4 à 6 GHz) des réseaux de
cornets. Néanmoins ils ne réalisent que
des fenêtres d’illumination de 150 à
200 mm de diamètre ce qui rend fastidieux
et coûteux un essai exhaustif.
Dans la bande de fréquence la plus
critique (4 à 6 GHz), les chiffres sont
éloquents : pour générer 3 kW/m à la
distance d’un mètre en espace libre ou
en chambre anéchoïque, il faut environ
2.3 kW de puissance RF. En CRBM de
petites dimensions, il faut seulement
700 W. Pour les niveaux de la catégorie
L, il faudrait une puissance RF de
14 kW en espace libre pour générer les
7200 V/m. Or, comme nous l’avons souligné
précédemment, de tels amplificateurs
(TOP) n’existent pas à l’heure
actuelle.
Conclusion
Outre l’exhaustivité de l’illumination de
l’équipement sous test déjà reconnue
comme un point fort des CRBM, nous
avons démontré que les chambres réverbérantes
sont une solution optimale
pour générer du champ fort à un moindre
coût.
La technique est bien éprouvée et est
appelée par la normalisation dans les
secteurs automobile, aéronautique et
militaire. Avec un couple de CRBM du
type EOLE400 et EOLE1000, il est
possible de générer des champs forts à
partir de 400 MHz et de réduire de 70
à 80% les niveaux de puissance des
amplificateurs par rapport à l’illumination
en espace libre. Ainsi la même
instrumentation et un seul logiciel
permettent de travailler sur les deux
moyens d’essais au bénéfice de l’obtention
d’un champ plus élevé ●
Jean-François Rosnarho
Directeur R&D SIEPEL
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Compatibilité électromagnétique
Modélisation des effets électromagnétiques
Modélisation des effets
électromagnétiques d’un impact
foudre sur un bâtiment
et optimisation de sa protection
par conducteurs écrans
Dans le but d’améliorer la qualité de service et de réduire les coûts
d’entretien et de maintenance des réseaux, les opérateurs de téléphonie
doivent être en mesure d’estimer les risques liés à la foudre et
d’étudier des solutions permettant d’en diminuer l’impact sur leurs
installations en optimisant les dispositifs de protection. C’est dans ce
cadre que nous proposons une étude sur la répartition des courants
de foudre sur une structure complexe, ainsi que l’estimation de l’efficacité
de la protection grâce à un code de calcul basé sur la méthode
FDTD. L’optimisation de la protection des câbles enterrés à l’aide de
conducteur de protection est également abordée.
de nombreuses possibilités permettant la
modélisation fidèle d’une infrastructure
complexe en l’occurrence :
- Un modèle de plaque mince permettant
la modélisation des murs ;
- Un modèle de fil isolé permettant la
modélisation d’un câble de télécommunications
dans un milieu à perte.
II.1. Définition de la structure
I - Introduction
L’émergence de nouveaux services nomades,
tels que la visiophonie ou l’internet
mobile, a entrainé une densification du
réseau mobile, ainsi qu’une convergence
entre les réseaux cellulaires et fixes. Par
son étendue, le réseau de télécommunications
est soumis à de nombreuses
agressions électromagnétiques d’origine
artificielle ou naturelle, pouvant provoquer
des dysfonctionnements, et par la même
Figure 1 – Exemple de structure
complexe
diminuer la qualité de service, enjeu
majeur pour les opérateurs de téléphonie.
Dans cet article, nous nous intéresserons
plus particulièrement aux effets induits
et conduits par un impact foudre sur une
station de base mobile, desservie par un
réseau souterrain. En effet, ces installations,
de par leurs positions géographiques
et leurs hauteurs, sont des cibles privilégiées
en cas d’épisodes orageux.
II - Études des effets
électromagnétiques
dus a un impact foudre
sur un bâtiment
Dans un premier temps, nous nous sommes
intéressés aux courants induits et
conduits sur une structure complexe
soumise à un impact foudre (Figure 1).
La modélisation d’une station de base
requiert l’utilisation d’un code 3 dimensions.
Pour cela, nous avons choisi d’utiliser
un code de calcul basé sur la méthode
des différences finies dans le domaine
temporel. Le solveur OPEN-TEMSI-FD [1],
développé par le laboratoire XLIM, présente
Figure 2 – Structure Modélisée
Objectif : rester le plus proche d’une structure
réelle tout en visant des temps de
calcul raisonnables. La structure modélisée,
présentée sur la Figure 2, est composée
des éléments suivants :
- Pylône : 30 m
- Bâtiment technique : 4 m/4 m/2 m
- Réseau de terre sous le bâtiment constitué
d’une grille de 4.4 m (axe x) /
5 m (axe y) ayant un pas de 40 cm
selon x et 1 m selon y placé à 40 cm
de profondeur
- Un réseau de terre sous le pylône constitué
d’une ceinture en fond de fouille de
4 m/4 m enterrée à 40 cm de profondeur
- Une interconnexion entre le réseau de
terre du pylône et celui du bâtiment r
- Une patte d’oie
- Un réseau d’adduction souterrain.
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Compatibilité électromagnétique
II.2. Résultats
Les différentes simulations réalisées
permettent de dresser une cartographie
de la répartition de courants dans la structure
et ainsi de déterminer l’efficacité des
différents systèmes de protection.
Afin de faciliter l’interprétation des résultats,
nous utiliserons les grandeurs
suivantes :
- I foudre : Valeur maximale du courant de
foudre.
- I pyl : Somme des courants circulant sur
les brins de connexion du pylône à son
réseau de terre
- I bâ t : Somme des courants circulant
sur les brins de connexion du bâtiment
à son réseau de terre
- I inte r : Courants circulant sur le ou les fils
permettant l’interconnexion du réseau
de terre du pylône à celui du bâtiment
- I add : Courant induit sur les adductions.
On définit également les valeurs P pyl , P bât ,
P inter , et P add représentant le pourcentage
du courant induit, respectivement, sur le
réseau de terre du pylône, le réseau de
terre du bâtiment, les fils d’interconnexions
et les adductions tels que
et les valeurs P pyl’ et P bât’ représentant
le pourcentage de courant dissipé
respectivement par le réseau de terre
du pylône et le réseau de terre du bâtiment
tels que :
Ces résultats, mettent en évidence l’importance
du réseau de protection qui
permet de dissiper, par exemple, 30 %
du courant de foudre dans le cas d’un
sol de résistivité égale à 2000 Ohms.m.
II.3. Étude Paramétrique
Dans le but de mieux comprendre l’influence
de certains paramètres sur la
répartition des courants au sein de la
structure et sur le câble de télécommunication
desservant un site mobile,
nous avons réalisé plusieurs études.
Parmi les nombreux paramètres pouvant
influer sur la répartition des courants
nous nous sommes plus particulièrement
intéressés à l’influence de :
- La conductivité du sol
- L’implantation d’une deuxième patte
d’oie
- L’amélioration de l’interconnexion entre
pylône et bâtiment
- La densification du réseau de terre du
bâtiment.
a - Influence de la conductivité du sol.
Afin d’étudier l’influence de la conductivité
du sol sur la répartition des
courants, la structure a successivement
été placée sur un sol de résistivité égale
à 4000, 2000, 1000 et 500 Ohms.m.
La somme des courants sur le brin de
connexion du pylône à son réseau de
terre (I pyl ), ainsi que la somme des
courants circulant sur les connexions
entre le bâtiment et son réseau de terre
(I bât ), permettent de déterminer la répartition
du courant entre le pylône (P pyl’ )
et le bâtiment (P bât ) en fonction de la
résistivité du sol. Ces résultats sont
donnés sur la Figure 4.
terre du pylône, plus le courant circulera
de manière directe vers le bâtiment
par le chemin de câble. Ceci aura, également,
pour effet d’entraîner une augmentation
du courant induit sur le câble
de télécommunication tel que le montre
la Figure 5 donnant le pourcentage du
courant de foudre induit sur le conducteur
de télécommunications en fonction
de la résistivité du sol. Celui-ci peut être
approché par une fonction, racine carré,
de la forme : y=√x.
Figure 5 – % du courant de foudre
induit sur le câble de
télécommunications pour différentes
résistivités du sol
En revanche, l’analyse de la proportion
de courant de foudre capté par le
conducteur de protection en fonction
de la résistivité du sol, dont les résultats
sont présentés sur la Figure 6,
montre la présence d’un maximum pour
une résistivité de 1500 Ohms.m.
On obtient alors une répartition des
courants selon le schéma de la Figure 3.
Figure 6 - % du courant de foudre
induit sur le câble de protection pour
différentes résistivités du sol
Figure 3 – Répartition des courants
sur une structure complexe foudroyée
Figure 4 – Répartition du courant de
foudre entre le pylône et le bâtiment.
Ces résultats montrent que plus la résistivité
du sol augmente, ce qui conduit
à une augmentation de la résistance de
Ainsi pour une longueur de 300 m. le
conducteur de protection captera plus
de courant s’il est placé dans un sol
de résistivité proche de 1500 Ohms.m.
que dans un sol de résistivité plus
élevée. Ces résultats mettent en évidence
la notion de longueur optimale ou
longueur minimale du conducteur de
protection qui sera approfondie dans
la troisième partie de cet article.
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Compatibilité électromagnétique
b - Influence de l’implantation d’une
seconde patte d’oie.
La norme CEI 62305-3 [2], traitant de
la protection des structures et des
personnes contre la foudre, préconise
l’installation d’un minimum de deux
électrodes supplémentaires dans le cas
où la surface du réseau de terre préconisée
ne peut être respectée. Afin de
déterminer l’influence de l’implantation
d’une seconde patte d’oie dans la ceinture
de terre du pylône, nous avons
utilisé la configuration de base, à
laquelle on a rajouté une deuxième patte
d’oie, identique à la première, située
dans l’angle opposé selon la Figure 7.
Figure 7- Implantation de la deuxième
patte d’oie
Les résultats obtenus dans cette configuration
permettent de mettre en
évidence une amélioration du pouvoir
de dissipation du réseau de terre du
pylône (P pyl’ ), qui peut atteindre 25%.
Néanmoins, ceci n’entraine pas une
diminution du courant induit sur les
adductions, dont les résultats sont
reportés sur la Figure 8.
c - Influence de la densification de l’interconnexion
des réseaux de terre.
L’étude complète de la structure montre
une circulation importante de courant
sur le chemin de câble reliant le bâtiment
au pylône, ceci a pour conséquence
une augmentation de courant
sur les armatures métalliques du bâtiment.
Ce courant est à l’origine du
champ rayonné à l’intérieur du bâtiment
qui peut engendrer des dysfonctionnements.
L’étude de la répartition du
courant lors de l’implantation de deux
conducteurs supplémentaires entre le
bâtiment et le pylône selon le schéma
de la Figure 9 est également effectuée.
Le rôle de ces conducteurs étant de
favoriser une circulation de courant
entre les réseaux de terre afin de diminuer
le courant circulant sur le bâtiment.
Figure 9 - Implantation
des conducteurs d’ interconnexions
Il a été vu précédemment que le courant
circulant dans le bâtiment est principalement
dû au courant circulant sur
chemin de câble. Les résultats obtenus
dans le cas d’une ou 3 interconnexions
sont représentés sur la Figure 10 et
montrent une diminution de 38 % du
courant induit sur le bâtiment par le
chemin de câble.
Figure 11 - Courant sur
l’interconnexion des réseaux de terre
pour deux types d’interconnexions
L’amélioration de la circulation du
courant entre les réseaux de terre par
l’ajout de connexions permet :
- Une diminution du courant de foudre
circulant dans les armatures du bâtiment.
- Une diminution du champ rayonné au
sein du bâtiment. Cependant, cela
n’entraine pas de diminution du courant
induit sur les adductions.
d - Influence de la densification du
réseau de terre.
De manière pratique, il existe différentes
façons d’effectuer la mise à la terre d’une
infrastructure. Par exemple, l’utilisation
de piquets est généralement utilisée pour
les installations domestiques, les ceintures
de terre sont particulièrement adaptées
pour la réfection de mise à la terre,
ou encore l’utilisation de grilles. Les deux
derniers dispositifs étant installés sous le
bâtiment selon la Figure 12.
Figure 8 - Courant conduit
sur les adductions
Ceci s’explique par le fait que, malgré
l’implantation d’un seconde patte d’oie,
la circulation des courants entre le
pylône et le bâtiment s’effectue principalement
par le chemin de câble et ils
ne peuvent donc pas être dissipés par
le réseau de terre du pylône.
Figure 10 - Courant sur le chemin
de câble pour deux types
d’interconnexions
Le courant ne pouvant être dissipé par
le réseau de terre du pylône est conduit
vers le réseau de terre du bâtiment par
l’intermédiaire des différents brins de
connexion dont la somme est représentée
sur la Figure 11. Il est à noter
une augmentation du courant circulant
sur les interconnexions en fonction de
l’augmentation du nombre de connexions.
Néanmoins cela n’influence pas
le pouvoir de dissipation P pyl’ du réseau
de terre du pylône qui reste identique
dans les deux cas et proche de 18%.
Figure 12 - Schéma ’un réseau de
terre de type ceinture ou grille sous
un bâtiment
Les valeurs du courant circulant sur les
adductions, obtenues pour ces deux
configurations, sont quasi-similaires
(Figure 13).
