Essais & Simulations 148
INTERVIEW EXCLUSIVE Agnès Pannier-Runacher, ministre déléguée en charge de l’Industrie
INTERVIEW EXCLUSIVE
Agnès Pannier-Runacher, ministre déléguée en charge de l’Industrie
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INTERVIEW EXCLUSIVE<br />
Agnès Pannier-Runacher, ministre<br />
déléguée en charge de l’Industrie<br />
CONTRÔLE QUALITÉ<br />
DOSSIER 25<br />
Une étape<br />
incontournable<br />
au cœur de la<br />
production<br />
<strong>Essais</strong> et modélisation 11<br />
Les laboratoires d’essais en embuscade dans le<br />
secteur de l’hydrogène<br />
Mesures 33<br />
Focus sur des technologies « 4.0 » au service de la<br />
mesure<br />
N° <strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 • 20 €
ESSAIS EN<br />
ENVIRONNEMENT<br />
Equipements<br />
Equipements<br />
Ingénierie<br />
Inénierie<br />
Conception et réalisation de :<br />
Salle anéchoïque<br />
Chambre calme<br />
Cabine acoustique<br />
Banc d'essais vibro-acoustique<br />
Souffleries<br />
Services<br />
Services<br />
Réalisation de vos essais<br />
vibratoires, climatiques,<br />
combinés<br />
Conception et réalisation<br />
des outillages<br />
Maintenance des pots<br />
vibrants<br />
Pot vibrant de 20N à<br />
400 kN<br />
Contrôleurs de pots<br />
vibrant<br />
accéléromètres<br />
ampli de charge<br />
Systèmes d'acquisition<br />
Formation<br />
www.dbvib.com<br />
B I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022<br />
Contactez-nous au 04 74 16 19 90 pour en savoir plus
ÉDITORIAL<br />
Prendre le virage du contrôle qualité,<br />
étape incontournable du redressement<br />
de l’industrie française<br />
Olivier Guillon<br />
Rédacteur en chef<br />
Depuis la création du magazine <strong>Essais</strong> Industriels<br />
dans les années 80, la revue n’a cessé d’évoluer afin<br />
de répondre au plus près aux attentes de nos lecteurs<br />
– c’est-à-dire vous – et à leurs exigences en matière<br />
de qualité d’information.<br />
Le magazine a notamment pris un nouveau virage<br />
quelques années après sa création en rebaptisant le<br />
titre <strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong>, appellation actuelle d’une<br />
revue qui a toujours refusé d’opposer les métiers des<br />
essais à la simulation numérique. Plutôt que deux<br />
domaines destinés à se livrer une guerre sans merci<br />
pour que l’un prenne définitivement le pas sur l’autre,<br />
l’idée a toujours été de marier ces deux compétences<br />
très complémentaires pour concevoir et développer<br />
toujours mieux, plus vite et moins cher.<br />
« La Mesure occupe<br />
une place à part entière<br />
dans le magazine.<br />
C’est cette position<br />
intrinsèquement liée<br />
à la ligne éditoriale<br />
d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong><br />
qui nous amène aujourd’hui<br />
à aborder le sujet du<br />
contrôle qualité. »<br />
Peu à peu s’est aussi imposé dans le magazine le domaine de la mesure. Élément incontournable<br />
des laboratoires d’essais, la mesure – et les nombreux moyens, instruments, méthodes et<br />
technologies qui la composent – occupe désormais une place à part entière. Et c’est cette<br />
position intrinsèquement liée à la ligne éditoriale d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong> qui nous amène<br />
aujourd’hui à aborder le sujet du contrôle qualité.<br />
Ce vaste sujet, que l’on retrouve aussi bien au cœur des problématiques de nos partenaires que<br />
sont le Réseau Mesure et le Collège français de métrologie, qu’au sein de l’ASTE, partenaire<br />
d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong> et dont l’association est (faut-il encore le rappeler ?) à l’origine de<br />
la revue, a pris de plus en plus de place dans l’industrie ces dernières années, impactant<br />
aussi bien les essais et les phases de développement d’un produit que la production, sujet<br />
que la revue traitera dorénavant chaque trimestre dans ses colonnes afin de vous fournir,<br />
à vous nos fidèles lecteurs, une information toujours plus complète et exclusive ●<br />
Envie de réagir ?<br />
@EssaiSimulation<br />
ÉDITEUR<br />
MRJ Informatique<br />
Le Trèfle<br />
22, boulevard Gambetta<br />
92130 Issy-les-Moulineaux<br />
Tél. : 01 84 19 38 10<br />
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Jérémie Roboh<br />
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COMMERCIALISATION<br />
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p.barlier@mrj-corp.fr<br />
Diffusion et Abonnements :<br />
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la-revue-2/<br />
Emilie Bellenger<br />
abonnement@essais-simulations.com<br />
Prix au numéro : 20 €<br />
Abonnement 1 an France et à<br />
l’étranger, 4 numéros en version<br />
numérique : 60 € TTC<br />
Abonnement 1 an version<br />
numérique + papier : 85 € TTC<br />
Règlement par chèque bancaire à<br />
l’ordre de MRJ<br />
RÉALISATION<br />
Conception graphique :<br />
Eden Studio<br />
Maquette<br />
Gaëlle Vivien<br />
Impression :<br />
GT Print EOZ<br />
6, avenue Jean d’Alembert<br />
78190 Trappes<br />
N°ISSN : 1632 - 4153<br />
N° CPPAP : 1026 T 94043<br />
Dépôt légal : à parution<br />
Périodicité : Trimestrielle<br />
Numéro : <strong>148</strong><br />
Date : Février – mars – avril 2022<br />
RÉDACTION<br />
Ont collaboré à ce numéro :<br />
Philippe Baussart (Thales Alenia<br />
Space), Alain Bruère (AllianTech),<br />
Martine Carré (Air Liquide), Adrien<br />
Fustier (Safran Data Systems),<br />
Ghislain Guerrero (Safran Data<br />
Systems), Daniel Leroy (ASTE),<br />
Jérôme Lopez (CFM), Pierre Weber<br />
Comité de rédaction :<br />
Estelle Duflot (Réseau Mesure),<br />
Didier Large (Nafems), Daniel<br />
Leroy (ASTE), Jérôme Lopez<br />
(CFM), Patrycja Perrin (ASTE)<br />
PHOTO DE COUVERTURE :<br />
©PBagein<br />
©greenleaf123<br />
Toute reproduction, totale ou<br />
partielle, est soumise à l’accord<br />
préalable de la société MRJ.<br />
Partenaires du magazine <strong>Essais</strong> &<br />
<strong>Simulations</strong> :<br />
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/@EssaiSimulation<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I1
LAND A N D A IRLAND D E FEN C E A N D S E CURI T Y EXHIBI T I O N<br />
13-17 JUNE 2022 / PARIS<br />
THE DEFENCE & SECURITY<br />
GLOBAL EVENT<br />
1,802<br />
exhibitors<br />
+14,7%<br />
from 63 countries<br />
65,9% of international<br />
65 startups at Eurosatory LAB<br />
98,721<br />
Total attendance<br />
(exhibitors, visitors,<br />
press, organisers)<br />
227<br />
Official delegations<br />
from 94 countries<br />
and 4 organisations<br />
(representing 760 delegates)<br />
696<br />
journalists<br />
from 44 countries<br />
75 Conferences<br />
2,102 Business meetings made<br />
2018 key figures
SOMMAIRE<br />
DOSSIER<br />
LE CONTRÔLE QUALITÉ<br />
AU CŒUR DE<br />
LA PRODUCTION<br />
25<br />
25 La mesure du taux de bulles au service de la sécurité de<br />
l’hydrogène<br />
28 Le groupe 6Napse innove pour garantir la qualité de production<br />
29 Mieux contrôler la présence de trous sur des opérations de<br />
taraudage<br />
30 Quand l’IA se mêle de contrôle qualité...<br />
32 Expédition et installation d’appareils médicaux extrêmement<br />
efficaces grâce aux étiquettes RFID (Étude de cas)<br />
Actualités<br />
06 Bruno Colin (Nexter)<br />
et Pascal Lelan (DGA/<br />
TT) reçoivent le Prix<br />
Chanson pour leurs<br />
travaux sur la méthode<br />
MBD<br />
07 Hommage à Henri<br />
Grzeskowiak, un être<br />
d’exception<br />
© Engie<br />
<strong>Essais</strong><br />
et modélisation<br />
SPÉCIAL HYDROGÈNE<br />
Engie Lab H2<br />
Mesures<br />
33 Une solution pour optimiser la<br />
vibrométrie laser 3D<br />
34 Un module d’acquisition<br />
compact, durci, autonome et<br />
connecté<br />
36 Mesure de champs de<br />
déplacements 3D par<br />
corrélation d’images<br />
numériques<br />
38 Utilisation conjointe de la<br />
photogrammétrie et d’une<br />
caméra thermique pour valider<br />
et affiner les modèles prédictifs<br />
Henri Grzeskowiak nous a quittés en février dernier<br />
08 Exclusif<br />
L’interview d’Agnès<br />
Pannier-Runacher :<br />
« Durant cinq ans,<br />
nous avons redonné<br />
de l’attractivité à notre<br />
industrie »<br />
11 Le congrès Gas Analysis<br />
s’ouvre conjointement au<br />
salon Measurement World<br />
12 Enjeux autour de la métrologie<br />
et de la mesure pour la filière<br />
Hydrogène<br />
14 Engie capitalise sur sa longue<br />
expérience pour s’imposer<br />
dans l’hydrogène<br />
18 Devenir un champion de la<br />
mesure d’impuretés dans<br />
l’hydrogène<br />
20 DAM veut s’imposer comme le<br />
leader européen des bancs de<br />
contrôle dans l’hydrogène<br />
22 Comment Serma veut faire de<br />
l’hydrogène un fer de lance<br />
23 Quand la Simulation se met<br />
au service de l’hydrogène<br />
© Siemens<br />
Outils<br />
42 Vie de l’ASTE : Appel à<br />
communication Astelab, qui<br />
aura lieu fin juin chez EDF Lab à<br />
Palaiseau<br />
43 Formations<br />
44 Au sommaire du prochain<br />
numéro<br />
44 Index des annonceurs et des<br />
entreprises citées<br />
44 Le chiffre à retenir<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I3
4 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
©PBagein<br />
©Brady © iStock<br />
©SIEMENS<br />
EXCLUSIF<br />
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
DOSSIER<br />
MESURES<br />
NOS DOSSIERS EN UN CLIN D’ŒIL<br />
Entretien avec : Agnès Pannier-<br />
Runacher, ministre déléguée<br />
chargée de l’Industrie p.8 à 10<br />
Dans cette interview exclusive accordée au magazine <strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong>,<br />
Agnès Pannier-Runacher dresse un bilan de l’action gouvernementale en<br />
matière d’emploi industriel et de « réindustrialisation » de la France. La<br />
ministre déléguée chargée de l’Industrie évoque également les difficultés<br />
que rencontre le secteur en matière d’approvisionnement mais se montre<br />
optimiste quant aux initiatives prises par le Plan France 2030, en particulier<br />
celles concernant l’hydrogène vert.<br />
Les laboratoires d’essais en<br />
embuscade dans le secteur<br />
de l’hydrogène p.11 à 24<br />
Il y a deux ans survenait la crise du Covid-19 et par là-même l’accélération<br />
de nouvelles orientations industrielles. Parmi elles, l’automobile, secteur<br />
déjà fortement bousculé depuis plusieurs années qui vit actuellement une<br />
révolution à part entière : le développement de l’électrique suivi, dès l’été<br />
2020, de l’hydrogène (vert si possible !). Un nouvel engouement qui touche<br />
aussi un grand nombre de filières et se traduit par une forte implication des<br />
laboratoires d’essais.<br />
Le contrôle qualité,<br />
un élément clé du redressement<br />
industriel p.25 à 32<br />
Domaine ayant véritablement explosé ces derniers temps, le contrôle qualité<br />
est devenu un sujet à part entière dans le magazine <strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong>.<br />
L’occasion pour la rédaction de consacré le dossier de ce premier numéro<br />
de l’année à cette étape cruciale intervenant à la fois en amont, pendant et<br />
en aval du process. Sorte de bras armé de la production, le contrôle qualité<br />
s’impose comme étant incontournable pour gagner en compétitivité mais<br />
aussi pour s’ouvrir de nouveaux marchés.<br />
Spécial mesures et industrie 4.0<br />
p. 33 à 41<br />
Les nouvelles technologies dites « 4.0 » ont considérablement fait évoluer<br />
l’industrie ces dernières années, tant aux niveaux de la production que<br />
de la maintenance, de la conception et des essais sans oublier les étapes<br />
de la métrologie. Dans ce focus consacré à la mesure et à l’intégration<br />
de ces technologies, seront traités plusieurs exemples, allant de l’IoT<br />
à la mesure 3D numérique en passant par l’intelligence artificielle ou<br />
encore l’utilisation de modèles prédictifs en mesure thermique.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I5
ACTUALITÉS<br />
RÉCOMPENSE<br />
Bruno Colin (Nexter) et Pascal Lelan<br />
(DGA/TT) reçoivent le Prix Chanson pour<br />
leurs travaux sur la méthode MBD<br />
Cette haute distinction dans le domaine de l’armement et de la défense est venue récompenser plus de onze<br />
années de travaux révolutionnant les méthodes d’évaluation de la durée de vie opérationnelle des systèmes en<br />
fonctionnement.<br />
Le 25 novembre dernier, Bruno Colin (expert vibro-acoustique<br />
chez Nexter) et Pascal Lelan (expert en environnement<br />
mécanique et climatique au sein de la DGA/TT) ont reçu<br />
à Paris le Prix Chanson. Remis des propres mains de Joël Barré,<br />
délégué général pour l’armement, ce 48 e prix AAT (Association<br />
de l’armement terrestre) a récompensé les deux experts pour<br />
leurs travaux portant sur la Méthode des blocs disjoints (MBD)<br />
pour l’évaluation de la durée de vie opérationnelle des systèmes<br />
en fonctionnement en environnement vibratoire et chocs.<br />
La particularité du Prix Chanson est qu’il ne couronne pas<br />
uniquement des travaux scientifiques mais bel et bien applicatifs<br />
dans le but d’une utilisation opérationnelle par les forces et<br />
l’émergence de technologies sur le système d’armes. Et c’est<br />
notamment le cas de la MBD, une méthodologie qui n’hésite<br />
pas à bousculer les méthodes traditionnelles de programme de<br />
validation des expérimentaux des produits.<br />
« Nous sommes partis de l’idée que les méthodes existantes<br />
ne prenaient pas en compte toutes les problématiques de<br />
l’environnement émanant des secteurs terrestre, aéronautique et<br />
maritime, explique Bruno Colin. J’ai donc commencé à travailler<br />
en 2007 en publiant plusieurs articles. Après avoir été approché par<br />
plusieurs communautés scientifiques, j’ai commencé à partager<br />
mes réflexions avec Pascal Lelan. À partir de là, en 2011, nous<br />
avons commencé à travailler ensemble au sein de l’Afnor puis<br />
à former un groupe ‘’Défense’’. À partir de ce moment-là, nous<br />
avons pu élaborer une méthode basée sur la MBD. »<br />
PRENDRE EN COMPTE TOUTES LES<br />
PROBLÉMATIQUES D’ENVIRONNEMENT DANS LA<br />
VALIDATION D’UN SYSTÈME<br />
L’intérêt majeur de la méthode MBD repose sur la prise en<br />
compte de toutes les problématiques à la fois mécaniques,<br />
acoustiques et chocs. De plus, la MBD permet de faire émerger<br />
des marqueurs d’endommagement pour le suivi de l’état de<br />
santé du matériel en utilisation grâce notamment à la présence<br />
de capteurs ; cela donne ainsi la possibilité de les comparer<br />
au process de validation et de qualification d’un équipement<br />
élaboré par un fournisseur.<br />
©Valérie Brénugat<br />
Remise du 48 e Prix Chanson, le 25 novembre à Paris<br />
Cette méthode permet donc définir le potentiel<br />
d’endommagement qu’un produit a subi avec succès en<br />
qualification et intégrer la campagne de tests à la maintenance,<br />
en particulier pour faire du prévisionnel ou de la « predictive<br />
maintenance ». Pour leur, la méthode MBD a vu sa version 2<br />
promulguée en 2021 au sein de l’Afnor. Elle devrait également<br />
intégrer le Stanag 4370 de l’Otan très prochainement. Un tremplin<br />
pour une méthode qui, selon Bruno Colin, « devrait changer la<br />
donne en particulier dans le développement des systèmes et leur<br />
coût de possession au moment de leur utilisation » ●<br />
Olivier Guillon<br />
6 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ACTUALITÉS<br />
HOMMAGE<br />
Il nous a quitté<br />
Hommage à Henri Grzeskowiak ,<br />
un être d’exception<br />
« Il y a quelque chose de plus fort que<br />
la mort… la présence des absents<br />
dans la mémoire des vivants »<br />
Jean d’Ormesson.<br />
«Le décès d’Henri laisse à sa famille, à ses amis, à son entreprise MBDA,<br />
au Cofrac, à l’ASTE, au CEEES et plus généralement à la communauté<br />
scientifique un sentiment de surprise et de vide immense, tant sa<br />
contribution reste majeure pour les différentes communautés qu’il a aidées.<br />
Né à Saint Vallier (Saône-et-Loire), le 18 juin – cela ne s’invente pas ! – dans<br />
la période de l’Après-Guerre (1949), il a répondu à l’appel pour reconstruire la<br />
France et bâtir son indépendance.<br />
Ingénieur Insa, il a commencé son engagement au sein de la DGA à Vernon en<br />
1974 en tant que responsable du département Environnement, puis a animé ce<br />
même rôle pendant vingt-trois ans chez le premier missilier français, MBDA.<br />
Atlantiste, il a été un membre fondateur du CEEES (Confederation of European<br />
Environmental Engineering Societies) dont il a animé jusqu’à aujourd’hui<br />
la TAB (Technical Advisory Board) Environnement mécanique. En 2002, il<br />
a été honoré par les Américains du titre d’IEST Fellow pour son importante<br />
contribution à la rédaction des standards internationaux.<br />
Référence française des essais, il a assuré pendant plus de quarante ans toutes<br />
les responsabilités au sein de l’ASTE (président, vice-président, secrétaire…) et<br />
notamment l’animation de Méca-Clim, une commission exemplaire en termes<br />
de partage de connaissance, de débat scientifique et de contribution aux normes<br />
d’essais tant civiles que militaires.<br />
Pédagogue, avec ses amis Christian Lalanne et Lambert Pierrat, au travers des<br />
formations et des guides techniques, ils ont formé deux générations d’ingénieurs<br />
dans le domaine des essais.<br />
Auditeur Cofrac référent, il a partagé son savoir et ses conseils<br />
auprès de nos entreprises pour élever la qualité et la fiabilité<br />
de nos produits. Par son action internationale, notamment en<br />
Afrique du Nord, il a contribué au rayonnement de la France, et<br />
ce jusqu’à son dernier souffle (à 73 ans).<br />
C’est à ce titre que notre ami David Delaux, appuyé par Paul-Eric<br />
Dupuis et Pascal Lelan, a obtenu pour Henri la médaille de l’Ordre<br />
National du Mérite au grade d’Officier. Au-delà de ce signe de<br />
reconnaissance, nous garderons pour héritage son sens du partage.<br />
Le plus extraordinaire est que tout au long de sa vie d’engagement,<br />
de « sacerdoce » comme il aimait le dire, il a su garder un très fort<br />
attachement à sa première communauté, sa famille.<br />
Merci à Bernadette et à sa famille d’avoir partagé leur grand homme pour le<br />
bien commun.<br />
Les différentes communautés qu’il a fait grandir. » ●<br />
Daniel Leroy, président de l’ASTE<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I7
ACTUALITÉS<br />
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
Agnès Pannier-Runacher, ministre déléguée chargée de l’Industrie<br />
8 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ACTUALITÉS<br />
L’INTERVIEW<br />
« Durant cinq ans, nous avons<br />
redonné de l’attractivité<br />
à notre industrie »<br />
Alors que la campagne pour l’élection présidentielle bat son plein, Agnès Pannier-Runacher, ministre<br />
déléguée chargée de l’Industrie auprès de Bruno Le Maire, ministre de l’Économie, a accepté de répondre à<br />
nos questions formulées par la rédaction d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong> et l’Association des sciences et techniques de<br />
l’environnement (ASTE) avec les partenaires de la revue, Nafems et le Réseau Mesure.<br />
©PBagein<br />
Madame la ministre, à quelques mois<br />
de l’échéance présidentielle, quel bilan<br />
tirez-vous de l’action menée au sein de<br />
votre cabinet ?<br />
Sous l’impulsion d’Emmanuel Macron,<br />
après des années de capitulation industrielle<br />
qui se sont soldées par la disparition d’un<br />
million d’emplois nets entre 2000 et 2016,<br />
la hausse massive de nos importations et<br />
des délocalisations, la réindustrialisation de<br />
notre pays est enclenchée. En 2021, comme<br />
en 2017, 2018 et en 2019, la France a recréé<br />
de l’emploi industriel. En 2021, et pour la<br />
troisième année consécutive, la France est<br />
le pays européen le plus attractif pour les<br />
investissements étrangers dans l’industrie.<br />
Enfin, pour la première fois depuis trois<br />
décennies, nous comptons deux fois plus<br />
d’ouvertures d’usines que de fermetures.<br />
C’est le fruit d’un travail acharné au cours<br />
de ce quinquennat. Durant cinq ans,<br />
nous avons redonné de l’attractivité à<br />
notre industrie. Nous avons relocalisé des<br />
chaînes de production. Et cela porte ses<br />
fruits : depuis septembre 2020, nous avons<br />
accompagné 782 projets qui ont permis de<br />
créer ou de conforter 100 000 emplois, dans<br />
des filières stratégiques comme la santé ou<br />
la chimie.<br />
Nous avons aussi soutenu nos filières<br />
d’excellence, comme l’aéronautique<br />
ou l’automobile. Nous avons entamé la<br />
« Si la réindustrialisation<br />
n’est ni facile ni rapide,<br />
et même s’il reste encore<br />
beaucoup à faire,<br />
nous avons montré qu’il<br />
existait un chemin ».<br />
décarbonation de nos industries lourdes.<br />
Enfin, nous avons porté des initiatives<br />
fortes au niveau européen sur des sujets<br />
clés comme les batteries électriques ou<br />
l’hydrogène bas-carbone. Alors, après ces<br />
cinq années, je considère que même si la<br />
réindustrialisation n’est ni facile ni rapide,<br />
et même s’il reste encore beaucoup à faire,<br />
nous avons montré qu’il existait un chemin.<br />
L’adoption du Plan France 2030<br />
en octobre dernier se donne dix<br />
grands objectifs, parmi lesquels<br />
le développement de la filière<br />
« Hydrogène vert ». Vers quoi se<br />
dirigeront ces investissements et pour<br />
quels objectifs ?<br />
Avec France 2030, nous investissons<br />
dans dix filières industrielles stratégiques<br />
d’avenir. Dix filières dans lesquelles nous<br />
avons la possibilité de tirer notre épingle<br />
du jeu. Nous cherchons à constituer les<br />
nouvelles filières dont nous allons avoir<br />
besoin pour maintenir une industrie<br />
puissante à horizon 2030.<br />
Ce plan, c’est 30 milliards d’euros de<br />
subventions publiques afin d’être à<br />
la hauteur des défis qui sont devant<br />
nous : devenir leader de l’hydrogène<br />
bas-carbone, inventer le premier avion<br />
vert, accompagner le développement<br />
des compétences de demain, réussir<br />
l’électrification de notre parc automobile,<br />
produire de la nourriture saine, durable<br />
et traçable, décarboner notre industrie<br />
grâce à des innovations de rupture…<br />
Quelles mesures pouvons-nous mettre<br />
en place afin de surmonter la crise<br />
majeure des semi-conducteurs que<br />
nous rencontrons, à court comme à<br />
long terme ?<br />
Il faut d’abord replacer la situation dans<br />
son contexte. La pénurie de composants<br />
électroniques et les tensions qui affectent<br />
plus globalement les approvisionnements<br />
des industries manufacturières sur tout le<br />
continent européen, ont mis en lumière<br />
de nombreuses fragilités tout le long des<br />
chaînes de valeur. Ces vulnérabilités,<br />
elles peuvent être décisives alors que<br />
l’on observe la hausse spectaculaire de la<br />
demande mondiale pour l’électronique et<br />
l’électrification accélérée de segments entiers<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I9
ACTUALITÉS<br />
de l’industrie comme celui des mobilités.<br />
La situation actuelle n’est donc pas tenable.<br />
Afin d’y répondre, nous agissons à court,<br />
comme à plus long-terme. À court terme,<br />
au sein du ministère de l’Économie, nous<br />
assurons un suivi continu de la situation<br />
avec le Comité Stratégique de Filière et nous<br />
accompagnons les entreprises concernées<br />
au travers de dispositifs de soutien de leur<br />
trésorerie. À plus long terme, nous voulons<br />
renforcer nos capacités de production sur les<br />
segments les plus critiques et accompagner<br />
les investissements industriels. Dans le cadre<br />
du plan de relance, nous avons soutenu, pour<br />
le seul segment de l’électronique, 107 projets<br />
de renforcement des capacités de production<br />
d’un montant de 463 millions d’euros<br />
d’investissement pour 141 millions d’euros<br />
de soutien public. Nous poursuivrons ce<br />
soutien dans le cadre de France 2030, en<br />
mobilisant une enveloppe d’environ 5<br />
milliards d’euros dédiée à l’électronique.<br />
Mais la réponse se construit surtout<br />
en renforçant l’écosystème européen<br />
et en soutenant l’innovation comme<br />
l’industrialisation, comme nous l’avons<br />
fait dès 2018 dans le cadre du programme<br />
Nano 2022. C’est aussi tout le sens du plan de<br />
l’Union européenne de 43 milliards d’euros,<br />
le Chips Act, présenté par le Commissaire<br />
Thierry Breton, qui permettra de tendre<br />
vers l’objectif de 20% des semi-conducteurs<br />
produits dans le monde d’ici 2030, soit un<br />
quadruplement de la production européenne.<br />
Il en va de notre autonomie technologique.<br />
Comment favoriser une démarche<br />
mutualisée pragmatique des<br />
différents acteurs afin de faciliter<br />
le développement des PME TPE<br />
françaises ?<br />
Le gouvernement a fait de la croissance des<br />
TPE et des PME françaises l’une des priorités<br />
de ce quinquennat. C’était d’abord le sens de<br />
la loi Pacte, adoptée en 2019, qui a permis de<br />
lever de nombreux freins au développement<br />
de ces entreprises, et ce, à toutes les étapes de<br />
leurs vies. Avec cette loi, nous avons simplifié<br />
les démarches de création d’entreprises,<br />
favorisé la participation et l’intéressement,<br />
supprimé de nombreux effets de seuils<br />
nuisibles à ces entreprises, ou encore soutenu<br />
l’exportation de ces entreprises.<br />
C’est aussi le sens de ce que nous portons<br />
en matière de commande publique, car<br />
c’est un véritable levier pour accélérer la<br />
croissance des TPE/PME. C’est pour cela,<br />
par exemple, que nous avons augmenté le<br />
taux minimal des avances versées aux PME,<br />
qui est passé de 5 à 20 % pour les marchés<br />
de l’État améliorant ainsi la trésorerie des<br />
PME obtenant ces marchés.<br />
Enfin, nous avons aussi agi pour que nos<br />
PME puissent se transformer en entreprises<br />
de taille intermédiaire, qui sont tout aussi<br />
cruciales pour notre économie. En effet,<br />
elles emploient 3 millions de salariés et<br />
représentent 30 % du chiffre d’affaires de<br />
l’ensemble des entreprises. C’est pourquoi<br />
nous avons renforcé leur accompagnement<br />
par les pouvoirs publics, développer leur<br />
accès aux compétences, et améliorer leur<br />
compétitivité afin de renforcer leur capacité<br />
d’investissement.<br />
Quelles mesures concrètes Bercy<br />
va-t-il appliquer afin de réduire le<br />
déficit commercial abyssal de la<br />
France ?<br />
Notre déficit commercial, il ne date pas d’hier.<br />
Cela fait plus de vingt ans que nous sommes<br />
dans le rouge, et c’est ce gouvernement qui<br />
a mis en place une politique de reconquête<br />
des exportations. Il ne faut pas isoler le<br />
creusement du déficit entre 2019 et 2021.<br />
Il s’explique, conjoncturellement, par<br />
deux effets combinés : l’effet prix, lié à<br />
l’augmentation du prix de l’énergie et des<br />
matières premières, et l’effet volume, qui<br />
est lié à notre rebond économique plus fort<br />
que chez nos voisins. Aujourd’hui, si on<br />
importe plus, c’est parce que nous avons une<br />
croissance beaucoup plus forte que les autres.<br />
Il est intéressant de souligner que les<br />
importations de biens d’équipement<br />
augmentent, témoignant du fait que<br />
nous sommes en train de nous équiper<br />
en machines pour l’industrie. En France,<br />
lorsque l’on achète pour 100€ de bien<br />
manufacturé, il en reste 35€ en France et<br />
65€ partent à l’étranger. À court terme,<br />
la politique ambitieuse de reconquête<br />
industrielle que nous menons creuse donc<br />
le déficit.<br />
Mais, une fois que nous avons posé ce<br />
constat, nous ne devons pas rester les<br />
bras croisés, et notre stratégie est claire.<br />
Nous voulons mettre fin à la préférence<br />
française pour la délocalisation. Cela<br />
passe par plusieurs éléments : continuer le<br />
renforcement de la compétitivité de notre<br />
pays, poursuivre nos efforts pour le Fabriqué<br />
en France, sortir de la naïveté en matière<br />
commerciale et d’accès au marché européen<br />
pour les entreprises non-européennes, et<br />
mieux accompagner nos entreprises à<br />
l’international.<br />
« [En matière de déficit<br />
commercial], notre<br />
stratégie est claire. Nous<br />
voulons mettre fin à la<br />
préférence française pour<br />
la délocalisation. »<br />
Dans cette action, le marché intérieur<br />
européen et ses 450 millions de<br />
consommateurs, est crucial. Il est notre<br />
meilleur rempart contre les crises et<br />
notre meilleur relais de croissance. A<br />
condition, évidemment, d’y faire respecter<br />
des conditions de concurrence loyale. La<br />
France, qui a pris la présidence de l’Union<br />
européenne le 1er janvier, et l’Europe<br />
elle-même, l’ont très bien compris.<br />
C’est pourquoi nous portons un agenda<br />
ambitieux afin de renforcer notre autonomie<br />
stratégique et de mieux défendre nos<br />
entreprises face aux pays et aux entreprises<br />
qui ne jouent pas selon les mêmes règles ●<br />
Propos recueillis par Olivier<br />
Guillon et Daniel Leroy (ASTE)<br />
10 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
ÉVÉNEMENT<br />
Le congrès Gas Analysis<br />