Figure 13 - Courant sur les adductions
pour différentes configurations de
réseau de terre
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Compatibilité électromagnétique
Ces résultats montrent que l’implantation
d’une grille reliée en périphérie à un bâtiment,
apporte un gain qui est resté négligeable
face à l’utilisation d’une ceinture
en fond de fouille. Néanmoins, ces résultats
ne sont valables que dans le cas d’une
connexion périphérique du réseau de terre
au bâtiment, car de précédents travaux
[3] [4] ont montré l’importance de la position
des points d’interconnexion.
III. Protection des adductions par
conducteurs écrans : optimisation
Les stations de bases étant connectées
au réseau filaire de télécommunications,
il est important de diminuer au maximum
le courant circulant sur les câbles
d’adduction du site. Pour cela, l’utilisation
de conducteurs écrans placés au
dessus du câble de télécommunications
est couramment utilisée. Néanmoins
l’installation de tels dispositifs étant
basée sur des résultats empiriques,
nous proposons une méthode permettant
d’optimiser l’implantation de ce
type de protection, afin de réduire les
coûts d’installation.
Afin de limiter les temps de calcul, on a
utilisé un code de calcul basé sur la théorie
des lignes de transmission multifilaires
associée à une approche topologique [5].
L’optimisation consiste à déterminer la
longueur de conducteur écran nécessaire
afin d’obtenir le maximum de courant sur
le conducteur de protection, installé selon
les figures 14 à 16. Sur ces figures, E
représente le courant induit sur les adductions,
en sortie du bâtiment.
Figure 14 - Schéma de principe
pour 1 conducteur
Figure 15 - Schéma de principe
pour 2 conducteurs
Figure 16 - Schéma de principe
pour 3 conducteurs
Les différentes simulations effectuées ont
permis d’obtenir les valeurs des courants
induits sur les divers conducteurs, et
notamment sur le ou les conducteurs de
protection, en fonction de leurs longueurs
et de la résistivité du sol, tels que présentés
sur les Figures 17 à 19.
- Pour 1 conducteur de protection
Figure 17 : Rapport I conducteur de
protection / I source pour différentes
valeurs de résistivités du sol
- Pour 2 conducteurs de protection
Figure 18 : Rapport I conducteur de
protection équivalent / I source pour
différentes valeurs de résistivités
- Pour 3 conducteurs de protection
Figure 19 : Rapport I conducteur de
protection / I source pour différentes
valeurs de résistivités
L’exploitation de ces courbes nous a
permis d’établir des règles simples
permettant d’obtenir le minimum de
courant sur le câble de télécommunications
en installant un conducteur
écran de longueur minimale « G » :
Notons que cette grandeur optimale est
une distance permettant d’obtenir un
compromis entre la longueur des conducteurs
de protection et leur efficacité
d’écoulement. En effet, lorsque la configuration
du site le permet, le choix d’une
longueur L plus importante ne sera que
plus bénéfique. Dans les cas où une telle
distance L optimale ne peut être respectée,
il conviendra alors d’utiliser une autre
architecture de protection. Dans le cadre
d’une desserte comprenant plusieurs
câbles de télécommunications, il convient
d’appliquer cette méthode de protection
sur chacun d’eux.
IV . Conclusion
Dans cet article nous nous sommes intéressés
aux courants réinjectés sur les
réseaux d’adduction desservant un bâtiment
impacté directement par la foudre.
Cela nous a permis d’établir une cartographie
de la répartition des courants sur
la structure modélisée et de leur évolution
en fonction de plusieurs paramètres physiques.
Enfin, l’étude des courants générés
sur une desserte aéro-souterraine protégée
par conducteurs de protection lors d’un
impact direct a également été réalisée.
Les résultats obtenus ont permis de quantifier
l’efficacité de la protection des câbles
enterrés assurée au moyen de dispositifs
constitués de fils ●
Y. Bourgeois (1) , A. Zeddam (2) ,
A. Reineix (3)
Références
[1] C. Guiffaut, A. Reineix. Résolution de
problèmes de Compatibilité Electromagnétique
par des méthodes temporelles
3D. CANUM 2006. 2006.
[2] CEI: Dommages physiques sur les structures
et risques humains. Norme. CEI-
62305-3.2006.
[3] J. Ribeiro, Y . Bourgeois, R.Tarafi,
A. Zeddam, P. Bonnet Modélisation du
couplage entre une décharge atmosphérique
et un réseau de télécommunications
lors d’un impact direct. Saint
Malo : CEM 2006. 2006.
[4] J. Ribeiro Étude des risques de
défaillance d’un réseau de télécommunications
soumis aux effets directs et
indirects de la foudre. Thèse de l’université
de Clermont-Ferrand. 2005.
[5] K. Kerroum, F.Paladian, J. Fontain,
M. Vautier,A. Zeddam, Approche globale
du couplage d’une onde EM avec un
système de câbles multifilaires,
Toulouse, CEM94, pages 247-252,
1994.
(1) : Nexio, 16 rue Troyon 92316 Sèvres,
yannick.bourgeois@nexio.fr
(2) : Orange Labs, 3 Rue Pierre Marzin
22307 Lannion,
ahmed.zeddam@orange-ftgroup.com
(3) : Xlim,123 Rue Albert Thomas 87100
Limoges, alain.reineix@xlim.fr
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Compatibilité électromagnétique
Cages anéchoïdes
Efficient Simulation of Anechoic
Chamber
Designing anechoic chambers is very expensive and time consuming
in case the design only relies on physical prototype testing. This is
the reason why companies that build semi-anechoic chambers have
started to consider the virtual prototyping as a good candidate to save
cost and to improve the efficiency of their designs. But modeling of
anechoic chambers is a very difficult task as it implies Electromagnetic
simulation of a large volume at relatively high frequencies and
including materials with very high permittivities and permeabilities.
Simulation is critical in designing these
chambers because nearfield effects in
the 30 to 200 MHz range cannot be
determined by theoretical methods. A
very fine mesh is normally required in
the wall area to model the performance
of absorbers that are used to make the
chamber act as if it were free space.
The fineness of the mesh typically
results in very long simulation times,
such as the 15 weeks that could be
needed on a desktop computer in the
past (before 2004) to model chambers
to predict the performances.
Gwenal Dun, RD Engineer for Siepel (Ph.
D.), used a variety of different electromagnetic
simulation tools to address this
challenge in the past but ran into problems
with both poor accuracy and long
Figure 1 : Antenna test setup
compute times. We then worked together
the developers of CST MICROSTRIPES
electromagnetic simulation software, to
implement a feature that makes it possible
to model the ferrite absorbers used in the
chamber as a boundary condition rather
than part of the computational domain.
This change made it possible to increase
mesh size by a minimum factor of 15,
reducing compute time by more than 95%.
The simulation results provided a nearperfect
match to physical testing.
Development of
semi-anechoic chambers
International regulatory agencies have
greatly increased radio frequency (RF)
emissions and susceptibility requirements
since they were first introduced
in the 1970s. Generally the standards
on RF emissions are based on tests
performed outside on an OATS but,
these suffer from the effects of weather
conditions and ambient noise.
To overcome the problem of weather
conditions and ambient noise, semianechoic
chambers have been developed
as shown in Figure 1. The chamber
is a RF shielded box with the walls and
ceiling lined with materials that are
highly absorbent of RF waves in order
to provide conditions similar to an OATS.
Today, regulatory agencies allow most
products to be tested for EMC in semianechoic
chambers rather than OATS.
They require, however, that these chambers
behave in a way that closely corresponds
to OATS. The American ANSI
C63-4 and the European EN50147-2 standards
require that EMC testing be
performed in a chamber where the Normalized
Site Attenuation (NSA) deviates from
an OATS by no more than ±4 dB.
The design challenge
Companies that build semi-anechoic
chambers must be certain that their
products meet this specification. Physical
testing provides a poor solution
because it is very expensive to build a
prototype chamber and the physical
testing required to evaluate the performance
of the chamber over the full range
of required frequencies and in all areas
of the chamber would cost too much
and take too long. Theoretical approaches
provide good results for
certain subsets of the problem but do
not work for others. For example, at very
high frequencies, typically above 1 GHz,
the antenna geometry is not important
so the electromagnetic field can be
calculated based on the antenna radiation
pattern and on the reflectivity of
the wall. But this approximation does
not apply to lower frequencies, where
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Compatibilité électromagnétique
the geometry of the antenna is very
important due to the near field effect
and simulation is a must.
It appeared that improving the simulation
process was critical to optimizing
the performance of chambers so Siepel
decided to carefully evaluate the leading
electromagnetic simulation methods in
terms of their ability in this area.
Frequency methods such as Method of
Moments (MoM) do a good job of simulating
the wire antennas used for the
qualification of anechoic chambers but
cannot accurately simulate the walls of
the chamber due to very high memory
and CPU time requirements. On the
other hand, finite difference time domain
(FDTD) methods work well for the walls
but have difficulty in modeling wire
antennas, which typically require a mesh
of 1 mm or less. Models with meshes
this small typically have solution times
measured in months, which is far too
long to have a positive impact on the
design process.
TLM method provides
accuracy and speed
Figure 2 : CST MICROSTRIPES
model
Finally, Mr. Dun turned to the CST
MICROSTRIPES implementation of
the transmission line method (TLM) from
CST for solving Maxwell’s equations
Which is now part of the transient solver
of CST MICROWAVE STUDIO (CST
MWS). The TLM method solves for all
frequencies of interest in a single calculation
and therefore captures the full
broadband response of the system in
one simulation cycle. A further advantage
is that the TLM method creates a
matrix of equivalent transmission lines
and solves for voltage and current on
these lines directly. This uses less
memory and CPU time than solving for
E and H fields on a conventional computational
grid. The solver tolerates rapid
changes in grid density, large aspect
ratios of grid cells and localized gridding,
enabling the mesh requirements
to be kept to an absolute minimum.
Finally, an intuitive easy-to-use graphical
user interface, optimized meshing
algorithm and parallel processing for
increased speed, make the software
suitable for solving extremely complex
and electrically large problems.
CST MICROSTRIPES provided the
best mix of accuracy and computational
efficiency for modeling EMC chambers
with ferrite absorbers. We found that
the TLM method successfully modeled
both the antennas and the chamber
itself. We were able to create compact
models of antenna structures that
reduce the size of the resulting model
while maintaining high levels of accuracy.
We defined the transmission
parameters by the scattering parameters
of the balun and the simulation
results of the wires. Because baluns
can’t be modeled easily S-parameters
were used which do not influence electromagnetic
propagation. The use of a
compact model to represent the antenna
meant that the smallest element size
required was 15 mm for the wire
connection.
Special boundary condition
overcomes problem
But we had to overcome the problem in
modeling the walls of the chamber. The
ferrite absorbers SIEPEL FE30Z used in
the chamber are only 6.7 mm thick,
which meant that a mesh of 1 mm was
needed. Reducing the mesh size to this
level would require a 15 week simulation
time. This was much too high so
we investigated whether there was a
way around the problem. We worked
to develop a special boundary condition
that simulates the reflectivity of the
ferrite absorbers, eliminating the need
to include them in the model. The
boundary condition was defined by the
frequency dependent surface impedance
of a one dimensional TLM ladder
network and defined at the air-ferrite
interface for the two polarizations of the
E field parallel and perpendicular to the
to the air/ferrite interface. This limit
condition takes into account the incidence
angle and the polarization of the
electromagnetic wave.
The key advantage of making the walls
into boundary conditions is the elimination
of the need for the 1 mm mesh
in this area. This means that the most
critical area is the antenna connection
which only requires a 15 mm mesh. The
resulting increase in the mesh size
reduced the computation time to only
1 week on a desktop computer, which
was fast enough to serve as the primary
evaluation tool during the design
process. The boundary condition had no
effect on the accuracy of the simulation.
To validate the model, simulation
and measurement results were compared
for the two polarizations and two
heights of the emission antenna. The
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Compatibilité électromagnétique
of the time required by the software
used in the past.
We can say that the key to the successful
simulation in this application is the
boundary condition for the modeling of
the ferrite tiles which increases the time
step that can be used. Being able to
predict the performance of semianechoic
chambers with precision
makes it possible for the designer to
evaluate many more alternatives during
the design process by means of efficient
and reliable virtual prototyping.
About the authors
Figure 3 : Comparison between measurement and simulation
horizontal polarization
Figure 4 : Comparison between measurement and simulation
vertical polarization
deviation between the simulation and
the measurements was in 99% of the
cases lower than +/-1dB and in every
case lower than +/-1.5dB, which was
sufficient to optimize the performance
of semi or full anechoic chambers.
The result is a successful
product
The new SIEPEL anechoic chamber,
developed with the aid of the simulation
methods described here, makes it
possible to perform full compliance radiated
EMI and EMS measurements,
according to the most commonly used
international standards. The optimized
design, with for example partial lining,
saves space inside the chamber,
providing a comfortable work environment.
In addition to the ferrite absorbers
described above, the anechoic chamber
also uses a low-carbon loaded pyramidal
absorber that is transparent in the
low frequency band but preponderant
above 1 GHz. Since the reception
antenna is directional above 1GHz, the
pyramidal absorber only needs to cover
the specular zone (optimized design).
Anechoic chamber manufacturer Siepel
has validated the ability of CST
MICROSTRIPES software to meet its
demanding accuracy requirements while
reducing compute time to less than 5%
Gwenal Dun is Research and Development
Engineer at SIEPEL (http://
www.siepel.com ) in La Trinité sur Mer,
FRANCE. Gwenal is currently working
toward Ph.D. degree in electronics with
the LEST-ENST Bretagne. His current
research interest is electromagnetic
modeling of anechoic chamber.