s’ouvre conjointement au salon<br />
Measurement World<br />
Manifestation très appréciée par la communauté de l’analyse des gaz, le congrès Gas Analysis revient à<br />
Villepinte du 17 au 20 mai. Organisé sous l’égide du CFM, le congrès signera sa 11 e édition.<br />
Présentations et posters<br />
portant sur l’hydrogène<br />
Gas Analysis est un symposium de référence de près de 300 participants<br />
étalé sur plusieurs jours. Au fil des années, il a su se positionner comme le<br />
symposium mondial pour l’analyse des gaz en couvrant des thématiques<br />
répondant à des défis planétaires.<br />
Perçu comme le meilleur forum d’échange sur les dernières avancées de pointe<br />
et applications dans l’industrie, il attire de nombreux intervenants du secteur :<br />
experts, décideurs règlementaires, responsables techniques, laboratoires de<br />
recherche, fabricants jusqu’aux utilisateurs industriels.<br />
Son programme sera constitué de conférences orales et posters, de tutoriels, d’une<br />
exposition ainsi que d’événements sociaux de networking. Le symposium sera<br />
orchestré sous trois axes d’applications principaux : environnement, énergie/<br />
bioGaz et Innovation industrielle. À cette occasion, seront présentées les dernières<br />
avancées sur la métrologie des gaz, la transition énergétique, les innovations<br />
industrielles et la qualité de l’air. D’autres éléments seront au rendez-vous : systèmes,<br />
validation et incertitudes des mesures, accréditation, contrôle des émissions, des<br />
contaminations, évaluation des risques...<br />
Dans la partie concernant l’énergie et les biogaz, l’hydrogène tiendra une place<br />
importante. Les présentations et posters proposés au Congrès Gas Analysis 2022<br />
traitant de cette technologie et des problématiques de mesure et métrologie<br />
associées sont présentés en encadré (ci-contre) ●<br />
• Engie Lab Crigen – Development of<br />
a new spot online analysis method to<br />
control H2 quality on Hydrogen Refueling<br />
Station<br />
• GRTgaz Rice - Evaluation of the<br />
performances of commercial analyzers<br />
dedicated to natural gas/hydrogen blends<br />
• Agilent - Hydrogen impurity analysis<br />
with the Agilent 8890 GC/PDHID system<br />
and Agilent 990 Micro GC platform<br />
• Siemens - Process Analytics for<br />
Hydrogen Liquefier<br />
• PAC - Evaluating analysis methods for<br />
measuring low level sulfur in Hydrogen<br />
• Federal Institute for Materials<br />
Research and Testing (BAM) - Real-time<br />
mass spectrometry: from unraveling<br />
electrochemical reaction mechanism to<br />
trace analysis of impurities in hydrogen<br />
gas<br />
• DNV - Conversion of a natural gas<br />
pipeline to hydrogen transport and the<br />
effects of impurities on the hydrogen<br />
quality<br />
• Thermofischer - Innovations in FT-IR<br />
Spectroscopy for Enhanced Sensitivity<br />
in Hydrogen Analysis<br />
• AP2E - Combination of Ofceas<br />
Spectroscopy and Low Pressure sampling,<br />
a solution for determining traces for<br />
the purity of Hydrogen<br />
• Tiger Optics - Optimal Total Analytical<br />
Solution for Fuel-Cell-Grade Hydrogen<br />
Using Cavity Ring-Down Spectroscopy<br />
and Mass Spectrometry<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I11
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
MESURE & MÉTROLOGIE<br />
Enjeux autour<br />
de la métrologie<br />
et de la mesure<br />
pour la filière<br />
Hydrogène<br />
À l’occasion du Congrès Gas Analysis (qui se déroulera au sein de Global Industrie / Measurement World, du<br />
17 au 20 mai prochain à Villepinte), Martine Carré (Air Liquide) et Jérôme Lopez (CFM – partenaire de la revue<br />
<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong>) reviennent sur les enjeux de l’hydrogène pour la mesure et la métrologie.<br />
L’hydrogène est en passe de<br />
devenir incontournable dans<br />
la décarbonation des secteurs<br />
industriels, de l’énergie et de la<br />
mobilité. La part de l’hydrogène<br />
produit à partir d’énergies renouvelables ou<br />
grâce à des procédés bas carbone (hydrogène<br />
vert et bleu) va augmenter dans les années à<br />
venir. C’est aussi le cas de la part provenant de<br />
l’excès (comme produit dérivé) des industries<br />
à base de chlore, d’éthylène ainsi que des<br />
raffineries…<br />
L’hydrogène est devenu une énergie mature.<br />
Les technologies existent aujourd’hui pour<br />
le produire, le stocker, le déplacer et l’utiliser<br />
et ce, en accord avec les objectifs des accords<br />
de Paris 2030. Il peut être produit à partir des<br />
carburants fossiles, de la biomasse, de l’eau ou<br />
d’un mélange des précédents. Le gaz naturel est<br />
aujourd’hui la première source de production<br />
d’hydrogène grâce aux usines de réformage du<br />
méthane à haute température (SMR), comptant<br />
pour 75% de la production annuelle globale<br />
qui est de 70 millions de tonnes.<br />
Pour une utilisation dans le secteur de<br />
la mobilité (dans les piles à combutibles)<br />
© DR<br />
© DR<br />
Martine Carré<br />
Directrice scientifique<br />
en analyse au sein du<br />
groupe Air Liquide<br />
Jérôme Lopez<br />
Directeur technique<br />
du Collège français de<br />
métrologie (CFM).<br />
l’hydrogène doit être purifié, liquéfié ou<br />
pressurisé et stocké avant d’être transporté.<br />
L’hydrogène est liquéfié à basse température<br />
(sous -253 °C) à travers plusieurs cycles de<br />
compression et d’échange de chaleur avec<br />
de l’hélium. Dans ce type de process, des<br />
techniques d’analyse de gaz doivent être<br />
mises en œuvre pour contrôler la qualité<br />
de l’hydrogène. Il s’agit en particulier de<br />
contrôler la teneur en impuretés pouvant<br />
avoir un impact sur le process lui-même.<br />
De même, sous forme gazeuse comprimée,<br />
l’hydrogène qui est utilisé pour l’alimentation<br />
des piles à combustibles doit avoir une haute<br />
pureté et respecter des spécifications définies<br />
pour une série d’impuretés.<br />
Ainsi, il est nécessaire de contrôler les<br />
impuretés présentes dans l’hydrogène<br />
délivré aux stations de remplissage (HRS<br />
pour Hydrogen Refuelling Stations) pour<br />
alimenter les véhicules basés sur les piles<br />
à combustibles (FCEV pour Hydrogen<br />
Fuel Cell Electric Vehicles). La norme<br />
ISO 14687 : 2019 établit une liste de treize<br />
espèces chimiques contaminantes, dont le<br />
CO, C02, Ar, Ne, NH3, N2, H2O, H2S…, et<br />
12 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
©IStock - MF3d<br />
les seuils maximum requis pour assurer l’intégrité des piles<br />
à combustibles. Ces niveaux varient selon l’impureté de la<br />
centaine de ppm (part per million molaire) à la dizaine de<br />
ppb (Parts per billion molaire). Le soufre est l’impureté la<br />
plus critique avec une spécification de 4 ppb maximum. Du<br />
côté de la production par électrolyse, l’oxygène et l’eau sont<br />
les premières espèces contaminantes.<br />
D’autres enjeux de mesure des contaminants apparaissent<br />
aussi dans le transport de l’hydrogène par pipeline. Il s’agit<br />
par exemple de mesurer la capacité calorifique (GCV pour<br />
Gross Calorific Value). La conversion des pipelines de gaz<br />
existants pour le transport de l’hydrogène peut affecter les<br />
taux de contaminants présents.<br />
Les technologies de mesure et la métrologie associée doivent<br />
permettre de mesurer ces niveaux, de manière reproductible,<br />
traçable (au sens métrologique) et avec des niveaux d’incertitudes<br />
maîtrisés et adaptés au besoin.<br />
Selon les applications et les espèces chimiques, différentes<br />
techniques sont aujourd’hui en lice pour assurer le contrôle<br />
des niveaux de contaminants. Parmi celles-ci, on compte par<br />
exemple la spectroscopie optique (OFCEAS et spectroscopie<br />
par diode laser accordable) pour mesurer les niveaux d’H2O,<br />
de CO ou d’H2S dans l’hydrogène, mais aussi la CRDS (Cavity<br />
Ring Down Spectroscopy).<br />
On peut aussi citer, la spectrométrie de masse temps réel pour<br />
le contrôle des process, l’identification et la quantification<br />
des espèces contaminantes. La spectroscopie FTIR (Fourier<br />
Transform Infrared) existe ainsi que d’autres techniques comme<br />
les GC-MS ou CRDS.<br />
De nombreux acteurs, grands groupes industriels producteurs<br />
ou fournisseurs d’hydrogène comme Air Liquide, Engie,<br />
GRT Gaz, mais aussi des industriels spécialisés dans<br />
l’instrumentation comme Siemens, Agilent, Thermofischer<br />
ou AP2E, soutenus à la fois par les travaux de laboratoires<br />
académiques (BAM, PAC,…) ainsi que des instituts de<br />
métrologie nationaux comme le LNE, la PTB allemande<br />
ou le NPL anglais, collaborent, notamment à travers<br />
des programmes de recherche européens (par exemple<br />
le projet EMPIR MetroHyVe) afin de développer des<br />
nouveaux capteurs, de nouvelles méthologies de mesure,<br />
en s’attachant à ce qu’elles soient reproductibles et traçables<br />
au sens métrologique. Ces travaux seront présentés lors du<br />
prochain congrès Gas Analysis 2022 (cf. article précédent) ●<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I13
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
REPORTAGE<br />
Engie capitalise sur sa longue<br />
expérience pour s’imposer dans<br />
l’hydrogène<br />
Dans la course au projets liés à l’hydrogène, Engie semble bien armé pour relever les défis et les objectifs<br />
ambitieux de l’État en matière de production, de transport et de stockage. Le groupe français s’appuie<br />
notamment sur le Crigen, son centre de R&D entièrement dédié à la recherche sur les énergies renouvelables,<br />
en particulier l’hydrogène.<br />
© DR<br />
Sécile Torun<br />
Ingénieure de l’Esta, Sécile<br />
Torun est aujourd’hui<br />
responsable du laboratoire<br />
Hydrogène au sein du<br />
principal centre de R&D du<br />
groupe, le Crigen. Chez Engie<br />
(ex Gaz de France) depuis<br />
une vingtaine d’années,<br />
l’ingénieure également<br />
titulaire d’un DEA en<br />
économie industrielle, a<br />
longtemps travaillé sur les<br />
problématiques de transports<br />
de gaz, le gaz naturel liquéfié<br />
puis l’hydrogène.<br />
L’engagement du groupe Engie<br />
dans l’hydrogène ne date pas<br />
d’hier. Comme chacun sait, ce<br />
leader mondial de l’énergie n’a pas<br />
attendu l’engouement soudain et<br />
quasi-général pour le « mix-énergétique » et tout<br />
particulièrement pour l’hydrogène (« vert » si<br />
possible) né de la crise du Covid-19. En témoigne<br />
l’investissement au début de l’année 2020 par la<br />
filiale de capital-risque du groupe (Engie New<br />
Ventures) dans H2Site, un spin-off créé par le<br />
centre de recherche et technologie Tecnalia et<br />
l’Université de technologie d’Eindhoven.<br />
Implanté à Bilbao, H2Site a pour objectif<br />
d’apporter une solution sur site compacte et<br />
compétitive répondant aux problématiques<br />
de nombreux clients en matière de production<br />
décentralisée, de transport et de stockage<br />
d’hydrogène. Outre cette prise de participation<br />
minoritaire au capital de H2Site, Engie, à travers<br />
son centre de recherche Engie Lab Crigen, a noué<br />
un partenariat de coopération en R&D avec<br />
Tecnalia et l’Université de Technologie d’Eindhoven<br />
; le but étant d’accélérer le développement<br />
d’applications émergentes de cette technologie<br />
afin d’atteindre la neutralité carbone.<br />
© ENGIE<br />
14 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
Rajouter un sixième sens<br />
à vos installations hydrogène.<br />
Sécurité pompe<br />
cryogénique<br />
Qualité<br />
carburant<br />
Surveillance<br />
pipeline<br />
Métrologie<br />
hydrogène<br />
Capacitif<br />
Vision<br />
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© ENGIE Lab CRIGEN / Franck Dunouau, 2018<br />
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
© ENGIE Lab CRIGEN / Franck Dunouau, 2018<br />
Contrôle d’un système de compression d’hydrogène<br />
Préparation de mesure de rendement d’un convertisseur catalytique<br />
Mais à y regarder de plus près, l’énergéticien français a pris le<br />
virage de l’hydrogène depuis plus longtemps puisque déjà en<br />
2018, le groupe avait créé sa propre entité dédiée à l’hydrogène.<br />
Et bien avant cela, en 2006, l’hydrogène devenait un pilier et<br />
une stratégie clef pour le groupe qui ne manquait pas de se<br />
positionner en tant que précurseur en la matière à travers,<br />
notamment, le projet Greed – dont l’un des objectifs était<br />
d’injecter jusqu’à 20% de ce précieux gaz dans les réseaux<br />
d’Engie. « Il s’agissait déjà d’une stratégie ambitieuse qui<br />
ne fait que s’accélérer aujourd’hui, précise Sécile Torun. La<br />
volonté du groupe est en effet d’accroître les installations des<br />
capacités de production d’hydrogène ; plus précisément, il<br />
s’agit d’atteindre 600 mégawatts installés d’ici à 2025 puis 4<br />
gigawatts en 2030 ».<br />
Autres chiffres significatifs : le nombre d’installations de<br />
transformation d’hydrogène devrait atteindre les cinquante<br />
unités d’ici 2025 puis dépasser la barre des cent stations en 2030<br />
sur le territoire français. Enfin, en matière de transport cette<br />
fois, 170 kilomètres de pipelines devraient être construits dans<br />
les trois prochaines années et s’étendre à 700 kilomètres dans<br />
les huit années à venir, « avec en parallèle près de 270 gigawatts<br />
d’hydrogène stockés en sous-sol au sein de nos installations ;<br />
un chiffre qui va être multiplié par quatre d’ici 2030 ».<br />
UN CENTRE DE R&D DÉDIÉ À L’HYDROGÈNE<br />
Pour Engie et sa filière hydrogène, l’année 2020 n’a pas été<br />
seulement celle de la crise. Elle a aussi été marquée par une<br />
sorte d’alignement des planètes ! en début de cette année qui<br />
marquera l’engagement de l’État français dans la création d’une<br />
filière consacrée à l’hydrogène, le Crigen, principal centre de<br />
R&D du groupe, s’installe à Stain (Seine-Saint-Denis) dans<br />
7 000 m 2 de locaux flambant neufs. Composé de neuf équipes<br />
réparties en trois laboratoires (le gaz 100% vert, les solutions<br />
BtoB neutres en carbone et intelligentes, et les développement<br />
de technologies émergentes), le Crigen rassemble plus de 180<br />
salariés de vingt-sept nationalités différentes travaillant sur<br />
toute la chaîne de valeur de l’hydrogène, de la production au<br />
transport et au stockage, en passant par le développement des<br />
usages... avec une idée (ou plutôt une équation compliquée)<br />
en tête : verdire le gaz, réduire ses coûts de production et<br />
imaginer en permanence des solutions encore inexistantes<br />
et de nouveaux standards sur les marchés de l’industrie et<br />