Paul Duxbury is a Senior Sales and
Application Engineer with CST (http://
www.cst.com) GmbH. He received a
BEng(Hons) in Electrical and Electronic
Engineering from Hertfordshire University
in 1995. That same year he joined
BSI, involved with EMC testing and the
verification of BSI’s OATS. In 1997, he
joined IFR with responsibility for EMC
test and design of their own products
and the external commercial activities
of the laboratory.
Paul has been providing technical support
since 2000 to users of MICROSTRIPES
(www.microstripes.com) across Europe
and Asia/Pacific, with a particular
emphasis on EMC applications. He also
works closely with the product development
team on developing product
requirements ●
Gwenal Dun
R&D Engineer
SIEPEL
La Trinité sur Mer, FRANCE
Paul Duxbury
Senior EM Engineer
CST
UNITED KINGDOM
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Compatibilité électromagnétique
Méthodes
Mesure de l’impédance de transfert
et de l’atténuation d’un câble blindé
Un câble blindé est caractérisé le plus souvent par son impédance de
transfert. Ce paramètre peut être mesuré suivant différentes méthodes.
Mais un câble blindé peut également être défini par son atténuation
vis-à-vis des perturbations extérieures. Après avoir défini ces paramètres,
nous présenterons deux méthodes de mesure et comparerons
les résultats extraits de ces mesures.
Caractérisation d’un écran
Impédance de transfert
Définition
L’impédance de transfert d’un câble
blindé est définie par le rapport entre le
courant circulant sur l’extérieur d’un
écran et le champ électromagnétique
généré à l’intérieur de cet écran.
Zt = EintIext Ω/m
transfert représente la dégradation de
l’impédance de transfert. Ce phénomène
est principalement lié aux imperfections
de l’écran.
Calcul de la tension induite
Lorsque la longueur du câble est petite
devant la longueur d’onde, la tension
induite à l’extrémité du câble se calcule
simplement par la relation :
U=Zt.Iext . L
devient inductive et est voisine de
1 µH/m. En HF, les capacités parasites
par rapport à la masse environnante ne
sont plus négligeables et l’écran se
comportera comme une ligne de transmission
dont la valeur est comprise
entre 100 Ω et 500 Ω suivant sa position
par rapport aux masses.
Relation entre l’impédance de transfert
et l’atténuation d’écran
Uint=Zt.Iext . L
Iext=UextZécran
Uint=Zt. UextZécran . L
Att= UintUext= Zt . LZécran
L’impédance de transfert ne dépend que
des formes géométriques et des caractéristiques
électriques de l’écran. La
structure interne du câble (coaxial,
multipaires, etc.) n’a aucune influence
sur l’impédance de transfert.
L’impédance de transfert peut se modéliser
par la relation simple :
Zt=R0+jLfω
R 0 : Résistance de l’écran
Lf : inductance de transfert.
En basse fréquence (BF), l’impédance
de transfert d’un écran est égale à sa
résistance. Pour un écran de type tubulaire,
l’impédance de transfert très faible
en BF s’améliore à partir de quelques
dizaines de kilohertz. L’effet de peau
« concentre » en effet les courants sur
la partie externe du blindage, le champ
interne devenant alors négligeable.
Pour les câbles dont l’écran est constitué
par un tressage, l’inductance de
Atténuation d’écran
L’atténuation d’un écran (parfois appelé
Effet Réducteur) est le rapport entre la
tension appliquée entre les 2 extrémités
de l’écran et la tension induite à l’intérieur
du câble.
A(dB) = 20.logUindUext
Relation entre l’impédance de
transfert et l’atténuation d’écran
Courant circulant sur l’écran
Pour établir la relation entre l’impédance
de transfert et l’atténuation d’un écran,
il est nécessaire de connaître la valeur
du courant circulant dans la boucle
constituée par l’écran, le raccordement
aux masses aux deux extrémités et la
masse. Nous considèrerons dans un
premier temps que l’impédance de la
masse et des raccordements sont négligeables.
Il faut donc déterminer l’impédance
de l’écran.
En BF, cette impédance est égale à la
résistance de l’écran. Puis l’impédance
Zt=Att × ZecranL
Caractérisation d’un écran –
Méthodes de mesure
L’ensemble des normes CEI 62153
décrit les différentes méthodes pour
mesurer l’impédance de transfert ou l’atténuation
d’écran des câbles. L’ensemble
de ces méthodes de mesure
normalisées permettent de déterminer
directement l’impédance de transfert
mais nécessitent des mises en œuvre
et des modes opératoires souvent
complexes.
Les modes opératoires présentés sont
plus simples à mettre en œuvre.
Méthode de la pince d’injection
Cette méthode de mesure, également
appelée méthode des deux pinces, utilise
le principe des mesures BCI. Une pince
de courant permet d’injecter un courant
sur l’écran du câble à caractériser.
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Compatibilité électromagnétique
Montage d’essai – Mesure du courant
Montage d’essai – Mesure de la
tension induite
Calcul de l’impédance de transfert.
L’impédance de transfert du câble se
calcule par la formule
Zt= S31S21× Ztpince2L
Mesure de l’atténuation
Cette méthode de mesure permet d’obtenir
directement l’atténuation apportée
par un écran comme défini au paragraphe
Atténuation d’écran.
Montage d’essai – Mesure de la tension
externe.
Montage d’essai – Mesure de la
tension interne.
Calcul de l’atténuation.
L’atténuation d’écran se calcule par
la formule
A= S31S21
Contraintes de montage
Toutes les méthodes présentent une
contrainte commune. Dans la plupart
des cas, des montages d’adaptation
doivent être réalisés pour assurer la
transition entre le câble, sa connectique
et l’appareillage de mesure.
Ces montages d’extrémité doivent être
réalisés avec un grand soin. Aucune
impédance série ne doit être introduite
lors de la mise en œuvre des connecteurs.
Exemple de boîtier d’adaptation pour la
mesure d’un câble avec presse étoupe :
Mesure de la qualité
d’un câble simple tresse
(RG 58) - Comparaison
Une mesure comparative est effectuée
sur un câble de type BNC simple tresse.
La mesure est effectuée avec les
2 méthodes référencées en Méthode de
la pince d’injection et Mesure de l’atténuation.
Mesure de l’impédance de
transfert – Méthode de la pince
d’injection
Mesure de l’atténuation
Comparaison des résultats
Les impédances de transfert présentées
sur ces courbes sont issues de la
mesure directe par la méthode de la
pince d’injection et par calcul à partir
de la mesure de l’atténuation suivant la
formule donnée en relation entre l’impédance
de transfert et l’atténuation
d’écran.
Conclusion
Un câble blindé peut être caractérisé
par son impédance de transfert et par
son atténuation de blindage. Ces deux
paramètres sont liés et peuvent se
déduire l’un de l’autre.
Plusieurs méthodes sont normalisées,
mais dans tous les cas, la difficulté principale
réside dans la mise en œuvre des
boîtiers de terminaison et d’adaptation
en extrémité de câble.
La mesure comparative entre la méthode
par pince d’injection et la mesure
de l’atténuation de blindage montre une
bonne corrélation entre les résultats.
Les écarts constatés s’expliquent par
les raisons suivantes :
- La différence de résultat entre 100 kHz
et 1 MHz est liée à la sensibilité de la
pince pour effectuer la mesure.
- Les résonances constatées à 100 MHz
pour la mesure d’atténuation de blindage
sont liées à la position du câble
par rapport à la masse.
Pour des mesures dans des bandes de
fréquence jusqu’à 1 GHz, la mise en
œuvre des bancs d’essai est donc particulièrement
critique.
Il est toutefois important de noter que
les mécanismes de couplage entre une
perturbation électromagnétique et un
équipement sont directement liés à la
fréquence aux dimensions géométriques
du système.
En pratique, jusqu’à 100 MHz environ,
les perturbations se couplent efficacement
sur les câbles. A partir de quelques
centaines de MHz, les couplages
se font directement sur les cartes
électroniques.
La protection apportée par les câbles
et leurs caractérisations sont donc
primordiales entre 100 kHz et 100 MHz
environ ●
Philippe DUNAND
LCIE Bureau Véritas
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Compatibilité électromagnétique
Applications
Microwave invente le maintien
des appareils aéronautiques
directement sur site
La maintenance d’appareils sur site, quels qu’ils soient, est soumise
aux aléas du climat, de l’humidité, des températures basses ou au
contraire, anormalement élevées. Pourtant, dans certains cas, comme
la réparation des appareils aéronautiques (en particulier dans le secteur
de la défense), la mobilisation des engins implique souvent des investissements
colossaux et une perte d’exploitation importante. Microwave
Vision, société française spécialisée dans les systèmes de tests
et mesures d’antennes, a mis au point une technologie inédite de maintenance
des appareils directement sur site.
L’arrivée sur le site parisien de Microwave
(plus précisément à Palaiseau, dans l’Essonne)
surprend un peu lorsque l’on pénètre
dans le département maintenance. Celui-ci
était en effet, lors de notre visite exclusive,…vide
! L’explication ne se fait pas
attendre et tient en deux mots : « globetrotter
».
Voici donc comment définit Philippe Garreau,
le PDG de l’entreprise, le service le plus
atypique de la société. « Nous avons plus
de quatre-cents systèmes présents dans
le monde. Nos opérateurs interviennent
directement sur site, aux quatre coins de
la planète. C’est la spécificité du département
maintenance, lequel ne cesse de
croître d’années en années et dont les
contrats s’accumulent ». Une croissance du
métier qui n’est d’ailleurs pas facile à gérer
en termes de recrutement puisque le patron
de l’entreprise précise que, dans ce domaine
à forte valeur ajoutée impliquant – outre des
interventions de maintenance pure – des
opérations de calibration ainsi que des
mesures fines, « il est difficile de trouver les
compétences nécessaires et d’embaucher ».
Un savoir-faire tourné
vers des compétences
en électromagnétique
Avant de découvrir la nouvelle stratégie de
cette entreprise française hors du commun,
il convient d’aborder les différents savoirfaire
de Microwave Vision Group (MVG). À
Olivier Guillon
l’origine, cette société fondée par un professeur
de Supelec n’avait pour clients exclusifs
que les institutionnels comme la
Défense ou l’Agence spatiale, avant de
tourner son activité vers l’électromagnétique.
Mais au moment où, en 1996,
Philippe Garreau prit la direction de l’entreprise,
celle-ci subissait depuis deux ans
la réduction drastique des budgets affectés
à ces secteurs d’activité, à commencer par
les crédits militaires. « J’ai donc proposé de
nous tourner vers l’industrie. C’est de cette
nouvelle orientation qu’est né le challenge
de Satimo pour la mesure d’antennes. En
1998, en effet, petit à petit s’était dressé
un marché, celui des télécoms, qui, traditionnellement,
utilisait un capteur que l’on
‘’baladait’’ soi-même autour de l’appareil ;
notre culture jeune et innovante nous a
amenés à développer des nouveautés telles
que des scanners munis de capteurs tournants
et capables de réaliser un balayage
électronique. L’objectif étant d’utiliser le
même instrument de mesure du début à la
fin sur la chaîne de développement ».
Le paradoxe était que la technologie présentait
une avance significative par rapport aux
demandes militaires même si une partie des
développements concernait les tests de
radars. Ce savoir-faire a donc été étendu au
secteur de l’automobile, dont les attentes
en matière de contrôle électromagnétique
présentaient des perspectives de marché
particulièrement ambitieuses, mais aussi
et toujours dans le domaine de l’aéronautique,
notamment pour les pointes avant et
arrière des appareils. « Notre volonté était
d’introduire une technologie multicapteur.
Pour ce faire, il fallait nous doter d’un département
mécanique. Aussi avons-nous acquis
en 2008 la société américaine Orbit/FR ».
À ce jour, MVG emploie près de 260 personnes
dans le monde (sur douze sites allant
d’Israël à San Diego en passant par l’Allemagne
pour la production, et de Brest à
Paris, sans oublier Rome pour la R&D ), dont
une trentaine de collaborateurs en maintenance.
Des problématiques
de maintien opérationnel
La maintenance, il en est évidemment fortement
question au sein de ces activités dont
les clients de Microwave ne peuvent parfois
se permettre d’immobiliser leurs équipements
plus de quelques heures. Une
contrainte qui peut se chiffrer en plusieurs
centaines de milliers d’euros, hors coût de
l’intervention – le montant estimé du démontage
et de l’envoi d’une antenne atteignant
entre 200 000 et 400 000 euros). Pour
tenter de pallier ces problèmes de maintien
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Compatibilité électromagnétique
opérationnel des appareils, une quinzaine
de personnes ont été affectées sur le programme
Satimo de manière à pouvoir
opérer directement sur site. Exemple de
cas, celui de l’armée française qui utilise
des batteries de radars développés sur
site, notamment en Afghanistan. « Il est
essentiel pour eux d’avoir les bases de
connaissances sur le positionnement de
toute la balistique. Si le moindre doute s’installe,
les militaires se voient contraints de
renvoyer tout le matériel. »
Une démarche extrêmement coûteuse dans
la mesure où, en plus des opérations de
maintenance onéreuses en raison de
moyens logistiques lourds à mettre en
œuvre, s’ajoute l’immobilisation du matériel
défectueux. « Ces prestations coûtent
ainsi très cher à tous et ne font aucun
gagnant, insiste Philippe Garreau. C’est de
là que nous est venue l’idée de mettre au
point un système de vérification de maintenance
opérationnelle sur site ». L’idée est
de laisser le matériel à la disposition de l’exploitant,
lequel n’est pas un spécialiste de
la maintenance. Le contrat de maintenance
conclu entre lui et le fabriquant (Microwave)
engage ce dernier de se déplacer sur le site.
La mise au point
d’une technologie inédite
Il s’agit donc d’une démarche nettement
moins coûteuse pour les uns et les autres ;
encore faut-il disposer d’un système capable
de répondre au besoin de maintenance sans
avoir à envoyer l’appareil en France. Cette
lacune technologique a donc été comblée
par le système de mesure d’antenne StarBot
(le premier produit de la société pour la
maintenance sur place), dont les fonctionnalités
intègrent désormais une maintenance
intelligente et mobile. L’intérêt du
système : permettre aux opérateurs de
diagnostiquer sur place mais aussi de ne
pas démonter entièrement l’appareil et de
mesurer plus rapidement. Exemple d’opération
: la caractérisation des dix-huit
antennes de l’Eurofighter.
Ces applications dans l’aéronautique à la
fois civiles et militaires peuvent également
servir à vérifier la qualité et l’état du radôme
de l’avion (partie imperméable et protectrice
destinée à protéger l’antenne de l’appareil).
Des tests ont d’ailleurs été effectués
sur l’A400M et l’A380 directement sur les
pistes d’aéroport. « Il est aussi possible d’intervenir
sur les radars en plein air grâce à
un faisceau très fin et une technologie de
balayage. On met en place cet outil pendant
la nuit en flashant le radar défectueux pour
une configuration en fonctionnement. Enfin,
par extension, il serait possible de se servir
de cette solution sur les stations de relais
en haut d’un immeuble, d’une grue, ou pour
contrôler la réalité des puissances des
systèmes antennaires ». Cette technologie
se révèle naturellement bien moins onéreuse
que le démontage et l’envoi de l’antenne ;
les prestations atteignent en moyenne entre
40 et 45 000 euros et mobilisent l’appareil
quelques heures, voire quelques jours
maximum pour les interventions les plus
importantes.
Une solution
encore très rattachée
à la défense mais applicable
à d’autres secteurs
Si l’on dresse un état des lieux des secteurs
les plus en vogue, celui des télécoms bat
son plein en affichant un taux de croissance
de près de 26% en 2010, grâce en partie à
l’explosion des applications sur tablettes et
à la bonne tenue des smartphones. Le
secteur automobile n’est pas en reste, tiré
vers le haut en raison d’un marché et des
investissements en plein essor en l’Asie.
Concernant l’aéronautique, le marché poursuit
sur une stabilité, en particulier aux
États-Unis, et sur une hausse des investissements
en Chine mais aussi au Japon. Une
aubaine pour StarBot qui avait auparavant
subi des conjonctures difficiles, en particulier
en 2003, puis en 2008-2009 au
niveau des radiocommunications. Désormais,
la demande forte du secteur militaire
mais aussi de la part du civil, oblige le
groupe à mobiliser tous les efforts de ses
équipes pour réaliser un système à la fois
normalisé et standardisé ●
Olivier Guillon
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Mesures et méthodes de mesures
Technologie
Répondre aux besoins croissants
en termes de microfluidique liquide
Face à la tendance qui consiste à miniaturiser les systèmes propres
à la recherche industrielle, les dispositifs fonctionnant avec des fluides
en mouvement évoluent vers des dimensions du domaine appelé « microfluidique
». Ce domaine scientifique en devenir avait besoin d’un équipement
de référence en Europe ; c’est chose faite avec le Cetiat qui
s’est doté d’un tout nouveau banc micro-débit liquide. Les premiers
essais ont eu lieu cet automne.
Des compétences nouvelles et des moyens
innovants en mesure de faibles débits
liquides, voici ce dont ont aujourd’hui
besoin les industriels, en particulier les
fabricants d’équipements et de capteurs.
Faisant le constat d’une demande croissante
en termes de moyens microfluidiques
(comprendre : fluides en très petite
quantité) de manière à pouvoir pallier les
problèmes liés aux micro-mesure de débit,
la direction générale du Centre technique
des industries aérauliques et thermiques
(Cetiat), en la personne de Bernard Brandon,
a décidé de se munir d’un banc de microdébit
liquide. Achevé fin 2010 et actuellement
en cours d’accréditation, ce
nouveau banc permet ainsi au centre –
alors référence nationale de la chaîne
métrologique en débitmétrique liquide –
d’enrichir son expertise ; car jusqu’alors,
ses moyens étaient limités de 8 litres par
heure (h/l) à 36m 3 /h. « Désormais, la mise
en service de ce nouveau laboratoire de
micro-débit se calera sur une plage
comprise entre 1ml/h et 10l/h. Ce banc
figure ainsi comme une référence unique
en Europe », indique le directeur général
du Cetiat.
Concrètement, les applications nouvelles
de cet équipement concernent toutes les
problématiques liées à la micro-mesure de
débit dans des secteurs tels que la biologie
ou la chimie, à l’image des systèmes
de chromatographie en phase liquide. Des
applications dans l’automobile sont naturellement
envisagées, et plus particulièrement
pour des opérations liées aux types
d’injection pour les moteurs diesel ; « c’est
le cas notamment des injections produites
au niveau des pots d’échappement et les
particules de diesel. Par ailleurs, ce banc
nous aidera à détecter tous types de
fuites ».
Un marché de niche mais
qui tend à se développer
Ce banc de micro-débit liquide s’appuie
sur le principe – relativement simple – de
la gravimétrie en comparant des éléments
de débitmétrie avec la pesée. Mais en
pratique, l’opération se révèle plus complexe
car ce débit n’est pas continu en
raison du très faible débit. Il est donc
nécessaire de se munir d’un traitement de
l’eau absolument impeccable de manière
à obtenir une mesure la plus précise
possible. « Nous avons donc mis en place
une installation de traitement très complexe
sur le banc. Aussi, nous avons dû
régler le problème de parasites causé par
l’évaporation...Le diable est dans le
détail ! » Les opérations s’effectuent en
salle blanche de façon à éviter tous
problèmes pouvant se poser aux niveaux
de l’eau, de la gestion de l’écoulement,
de l’ambiance etc.
Le projet en bref
L’objectif de l’installation d’un tel équipement
au sein du Cetiat est de disposer
en Europe d’un outil de référence métrologique
aidant fabricants et autres utilisateurs
à étalonner leurs appareils de
mesure. « C’est un marché difficile mais
la demande est croissante au niveau de
la caractérisation et des mesures de
débits pour la chromatographie en phase
liquide, rappelle Bernard Brandon. Ce banc
à vocation européenne s’adressera notamment
aux fabricants de débitmètres pour
des premiers étalonnages ou pour calibrer
certains points de fonction de ces appareils
». Ce marché est restreint et demeure
une niche ; mais c’est sans compter
l’exemple des chromatographes en phase
liquides qui se sont vendus à ce jour à
plusieurs dizaines de milliers d’exemplaires.
L’automobile s’est déjà dotée d’outils
sophistiqués dans ce domaine mais la
chimie n’en est qu’aux balbutiements. Un
marché va inévitablement s’ouvrir●
Olivier Guillon
Depuis les années 2005, les équipes du Cetiat se trouvent confrontées à des demandes de plus
en plus importantes en termes d’étalonnage mettant en œuvre de très faibles débits de liquides,
de l’ordre de 1 à 2 millilitres par heure par exemple. De ce constat est né le projet d’investir
dans un équipement à part entière. Après une étude de faisabilité, un projet d’investissement
voit le jour en 2008 pour mener à bien des travaux qui s’achèveront en 2011. D’un
montant de 1,2 M€, ce projet figure comme l’un des plus importants de Cetiat ; ce dernier a
d’ailleurs investi près de 361 K€. Les autres partenaires étant le LNE, le Cetim, la région Rhône-
Alpes et la société hollandaise Bronkhorst, spécialisée dans la fabrication de débitmètres liquides
destinés aux très faibles débits.
photo CETIAT
Banc micro-débit liquide
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Mesures et méthodes de mesures
En pratique
Mesure de l’humidité relative (HR)
dans les chambres d’essai
Sélectionner des appareils de mesure de l’HR destinés à être utilisés
dans des chambres nécessite une évaluation minutieuse. En raison de
l’étendue des conditions que les utilisateurs et les fabricants de chambres
doivent créer, il n’existe pas pour les mesures d’approche unique
répondant à tous les besoins. Outre les aspects évidents liés aux
plages de température et d’humidité, des facteurs plus subtils doivent
aussi être pris en compte.
Humidité élevée en continu
Les environnements opérant à saturation ou
quasi-saturation sont difficiles pour la plupart
des capteurs d’humidité électriques. Les
mesures de température au thermomètre
mouillé peuvent être précises dans des environnements
saturés, mais les thermomètres
mouillés nécessitent une maintenance constante
et seront moins efficaces si la chambre
est également utilisée dans des conditions de
faible HR ou à des températures extrêmes.
Vaisala a mis au point des instruments à
« sonde chauffée » spécialement conçus pour
les mesures d’HR élevée. Les sondes chauffées
sont automatiquement maintenues à une
température supérieure de plusieurs degrés à
la température environnante. Ceci empêche
la formation de condensation sur le capteur
et maintient les mesures « en ligne » en cas
de condensation. Les sondes chauffées
peuvent aussi fonctionner à des températures
et humidités dans lesquelles les mesures au
thermomètre mouillé ne sont pas possibles.
Gaz agressifs
Les capteurs d’HR doivent entrer en contact
avec le gaz qu’ils mesurent. Leur fabrication
fait appel à de nombreux matériaux et si les
éléments fonctionnels d’un capteur altèrent
leurs caractéristiques à la suite d’un contact
avec des gaz incompatibles, ceci se traduira
par une dérive du capteur et une perte de
la précision des mesures. Vaisala a mis au
point une fonction de « purge du capteur »
protégeant l’élément fonctionnel le plus
important du capteur. Durant la purge, le
capteur d’HR est momentanément porté à
plus de 100 °C, ce qui force un dégazage des
molécules susceptibles d’occasionner des
mesures inexactes. La purge du capteur peut
être programmée selon un planning fixé par
l’utilisateur.
Environnement
extrêmement sec
Certains essais environnementaux nécessitent
un taux d’humidité très faible, 3 % d’HR,
voire moins. La plupart des instruments
conçus pour être utilisés dans une HR de 0
à 100 % ne fonctionnent pas de manière
satisfaisante aux niveaux proches de 0 ; en
fait, le paramètre de mesure désiré n’est
souvent plus l’HR mais la température du
point de rosée ou les parties par million en
volume (ppmv). Les instruments Drycap de
Vaisala sont capables de mesurer de façon
fiable des niveaux de vapeur d’eau à des
points de rosée allant jusqu’à -80 °C. Les
mesures peuvent être consignées dans les
rapports sous forme de point de rosée, de
ppmv ou de nombreux paramètres différents.
Vérification d’une HR élevée
Il est parfois nécessaire de vérifier le bon fonctionnement
des chambres à humidité élevée.
Ceci est difficile si la chambre est utilisée
dans des conditions caractérisées par une
température du point de rosée supérieure à
la température ambiante. Lorsque les sondes
de mesure sont à température ambiante et
qu’elles sont introduites dans la chambre,
elles se couvriront de condensation et les
mesures seront erronées. Vaisala résout ce
problème à l’aide de capteurs d’HR incorporant
une fonction de « préchauffage du
capteur ». Avant l’introduction dans l’environnement
à HR élevée, le préchauffage est
activé dans le but d’amener la température
du capteur à un niveau largement supérieur à
la température du point de rosée de la
chambre. L’utilisateur introduira alors la sonde
dans la chambre, la sonde se refroidira à la
température de la chambre et des mesures
précises de l’HR et de la température seront
obtenues en quelques minutes.
Pression, HR et température
Si l’on souhaite suivre la pression ainsi les
valeurs T et HR, Vaisala est à même de
fournir un seul et même instrument permettant
de mesurer ces trois paramètres simultanément.
Ceci est particulièrement utile
lorsque le paramètre d’humidité objet de l’intérêt
est sensible à la pression (par exemple,
les ppmv). Ces paramètres sensibles à la
pression sont calculés et affichés en temps
réel, en utilisant les mesures intégrées de la
pression.
Essais et étalonnage
Les utilisateurs de chambres ont souvent
besoin d’un outil pour vérifier les conditions
dans la chambre ou étalonner les capteurs
utilisés à l’intérieur de cette dernière. Vaisala
fabrique des instruments portatifs d’essai
conçus pour ces tâches. Le système de
mesure MI70 offre une interface utilisateur
graphique simple et une famille de sondes
permettant de mesurer la température, l’HR
(élevée et faible), les faibles points de rosée
et la concentration de dioxyde de carbone.
Les sondes peuvent être équipées de
préchauffage et de purge du capteur (voir cidessus).
Pour toutes les mesures, les
données peuvent être visionnées sous forme
graphique, stockées sur le MI70, ou transférées
vers un PC. Dans de nombreux cas,
le MI70 peut être directement connecté à
d’autres capteurs Vaisala, en offrant une
interface d’étalonnage rapide et simple ●
Société Vaisala France
www.vaisala.fr
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Mesures et méthodes de mesures
Pyrométrie
Propriétés thermo-optiques
des solides et liquides
aux hautes températures
Le rayonnement émis par les matériaux aux hautes températures n’est
pas en général connu avec précision car la mesure de la température
est elle-même un problème difficile qui ne peut se faire que par pyrométrie.