les territoires.<br />
Les équipes du Crigen mènent de nombreux projets de<br />
recherche (pour un chiffre d’affaires de 35M€ par an), sans<br />
cesse en augmentation ; « le marché est en très forte croissance,<br />
confirme Sécile Torun. De deux nous sommes passés à quinze<br />
projets par an entre 2018 et aujourd’hui ! » Pour ce faire, les<br />
laboratoires s’appuient sur les importants moyens d’essais<br />
qu’abrite le Crigen. « Les essais sont au cœur de notre ADN. Ils<br />
concernent par exemple des tests de combustion dans les fours<br />
afin de mieux comprendre les variations de qualité ». Mais c’est<br />
une multiplicité de tests et d’importantes campagnes que les<br />
laboratoires du Crigen que l’équipe chargée des essais est en<br />
mesure de mener. Celle-ci assure la cohérence des nombreux<br />
moyens d’essais (parmi lesquels des fours industriels, un<br />
banc semi-virtuel, un banc d’essai pour les applications de<br />
cuisine et de restauration, un laboratoire pour les drones et<br />
les robots, ainsi qu’un atelier de prototypage...) dans le but de<br />
maîtriser tous les aspects de sécurité et de tester l’ensemble<br />
des briques manquantes et différenciantes pour le groupe. Des<br />
travaux menés au sein de la H2 Factory, une plateforme de<br />
R&D collaborative de solutions de développement et de tests.<br />
16 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
© ENGIE Lab CRIGEN / Franck Dunouau, 2018<br />
Contrôle d’un système de compression d’hydrogène<br />
LA HALLE D’ESSAI, VÉRITABLE « AIRE DE JEUX »<br />
POUR LES ÉQUIPES DE RECHERCHE<br />
Répartie à travers neuf laboratoires pour tester l’hydrogène, le<br />
biogaz et le GNL biologique, la halle d’essai abrite des moyens<br />
importants parmi lesquels un électrolyseur (pour toutes les<br />
applications P2G / P2X), des moyens de compression, des<br />
panneaux d’électrolyse photo-assistés dotés de jumeaux<br />
numériques installés sur le toit pour produire de l’hydrogène*,<br />
mais aussi – fruit d’investissements effectués en 2021 – des piles<br />
à combustible, un nouveau compresseur et des générateurs<br />
d’hydrogène... Pour 2022, de nouvelles acquisitions sont prévues<br />
afin de répondre notamment aux besoins liés au projet HyCare<br />
et dont le but est de stocker 50 kg d’hydrogène à basse pression<br />
via des hydrures de métaux. Objectif ? Réutiliser l’hydrogène<br />
dans les piles à combustible et démontrer la qualité du gaz.<br />
« Pour ce faire, nous menons beaucoup d’essais sur la sécurité<br />
afin d’obtenir un grand nombre de retours d’expérience sur<br />
l’utilisation du réservoir ».<br />
Cette halle d’essai abrite également une gazothèque où sont<br />
stockés les principaux gaz utilisés pour les essais (azote,<br />
hydrogène, gaz naturel, etc.). À l’extérieur, une aire d’essai est<br />
dédiée aux tests de démonstrateurs et prototypes. Un bâtiment<br />
expérimental de 17 mètres de haut (et unique en Europe) simule<br />
l’évacuation des produits de combustion dans les conduits de<br />
cheminée.<br />
VERS DE L’HYDROGÈNE « VERT »<br />
Si le sujet de l’hydrogène n’est pas nouveau, celui de l’hydrogène<br />
dit vert s’avère quant à lui en effet « beaucoup plus complexe<br />
à produire. Nous avons aujourd’hui une ambition forte<br />
d’installations d’électrolyses ; en changeant d’échelle, nous allons<br />
pouvoir réduire les coûts ». Deuxième réponse apportée par<br />
le groupe : « nous renforçons les synergies avec des industriels<br />
intéressés par de l’hydrogène produit avec des électrolyseurs,<br />
notamment à basse température, en particulier pour des raisons<br />
de maintenance, de durabilité et d’efficacité ». Sécile Torun<br />
ajoute également que les capacités du groupe Engie à augmenter<br />
les volume et réduire les coûts s’appuient sur l’éventail large<br />
de son portefeuille.<br />
À l’avenir, produire de l’hydrogène à plus forte pression en<br />
sortie d’électrolyseur sera possible, tout comme produire de<br />
l’hydrogène à basse ou forte température... tout dépendra des<br />
besoins des industriels et des territoires. Pour l’heure, « nous<br />
menons une veille active auprès de toutes les technologies. Nous<br />
participons et bénéficions également de l’important maillage<br />
de la filière française qui s’est mise en ordre de marche sur le<br />
territoire. » Enfin, Engie et le Crigen travaillent sur des projets<br />
de normalisation en matière de métrologie, de transport<br />
et de mobilité avec par exemple le standard MétroAFZ ; il<br />
s’agit de développer une méthodologie d’échantillonnage à<br />
bas coût à partir d’une norme ISO portant sur la qualité de<br />
l’hydrogène en sortie de station. Un banc d’échantillonnage<br />
a ainsi été créé. « L’hydrogène est un produit connu depuis<br />
la nuit des temps et qui ne demande qu’à être maîtrisé pour<br />
être utilisé de façon sécurisée. Pour cela, il faut que toute la<br />
filière se mette en phase et collabore pour mettre au point les<br />
mêmes standards ; mais ça s’organise, notamment dans la<br />
sécurité avec le projet MultiFull. » ●<br />
Olivier Guillon<br />
* Ce système permet de restituer l’hydrogène dans un électrolyseur afin de<br />
produire le gaz de manière décentralisée<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I17
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
TECHNOLOGIE<br />
Devenir un champion de la mesure<br />
d’impuretés dans l’hydrogène<br />
Si l’hydrogène a le vent en poupe depuis plus d’un an, un certain nombre d’entreprises n’ont pas attendu ce<br />
sursaut dû aux récentes annonces gouvernementales (tant en France qu’en Europe et dans le monde). C’est le<br />
cas de la société aixoise AP2E, une entreprise innovante d’environ 65 personnes créée en 2006 et spécialisée<br />
dans les appareils de mesure de gaz reposant sur la technologie laser.<br />
Étienne Smith<br />
Directeur commercial –<br />
ventes & services – d’AP2E<br />
Philippe Fayolle<br />
Responsable produit chez<br />
AP2E et expert Afnor<br />
Racheté en 2018 pour le groupe<br />
Allemand Durag, le savoir-faire<br />
de AP2E se situe en France avec<br />
une importante équipe de R&D, laquelle<br />
est notamment à l’origine de deux brevets<br />
fondamentaux pour la mesure de gaz : LPS<br />
(Low Pressure Sampling ou prélèvement<br />
basse pression) et OFCEAS (Optical<br />
Feedback Cavity Enhanced Absorption<br />
Spectroscopy), une technologie mise au<br />
point par l’Université Joseph Fourier et pour<br />
laquelle la société a obtenu la licence exclusive<br />
mondiale pour sa commercialisation.<br />
Aujourd’hui mondialement reconnu dans<br />
le domaine du gaz, l’entreprise enchaîne<br />
les contrats et voit s’envoler son chiffre<br />
d’affaires, passant par exemple de 3,3M€<br />
en 2018 à 7,5M€ l’an dernier ! « Notre<br />
technologie est la même quelle que soit<br />
l’application, qu’il s’agisse de mesure à<br />
l’émission ou d’impuretés dans les gaz<br />
industriels, précise Étienne Smith, directeur<br />
commercial d’AP2E. Il est possible de<br />
mesurer plus d’une trentaine de gaz différents<br />
avec une solution unique ».<br />
SE TROUVER AU CŒUR D’UN<br />
MARCHÉ TRÈS DYNAMIQUE<br />
Présent dans trois métiers différents,<br />
le process, le contrôle des émissions<br />
industrielles et l’air ambiant (comme l’étude<br />
de gaz à effet de serre par exemple), AP2E<br />
travaille sur l’hydrogène depuis déjà près de<br />
sept ans, en particulier à travers un projet<br />
mené par le CEA sur une pile à combustible<br />
visant à rechercher toutes les technologies<br />
de contrôle d’impuretés présentes dans<br />
l’hydrogène et à les répertorier. « À l’époque,<br />
ce sujet intéresse peu de monde car le marché<br />
était encore confidentiel ; seuls quelques<br />
grands acteurs tels que Toyota, Shell et<br />
Air Liquide étaient impliqués, se souvient<br />
Philippe Fayolle, responsable produit et<br />
expert Afnor. Puis en à peine trois ans, le<br />
marché s’est retourné. En ayant démontré<br />
l’efficacité d’une combinaison entre un<br />
système de mesure OFCEAS et un système de<br />
chromatographie pour mesurer les impuretés,<br />
AP2E s’est retrouvé au cœur de nombreux<br />
projet de stations à travers le monde, en Inde,<br />
aux États-Unis ou encore en Chine, et même<br />
les taxis parisiens ».<br />
Grâce à ce système, il est possible d’effectuer<br />
facilement des mesures avant d’injecter<br />
le gaz dans la pile à combustible. Mais<br />
la société travaille aussi sur des moyens<br />
d’effectuer des prélèvements directement<br />
sur les stations via de la mesure continue.<br />
« Nous sommes en train de mettre en<br />
place des stratégies grâce à des techniques<br />
de prélèvement pour les stations, précise<br />
Philippe Fayolle. À l’avenir, cela peut<br />
également s’effectuer directement sur les<br />
véhicules même si aucune solution n’existe<br />
à ce jour »… malgré cela, on l’imagine,<br />
l’intérêt grandissant des constructeurs ! ●<br />
Olivier Guillon<br />
18 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
Quelques<br />
précisions<br />
sur la mesure<br />
d’impureté dans<br />
l’hydrogène<br />
La recherche et la mesure<br />
d’impuretés est fondamentale<br />
pour assurer le bon<br />
fonctionnement d’une pile<br />
à combustible. En effet, les<br />
impuretés peuvent détruire une<br />
pile à combustible dans laquelle<br />
l’hydrogène va être injecté.<br />
C’est pourquoi ce processus est<br />
encadré par la norme ISO 14<br />
687 et à laquelle un industriel<br />
vendant son hydrogène pour<br />
alimenter une pile doit se référer.<br />
Pour ce faire, il accède à une<br />
liste de contaminants avec des<br />
concentrations maximums à ne<br />
pas dépasser. Cette analyse lui<br />
permet de prouver la conformité<br />
du gaz injecté.<br />
Liste des impuretés présentées dans la norme ISO 14687-2019<br />
IMPURETÉS<br />
CONCENTRATION<br />
MAXIMUM (PPM)<br />
H2O 5<br />
Hydrocarbures totaux<br />
(excepté CH4)<br />
O2 5<br />
He / N2 / Ar 300<br />
CH4 100<br />
C02 2<br />
C0 0,2<br />
Soufres totaux 0,004<br />
HCHO 0,2<br />
HCOOH 0,2<br />
NH3 0,1<br />
Halogénés totaux 0,05<br />
2<br />
AP2E impliqué dans<br />
plusieurs projets de R&D<br />
Sans surprise, le spécialiste de la<br />
mesure de gaz d’Aix-en-Provence<br />
s’est lancé dans plusieurs projets de<br />
R&D, lui permettant de conforter son<br />
avance dans le domaine et d’explorer<br />
d’autres champs des possibles. Un de<br />
ces projets concerne notamment un<br />
nouveau type d’analyseur réunissant<br />
deux technologies (OFCEAS et Raman)<br />
destiné au marché de la liquéfaction de<br />
l’hydrogène. Cette innovation brevetée<br />
repose sur le couplage, au sein d'un<br />
seul et même instrument analytique,<br />
d'un spectroscope Raman et d'une<br />
cavité résonnante. Autre exemple de<br />
sujet, la mesure de l’hydrogène après<br />
combustion ; l’idée est de mettre au<br />
point un produit permettant de mesurer<br />
l’hydrogène à l'émission pour pouvoir<br />
convertir les centrales thermiques à gaz<br />
naturel en centrale à hydrogène tout en<br />
contrôlant le risque d'explosion dans les<br />
cheminées.<br />
Un carrefour d’échanges incontournable pour les experts,<br />
les ingénieurs et les techniciens de l’environnement<br />
Rejoignez-nous<br />
pour enrichir vos connaissances et participer activement à la promotion, à la<br />
diffusion et à la mise en œuvre au sein de l’industrie française des dernières<br />
techniques d’essais et de simulation de l’environnement.<br />
Nos adhérents bénéficient de réductions substantielles sur les tarifs<br />
de nos stages de formation, journées techniques, colloques, salons,<br />
ouvrages et guides techniques.<br />
Depuis 1967, nous avons formé plus de 6 000 scientifiques, ingénieurs<br />
et techniciens. Nos formations sont dispensées par les meilleurs experts<br />
du moment, sélectionnés au sein des sociétés et laboratoires français<br />
de pointe.<br />
Qui est concerné par notre activité ?<br />
• Les laboratoires d’essais, les équipementiers,<br />
les concepteurs et intégrateurs de systèmes<br />
• Les scientifiques, ingénieurs et techniciens<br />
en charge de la conception, des essais,<br />
de la fabrication et de la qualité<br />
• Les concepteurs, constructeurs et vendeurs<br />
des moyens d’essais<br />
• Les étudiants et les enseignants<br />
Association pour le développement des Sciences et Techniques de l’Environnement - Association régie par la loi 1901<br />
1, place Charles de Gaulle - 78180 MONTIGNY LE BRETONNEUX - www.aste.asso.fr - Tel : 01 61 38 96 32<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I19
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
FOCUS PME<br />
DAM veut s’imposer comme<br />
le leader européen des bancs<br />
de contrôle dans l’hydrogène<br />
Le spécialiste lyonnais de la mesure des grandeurs physiques a décidé<br />
de capitaliser son savoir-faire de plus de trente-cinq ans pour proposer<br />
des solutions clé en main aux industriels de l’hydrogène… et devenir un<br />
leader européen du banc de contrôle.<br />
Guy Crépet<br />
Fondateur et gérant de<br />
la société DAM, une PME<br />
lyonnaise créée en 1987<br />
Depuis plusieurs années, DAM Group, société spécialisée dans la mesure des<br />
grandeurs physiques, est devenu un acteur incontournable dans la chaine de<br />
valeur de l’hydrogène. Parmi les projets de l’entreprise, pour son dirigeant<br />
et fondateur, il est question de « reprendre les projets de production de bancs laissés<br />
de côté en raison de la crise du Covid-19, mais aussi, d’ici 2025, devenir le leader<br />
européen des bancs de contrôle »… rien que ça. Pour ce faire, DAM veut s’imposer<br />
dans l’hydrogène en s’appuyant sur son site de Villeurbanne où il emploie plus de la<br />
moitié des effectifs du groupe (trente-cinq personnes sur une soixantaine).<br />
Mais rien n’est simple, comme le confirme Guy Crépet : « le principal défi pour les<br />
acteurs de l’hydrogène est de sortir de la phase de laboratoire pour passer à la mise<br />
en production à grande échelle dans un<br />
marché qui monte très fortement. Or,<br />
cette technologie est particulièrement<br />
complexe ; notre rôle est donc d’assister<br />
nos clients dans la production de plusieurs<br />
milliers d’exemplaires de leurs piles à<br />
combustible destinées aux secteurs de la<br />
mobilité terrestre, maritime et fluviale<br />
ainsi que l’aéronautique ».<br />
DES CONTRÔLES<br />
INDISPENSABLES POUR<br />
GARANTIR LA SÉCURITÉ<br />
Banc de conditionnement pour pile à combustible (jusqu’à 150kw)<br />
L’une des conséquences de cette<br />
explosion du marché entamée il y a<br />
quatre ans, réside dans la demande<br />
accrue au niveau de la boucle de<br />
remplissage, allant du réservoir et du<br />
système de détente des gaz à la pile à<br />
combustible elle-même où il devient<br />
indispensable de contrôler la chaîne<br />
complète. « Nos clients appartiennent<br />
à trois métiers différents : les fabricants de<br />
20 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
Banc de test - contrôle étanchéité des plaques bipolaires et/ou MEA<br />
piles à combustible, les intégrateurs de piles dans un ensemble<br />
complet et les intégrateurs de stackpacks qui s’adressent quant à<br />
eux directement aux constructeurs, énumère Guy Crépet. Afin<br />
de répondre à leurs besoins, nous avons décidé de capitaliser<br />
nos savoir-faire depuis 1987 en partant de notre cœur de<br />
métier, à savoir la mesure de grandeur physique. Nous avons<br />
donc mis nos différents métiers (process, fluide, mécanique,<br />
informatique et automatismes) en ordre de marche dans<br />
l’hydrogène. C’est pourquoi nos bancs de contrôle sont à 100%<br />
adaptés à la demande ».<br />
Les bancs de contrôle étanchéité, associés à un banc de<br />
conditionnement de 150 kw, vérifient l’étanchéité des<br />
plaques bipolaires et des membranes MEA. Une fois la pile<br />
à combustible assemblée, celle-ci est mise en condition<br />
de fonctionnement progressif. Cette première étape est<br />
importante en raison des performances et de la durée de<br />
vie de la pile à combustible. « Nos bancs de contrôle sont<br />
particulièrement flexibles mais ce qui plaît aussi à nos clients,<br />
c’est notre transparence technologique qui leur permet de<br />
maîtriser l’ensemble de l’opération de mesure au travers<br />
notre logiciel TestAvenue. En somme, il s’agit d’un outil<br />
adapté à leur niveau de connaissances leur permettant de<br />
paramétrer leur propres scriptes d’essais »… une condition<br />
sine qua non pour DAM dans la mesure où ces contrôles<br />
s’imposent comme des étapes incontournables dans la<br />
chaîne de valeur de l’hydrogène ●<br />
Olivier Guillon<br />
Experts en<br />
essais vibratoires<br />
• Contrôle vibratoire<br />
• Essai de choc<br />
• Analyse vibratoire et acoustique<br />
• Analyse modale expérimentale<br />
• Analyse de machines tournantes<br />
• Bancs d’essais<br />
m+p international Sarl<br />
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I21
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
ENTRETIEN<br />
Comment Serma veut faire<br />
de l’hydrogène un fer de lance<br />
Dans cet entretien, Francis Dupouy, directeur général et opérationnel<br />
de Serma Technologies, et Peter Herssens, directeur opérationnel de<br />
Serma Energy, expliquent comment le groupe français veut s’imposer<br />
comme un leader des essais dans le domaine de l’hydrogène.<br />
Francis Dupouy<br />
Directeur général et<br />
opérationnel de Serma<br />
Technologies<br />
Peter Herssens<br />
Directeur opérationnel de<br />
Serma Energy<br />
Au sein du groupe Serma a été pris un<br />
virage vers l’énergie, avec la création<br />
de Serma Energy. Pouvez-vous rappeler<br />
en quelques mots le rôle et les activités<br />
de cette division ?<br />
Pour bien comprendre comment nous en<br />
sommes venus là, rappelons que Serma<br />
Technologies existe depuis plus de trente<br />
ans et travaille pour le domaine de l’énergie<br />
depuis ses débuts. L’entreprise propose<br />
des analyses en laboratoires et des tests<br />
effectués sur des composants et systèmes<br />
de puissance (analyse de défaillance,<br />
analyse de construction amont, fiabilité<br />
avec plans d’évaluation et modèles associés,<br />
etc.). Tiré par les besoins des véhicules<br />
électriques et hybrides en 2007, Serma a<br />
élargi ses compétences dans le domaine<br />
en proposant des analyses et essais sur les<br />
batteries, convertisseurs de puissance et<br />
moteurs électriques (essais réalisés sur les<br />
rotors et stators de façon séparée).<br />
L’entreprise réalise des tests électriques, des<br />
essais abusifs au-delà des spécifications,<br />
Vue du laboratoire de Serma Technologies<br />
des analyses de défaillances, du conseil<br />
technologie, des plans de fiabilité, etc.<br />
Afin d’accompagner la forte croissance<br />
de la filière énergie électrique, le groupe<br />
Serma prend un virage en 2018 et investit<br />
fortement pour créer une plateforme<br />
d’expertise et d’essais dédiée aux batteries<br />
et à l’électronique de puissance. Serma<br />
Energy est ainsi le seul prestataire français<br />
à accompagner ses clients sur l’ensemble<br />
de la chaine de valeur. Elle propose aux<br />
industriels un panel complet d’essais et de<br />
certifications qualitatives et normatives.<br />
Comment s’organise cette entité du<br />
groupe ?<br />
La plateforme est organisée en trois<br />
départements : batteries (cellules, modules<br />
et packs), électronique de puissance<br />
(convertisseurs, chargeurs embarqués ou<br />
fixes) et moteurs. Elle dispose de nombreux<br />
bancs batteries (voies cellules, voies modules<br />
et voies packs), des bancs convertisseurs<br />
de puissance, des bancs pour chargeur VE<br />
et des bancs e-moteurs. Les moyens sont<br />
dimensionnés pour répondre à l’ensemble<br />
des technologies standard actuelles et<br />
futures avec des moyens pouvant dépasser<br />
des puissances de plus d’un mégawatt.<br />
L’entreprise vient en outre d’ouvrir une<br />
filiale à Valladolid en Espagne, au plus<br />
près de son client Renault et s’appuiera sur<br />
cette installation pour se développer sur<br />
le marché espagnol. En parallèle, Serma<br />
22 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
Technologies a développé ses activités sur<br />
les panneaux photovoltaïques/panneaux<br />
solaires, principalement pour le CEA INES<br />
et a recentré ses activités liées au véhicule<br />
électrique autour des test abusifs, tests<br />
électriques de petite puissance, analyses<br />
physico chimiques, fiabilité et modèles<br />
associés (HM/PH, etc.), technologie et<br />
conseil.<br />
Que représente l’hydrogène chez<br />
Serma ?<br />
C’est en 2020 que Serma a démarré de façon<br />
concrète ses activités dans l’hydrogène.<br />
Serma Technologies réalise sur piles,<br />
électrolyseurs et stacks principalement<br />
des prestations d’analyses laboratoires,<br />
d’analyses de défaillance, de conseil, de<br />
fiabilité, d’expertises physico chimiques,<br />
etc. À moyen termes, Serma Energy prévoit<br />
de développer ses activités sur des tests de<br />
systèmes complets incluant de l’hydrogène.<br />
Quelles problématiques et quels défis<br />
devront relever les industriels en<br />
matière d’hydrogène et comment allezvous<br />
les aider ?<br />
Serma accompagne les industriels sur des<br />
enjeux d’avenir : mobilité, décarbonations ;<br />
et les challenges techniques associés. Le<br />
groupe intervient tout au long du cycle<br />
de vie des produits : depuis les activités<br />
de recherche et développement jusqu’au<br />
maintien en condition opérationnelle en<br />
passant par la conception, la fabrication,<br />
l’industrialisation, etc.<br />
Spécialisé dans les secteurs à forte<br />
contrainte d’environnement, de fiabilité<br />
et de sécurité, le groupe Serma se caractérise<br />
par sa culture d’excellence technique et son<br />
réseau d’experts.<br />
Vue de la plateforme de test de Serma Energy<br />
(en jaune, le banc de test)<br />
Serma Group accompagne les concepteurs<br />
et utilisateurs de systèmes dans la maîtrise<br />
de leurs enjeux stratégiques et s’est organisée<br />
autour des cinq métiers complémentaires<br />
: l’ingénierie des systèmes embarqués,<br />
les technologies de l’électronique,<br />
la microélectronique, la sûreté et la<br />
cybersécurité des systèmes, sans oublier<br />
l’énergie ●<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
EN SAVOIR PLUS > Cf. article du n°146 d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong>, pp.28-30<br />
SIMULATION NUMÉRIQUE<br />
Quand la simulation se met<br />
au service de l’hydrogène<br />
Le 20 janvier dernier, Comsol,<br />
éditeur de logiciels de simulation<br />
multiphysique, a organisé un<br />
webinar au cours duquel deux<br />
experts sont revenus sur les<br />
problématiques communes<br />
des industriels impliqués dans<br />
l’hydrogène. L’occasion pour la<br />
rédaction d’<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong><br />
de revenir sur l’implication de la<br />
simulation numérique dans les<br />
développements de produits liés<br />
à une énergie pleine d’avenir.<br />
«<br />
La simulation au service de la filière hydrogène ». L’intitulé du webinar du 20 janvier<br />
dernier était on ne peut plus clair. Face à l’émulation du marché depuis près de deux<br />
ans, de nombreux acteurs industriels se sont lancés dans l’aventure (quand ils n’y<br />
étaient pas déjà) et se trouvent confrontés à de nombreuses interrogations. Parmi elles,<br />
comment optimiser les performances des piles à combustibles et des électrolyseurs ?<br />
Comment dimensionner les moyens de stockage et de transport de l’hydrogène ? Ou<br />
encore, comment s’assurer de la sécurité des installations en fonctionnement ? Mécanique<br />
des structures, mécanique des fluides, thermique, électrochimie sont quelques-unes<br />
des physiques impliquées dans ces applications, avec parfois une nécessaire prise en<br />
compte des couplages multiphysiques.<br />
Pour un éditeur comme l’Américain Comsol, qui développe et distribue son logiciel<br />
phare Comsol Multiphysics, l’hydrogène prend de plus en plus d’importance, même si,<br />
comme le souligne Sébastien Kawka, responsable du groupe Applications chez Comsol<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I23
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
dans l’hydrogène – et dont les équipes fraichement constituées<br />
découvrent ce domaine si particulier.<br />
ALLER TOUJOURS PLUS LOIN DANS LA<br />
CONNAISSANCE DE L’HYDROGÈNE ET DE SON IMPACT<br />
De plus en plus d’applications nécessitent aujourd’hui l’usage<br />
de la simulation numérique. « C’est le cas notamment d’un de<br />
nos clients qui était confronté à des risques de casses mécaniques<br />
lors de l’introduction d’hydrogène. Avec notre logiciel Comsol<br />
Multiphysic, il est parvenu à simuler l’impact du gaz sur l’acier et le<br />
comportement de l’équipement ». Autre exemple, dans le domaine<br />
du stockage géologique de l’hydrogène cette fois, la simulation a<br />
permis de modéliser le sol afin de déterminer s’il était en mesure<br />
d’absorber et de stocker le gaz à injecter.<br />
France, « une partie de nos clients travaille dans ce domaine depuis<br />
longtemps. Toutefois, la nouveauté réside dans le fait qu’ils font<br />
face à des problématiques techniques de plus en plus complexes ».<br />
En effet, la dynamique que rencontre ce marché en plein essor<br />
fait que les connaissances progressent désormais plus vite et que<br />
chacun est à la recherche du moindre gain d’optimisation ; « on<br />
repousse continuellement les limites, en particulier dans les piles<br />
à combustible et les électrolyseurs, des procédés déjà complexes en<br />
soi mais dont on tend encore à optimiser l’espace, l’efficacité et le<br />
rendement, d’où le recours croissant à la simulation numérique ».<br />
C’est le cas à la fois des jeunes sociétés ou start-up se lançant<br />
dans l’aventure mais qui ont peu de connaissances en matière de<br />
simulation, ou à l’inverse, de grands industriels qui démarrent<br />
Pour ce faire, le logiciel Comsol Multiphysics se révèle<br />
particulièrement complet pour répondre aux multiples défis<br />
des industriels, « en raison notamment de sa versatilité (qui<br />
en fait un outil pouvant être utilisé dans un maximum de<br />
configurations différentes et pas restreint à un cadre d’utilisation),<br />
de son ergonomie (prise en main rapide) et naturellement de<br />
son caractère multiphysique ; parmi les modules phares, notons<br />
par exemple le CFD qui permet de simuler les écoulements<br />
monophasiques et multiphasiques ou encore le module de<br />
quantification des incertitudes de mesure, prenant en compte<br />
des tolérances de quelques microns sur des catalyseurs par exemple<br />
en production ». Autre aspect important, la qualité du support<br />
technique permettant aux utilisateurs « de nous faire part de<br />
leurs projets afin qu’on les accompagne au mieux » ●<br />
Olivier Guillon<br />
24 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
DOSSIER<br />
TECHNOLOGIE<br />
La mesure du taux de bulles<br />
au service de la sécurité<br />
de l’hydrogène<br />
Dans cet article, Alain Bruère, expert en mesure capacitive au sein de la société toulousaine AllianTech, revient<br />
sur le phénomène de formation de cavitation (ou de bulles) lors du passage d’un liquide sous pression dans une<br />
canalisation… et surtout sur les moyens de mesurer le taux de bulles notamment lorsque le liquide en question<br />
sert à alimenter un moteur.<br />
Alain<br />
Bruère,<br />
expert en<br />
mesure<br />
capacitive<br />
au sein de<br />
la société<br />
toulousaine<br />
AllianTech<br />
Un liquide sous pression circulant dans<br />
une canalisation est toujours soumis au<br />
phénomène de cavitation (formation de<br />
bulles de vapeur). Lorsque le liquide<br />
est de type cryogénique, celui-ci peut être accentué<br />
par un gradient de température. Ce phénomène de<br />
bulles diffère selon que le fluide circule dans une<br />
canalisation verticale ou horizontale. Dans le premier<br />
cas, la taille et la forme des bulles varient beaucoup,<br />
mais le plus souvent, elles sont quasi-sphériques<br />
et beaucoup plus petites que le diamètre du tube.<br />
Contrairement au cas du canal vertical, le flux<br />
de bulles dans le canal horizontal est fortement<br />
influencé par la force de gravitation. En raison<br />
de la flottabilité, les bulles sont dispersées dans le<br />
liquide avec une concentration plus élevée dans la<br />
moitié supérieure du canal. Ce régime se produit<br />
généralement à des débits plus élevés, car à des<br />
débits plus faibles, la force de gravité tend à drainer<br />
l’anneau liquide vers le bas du canal, ce qui<br />
entraîne un écoulement stratifié.<br />
LA NÉCESSITÉ DE CONTRÔLER LA<br />
PROPORTION DE BULLES<br />
Ce phénomène revêt une importance particulière<br />
lorsque le fluide sert à alimenter un moteur<br />
cryogénique ou la turbomachine d’un aéronef.<br />
En effet, la quantité d’énergie contenue dans une<br />
bulle de vapeur est très faible comparé à celle<br />
du liquide. Aussi, si la quantité de bulles atteint<br />
un certain seuil, la force propulsive du moteur<br />
va trop diminuer, ce qui peut avoir des conséquences<br />