Les méthodes pyrométriques dépendent de la connaissance de
l’émissivité du matériau qui dépend elle-même de la température sauf
à une longeur d’onde appelée point X. L’émissivité dépend de l’indice
complexe et à partir des spectres d’indice on trouve la fréquence de
relaxation, la fréquence plasma et la masse optique et on peut alors
calculer les conductivités thermiques et électriques. Nous présentons
l’appareillage expérimental qui nous a permis d’obtenir la température
à 0,5% près puis les propriétés thermo-optiques. Pour des matériaux
métalliques comme le molybdéne, nous retrouvons à 2% près les valeurs
de résistivité électrique obtenues par les moyens classiques de mesure
de résistance. Enfin, d’un point de vue fondamental cette étude a permis
de mieux comprendre l’origine du point X, qui est due à deux points X
sur les composantes réelles et imaginaires de l’indice.
Introduction
La théorie électromagnétique de
MAXWELL a introduit l’indice complexe
nr- jχ relié à la permittivité
diélectrique par les relations de
FRESNEL [1] .
L’émission de rayonnement des matériaux
(5) dépend de la température
mais aussi de l’émissivité, ou
facteur d’émission qui est comprise
entre 0 et 1. Déterminer l’émissivité
[2] nécessite de connaître la
température de surface du matériau
et inversement. Pour les matériaux
qui sont de bons conducteurs thermiques,
on peut jusqu’à 1800°C
utiliser des thermocouples. Dans le
cas des diéléctriques, par exemple
les céramiques, la faible conductivité
thermique impose, dès que la
température dépasse 100°C, une
mesure sans contact. Nous utiliserons
la pyromètrie monochromatique
à la plus petite longueur d’onde
possible (par exemple dans l’ultraviolet
[3] ) afin de minimiser l’influence
de l’émissivité sur la température
apparente. Dans le cas des matériaux
lisses nous déterminerons aussi l’indice
complexe du matériau pour
obtenir la valeur de l’émissivité et
donc de la température.
2. Rappels des propriétés
optiques
Les grandeurs observables directement
sont les facteurs de réflexion
ρ, d’émission ε, et de transmission
τ.
La théorie de Drude permet d’introduire
des paramètres plus fondamentaux
: la pulsation plasma, la
pulsation ωp et celle de relaxation
ωτ.
Dans cette théorie phénoménologique,
on considère que la matière
est constituée d’un ensemble d’oscillateurs
vibrant à ω et s’amortissant
suivant ωτ comme le montrent
les formules (1) (2) (3).
Pour déterminer ω p , ω τ et la masse
optique, il est nécessaire de connaître
les spectres n r (λ) et χ(λ). A
partir de ces trois paramètres, il
existe alors des relations les reliant
à d’autres grandeurs telles que la
conductivité thermique K et la résistivité
électrique ρ, cf (11) et (12).
Enfin l’émissivité à la normale de la
surface est reliée à l’indice complexe
par la relation :
3. Mesure de la température
La luminance L, grandeur mesurée,
dépend de la température mais
aussi de l’émissivité ε du matériau
[2] .
Avec : C 1 = 1,101 10 -16 W.m 2
C 2 = 1,439 10 -2 m.K
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Mesures et méthodes de mesures
Pour les courtes longueurs d’onde,
l’approximation de Wien (6) permet
d’obtenir une formule simplifiant
l’expression de l’erreur sur la température.
La relation entre la température
vraie T et la température de luminance
T l (température obtenue avec
une émissivité supposée égale à 1
cas où corps noir) s’écrit alors
simplement :
Cette relation montre que T l est
différente et peut être très inférieure
à la température vraie T.
Précision de la méthode :
L’erreur sur la mesure de température
∆T sera d’autant plus faible que
la mesure sera réalisée [2] [3] à la plus
courte longueur d’onde et si possible
dans l’UV pour ne pas être
gêné par la lumière ambiante. En
effet l’erreur relative sur la température
est :
Finalement à partir de (5), il est
possible d’exprimer l’erreur sur le
calcul de l’émissivité dans l’IR en
supposant ε UV connu avec une certaine
précision.
Cette précision est suffisante pour
repérer les changements de phase
qui permettent d’étalonner les
mesures (cf. fig.2). Un autre effet
favorable pour cette méthode, dans
le cas des métaux, est dû au fait
que leur émissivité croît lorsque la
longueur d’onde décroît (exemple
fig.2). Cette méthode est applicable
à toutes les surfaces même si elles
sont rugueuses.
Dans le cas d’un matériau lisse, on
peut déterminer n r et χ par la mesure
de 2 valeurs absolues de la
luminance à 2 angles différents
d’émission ou 3 valeurs relatives
obtenues à 3 angles. Les mesures
sont faites en lumière polarisée ce
qui donne une précision de l’ordre
du pour cent sur le calcul de l’émissivité.
La précision absolue sur T est
alors excellente, de l’ordre de 2K
autour de 2000K (à condition bien
sûr que toute la chaîne de mesure
soit étalonnée à 0,1% près). L’étalonnage
des températures se fait à
partir d’un point fixe par exemple
la fusion de l’or. Le changement
d’émissivité dans l’infrarouge au
passage de la fusion est de l’ordre
de 100%.
4. Mesure de l’émissivité
spectrale
Le rayonnement provenant d’un échantillon
est la somme du rayonnement
émis par l’échantillon et de la réflexion
du rayonnement de l’environnement.
La luminance mesurée est :
ε e L° e : Luminance émise par l’échantillon
à la température T e .
(1–ε e ).ε P .L° P : Luminance émise par
la paroi intérieure de l’enceinte) et
réfléchie par l’échantillon, ε P est le
facteur d’émission de la peinture.
(1–ε e ).ε s .L° s : Luminance émise par
le système de visée, qui est à la
température ambiante, et réfléchi
par l’échantillon
ε s .L° s : Luminance émise par le
système de mesure
Afin de supprimer complètement ce
rayonnement de l’environnement,
nous avons choisi de porter la
température de l’« environnement »
à 77K en utilisant une double enceinte
refroidie à l’azote liquide
(figure 1). L’intérieur de l’enceinte
est sous vide secondaire (10 -6 mm
Hg) si l’échantillon est chauffé par
bombardement électronique. Dans
ce dispositif des électrons, accélérés
par une différence de potentiel
de 2500V frappent la face
arrière de l’échantillon et peuvent
le porter à des températures supérieures
à 2500K.
Le rayonnement émis par l’échantillon
est polarisé puis analysé en
longueur d’onde. Pour le domaine infrarouge
nous utilisons un spectromètre
En supposant que ε UV = 0,5 à
λ=3,5µm (pour un métal) dans
l’équation (7) et même en faisant
une erreur grossière dans l’UV, par
exemple :
nous obtiendrons ∆T = 70K pour
T=2500K et
Fig. 1. Schéma représentant la chaîne de mesure de rayonnement
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Mesures et méthodes de mesures
Fig. 2.Emissivité spectrale de l’aluminium avant et après
fusion (θ=660°C)
Fig. 3. Point X sur l’émissivité du Molybdène
à transformée de Fourier de résolution
maximale 0,125 cm -1 avec un
détecteur photoconducteur MCT ou
photovoltaïque InSb. Dans le domaine
0,4 – 1000 µm et surtout
pour l’infrarouge lointain nous utilisons
un bolomètre refroidi à 1K par
de l’hélium liquide pompé. Une
fenêtre en diamant sert de hublot.
Le domaine ultraviolet visible est
analysé avec un spectromètre à
réseau et une caméra dont la matrice
Silicium est refroidie à 77 K.
Pour la mesure de la température,
un photomultiplicateur utilisé en
comptage de photons permet d’avoir
un bruit d’obscurité inférieur à
10 photons/sec (soit 10 -18 W).
Dans le cas des métaux à très
hautes températures sous vide, il
y a sublimation. Pour les métaux,
nous remplaçons alors le chauffage
par bombardement électronique
sous vide par un chauffage par
induction (four de 12KW) sous
atmosphère neutre d’Argon. Un
système de 3 miroirs tournant
autour de l’axe de visée (cf. Fig.1)
permet d’effectuer des mesures
angulaires sur un échantillon horizontal
(cas des liquides).
5. Étude spectrale
d’un changement de phase
La figure 4 montre le changement
d’émissivité à la fusion de l’aluminium
(aluminium à 99,9%). L’émissivité
est pratiquement doublée
lorsque le métal fond.
6. Paramètres
fondamentaux
6.1 Point X du molybdène
et du tantale
Nous nous sommes intéressés au point
[6] [7]
X des métaux réfractaires.
Nous avons étudié le Molybdène pour
lequel ce point X est à λ=1,45 m. (le
blanc dans les figures correspond à
la mauvaise sensibilité de notre
détecteur MCT dans le domaine 1 µm-
2 µm) Yingshan ZHU [4] avec un autre
détecteur InGaAs, vient de vérifier
la continuité des courbes présentées.
La décomposition de l’émissivité
sur les deux composantes de
l’indice (Fig. 4 et 5) montre que ces
deux composantes présentent aussi
un point X.
Fig. 4. Indice complexe du molybdène
en fonction de la température et de
la longueur d’onde
Fig. 5. Indice réel du molybdène en
fonction de la température et de
la longueur d’onde
6.2 Conductivités électrique
et thermique à partir de mesures
optiques
Les spectres d’indice réel et imaginaire
permettent de trouver ω p et
ωτ comme le montrent les équations
(2) (3). Ces conductivités sont
reliées à ω p et ωτ par les relations
(11) et (12).
Conductivité électrique :
Conductivité thermique :
Où K B est la constante de Boltzmann
et L 0 le nombre de Lorentz.
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Mesures et méthodes de mesures
Sur la figure 6 nous avons comparé
[7]
les valeurs calculées à partir des
mesures optiques à celles de la littérature
obtenues par mesure de la
résistance électrique. L’accord est
satisfaisant.
Avec la méthode pyrométrique à
courte longueur d’onde, la mesure
étant faite en lumière polarisée,
nous obtenons une bonne précision
sur la mesure de la température
(environ 0,5% sur des matériaux
lisses). Pour les matériaux rugueux
comme les céramiques frittées, la
précision est de l’ordre de 2%. Pour
l’émissivité la précision s’améliore
avec la longueur d’onde, soit quelques
pour cent dans l’ultraviolet et
de l’ordre de 0,2% dans l’infrarouge
moyen. Cette étude a aussi éclairci
un problème plus fondamental, l’origine
du point X qui peut être décomposé
en deux points X sur les deux
composantes de l’indice complexe.
Des applications directes industrielles
portent sur les échanges
thermiques de revêtements métalliques
ou diélectriques des chambres
de combustion, dans les freins
en SiC, les protections de rentrée
de véhicules spatiaux, etc.
8. Perspectives
Fig. 6. Résistivité électrique
du Molybdène en fonction de
la température calculée
à partir de mesures optiques
7. Conclusion
Nous avons remplacé récemment le
bombardement électronique comme
moyen de chauffage de l’échantillon
par un four à induction. Ceci nous a
permis d’éviter la sublimation des
échantillons métalliques sous le vide
poussé nécessaire à ce bombardement.
Nous commençons à exploiter
notre système et ainsi nous pourrons
atteindre des températures
supérieures à 3000°C et ainsi
étudier le passage solide-liquide sur
des réfractaires et ce sous pression
et en atmosphère réductrice.
D’autre part, nous étendons le
domaine de mesure en longueur
d’onde vers l’ultraviolet et l’infrarouge
lointain pour couvrir la gamme
0,2µm – 800µm et obtenir ainsi
avec plus de précision les paramètres
fondamentaux que sont la
fréquence plasma et la fréquence
de relaxation●
Philippe Hervé, Xingkai Wang
Laboratoire d’Energétique, Mécanique et
Electromagnétisme (L.E.M.E), Université
Paris Ouest Nanterre La Défense, 1,
chemin Desvallières, 92410 Ville d’Avray,
France
Bibliographie
[1] C. Kittel, Introduction à la physique de l’état solide. Dunod, (1996).
[2] P. Hervé, Mesure de l’émissivité thermique. Techniques de l’ingénieur, vol. R 2737(2006).
[3] P. Hervé, Pyromètre à ultraviolet. Brevet n°88 03 874 mars 1988.
[4] Y.Zhu, J.Cedelle, P. Hervé, Simultaneous determination of surface temperature and emissivity
: Application in the study of changes of phase. 22nd International Conference on
surface Modification Technologies, 2008, Tollhätten, Sweden.
[5] S. Mattei, P. Masclet and P. Hervé, Study of complexe refractive indices of gold and alloys
at high temperature. High Temp. Vol. 16; 140 (1978)
[6] C. Ronchi, JP. Hiernaut G.J. Hyland ; (1992). Emissivity X points in solid and liquid refractory
transition metals. Metrologia ; 29 pp. 261.
[7] P. Hervé, A.Sadou. Determination of the complex index of refractory metals et high temperatures.
Application to the determination of thermooptical properties. Infrared physics.Vol. 51
n°3 Jan. 2008.
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Mesures et méthodes de mesures
Technologie
Fibres optiques infrarouges pour
la détection chimique et biologique
Les fibres en verres de chalcogénures présentent des propriétés optiques
remarquables notamment une transmission sur une plage de longueur
d’onde s’étendant jusque 10 microns dans l’infrarouge, selon la composition.
Ce domaine spectral est particulièrement riche en bandes d’absorption
spécifiques à de nombreuses espèces organiques. Ces fibres
sont donc intéressantes pour les applications de détection d’espèces
chimiques et biologiques. Nous proposons ici une présentation des derniers
développements technologiques et de quelques démonstrations réalisées
dans les secteurs de la santé, de l’agroalimentaire et de l’environnement,
et enfin des perspectives d’applications concrètes.