catastrophiques. Il est donc important<br />
de pouvoir contrôler la proportion de bulles.<br />
Le taux de bulles peut aussi perturber un processus.<br />
Cela est par exemple le cas lors du transfert<br />
de liquide cryogénique (LOx, LH2, LN2, CO2)<br />
d’un réservoir vers un autre. Après la phase de<br />
mise en température, ou l’écoulement est purement<br />
gazeux, la phase transitoire diphasique<br />
liquide gaz se met en place pour tendre vers le<br />
régime complètement liquide. Le contrôle du<br />
débit permet alors d’atteindre et de maintenir ce<br />
régime avec un minimum de bulles. D’où l’intérêt,<br />
également dans cette situation, de pouvoir<br />
contrôler la proportion de bulles.<br />
UNE SOLUTION ORIGINALE POUR<br />
QUANTIFIER LA PRÉSENCE DE BULLES<br />
Se pose alors le problème du moyen à mettre en<br />
œuvre pour quantifier la présence de bulles. On<br />
peut songer à un débitmètre mais celui-ci sera<br />
inopérant pour les faibles quantités de bulles.<br />
Afin de répondre à cette problématique la société<br />
Alliantech a proposé une solution originale<br />
reposant sur l’utilisation du principe capacitif.<br />
Les liquides évoqués précédemment étant des<br />
isolants, ceux-ci sont caractérisés, sur le plan<br />
électrique, par leur constante diélectrique relative.<br />
Si, entre deux électrodes, on place un milieu<br />
diélectrique, la capacité formée sera directement<br />
proportionnelle à cette constante. Or, entre un<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I25
DOSSIER<br />
liquide et une bulle de sa vapeur, la constante diélectrique est<br />
différente (elle est plus élevée pour le liquide). Donc, quand<br />
un écoulement contient des bulles, la capacité décroit par<br />
rapport à la valeur en leur absence.<br />
Comme les canalisations dans lesquelles<br />
ces fluides circulent sont métalliques, cela<br />
peut constituer la première armature du<br />
condensateur. Il suffit alors de placer une<br />
autre électrode dans l’écoulement pour<br />
obtenir un condensateur. Autant cette<br />
description semble correspondre à un<br />
capteur très simple dans sa réalisation,<br />
il ne faut pas perdre de vue que mesurer<br />
une capacité de faible valeur (typiquement autour de 1 pF) dont<br />
l’une des armatures est réunie « à la masse » n’est pas simple.<br />
Grace à son expérience, Alliantech dispose aujourd’hui d’une<br />
technologie maitrisée déjà déployée chez les grands motoristes<br />
aéronautiques et spatiaux. Voir Schéma ci-dessus.<br />
De manière à délimiter avec précision le volume de mesure,<br />
l’électrode de mesure se prolonge à ses 2 extrémités par un<br />
anneau de garde. À taux de bulle donné, la vitesse d’écoulement<br />
du fluide est sans influence sur la valeur mesurée (hors<br />
régime turbulent).<br />
Photo 1<br />
Alliantech dispose d’une<br />
technologie originale<br />
permettant de réaliser<br />
des mesures dans les<br />
écoulements diphasiques<br />
Une autre possibilité consiste à mettre la seconde électrode<br />
à la suite de la première et en mettant à profit ce que l’on<br />
nomme en électrostatique les « effets de bord ». L’avantage<br />
de cette conception réside dans le fait qu’il n’y a aucune électrode<br />
placée dans l’écoulement, ce qui<br />
évite totalement les pertes de charge.<br />
La photo 2, ci-dessous illustre cette<br />
conception.<br />
Alliantech dispose ainsi d’une technologie<br />
originale grâce à laquelle il est<br />
possible de réaliser des mesures de taux<br />
de bulles dans les écoulements diphasiques.<br />
Sa souplesse d’emploi permet<br />
de l’adapter à différents types de liquides isolants, depuis les<br />
températures cryogéniques jusqu’à plus de 120°C et utilisable<br />
sur des canalisations dont le diamètre peut aller de moins de<br />
10 mm à plus de 100mm ●<br />
Alain Bruère (AllianTech)<br />
L’avantage de ce capteur réside dans sa simplicité. Toutefois, il<br />
est limité par le rapport maximal entre le diamètre de l’électrode<br />
centrale et celui de l’électrode externe. Malheureusement,<br />
une bulle de taille donnée n’a pas le même effet capacitif selon<br />
qu’elle se situe près du centre ou à l’extérieur. Cela introduit<br />
une non linéarité qui ne peut être réduite qu’en multipliant le<br />
nombre d’électrodes internes. La photo ci-dessous illustre ce<br />
type de géométrie (diamètre de la canalisation = 120 mm).<br />
Voir photo 1, ci-dessus.<br />
Photo 2<br />
26 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
Suivez efficacement les biens<br />
grâce à des solutions RFID personnalisées<br />
L’étiquetage RFID permet à l’Industrie 4.0 d’améliorer l’efficacité de l’identification et la gestion<br />
des composants, produits, machines et outils.<br />
Des gains d’efficacité générés par l’identification RFID peuvent être réalisés à différents niveaux<br />
d’une entreprise, de la fabrication, la partie logistique et ce jusqu’à la livraison au client final.<br />
Avec son expertise globale reconnue en matière d’identification, Brady propose des solutions<br />
RFID personnalisées qui permettent de résoudre les problèmes de traçabilité pour ses clients.<br />
Nous pouvons vous aider à<br />
trouver la bonne combinaison<br />
de produits pour répondre à vos<br />
besoins d’identification.<br />
Contactez-nous pour<br />
discuter de vos besoins !<br />
BRADY GROUPE SAS<br />
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ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I27
DOSSIER<br />
USINE 4.0<br />
Le groupe<br />
6Napse innove<br />
pour garantir<br />
la qualité de<br />
production<br />
La qualité et la sécurité sont des enjeux majeurs<br />
pour les usines et unités de production industrielles.<br />
De la mesure acoustique et vibratoire sur machine,<br />
à l’analyse de l’origine d’une défaillance, en passant<br />
par l’apport de nouvelles solutions, le groupe 6Napse<br />
accompagne le futur des lignes de production.<br />
L’arrivée depuis quelques années de machines automatisées<br />
sur les chaînes de production a amené son lot de<br />
questionnements. La tenue mécanique dans le temps de<br />
ces outils et les potentiels risques sur une augmentation de la<br />
cadence de production inquiètent les industriels. En effet, les<br />
bruits et vibrations générées peuvent créer une gêne pour les<br />
opérateurs mais aussi causer un risque de disfonctionnement.<br />
« Pour garantir une meilleure durabilité des machines et accompagner<br />
les enjeux de santé au travail (QHSE / CHSCT), le 6Napse<br />
réalise des mesures de bruit et des vibrations, assure Nicolas<br />
Merlette, responsable du Cevaa, au sein du groupe. Il intervient<br />
à la fois lors de la phase de conception des machines mais aussi<br />
dès lors que les machines sont déjà opérationnelles. »<br />
Le contrôle des machines passe par des mesures vibratoires et<br />
acoustiques. En menant des essais sur machine, les équipes de<br />
6Napse caractérisent les matériaux et font des préconisations<br />
de choix de matière. En outre, elles utilisent aussi la simulation<br />
numérique pour recréer les phénomènes et les comprendre.<br />
Ainsi, le but est de déterminer si les phénomènes vibratoires ont<br />
un impact sur la fiabilité de la machine (défaut, casse).<br />
DES SOLUTIONS POUR L’INDUSTRIE 4.0<br />
Afin d’atténuer le bruit généré par la machine, le groupe crée<br />
des solutions d’amortissement vibratoire ou encore des caissons<br />
d’absorption acoustiques sur mesure. Ces nouvelles solutions<br />
présentent un intérêt particulier pour les industriels de tous<br />
horizons afin de garantir la sécurité sur les lignes de production et<br />
protéger leur machine d’un vieillissement mécanique prématuré.<br />
En outre, lorsqu’une défaillance est constatée sur la chaîne de<br />
production, les équipes mènent l’enquête avec ses outils d’analyse<br />
matériaux. Ainsi, l’origine du problème matière n’est plus un<br />
secret, qu’il s’agisse d’une casse, un défaut process ou un changement<br />
d’état de matière non souhaité (analyse fractographique,<br />
expertise de corrosion).<br />
MAÎTRISER LA QUALITÉ DES PRODUITS EN FIN DE<br />
CHAÎNE<br />
La hausse des cadences de production nécessite pour des industriels<br />
de garantir et d’assurer une maitrise totale sur la qualité des<br />
produits sortant des chaines de production. À ce titre, 6Napse<br />
développe des moyens de contrôles simples et rapides à destination<br />
des opérateurs pour valider, par des technologies, les produits<br />
finis. Directement intégrés aux lignes de production, ces bancs<br />
de tests en fin de chaîne sont conçus sur-mesure, fabriqués et<br />
assemblés par les équipes du groupe. Dès lors, les pièces sont<br />
vérifiées en fin de montage-assemblage et en fin de production<br />
pour contrôler leur bonne fabrication ●<br />
Pierre Weber<br />
28 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
DOSSIER<br />
SOLUTION<br />
Mieux contrôler la présence<br />
d’un taraudage sur une pièce avant<br />
les phases d’assemblage<br />
Développé il y a une quinzaine d’années par la société Kaman, le ThreadChecker n’est apparu discrètement sur le<br />
marché français que depuis cinq ans. Mais peu de temps avant la crise de 2020, cet outil de contrôle de taraudage a<br />
connu un important succès auprès des industriels, en particulier dans l’automobile. Explications.<br />
Mise au point par le fabricant Américain Kaman<br />
spécialisé dans le domaine des capteurs de déplacement<br />
et distribué par la société PM Instrumentation, le<br />
ThreadChecker est un outil de mesure permettant de contrôler<br />
la présence d’un taraudage sans contact avec la pièce, que ce<br />
soit en cours de production ou en bout de ligne.<br />
Techniquement, cet appareil comporte une sonde de mesure<br />
que l’on vient introduire dans le trou à vérifier. Munie d’un<br />
capteur, cette sonde est étanche et peut être utilisée sur tout type<br />
de matériau (aluminium, cuivre, acier ou fonte), ainsi que dans<br />
le liquide de coupe. « La fonction première du ThreadChecker<br />
consiste, sur une pièce ou un élément de sous-ensemble doté<br />
d’un grand nombre de trous, de vérifier que tous les trous ont<br />
bien été taraudés, rappelle Jean-Luc Barette, directeur technique<br />
de PM Instrumentation. Cet appareil présente un intérêt<br />
particulier pour mener un contrôle sur des pièces non planes<br />
ou aux géométries complexes telles que des alternateurs, des<br />
pompes à eau ou encore des moteurs de voiture avant d’être<br />
envoyées en production ou à l’assemblage. »<br />
Focus sur les<br />
caractéristiques<br />
techniques du<br />
ThreadChecker<br />
• Contrôle de taraudage<br />
automatisé : présence /<br />
absence / réalisation partielle<br />
• Qualité de détection < 4 PPM<br />
• Temps de détection < 0.1 s<br />
• Utilisation sur aluminium,<br />
acier, fonte, cuivre...<br />
• 4 sondes de détection de<br />
taraudage (M5 à M14)<br />
• Apprentissage par bouton<br />
poussoir<br />
• Sonde IP67, insensible<br />
à l’huile, fluide de coupe/<br />
poussières etc...<br />
• Contrôle de taraudage par<br />
refoulement<br />
• Contrôle de taraudage par<br />
déformation<br />
• Adapté aux postes de<br />
taraudage robotisés<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I29
DOSSIER<br />
MISE EN APPLICATION CHEZ UN GRAND<br />
SOUS-TRAITANT DE L’AUTOMOBILE<br />
L’avantage est que le ThreadChecker s’adapte à toutes les<br />
géométries, mais pas seulement. En effet, cet appareil<br />
permet de contrôler en production et donc gagner un<br />
temps considérable à la fois au moment de la mesure<br />
(sans contact, grâce à une simple sonde) mais aussi en<br />
permettant de vérifier bien en amont et intervenir au bon<br />
moment. « Lorsque nos clients s’aperçoivent qu’un trou<br />
n’a pas été taraudé, cela peut considérablement retarder<br />
la production et bloquer la ligne d’assemblage, poursuit<br />
Jean-Luc Barette. Il faut en effet rechercher la pièce et<br />
son fournisseur ».<br />
De grands sous-traitants dans l’automobile utilisent<br />
notamment le ThreadChecker sur certains éléments tels<br />
que des alternateurs, démarreur ou pompe à eau. « Ce<br />
type de sous-ensemble doit faire l’objet d’un contrôle à<br />
100%. Cette vérification s’effectue grâce à un robot muni<br />
du ThreadChecker. Plusieurs dizaines de pièces – comprenant<br />
une multitude de trous – sont concernées ; les<br />
sondes, au bout desquelles un cône de champ magnétique<br />
est noyé dans la matière, descendent dans les trous. Une<br />
fois le contrôle effectué, un signal “bon” ou “mauvais”<br />
apparaît, cette information peut être directement traitée<br />
par le contrôle ».<br />
ENTRETIEN<br />
Quand l’IA se mêle<br />
On parle de plus en plus d’intelligence<br />
artificielle (ou « IA ») associée au contrôle de<br />
la production. Mais qu’entend-t-on réellement<br />
par « intelligence artificielle » ? Et en quoi<br />
peut-elle être un atout dans les opérations<br />
de contrôle qualité ? La réponse avec Vincent<br />
Noblet, responsable commercial de la<br />
jeune société Psycle Research, implantée à<br />
Compiègne.<br />
Le logiciel Interact permettant d’annoter les photos<br />
Quand et à partir de quel constat a été créée la société<br />
Psycle Research ?<br />
Outre la rapidité d’exécution, la répétabilité des opérations<br />
semble avoir séduit les sous-traitants. Ce retour d’expérience<br />
devrait, dans les mois qui suivent, convaincre<br />
d’autres industriels en particulier chez les équipementiers,<br />
fournisseurs d’accessoires industriels ou encore<br />
les intégrateurs ●<br />
Olivier Guillon<br />
L’idée « Psycle Research » est née à l’été 2017 et la société existe<br />
officiellement depuis décembre 2017. Le constat était le suivant :<br />
de très grandes entreprises innovent toujours plus et déploient<br />
des technologies très avancées (notamment les Gafam). Un fossé<br />
se crée alors entre les entreprises qui suivent le mouvement et<br />
celles qui, par choix ou par contrainte, n’en tirent pas parti (en<br />
particulier sur le domaine de l’intelligence artificielle).<br />
Psycle Research a pour objectif de rendre opérationnelles et<br />
simples d’utilisation des technologies récentes pour un secteur<br />
en retard et pourtant tellement critique pour notre économie :<br />
l’industrie manufacturière.<br />
30 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
de contrôle qualité...<br />
La mallette contenant<br />
le produit Kit Vision<br />
(caméra + éclairage<br />
+ nano-pc + tablette)<br />
Comment, au sein de votre société, définit-on l’intelligence<br />
artificielle ? Sur quoi repose cette technologie ?<br />
Psycle Research conçoit, développe et commercialise des systèmes<br />