Technique de détection :
Elle repose sur la spectroscopie infrarouge
par onde évanescente appelée
FEWS (Cf. Figure 1), qui permet une
analyse en direct et de façon déportée
de l’échantillon. Elle implique qu’une
portion de fibre nue et amincie soit en
contact avec le milieu à analyser, ce qui
la rend difficilement compatible avec la
robustesse requise par la plupart des
mesures à réaliser en conditions réelles.
Les fibres microstructurées récemment
développées présentent l’avantage d’une
forte interaction entre le fluide (gaz ou
liquide) à analyser et le mode optique
transitant dans le cœur de la fibre, sans
fortement dégrader les propriétés mécaniques
de celle-ci. Elles offrent de plus
la possibilité d’une grande longueur d’interaction,
ce qui permet d’augmenter
la sensibilité de la détection.
Figure 1 : Schéma de la méthode de mesure spectroscopique à onde
évanescente (FEWS). (a) zoom sur la partie amincie de la fibre et représentation
du chemin optique.
Le verre de base est réalisé par les techniques
verrières classiques avec un
large éventail de compositions à partir
des éléments As, Ge, Se, S, Te, Ga. Le
choix de la composition est fonction de
différents critères tels que la zone spectrale
concernée, la tenue mécanique,
ou encore la résistance aux milieux à
analyser. Comparativement aux fibres
à saut d’indice traditionnelles, la réalisation
des préformes de fibres microstructurées
nécessite la mise en œuvre
d’étapes complémentaires d’étirage et
d’assemblage de tubes et de barreaux,
suivant la technique de « stack and
draw » (Cf. Figure 2).
Le design de la fibre est choisi de façon
à maximiser le recouvrement du mode
optique transitant majoritairement dans
le cœur de la fibre avec le fluide présent
dans les capillaires après sa migration
par simple effet de capillarité ou grâce
à l’application d’une dépression.
Exemples d’applications
Perspectives :
Les fibres optiques en verres de chalcogénures
ont été testées au niveau du
laboratoire et en milieu naturel pour la
détection de polluants dans les eaux
[1], de pathogènes dans le domaine de
l’agro-alimentaire [2], de gaz carbonique
dans des zones de stockage [3], dans
le domaine de la santé pour la détection
de tumeur [4], et enfin, tout dernièrement,
pour un suivi de polymérisation
de résine en vue d’application industrielle
[5].
Ces divers résultats applicatifs, qui
seront présentés plus en détails, mettent
en lumière les potentialités de la
méthode. Ils permettent également de
mesurer les améliorations à apporter
notamment au niveau des performances
de la fibre optique et de son intégration
avec les composants d’extrémité pour
arriver à la mise au point d’un équipement
robuste et utilisable en conditions
réelles.
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Mesures et méthodes de mesures
à une plage de transmission étendue.
Cette configuration ne pourra néanmoins
s’appliquer que dans un concept
d’usage unique, le caractère réversible
de la mesure étant difficilement concevable●
Figure 2 – Tube en verre de chalcogénure fabriqué par « rotational casting »
(gauche), préforme fabriquée par « Stack & Draw » (centre)
et fibre finale de diamètre 125 µm (droite)
Bibliographie
À titre d’exemple, l’utilisation de fibres
microstructurées en verre de chalcogénures
ouvre des perspectives particulièrement
intéressantes grâce notamment
à la forte interaction entre le mode
optique et le fluide à analyser, associée
1. K. MICHEL et al., “Capteur optique à fibre infrarouge dédié à la détection et à l’analyse de la
pollution de l’eau”, Journal of Non-Crystalline Solids, 326-327, 434-438, (2003)
2. M.L ANNE, “Guides d’ondes en verres de chalcogénures pour la détection infrarouge d’espèces
(bio)chimiques”, Thèse Université de Rennes 1, (2007)
3. F. CHARPENTIER et al., “Guides optiques infrarouges pour la détection du CO2”, JNOG (2008)
4. S. HOCDE et al., “Metabolic imaging of tissues by infrared fibre-optics spectroscopy : an efficient
tool for medical diagnosis” Journal of Biomedical Optics, 9, (2), 404-407, (2004)
5. M.L ANNE et al., « Polymerisation of an industrial resin monitored by infrared fiber evanescent
wave spectroscopy » Sensors and Actuators B 137 (2009) 687–691
B. Bureau (1) ,
C. Boussard-Pléde (1) ,
J. Troles (1) ,
J.L. Adam (1) ,
L. Brilland (2) ,
D. Méchin (2) ,
D. Tregoat (2)
(1) Sciences Chimiques de Rennes, UMR
6226 CNRS Université de Rennes 1,
Equipe Verres et Céramiques, Av Gal
Leclerc, 35042 Rennes, France
(2) PERFOS, 11 rue de Broglie, 22300
Lannion, France
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Mesures et méthodes de mesures
Avis d'expert
La corrélation d’images : un outil
de mécanique expérimentale
1 ère partie : Principes généraux
Parmi les nouvelles techniques de corrélation d’images, la corrélation
d’images numériques (CIN) qui consiste à déterminer un champ de
déplacement à partir de l’analyse d’images numériques s’avère très
efficace pour l’étude du comportement des matériaux solides soumis
à une sollicitation mécanique. Ce premier article décrit l’outil. Dans
un prochain numéro, il sera suivi d’une étude de cas sur éprouvettes
de matériaux dans diverses conditions expérimentales.
1. Introduction
Le développement de techniques fiables
de mesures de champs est primordial
si l’on veut caractériser les effets (hétérogènes)
mécaniques à une échelle fine.
En effet des solides, homogènes sous
sollicitations complexes, ou hétérogènes,
font apparaître des champs dont
l’analyse multi-échelles est indispensable
en relation avec leur (micro) structure
et/ou le type de chargement imposé.
Ces développements s’inscrivent dans la
dialectique essai/calcul en modélisation
des matériaux et des structures
dans laquelle les mesures de champs
jouent un rôle d’interface. À partir de
la connaissance de ces champs, on
peut, par exemple, valider des modèles
de comportement et des outils numériques
voire identifier des paramètres
mécaniques globaux et locaux (Grédiac
et Hild, 2011),
Différentes techniques peuvent être utilisées
pour mesurer des champs de déplacements
ou de déformations (Grédiac et
Hild, 2011). Lorsqu’elles font appel à
l’optique et qu’elles sont couplées à une
analyse mécanique, on parle souvent de
photomécanique (Berthaud et al., 1995;
Lagarde, 2000 ; Rastogi, 2000). La
photoélasticité est la plus ancienne et
encore très pratiquée dans le monde
industriel. Citons également des méthodes
utilisant un laser : l’interférométrie
holographique, l’interférométrie
de speckle et la granularité laser. De
manière générale ces techniques sont
très résolues mais nécessitent des
précautions importantes quand elles
sont utilisées dans un laboratoire de
mécanique. Une alternative consiste à
utiliser la lumière blanche. A côté des
techniques de moiré ou des caustiques,
existent les mesures par corrélation
d’images numériques (Sutton et al.,
2009) dont le principe est assez proche
de la vélocimétrie par imagerie de particules
utilisée en mécanique des fluides
(Raffel et al., 1998). D’utilisation généralement
simple, cette technique tend
à se généraliser dans les laboratoires
de mécanique des solides. C’est cette
dernière qui sera présentée ici.
Dans le paragraphe suivant, les principes
généraux de la corrélation d’images
sont introduits. Deux approches,
l’une locale et l’autre globale sont ainsi
présentées. Un exemple de pilotage
d’essai mécanique illustre une manière
(non standard) d’utiliser la corrélation
d’images. D’autres exemples d’application
seront présentés dans la seconde
partie.
2. La corrélation d’images
numériques
(CIN)
La corrélation d’images consiste à
déterminer un champ de déplacement
à partir de l’analyse d’images numériques
(i.e., un ensemble de pixels dont
on connaît le niveau de gris). Ces
images sont représentées par des fonctions
(de la position x et du vecteur
déplacement inconnu u(x)) qui sont des
perturbations d'une image décalée
g(x+u(x)) par rapport à une image de
référence f(x)
f(x)=g(x+u(x))+b(x) (1)
où b est un signal aléatoire (e.g., bruits
de photon, de numérisation, d’obscurité
dans le cas d’images obtenues avec un
capteur CCD (Holst, 1998). La détermination
de u est un problème mal posé
tant qu’on ne fait pas d’hypothèses
supplémentaires quant à la régularité
du champ recherché pour que l’information
à disposition (i.e., les images)
soit suffisante à sa mesure. Soit la fonctionnelle
d’un champ de déplacement
test u
E[u]=||g(•)–f(•+u)|| 2 Ω
’
(2)
où «•» correspond à une variable
muette. Les formulations qui en découlent
sont en général basées sur la
conservation des niveaux de gris. Lorsque
l’on choisit la norme quadratique
habituelle ||f(•)|| 2 Ω =∫Ω|f(x )| 2 dx , on
aboutit à la méthode de minimisation
de la différence quadratique utilisée en
mécanique des fluides dans le cas d’un
champ localement constant. Il s’agit de
minimiser la fonctionnelle E 2
Cette fonctionnelle atteint idéalement
sa valeur minimale, 0, pour la bonne
cinématique et lorsque b=0 [cf. équation
(1)] lorsque les erreurs d’interpolation
sont négligées.
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Mesures et méthodes de mesures
2.1. Approche locale
Lorsque l’on suppose que u est une
translation de corps rigide, la minimisation
de (3) peut être résolue par des
techniques d’intercorrélation qui consistent
à maximiser les superpositions de
f translaté et g. En effet, la minimisation
précédente est équivalente (dans
la limite de grands domaines Ω) à maximiser
la quantité h
où * est l’opérateur d’intercorrélation.
Le déplacement qui maximise le produit
d’intercorrélation correspond à une
évaluation du déplacement moyen inconnu.
Le calcul d’un produit d’intercorrélation
peut être conduit dans
l’espace de référence ou dans l’espace
de Fourier. Un champ de déplacement
est alors constitué de l’ensemble des
déplacements moyens des zones d’étude
considérées.
A titre d’illustration, ce type de procédure
a été utilisé pour piloter un essai
mécanique par corrélation d’images. Un
essai de traction sur un acier ordinaire
est contrôlé en niveau de déformation,
non pas à l’aide d’un extensomètre
ou d’une jauge, mais par l’utilisation
d’images.
Une tôle de dimension 157×50×2 mm 3
est mouchetée pour présenter une
texture aléatoire. Dans le cas présent,
3×3 zones d’étude de taille 64 pixels
sont choisies. Ceci correspond à un
compromis entre niveau d’incertitude
et résolution spatiale qu’il s’agit de
déterminer.
Les incertitudes en déformation sont
évaluées de la manière suivante. On
considère une image de référence de la
région d’étude de l’éprouvette dont on
souhaite contrôler les déformations
longitudinales. Cette image est décalée
artificiellement par transformée de
Fourier à l’aide de la propriété de décalage/modulation
par incréments de
0.1 pixel dans chaque direction. Pour
chaque valeur de déplacement, l’écart
quadratique moyen est évalué et correspond
à l’incertitude. Celle-ci est
évaluée pour chaque valeur imposée
entre 0 et 1 pixel. La moyenne spatiale
de cet écart-type est ensuite calculée
et est appelée incertitude en déplacement
σ u . Cette dernière est estimée
pour différentes tailles λ de zones
d’étude. Pour chaque décalage imposé,
le champ de déformation est obtenu par
différences finies centrées. Les incertitudes
sont alors calculées de la même
manière que pour les déplacements. La
valeur moyenne, σ ε , est appelée incertitude
en déformation. Afin d’avoir des
mesures de déplacement indépendantes,
le décalage δ entre zones
d’études consécutives est pris égal à
leur taille λ.
La première étape est appliquée à
l’image considérée. La figure 1 montre
l’évolution de l’incertitude en déplacement
σ u en fonction de λ. Pour des
tailles supérieures à 16 pixels, une loi
de puissance décrit très raisonnablement
cette évolution
avec A=1.4 pixel (et α=1.5). On montre
ainsi que plus la résolution spatiale (λ)
est importante, plus l’incertitude (σ u )
est faible. On aboutit ainsi au compromis
annoncé entre incertitude et
résolution spatiale. Ainsi, augmenter la
résolution spatiale revient également à
augmenter le temps de calcul pour
estimer un déplacement. Le choix s’est
porté sur une taille égale à 64 pixels
qui conduit à une incertitude en déplacement
σ u de 5x10 -3 pixel.
Figure 1 : Incertitudes en
déplacement et en déformation en
fonction de la taille des zones
d’étude λ. Les symboles pleins sont
des résultats de corrélation. Les
droites en trait continu correspondent
à une interpolation en loi de
puissance (–1.5) et en traits
pointillés à une loi
avec un exposant –2.5.
L’incertitude en termes de déformation
est ensuite évaluée. Dans le cas présent
un algorithme de différences finies
centrées est utilisé de telle manière que
la résolution spatiale en déformation est
égale à 2δ. Lorsque δ≥ λ, l’incertitude
en déformation est liée à celle en déplacement
par
avec B=√2. En identifiant à partir des
données de la figure 1, on obtient B ≈1.5
en accord avec la valeur attendue. Ce
résultat montre que l’incertitude en
déformation dépend des deux paramètres
de corrélation, explicitement de δ
et implicitement de λ par l’intermédiaire
de σ u [cf. équation (5)]. L’équation (6)
est retrouvée dans le cas présent, en
particulier un exposant de – 2.5 pour la
dépendance en taille λ de par le fait que
δ= λ.