de contrôle qualité pour l’industrie (directement intégrés sur<br />
des lignes de production) via l’intelligence artificielle. C’est un<br />
ensemble d’outils d’apprentissage pour reconnaitre, en temps<br />
réels, les défauts d’aspects que la vision traditionnelle ne peut pas<br />
reconnaitre. Ceux-ci reposent sur des réseaux de neurones liés à<br />
des données (images) annotées par des humains.<br />
À quoi peut-elle servir dans les domaines contrôle qualité de<br />
la production ?<br />
Sur les lignes de production françaises passent, chaque jour,<br />
des millions de produits. Cette masse constitue une véritable<br />
source de connaissances et d’expertise sur laquelle l’industrie<br />
se doit de capitaliser. L’IA permet de « garder en mémoire » les<br />
différents types de défauts auparavant observés afin d’automatiser<br />
les contrôles. De plus, en reliant les informations d’un produit<br />
à sa qualité, ainsi qu’à l’état des machines environnantes, nous<br />
sommes capables de détecter des fonctionnements anormaux<br />
pour ensuite permettre à l’industriel de les corriger, voire de les<br />
anticiper (cf. maintenance prévisionnelle).<br />
Plus précisément, à quelles problématiques les techniciens<br />
chargés du contrôle qualité sont-ils confrontés et<br />
comment vos outils d’intelligence artificielle répondent-ils<br />
concrètement à celles-ci ?<br />
Deux options se présentent. Premier cas, l’industriel ne possède<br />
pas d’outil de contrôle automatisé : ce sont alors des collaborateurs<br />
qui ont pour mission de détecter des défauts directement sur ligne.<br />
Autant dire qu’avec des cadences toujours plus élevées, il s’agit<br />
d’une tâche très complexe, épuisante et peu efficace. Nos outils<br />
d’intelligence artificielle facilitent le quotidien de ces opérateurs<br />
pour leurs filtrer la majorité des cas et leurs laisser analyser les<br />
produits qui demandent une réelle expertise. Ils peuvent donc se<br />
concentrer sur des tâches à plus haute valeur ajoutée.<br />
Second cas de figure, l’industriel<br />
dispose déjà d’outils de<br />
contrôle automatisé en place<br />
: depuis des années, la vision<br />
traditionnelle a conquis une<br />
bonne part du marché. Néanmoins,<br />
celle-ci étant basée sur<br />
des règles visuelles statiques<br />
de contrôle, les techniciens se<br />
doivent de régler constamment<br />
les systèmes où ces réglages<br />
définiront les performances<br />
du contrôle. Notre technologie<br />
permet de s’abstraire de tous<br />
les paramètres non pertinents<br />
Exemple d’installation pour faisabilité avant<br />
industrialisation<br />
(l’intelligence artificielle exploite, en effet, le « Deep Learning »)<br />
pour le contrôle et dépasse les attentes des collaborateurs pour<br />
une analyse plus précise et évolutive avec la production (facilité<br />
d’ajouter de nouvelles références).<br />
Avez-vous des exemples concrets à nous citer ?<br />
Nous avons installé, entre autres, des systèmes dans des sociétés<br />
industrielles telles que BIC et Babynov. À titre d’exemple, chez<br />
Babynov, nous avons automatisé à 100% un point de contrôle sur<br />
ligne de production de boîtes de conserves, afin de détecter les<br />
déformations éventuelles. Chez BIC cette fois, plusieurs systèmes<br />
au sein du laboratoire de qualification permettent d’analyser la<br />
qualité des encres.<br />
Les gains de nos solutions ainsi installées sont multiples. Sur<br />
certains sujets nous atteignons des analyses 120x plus rapide par<br />
rapport aux contrôles manuels, 10% de réductions des arrêts de<br />
ligne, une hausse de 99,97% de performances (trois produits sur<br />
10 000 non éjectés) et quarante produits analysés par seconde ! ●<br />
Propos recueillis par Olivier Guillon<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I31
DOSSIER<br />
ÉTUDE DE CAS<br />
Expédition et installation<br />
d’appareils médicaux<br />
extrêmement efficaces<br />
grâce aux étiquettes RFID<br />
Un fabricant de machines souhaitait améliorer le niveau de service client tout en réduisant les coûts.<br />
L’entreprise recherchait un partenaire pour mettre en œuvre une solution garantissant des livraisons<br />
d’appareils médicaux complètes et rapides, et accélérant l’installation dans les hôpitaux. Comment Brady a<br />
relevé le défi ? La réponse dans cette étude de cas complète.<br />
déchargés plus efficacement car les étiquettes<br />
RFID et le logiciel personnalisé indiquent<br />
l’emplacement d’installation de leur contenu.<br />
Les installateurs peuvent ainsi organiser<br />
efficacement les boîtiers de composants à leur<br />
déchargement. Via le logiciel, l’étiquette RFID<br />
sur chaque boîtier informe les installateurs<br />
de l’ordre d’installation correct. Les alertes<br />
de proximité permettent de localiser le plus<br />
petit des boîtiers de composants nécessaires<br />
pour installer de façon rapide et décisive le<br />
nouvel appareil médical de l’hôpital.<br />
Brady a collaboré avec un partenaire<br />
pour présenter une solution<br />
logistique complète et efficace<br />
basée sur la technologie RFID.<br />
Brady a proposé des étiquettes RFID et des<br />
solutions d’impression et de programmation<br />
RFID, et notre partenaire a fourni un logiciel<br />
personnalisé et des scanners.<br />
Brady a sélectionné son étiquette RFID<br />
L-2588-26B et l’a personnalisée au format<br />
A5 souhaité. Une incrustation RFID adaptée<br />
offrant une distance de lecture jusqu’à 10<br />
mètres a été intégrée et chaque étiquette a été<br />
équipée d’un adhésif acrylique. Les étiquettes<br />
peuvent être programmées et imprimées<br />
par le client avec les solutions d’impression<br />
et de programmation RFID fournies par<br />
Brady. Les étiquettes sont ajoutées à chaque<br />
boîtier de composant d’appareil médical<br />
lorsqu’il est collecté dans l’entrepôt du<br />
fabricant de machines. Ainsi, la ligne de<br />
visée n’est plus nécessaire pour identifier<br />
chaque composant, et l’identification est<br />
possible à une plus grande distance.<br />
Les portails de lecture RFID contrôlent<br />
chaque boîtier de composant par rapport<br />
aux bordereaux de chargement dans le<br />
système ERP de notre client. Les composants<br />
incorrects sont alors facilement filtrés. Le<br />
système indique également toute pièce<br />
manquante et confirme l’intégralité d’une<br />
livraison.<br />
À l’arrivée chez l’utilisateur final ou partout<br />
dans la chaîne logistique, l’intégralité du<br />
chargement est rapidement contrôlée en<br />
faisant le tour du camion avec un lecteur<br />
RFID. Les boîtiers de composants sont<br />
RÉSULTATS : INSTALLATION<br />
PLUS RAPIDE DES APPAREILS<br />
MÉDICAUX GRÂCE À<br />
DES ÉTIQUETTES RFID<br />
PERSONNALISÉES<br />
Les appareils médicaux peuvent désormais<br />
être installés plus rapidement dans les<br />
hôpitaux grâce à la technologie RFID.<br />
La garantie de l’intégralité des livraisons<br />
des boîtiers de composants d’appareils<br />
médicaux à tout hôpital du monde entier<br />
permet d’améliorer l’efficacité logistique. Les<br />
installateurs n’ont plus besoin de visualiser<br />
des centaines de boîtiers de composants<br />
et peuvent désormais s’appuyer sur la<br />
détection de proximité basée sur un logiciel<br />
personnalisé, des scanners RFID et des<br />
étiquettes RFID imprimables sur site ●<br />
EN SAVOIR PLUS > www.brady.fr<br />
32 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
MESURES<br />
TECHNOLOGIE<br />
Une solution pour optimiser<br />
la vibrométrie laser 3D<br />
Dans cet article tiré d’une intervention lors d’Astelab 2021, la<br />
société HGL Dynamics présente une solution permettant de<br />
résoudre les défis que posent les instruments actuels en matière<br />
de vibrométrie laser 3D.<br />
Exemple de cas réel avec une table vibrante excitant<br />
en horizontal et le laser en vertical se déplaçant en<br />
horizontal par un bras articulé<br />
Dans le cas de l’étude vibratoire<br />
des structures, même si<br />
excitation se fait à l’aide un<br />
excitateur dynamique dans<br />
une seule direction, la réponse s’obtient<br />
aussi dans les autres directions. Prenons<br />
l’exemple d’une équerre qui excitée<br />
verticalement aura une déformation<br />
horizontale. Pour se rapprocher des<br />
conditions d’excitations forcées de la<br />
structure, plusieurs excitateurs sont<br />
utilisés. Ce mode est appelé MIMO –<br />
multi-entrées / multi-sorties.<br />
PRINCIPE DE LA MESURE<br />
Afin de mesurer les réponses de la<br />
structure dans les trois directions<br />
cartésiennes, il existe deux méthodes<br />
principales : l’accéléromètre triaxial<br />
Ce second exemple montre deux excitateurs produisant<br />
des déplacements verticaux via trois têtes<br />
Le principe est de disposer<br />
de trois têtes laser<br />
avec un angle entre elles<br />
lié à la distance du point<br />
de mesure<br />
et le capteur vibromètre laser sans<br />
contact 3D. Le premier présente un<br />
faible coût mais des inconvénients tels<br />
que son implantation intérieure de la<br />
structure, l’influence de la masse sur<br />
les résonances, une fixation rigide et un<br />
mode en multipoints difficile. Concernant<br />
le vibromètre 3D, si la masse n’a pas<br />
d’influence et le mode en multipoints<br />
est facile, son coût est important et le<br />
logiciel s’avère complexe.<br />
La solution présentée par HGL Dynamics/<br />
Julight permet de réduire les coûts avec<br />
l’utilisation d’une électronique de semiconducteur.<br />
De plus, elle apporte une<br />
bonne réflexion de surface avec l’infrarouge…<br />
notamment.<br />
LE CAPTEUR<br />
Le principe est de disposer de trois têtes<br />
laser avec un angle entre elles lié à la<br />
distance du point de mesure. L’électronique<br />
reconstruit les vecteurs cartésiens par<br />
projection sur le repère. Le calcul est<br />
assez simple par cosinus sinus. De plus,<br />
la solution d’acquisition et logicielle permet<br />
l’utilisation du matériel existant du client<br />
généralement équipé d’acquisition et de<br />
logiciel d’analyse modale.<br />
Dans cet exemple, la géométrie est<br />
synchronisée avec l’analyseur piloté<br />
par le logiciel d’analyse modale. Le<br />
déplacement des points est donc manuel<br />
pour une économie de matériel mais il<br />
existe l’option « Scanner » pour balayer<br />
en automatique les points ●<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I33
MESURES<br />
SOLUTION<br />
Un module d’acquisition compact,<br />
durci, autonome et connecté<br />
Dans la perspective d’offrir au<br />
marché une solution alliant<br />
le meilleur de la mesure et<br />
le meilleur des solutions<br />
d’acquisition électronique<br />
que PCB Piezotronics s’est<br />
associé à Safran Data System<br />
pour proposer une solution<br />
numérisée, agrégeant les<br />
données capteurs au niveau<br />
des points de mesure sans<br />
perte de qualité.<br />
Étapes de conception du produit<br />
L’IoT ouvre la voie à de<br />
nombreuses nouvelles<br />
technologies (par exemple, sans<br />
fil ou à faible consommation),<br />
pendant que l’électronique continue<br />
de gagner en performance tout en<br />
réduisant consommation électrique et<br />
encombrement. Inspiré par les retours de<br />
la communauté des essais en vol, Safran<br />
Data Systems a étudié un concept universel<br />
multi-applicatif, et au facteur de forme<br />
alternatif au boîtier parallélépipédique.<br />
Les principaux moteurs du processus<br />
d’exploration, présentés ci-après, étaient :<br />
faciliter l’installation, faciliter les opérations<br />
quotidiennes et minimiser l’intrusion des<br />
unités d’acquisition de données. Ce concept<br />
se nomme HeimSmall S1.<br />
Concevoir des plaques et supports<br />
mécaniques de montage spécifiques pour<br />
installer les appareils dans le véhicule<br />
d’essai est coûteux, prend du temps et<br />
affecte la réactivité face aux conditions<br />
changeantes. Une forme cylindrique<br />
s’adapte bien aux connecteurs cylindriques<br />
et permet d’utiliser des supports, pinces ou<br />
sangles standard du marché déjà utilisés<br />
dans le véhicule lui-même par les ingénieurs<br />
d’essai. L’un des principaux objectifs<br />
Étapes de conception de la « cellule »<br />
était donc de proposer une architecture<br />
qui offre toute la polyvalence attendue et<br />
répond à des besoins uniques. Le concept<br />
de « brique de construction », basé sur<br />
des cellules cylindriques accueillant les<br />
composants électroniques, permet ainsi<br />
au produit d’être modulaire et polyvalent.<br />
Son montage/démontage complet est simple<br />
et ne nécessite aucun outil.<br />
Garder l’appareil aussi petit que possible<br />
était une lourde contrainte. Le juste milieu<br />
entre la volonté de réduction d’échelle et<br />
le type de fonctionnalités à intégrer dans<br />
l’appareil a conduit à un diamètre optimal<br />
d’environ 24 mm.<br />
PRINCIPE DE FONCTIONNEMENT<br />
Le produit se compose de plusieurs types de<br />
cellules. Les cellules d’acquisition hébergent<br />
le frontal de conditionnement du signal<br />
analogique (AFE) et le convertisseur<br />
analogique-numérique (ADC). Une<br />
cellule optionnelle de stockage de données<br />
peut être ajoutée dans l’appareil. La<br />
source d’énergie peut être de différents<br />
types : interne avec batterie (de la pile<br />
bouton AA au 18650) ou externe via<br />
Power over Ethernet (PoE). La cellule de<br />
traitement et de liaison de données gère les<br />
communications et la synchronisation avec<br />
le système d’essai en réseau pouvant être<br />
constitué d’autres HeimSmall S1 ou d’autres<br />
briques matériels d’instrumentation<br />
de Safran Data Systems, ou bien un<br />
appareil mobile (PC, tablette etc.) via des<br />
communications filaires ou sans fil.<br />
Par ailleurs, le produit possède la capacité<br />
34 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
MESURES<br />
Concept HeimSmall S1<br />
dans un système de test en réseau<br />
d’auto-découverte et d’auto-configuration,<br />
suivant le comportement par défaut<br />
sélectionné par l’utilisateur (par exemple,<br />
performances maximales, meilleure gestion<br />
de l’énergie…).<br />
Du point de vue de l’architecture, il est<br />
possible d’utiliser un seul HeimSmall<br />
S1 indépendant, ou bien un nombre<br />
illimité connectés avec ou sans fil afin<br />
de bâtir un nouveau type d’architecture<br />
distribuée et mobile. Il est aussi possible<br />
d’utiliser HeimSmall S1 comme extension<br />
d’un système existant, par exemple en<br />
modification de dernière minute pour<br />
aller chercher des voies supplémentaires<br />
pour compléter un plan de mesure.<br />