Pour le pilotage, on choisira un décalage
entre zone d’étude grand δ=400 pixels de
telle manière que l’incertitude en déformation
soit de l’ordre de 10 -5 . Cette valeur
estimée a priori a été validée a posteriori.
A partir des déplacements des 9 centres
de zones d’étude, on détermine la déformation
moyenne longitudinale, paramètre
de contrôle. La figure 2a montre la courbe
contrainte/déformations obtenue à partir
des mesures avec une rosette et par
corrélation d’images, une fois la correction
de déplacement hors-plan effectuée.
Très tôt dans l’essai, le signal de jauge
n’est plus cohérent (si l’essai avait été
piloté à l’aide de ce capteur, il aurait
conduit à une rupture prématurée de
l’échantillon). Ceci est dû à un décollement
de jauge induit par un phénomène
de plasticité localisée, cf. figure 2b.
Figure 2 : a-Contrainte en fonction
des déformations longitudinale et
transverse obtenues par jauge et
corrélation d’images (environ 2x1000
points de contrôle). b-Composante
tangentielle du champ de
déplacement (exprimé en pixels, avec
1 pixel 86 µm) montrant une
localisation de la déformation. Une
approche globale enrichie a été
utilisée pour mieux révéler ce champ.
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Mesures et méthodes de mesures
De par le temps de calcul encore assez
long et le temps nécessaire au stockage
des images, la fréquence de travail est
de l’ordre du Hertz. Il a ainsi été nécessaire
d’implémenter un asservissement
à deux boucles en cascade (une boucle
interne (rapide) contrôlant le déplacement
et une boucle externe à pilotage
en déformation. Ainsi, seuls des essais
quasi statiques ont été réalisés jusqu’à
présent. On peut néanmoins prévoir que
dans un avenir très proche une accélération
des cadences de par l’utilisation
de cartes DSP voire de GPU qui permettent
des calculs sur toute l’image en
quelques dizaines de millisecondes.
On notera que l’hypothèse cinématique
faite jusqu’à présent (i.e., déplacement
constant par zone d’étude) peut être
relaxée. Les codes de corrélation académiques
et commerciaux utilisent actuellement
des interpolations locales du
déplacement de degré 1 voire plus
élevé. Cependant, seule la valeur moyenne
du déplacement est conservée et
affectée au centre de la zone d’étude.
Cela permet de capter des cinématiques
plus complexes, et conduit à des incertitudes
de mesure dont l’amplitude
dépend, entre autres, de la texture
observée et de son interpolation, mais
également du degré d’interpolation cinématique
locale, et de la taille de la zone
d’étude.
2.2. Approche globale
Dans cette partie, deux approches sont
présentées. La première consiste à minimiser
les résidus de corrélation de
manière globale sur des champs de
déplacement qui sont spatialement couplés.
La seconde, dite approche « intégrée
», consiste à régulariser la mesure
par la recherche d’un champ de déplacement
qui satisfasse (au mieux) non
seulement à la conservation des niveaux
de gris mais également aux équations
de la mécanique.
2.2.1. Résidus de corrélation
L’espace des vecteurs déplacements
tests E K est introduit et vérifie l’hypothèse
de régularité (par exemple en
utilisant des filtres passe-bas ou des
descriptions par éléments finis). Supposons
que f et g soient suffisamment
régulières aux petites échelles, et que le
Figure 3 : a-Maillage de corrélation. Champs de déplacement (exprimé en pixel)
dans les directions horizontale (b) et verticale (c) mesuré par CIN-T3. d-Résidus
de corrélation (en niveaux de gris). Les images analysées sont codées
sur 256 niveaux de gris.
déplacement u soit petit en amplitude
pour que l’on puisse faire un développement
de Taylor au premier ordre
de f. La fonctionnelle à minimiser
devient
A l’instar de la méthode de Rayleigh-Ritz,
le champ de déplacement test peut être
écrit comme une combinaison linéaire dans
une base de l’espaceminimiser devient
,
telle que R cor [u] soit une forme qua -
dratique en amplitudes u i inconnues. La
condition d’extrémalité nécessite que
pour tout i l’on ait
Ce système (linéaire) peut être écrit
sous forme matricielle
M ik u k =a i . (9)
La condition de régularité, qui peut
paraître contraignante, permet néan -
moins de traiter des cas de textures qui
ne sont pas différentiables ; la régularité
de u permet de s’affranchir d’une
certaine manière de celle a priori néces -
saire de f par intégration par parties et
filtrage. De plus, le champ de dépla -
cement δu est généralement déterminé
de manière itérative. Ainsi, seul l’incré -
ment de déplacement doit être d’am -
plitude petite de telle manière qu’il
minimise
où u désigne l’évaluation du dépla -
cement à l’itération précédente. En
utilisant des approches multi-échelles,
les composantes du déplacement de
faible longueur d’onde sont introduites
progressivement ce qui permet d’amé -
liorer encore ce point.
A ce niveau de généralité, différents
espaces peuvent être choisis. C’est tout
l’intérêt de la formulation présentée ici.
Par exemple, on peut considérer l’es -
pace de Fourier afin, par exemple, de
pouvoir capter des fluctuations de
champs cinématiques. Une alternative
couramment utilisée en mécanique est
de discrétiser le champ de déplacement
comme, par exemple, dans la méthode
des éléments finis. Le choix le plus
simple consiste à utiliser des interpo -
lations bilinéaires données par des
éléments quadrangulaires à 4 nœuds
(on parlera de CIN-Q4). Comme cela
sera montré plus bas, on peut éga -
lement enrichir la cinématique (à l’instar
de la méthode des éléments finis éten -
dus avec des éléments Q4 pour pouvoir
mesurer des déplacements discontinus
(cela correspond à de la CIN-XQ4 ou
CINÉ).
La figure 3 illustre le résultat d’un calcul
de corrélation avec des triangles T3
pour mailler une éprouvette cruciforme
en composite (fibre de verre/matrice
vinylester) sollicitée de manière biaxiale.
A convergence, le résidu moyen est de
3.19% de la dynamique des images et
le champ correspondant est uniforme
(figure 3c).
2.2.2. Approche intégrée
Lorsque l’on impose a priori une admis -
sibilité mécanique aux champs mesurés
on parle d’approche intégrée ou CINI.
Dans le cadre précédent, on peut direc -
tement imposer des solutions analy -
tiques lorsque l’on traite un essai
brésilien ou même un matériau fissuré.
Dans ce qui suit, on propose de régu -
lariser le calcul de corrélation par un
calcul aux éléments finis. Afin d’imposer
une admissibilité mécanique au sens
des éléments finis, on introduit un résidu
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Mesures et méthodes de mesures
Figure 4 : a-Maillage de corrélation. Champs de déplacement (exprimé en pixel)
dans les directions horizontale (b) et verticale (c) mesuré par CINI-T3. d-Résidus
de corrélation (en niveaux de gris). Les images analysées sont codées
sur 256 niveaux de gris.
mécanique. L’énergie de déformation
E def s’écrit dans un format matricevecteur
où K est la matrice de raideur associée
à la discrétisation choisie et {u} contient
les valeurs des inconnues cinématiques.
A des fins d’identification, la minimisation
de l’écart à l’équilibre peut être
réécrite sous la forme de la norme des
forces internes. Ainsi, R mec s’écrit
où K – est la partie rectangulaire de K
concernant les nœuds intérieurs pour
lesquels les forces correspondantes
sont supposées nulles.
Afin de résoudre la minimisation couplée
des résidus de corrélation R cor et mécaniques
R mec , une somme pondérée est
introduite pour aboutir à un résidu total
R tot
où λ est un paramètre de couplage
appartenant à l’intervalle [0;1]. En
pratique, R mec et R cor sont normés par
leurs valeurs lorsque λ est égal à 1,
notées R 0 mec et R 0 cor (R 0 tot = R 0 cor ) i.e.,
pour un champ de déplacement obtenu
par une approche de corrélation standard,
par exemple CIN-Q4.
La figure 4 illustre le résultat d’un calcul
de corrélation intégrée avec des
triangles T3 (CINI-T3) pour lequel la
valeur du coefficient de Poisson a été
laissée libre (elle faisait partie des
inconnues du problème de minimisation).
Cet exemple traite des mêmes
images que celles correspondant au
résultat de CIN-T3 (figure 3). On notera
que dans les zones de concentration de
déformation le maillage a pu être raffiné
jusqu’à 2.5 pixels grâce à la régularisation
mécanique. Dans le cas contraire,
le calcul n’aboutit pas de par le fait que
l’incertitude de mesure devient trop
importante. A convergence, le résidu
moyen est de 3.22% de la dynamique
des images (valeur très proche du
résultat CIN-T3 avec un maillage plus
grossier) et le champ correspondant est
uniforme (figure 4c). Enfin, on obtient
une valeur du coefficient de Poisson de
0.31.
3. Conclusion et
perspectives
Une formulation générale de la mesure
de champs de déplacement a été discutée.
Deux approches différentes ont
été introduites. La première consiste à
considérer des déplacements localement
constants, voire lentement variables.
Des techniques supposant le
champ de déplacement continu (par
exemple au sens des interpolations utilisées
lors de calculs par éléments finis)
sont ainsi développées. Des informations
a priori sur le comportement du
matériau peuvent être exploitées lors
de la phase de mesure proprement dite.
Cette dernière approche peut ainsi
REFERENCES
conduire à des champs de déplacement
mécaniquement admissibles (e.g., solution
d’un problème d’élasticité). D’autres
applications seront présentées dans
la seconde partie ●
Jean-Noël Périé*, Gilles Besnard**,
François Hild**, Hugo Leclerc**,
Julien Réthoré***
et Stéphane Roux**
*Institut Clément Ader, Toulouse
**LMT-Cachan, Cachan
***LaMCoS, Villeurbanne
Résumé
La Corrélation d’Images Numériques
devient un outil commun dans les laboratoires
de mécanique des solides. Dans
cette première partie, il est proposé de
faire un point sur les différentes approches
développées et quelques atouts de
cette technique polyvalente. Dans la
seconde partie (à paraître dans le prochain
numéro d’Essais & Simulations)
plusieurs études de cas pratiques seront
décrites.
Abstract
Digital Image Correlation is becoming a
widespread tool in solid mechanics laboratories.
It is proposed in this first part to
discuss different approaches and some
of the advantages of this versatile technique.
Several practical case studies will
be proposed in the second part.
Y. Berthaud et al., edts., Photomécanique 1995, (GAMAC, 1995).
M. Grédiac et F. Hild, edts., Mesures de champs et identification en mécanique des solides, Traité
MIM - Mécanique et Ingénierie des Matériau,(Hermès-Lavoisier, Paris (France), 2011).
A. Lagarde, edt., Advanced Optical Methods and Applications in Solid Mechanics, (Kluwer, Dordrecht
(Pays-Bas), 2000), 82.
P. K. Rastogi, edt., Photomechanics, (Springer, Berlin (Germany), 2000), 77.
M. A. Sutton et al., Image correlation for shape, motion and deformation measurements, Springer,
2009.
M. Raffel et al. Particle Image Velocimetry. Springer, 1998.
G. Holst, CCD Arrays, Cameras and Displays, (SPIE Engineering Press, Washington DC
(États-Unis), 1998).
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La Vie de l’ASTE et du GAMAC
Quelques brèves de l’ASTE
Dans cette rubrique, l’Association pour le développement des sciences et techniques de l’environnement
(ASTE) vous fait part de ses dernières actions et de ses prochains engagements.
AGO et conseil d’administration
Le 22 juin 2011 se sont tenus à la
Sopemea à Vélizy-Villacoublay l’assemblée
générale de l’ASTE suivie
d’un conseil d’administration.
Trois nouveaux membres ont été
élus au conseil d’administration en
remplacement des candidats ne
s’étant pas représentés.
Il s’agit de MM. Tron de l’IUT de
Limoges, P. Lelan de l’Etas d’Angers
et de B. Colin de Nexter.
À l’issue de cette élection, il a été
procédé à l’élection du bureau de l’association.
Le bureau actuel a été re -
con duit dans sa totalité, à savoir MM
- Daniel Goulet (Thales Avionics),
président
- Bernard Colomies (Sopemea), viceprésident
- Olivier Pauly (Acteq), trésorier
- Frank Retouné (PCB), secrétaire
général.
Il a aussi été désigné un nouveau
Webmaster pour la mise à jour du
site ; il s’agit de M. Jean-Paul
Prulhière (Metexo).
Formations prévues
au 2 nd semestre 2011
Cette année a été marquée par une
forte augmentation des inscriptions
dans nos modules de formation
INTER (Traitement du signal, personnalisation,
mesure, fiabilité et déverminage)
et une demande croissante
de formation INTRA sur des sujets
comme l’extensométrie, la mesure,
les essais accélérés.
En parallèle, nous joignons ci-après
notre catalogue 2012 (voir pages
44-45 intitulées « Formations de
l’ASTE »).
Astelab 2012
Nous n’avons pas prévu d’Astelab
pour 2011 mais nous préparons déjà
l’évènement de 2012.
Nous nous sommes associés au
colloque VCB (Vibration Choc et
Bruit) pour créer un événement
unique en juillet 2012 appelé VCB
Astelab 2012 constitué de collo -
ques et d’exposition sur un même
site à Clamart.
DR
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La Vie de l’ASTE et du GAMAC
Guide pratique des
précautions d’intercâblage
des dispositifs de mesure
Le constat :
Les dispositifs de mesure sont de
plus en plus largement utilisés dans
l’industrie. Grâce aux développements
récents associant les progrès
réalisés dans les domaines de l’électronique
et de l’informatique, ils ont
toujours de très bonnes performances
intrinsèques et sont en
apparence très simples à utiliser.
Or, l’expérience montre que leur
mise en œuvre dans un environnement
industriel peut parfois être à
l’origine d’anomalies de fonctionnement
dont les utilisateurs n’ont
pas conscience. Par exemple : l’utilisation
sans précaution de grandes
longueurs de câbles pour relier les
capteurs au reste du dispositif de
mesure ou le branchement sur un
secteur électrique, par ailleurs per -
turbé par le fonctionnement anormal
de certaines grosses ma chines,
peuvent entraîner des erreurs dans
les mesures).
Les apports du guide :
Pour améliorer le fonctionnement
des dispositifs de mesure utilisés
en environnement industriel per -
turbé, l’ASTE, avec l’appui du ministère
de l’Industrie et la Direction
générale de la compétitivité, de l’industrie
et des services (DGCIS), est
en train d’élaborer un guide pratique
des précautions d’inter câblage des
dispositifs de mesure (projet GAM-
PME).
Ce guide permet :
- de décrire simplement la constitution
des dispositifs de mesure
utilisés dans l’industrie et leur
environnement de fonctionnement
(quan tification des perturbations
environnantes, en particulier les
perturbations électromagnétiques),
- d’estimer automatiquement les
erreurs de mesure dues aux perturbations
électromagnétiques,
- de dimensionner les techniques de
réduction des effets perturbateurs
les moins onéreuses possible.
L’utilisation du guide :
Le guide est un outil informatique
conversationnel qui présente les
différents systèmes de mesure pris
en compte sous la forme de sché -
mas synoptiques sur lesquels l’utilisateur
indique les valeurs des
paramètres caractéristiques propres
à son utilisation et les types de
perturbations qui risquent de se
produire.
L’outil informatique indique alors
l’ordre de grandeur des erreurs qui
peuvent résulter de ces perturbations.
Ensuite, il propose des techniques
de réduction des effets
perturbateurs que l’utilisateur peut
choisir et dimensionner. L’outil informatique
évalue les améliorations
apportées par les techniques sélectionnées.
Comment se procurer
le guide ?
Le guide sera disponible en 2013.
Il est principalement destiné aux
PME et aux PMI. Il sera téléchargeable
gratuitement sur le site de
l’ASTE.
Les types de mesures traitées
par le guide :
Dans sa version initiale, le guide traitera
les mesures des types de grandeurs
physiques suivantes :
- les températures (mesures par
thermocouples et sondes à résistances
– RTD),
- les grandeurs électriques (ten -
sions, courant, fréquence),
- les grandeurs mécaniques (forces,
couples, moments),
- les longueurs, distances, déplacements,
- les débits et les pressions,
- les vibrations.
Les types de sources de perturbations
électromagnétiques prises en
compte :
- la présence de machine génératrices
de parasites à proximité des
dispositifs de mesure (robots, pos -
tes à souder, tourets secteurs non
déroulés, gros moteurs électriques,
alternateurs, grosses génératrices
à courants continus, émetteurs
d’ondes électromagnétiques à très
hautes fréquences tels que téléphones
portables, télécommandes),
- le fonctionnement de la machine
ou de l’équipement sur lequel sont
relevées les mesures,
- le fonctionnement du banc d’essais
sur lequel est installée la
pièce ou la structure dont le com -
portement est caractérisé par les
mesures,
- la présence sur le secteur de char -
ges déformantes engendrées par
exemple par une mauvaise utilisation
de batteries de condensateurs
de redressement du cos
(cas des installations de cogénération
dans lesquels les batteries
de condensateurs ne sont pas re -
con figurées au moment du démarrage
ou de l’arrêt des moteurs
diesel),
- le fonctionnement de grosses
machines avec des déséquilibres
de charge des phases,
- la présence sur le secteur de sys -
tème à thyristors ou à composants
statiques de puissance (régulateurs
de puissance pour machines
tournantes, régulateur de puissance
de chauffage de fours ou de
batteries de chauffage à résistances,
régulateurs de vitesses par
onduleurs changeant la fréquence
du secteur),
- l’existence d’anomalies dans le
régime du neutre des installations
électriques, en particulier dans le
cas des installations avec neutre
impédant (régime IT),
- les défauts d’équipotentialité des
masses,
- le passage de câbles de puissance
à proximité des appareils de
mesure ●
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Formations professionnelles 2012
Modules de formation
« intra-entreprise »
• Les modules de formation qui ne comportent
pas de section « travaux pratiques » peuvent
être organisés au sein de votre entreprise, à
partir de six personnes par session,
• Les modules comportant des travaux
pratiques pourront, le cas échant, être
proposés en version « intra-entreprise » mais
devront obligatoirement être adaptés aux
moyens d’essais disponibles dans votre entreprise,
• Vous pourrez mieux cibler la formation de vos
personnels en demandant à l’intervenant ASTE
de mieux la centrer sur vos besoins spécifiques,
• Vous économiserez le temps de voyage, les
frais de voyage, d’hébergement et de repas
(hors session) que vos personnels exposeraient
dans le cadre d’une formation classique.
Un nouveau thème Mesure en 2012
Un nouveau thème « Mesure » est proposé en
2012. Ce thème intègre 3 modules dont un
nouveau sur les bonnes pratiques de la mesure :
• Collage des jauges, analyse des résultats et
de leur qualité
• Concevoir, réaliser, exploiter une campagne
de mesures
• Bonne pratique des mesures
Objectifs de la formation ASTE
Par son approche originale centrée sur les « essais,
les mesures et la simulation des environnements
rencontrés par vos produits au cours de leur cycle
de vie », la formation ASTE vous permet d’optimiser
vos processus de mise en œuvre de produits,
donc le binôme « Coût/Qualité ».
Selon le module choisi, la formation ASTE
s’adresse à vos expérimentateurs, techniciens,
ingénieurs et scientifiques impliqués dans les
métiers suivants :
• Spécifications et conception de produits,
bureaux d’études, recherche et développement,
• Technologie et matériaux, achats, contrôles,
mesures et métrologie, production,
• Modélisation et simulation d’essais, conduite
des essais de validation, essais SAV,
• Qualité, assurance-qualité, certification, accréditation,
maîtrise des risques,
• Ingénieurs-conseils, expertises techniques.
Elle intègre les dernières techniques d’essais, de
mesures, de modélisation et de simulation d’essais
d’environnements disponibles sur le marché
et utilisées par les experts qui animent nos
modules de formation. Notre indépendance vis-àvis
des fournisseurs et la mise à niveau des
connaissances au cours de nos stages sont les
garants du meilleur choix possible pour répondre
à vos besoins spécifiques de formation.
Contact
ASTE
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
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Événements, colloques,
séminaires à venir...
Janvier 2012
Sepem Industries Avignon
En début d’année aura lieu la deuxième édition du Salon
des services, équipements, process et maintenance
(Sepem Industries Sud Est) qui se déroulera à Avignon.
Le Sepem est un salon national qui se déroule en
régions ; les autres villes ayant déjà accueilli le Sepem
sont Colmar, Angers et Douai.
À Avignon
Du 31 janvier au 2 février 2012
www.sepem-industries.com/avignon/
Mars 2012
Industrie Paris 2012
Industrie Paris 2012 crée l’événement au parc des expositions
de Paris-Nord Villepinte, faisant de ce lieu le
rendez-vous B to B de l’industrie. Leader de son
domaine, ce salon rassemblera 1 200 exposants répartis
sur 9 secteurs complémentaires :
– Assemblage/montage
– Control France
– Form &Tôle
– Informatique Industrielle
– Machine outil
– Outillage
– Robotique
– Traitements de surfaces/Thermic
– Soudage.
Près de 30 000 donneurs d’ordres s’y retrouveront afin
de bénéficier de 5 jours de business !
À Paris-Nord Villepinte
Du 26 au 30 mars 2012
www.industrie-expo.com
Avril 2012
Analyse Industrielle
Précédemment organisé par Comexposium, le salon
des solutions en analyse industrielle, est repris par le
groupe Solutions et aura lieu les 3, 4 et 5 avril 2012, à
Paris Porte de Versailles. Le salon de l’Analyse Industrielle
est le rendez-vous annuel de toute une profession
regroupant les spécialistes de la mesure à
l’émis sion, de la règlementation, de la détection, du
contrôle de process, des risques industriels, de l’instrumentation
et de la micro-analyse. Une centaine d’exposants
français et étrangers, principaux fournisseurs
et intégrateurs de solutions matérielles et logicielles,
de services et d’ingénierie y sont attendus à cette occasion.
Ils y présenteront leurs solutions en matériels et
systèmes visant à optimiser les différents processus
composant la chaîne de production industrielle, à
prévenir et maîtriser les risques.
À Paris Porte de Versailles - pavillon 5
Du 3 au 5 avril 2012
www.groupesolutions.fr
Calendrier des Journées Test & Mesure 2012 du Simtec
Le Syndicat de l’instrumentation de mesure, du test et de la conversion d’énergie dans le domaine de l’électronique (Simtec) organisera
ses Journées Test & Mesure sur les thème de la maintenance, du test et des normes. Le test et la mesure étant des outils
indispensables pour la fiabilité de tous les produits et systèmes électroniques, les sessions de l’année prochaine auront lieu à :
Toulouse - Mardi 17 janvier
Angers - Mercredi 1 er février
Paris - Jeudi 15 mars
Grenoble - Jeudi 5 avril
Polytechnique - Jeudi 20 septembre
Bordeaux - Jeudi 11 Octobre
Toulon - Mardi 20 Novembre
Strasbourg - Mardi 11 Décembre
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Au sommaire
du prochain numéro
Essais et modélisation
L’ingénierie industrielle au service des bancs d’essais.
Méthodes de mesure
Numéro spécial ANALYSE INDUSTRIELLE :
Pratiques et solutions pour l’analyse de gaz,
poussières, pollutions, etc.
Dossier
L’apport des essais aggravés dans l’industrie.
Sans oublier
Des avis d'experts ainsi que toutes les informations
concernant la Vie de l'ASTE et du GAMAC, les événements,
les formations et les actualités du marché des essais,
test et mesure, de la modélisation et de la simulation.
R é p e r t o i r e d e s a n n o n c e u r s
- Analyse Industrielle 2012.......................................3 e de couverture
- dB Vib Group...............................................................................46
- ESI France.... .........................................................2 e de couverture
- Garos............................................................................................3
- GoodFellow .................................................................................35
- Hamamatsu ................................................................................10
- HBM.............................................................................................9
- ISA Europa..................................................................................29
- M+P International .......................................................................37
- Siepel ....................................................................4 e de couverture
CONCEPTION ÉDITORIALE & RÉALISATION
MRJ - 24 rue Firmin Gillot - 75015 Paris
Tél. : 01 56 08 59 00
Fax : 01 56 08 59 01
www.mrj-presse.fr
(La rédaction n’est pas responsable des documents qui lui sont
adressés, sauf demande express, ceux-ci ne sont pas retournés)
DIRECTEUR DE LA PUBLICATION
Jérémie Roboh
RÉDACTION
Olivier Guillon
(o.guillon@mrj-corp.fr)
Comité de rédaction :
Anne Marie Ajour (ASTE), Raymond Buisson,
Charki Abdérafi (Istia), Bernard Colomiès (Sopemea –
ASTE), François Derkx (IFSTTAR), Jean-Claude Frölich
(ASTE), Pierre Girard (ASTE), Olivier Guillon (MRJ),
Henri Grzeskowiak (HG Consultant), Michel Roger
Moreau (Gamac – ASTE), Lambert Pierrat
(LJ Consulting), Jean Paul Prulhière (Metexo),
Jean-François Romain (MRJ), Philippe Sissoko (LCIE),
Pierre Touboul (Onera)
Ont participé à ce numéro :
Gilles Besnard, Yannick Bourgeois, Gwenal Dun,
Philippe Dunand, Paul Duxbury, Philippe Hervé,
François Hild, Hugo Leclerc, Jean-Noël Périé,
Alain Reineix, Julien Réthoré, Jean-François Rosnarho,
Stéphane Roux, Philippe Sissoko, Xingkai Wang,
Ahmed Zeddam.
ÉDITION
Maquette : Graphaël (Paris)
Couverture : Sandrine Weyland (MRJ)
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MRJ - Tél. 01 56 08 59 00
Patrick Barlier - p.barlier@mrj-corp.fr
DIFFUSION ET ABONNEMENTS
Sonia Cheniti
www.essais-simulations.com
Abonnement 1 an (4 numéros) : 58 €
Prix au numéro : 20 €
Règlement par chèque bancaire à l’ordre de MRJ
(DOM-TOM et étranger : nous consulter)
Trimestriel - N° 108
Octobre, novembre, décembre 2011
Éditeur : MRJ
SARL au capital de 50 000 euros
24 rue Firmin Gillot – 75015 Paris
RCS Paris B 491 495 743
TVA intracommunautaire : FR 38491495743
N° ISSN : 2103-8260
Dépôt légal : à parution
Imprimeur : Imprimerie de Champagne
Z.I. Les Franchises – 52200 Langres
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l’autorisation écrite préalable de MRJ.
Photo de couverture : Microwave Vision Group
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