DES GAINS RÉELS DANS LES<br />
ACTIVITÉS D’INSTRUMENTATION,<br />
DE TEST ET DE CERTIFICATION<br />
Cette stratégie n’est pas anodine. Il a fallu<br />
capitaliser sur des décennies d’expérience<br />
dans l’innovation et le développement de<br />
systèmes d’instrumentation, imaginer de<br />
nouvelles solutions et de nouveaux usages<br />
avec les acteurs de l’instrumentation,<br />
penser les systèmes et les architectures<br />
d’une manière nouvelle, développer<br />
une nouvelle approche modulaire de<br />
l’électronique 3D, rechercher les meilleures<br />
technologies basse consommation, et<br />
sans fil du monde de l’IoT et les adapter<br />
à l’environnement de l’instrumentation<br />
pour les essais et la mesure.<br />
Nos études et nos tests réalisés dans les<br />
laboratoires et le Paris Training Center<br />
de Safran Data Systems (aux Ulis,<br />
dans l’Essonne), ainsi que dans des<br />
environnements réels, démontrent que cette<br />
nouvelle approche de la conception et de<br />
l’utilisation (unité d’acquisition de données<br />
au plus près du capteur, pas de modification<br />
des structures, réaction immédiate,<br />
dépannage en direct, auto-configuration,<br />
plug and play, reconfiguration rapide...)<br />
génère de réels gains dans les activités<br />
d’instrumentation, de test et de certification.<br />
Le concept global HeimSmall S1 a d’ailleurs<br />
fait l’objet d’un brevet ●<br />
Ghislain Guerrero et Adrien Fustier<br />
(Safran Data Systems)<br />
MÉTHODE<br />
Mesure de champs de déplacements<br />
3D par corrélation d’images numériques<br />
Cet article met en<br />
avant l’utilisation<br />
de la corrélation<br />
d’images numériques<br />
(« DIC ou Digital Image<br />
Correlation ») dans<br />
le but de caractériser<br />
le comportement<br />
mécanique des<br />
matériaux et des<br />
structures, à travers<br />
le logiciel Simcenter<br />
Testlab de Siemens.<br />
Le développement rapide de la technologie des caméras numériques en combinaison avec<br />
la corrélation d’images numériques (DIC) offre un changement radical dans le domaine<br />
de la caractérisation du comportement mécanique des matériaux et des structures sous<br />
charge. Grâce à cette technique, il est désormais possible d’extraire la géométrie 3D et<br />
les champs de déplacement, de déformation et d’accélération sous n’importe quel chargement et<br />
pour presque tous les types de matériaux, avec une instrumentation réduite.<br />
Le logiciel Simcenter Testlab de Siemens Digital Industries Software permet l’acquisition et l’analyse<br />
d’images lors d’essais structurels pour identifier et caractériser le comportement mécanique des<br />
matériaux et des structures sous charge. La technique repose simplement sur des images numériques<br />
capturées par des caméras, aucun instrument supplémentaire n’est nécessaire pendant la mesure,<br />
à l’exception d’une source de lumière suffisante pour assurer une bonne visibilité de l’objet.<br />
Une fois la configuration calibrée, l’algorithme DIC compare toutes les images avec une image de<br />
référence et extrait les informations de forme et de déplacement dans la zone d’intérêt sur des milliers<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I35
MESURES<br />
de points de mesure et avec une résolution de mesure maximale<br />
d’environ un centième de pixel. Une fois que les déplacements sont<br />
disponibles, les déformations, les contraintes et autres grandeurs<br />
cinématiques dérivées peuvent être immédiatement calculées. Par<br />
conséquent, il est possible d’obtenir une vue détaillée du champ<br />
de déformation complet de l’objet testé au fur et à mesure que<br />
le chargement évolue, de surveiller le niveau de déformation et<br />
d’identifier les zones présentant des niveaux de contrainte critiques.<br />
La corrélation d’images numériques peut être utilisée pour tester<br />
des échantillons de matériaux et des composants mécaniques de<br />
structure dans des conditions de fonctionnement, sans limites<br />
sur leur taille, à l’exception de celles imposées par le champ de<br />
vision des caméras. Et même dans ce cas, la technologie permet<br />
de combiner les informations de plusieurs caméras.<br />
UN NOUVEAU PARADIGME DANS LES ESSAIS DE<br />
MATÉRIAUX<br />
La corrélation d’images numériques trouve son origine dans le<br />
domaine de l’ingénierie des matériaux comme moyen de résoudre<br />
les problèmes associés à l’utilisation de jauges de contrainte. Lors<br />
de la caractérisation des propriétés mécaniques d’un matériau,<br />
des échantillons de formes spécifiques sont créés et installés sur<br />
une machine d’essai. Des chargements sont alors appliqués et les<br />
propriétés mécaniques des matériaux sont identifiées en enregistrant<br />
la déformation de l’échantillon. Cependant, les jauges de contraintes<br />
n’offrent que des informations localisées sur le comportement du<br />
matériau, et à mesure que l’échantillon approche de son point de<br />
rupture, la fiabilité de la mesure du capteur diminue. En tant que<br />
technique sans contact de mesure des champs 3D, la corrélation<br />
d’images numériques surmonte toutes ces limitations, permettant<br />
à l’utilisateur de suivre le comportement de l’échantillon et de<br />
surveiller précisément la propagation des fissures jusqu’à la rupture.<br />
De plus, étant une technique sans contact, elle peut être utilisée<br />
pour tester et caractériser tout type de matériaux, du béton au<br />
polymère et des métaux aux composites, y compris des échantillons<br />
légers sur lesquels aucun capteur ne pourrait être appliqué sans<br />
impacter considérablement ses propriétés.<br />
DÉVELOPPEMENT DE JUMEAUX NUMÉRIQUES<br />
MATÉRIAUX<br />
Alors que l’industrie évolue vers une conception de produits<br />
basée sur le numérique, il est essentiel de disposer d’informations<br />
précises sur les propriétés des matériaux. De plus, la nécessité<br />
d’améliorer les performances a poussé l’industrie à développer des<br />
matériaux innovants et à tirer parti de leurs propriétés orthotropes,<br />
voire anisotropes. Être capable d’identifier ces propriétés en toute<br />
confiance à partir de données expérimentales devient crucial.<br />
Grâce à une large bibliothèque de modèles de matériaux et à<br />
la mise en œuvre de la méthode des champs virtuels (« VFM<br />
ou virtual fields method »), le logiciel offre un environnement<br />
unique pour tirer parti des résultats expérimentaux 3D et extraire<br />
les paramètres des matériaux directement à partir des données<br />
mesurées. Cela réduit considérablement le temps par rapport<br />
aux approches inverses standard basées sur l’optimisation des<br />
modèles éléments finis.<br />
ACCÉLÉRER LES TESTS DE VALIDATION DES<br />
COMPOSANTS ET DES SYSTÈMES<br />
L’un des principaux avantages de la corrélation d’images numériques<br />
est sa simplicité de mise en œuvre. Oubliez le processus long<br />
et souvent difficile pour placer avec précision des centaines de<br />
capteurs, mesurer leur position et leur orientation, gérer tous<br />
les câbles et s’assurer que la configuration des voies de mesure<br />
est correctement définie. Avec DIC, vous n’aurez besoin que de<br />
deux caméras, d’un mouchetis appliqué à la zone d’intérêt et<br />
d’une lumière artificielle pour éclairer la scène que vous souhaitez<br />
analyser. Ceci est suffisant pour fournir des milliers de points de<br />
données, auxquels les déformations et contraintes seront disponibles<br />
pour différentes conditions de charge ou de fonctionnement, et<br />
ce, que la structure d’essai soit un pilier en béton, une structure<br />
métallique, un panneau composite ou une couche de mousse<br />
pour absorber le bruit et les vibrations.<br />
36 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
MESURES<br />
Un module dédié de validation de modèle permet ensuite d’intégrer<br />
le modèle FE dans le logiciel DIC, de générer des images virtuelles<br />
correspondant aux étapes de chargement FE, puis d’appliquer aux<br />
images générées virtuellement le même traitement DIC utilisé pour<br />
les images expérimentales. Seule cette approche unique permet<br />
de comparer pleinement les mesures DIC avec les simulations FE.<br />
Les différences entre le comportement numérique et expérimental<br />
sont présentées sur un diagramme de champ de corrélation, qui<br />
met immédiatement en évidence les zones où il pourrait être<br />
nécessaire de modifier le modèle FE pour mieux correspondre<br />
à la réalité du test.<br />
MESURE DE VIBRATIONS ET ANALYSE MODALE<br />
Bien qu’historiquement, l’application principale du DIC ait été<br />
de mesurer les déformations lors de charges statiques ou quasistatiques,<br />
l’amélioration récente de la résolution et de la vitesse des<br />
caméras permet également d’utiliser cette technologie pour mesurer<br />
des vibrations 3D et de tirer parti de la nature sans contact de cette<br />
technique. Lors de la mesure des vibrations sur des composants<br />
légers, la masse des capteurs peut avoir un impact significatif sur<br />
leur réponse aux vibrations.<br />
D’autre part, des équipements complexes sont nécessaires pour<br />
mesurer les structures tournantes. DIC offre une solution simple<br />
dans les scénarios où il est difficile de fixer un capteur à la structure<br />
et de le connecter au système d’acquisition avec un câble. En outre,<br />
dans des scénarios de test plus standard, il offre une alternative<br />
pour collecter des données de vibration, en particulier lorsqu’une<br />
résolution spatiale fine est nécessaire ou que la taille de l’objet<br />
rend difficile la résolution correcte des phénomènes d’intérêt.<br />
DIC ne requiert pas nécessairement de caméra à haute vitesse<br />
pour mesurer les vibrations. Des caméras à basse vitesse plus<br />
abordables peuvent également être utilisées. Dans ce cas, une<br />
technique de rééchantillonnage automatique est utilisée pour<br />
extraire les vibrations à des fréquences supérieures à la cadence<br />
maximale des caméras.<br />
Enfin, DIC peut être utilisé pour les tests de vibrations en tant que<br />
système autonome ou en combinaison avec le matériel Simcenter<br />
Scadas. Par exemple, dans ce dernier scénario, il est possible de<br />
dériver des fonctions de réponse en fréquence (FRF) à partir<br />
des déplacements mesurés par les caméras, ou de combiner le<br />
comportement structurel global capturé avec des accéléromètres<br />
avec des informations locales 3D provenant d’un système DIC. De<br />
plus, comme la méthode DIC ne peut être utilisée que pour mesurer<br />
ce que la caméra peut voir physiquement, une configuration<br />
hybride permet une plus grande flexibilité dans la capture de<br />
toutes les informations nécessaires. Une fois les données DIC<br />
traitées, elles seront disponibles dans toutes les autres applications<br />
Simcenter Testlab, où elles pourront être utilisées pour l’analyse<br />
modale expérimentale ou opérationnelle ●<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I37
MESURES<br />
EXPERTISE<br />
Utilisation conjointe<br />
de la photogrammétrie et d’une<br />
caméra thermique pour valider<br />
et affiner les modèles prédictifs<br />
La prédiction et la vérification des déformations thermoélastiques sont des sujets particulièrement difficiles<br />
dans le domaine de l’industrie spatiale, et peu de données issues de l’expérience sont disponibles pour corréler<br />
les modèles numériques. L’ESA a initié un programme de recherche dans le cadre du TRP (Technology Resarch<br />
Program) avec l’objectif d’améliorer les méthodes associées à la validation des modèles de prédiction des<br />
déformations thermo élastiques des structures de satellite, avec en particulier la spécification d’un test dédié.<br />
Cet article se concentre sur les aspects métrologiques du test.<br />
Philippe<br />
Baussart<br />
Référent Métier<br />
Alignement Thales<br />
Alenia Space France,<br />
Philippe Baussart est<br />
spécialiste en mesure<br />
dimensionnelle par<br />
procédés optiques,<br />
responsable<br />
alignement des<br />
programmes science<br />
ESA (Planck –<br />
Herschel) et charges<br />
utiles optiques. Il<br />
assure à la fois la<br />
définition et la mise<br />
en œuvre des essais,<br />
et l’exploitation des<br />
mesures en fonction<br />
des exigences<br />
techniques exprimées<br />
par les analystes<br />
Thermique &<br />
Mécanique.<br />
En vue de collecter les données nécessaires<br />
à la corrélation de modèle et compte tenu<br />
des objectifs de précision, une attention<br />
particulière a été placée dans la collecte<br />
des champs de température et des distorsions<br />
associées. Dans ce but, il a été décidé de recourir<br />
aux techniques de mesure les plus performantes<br />
tant pour les mesures de température par imagerie<br />
infrarouge que pour les mesures de distorsion<br />
géométrique par photogrammétrie.<br />
Thales Alenia Space a une longue expérience<br />
quant à l’utilisation de la photogrammétrie et a<br />
développé un système d’acquisition en chambre à<br />
vide thermique 1 . L’ESA a proposé sa contribution<br />
à ce test en y intégrant ses propres systèmes de<br />
photogrammétrie et d’imagerie infrarouge.<br />
LES CONDITIONS DE L’ESSAI<br />
Dans ce cadre, Thales Alenia Space et l’ESA<br />
ont réalisé un test de distorsion thermique sur<br />
le Site de Cannes. Cet article décrit brièvement<br />
le test en lui-même 2 , alors que les analyses de<br />
corrélation mécaniques et thermiques sont<br />
décrites séparément dans un autre article 3 .<br />
L’objectif de l’essai était de créer une distribution<br />
en température sur un spécimen représentatif<br />
d’une structure satellite, mettant en œuvre en<br />
conditions de vide secondaire des gradients<br />
de températures. Les zones où les gradients<br />
sont appliqués sont caractérisées à l’aide de<br />
thermocouples et d’une caméra infrarouge, dans<br />
le but d’y associer les déformations induites par<br />
la photogrammétrie et les jauges de contraintes.<br />
Le spécimen de test était basé sur une plateforme<br />
satellite représentative d’une structure vol,<br />
rééquipée pour accueillir des éléments<br />
additionnels tels qu’un télescope, un mécanisme<br />
de déploiement antenne en fabrication additive<br />
(ADPM) et une structure fibre de carbone<br />
sandwich CFRP en U avec peaux aluminium.<br />
Figure 1 • Spécimen (panneau de référence +Z) et soussystèmes<br />
additionnels.<br />
38 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
MESURES<br />
L’essai a été l’occasion d’implémenter des<br />
techniques d’instrumentation aussi diverses<br />
que l’imagerie infrarouge proposée par<br />
l’ESA et les deux systèmes d’acquisition<br />
photogrammétrie proposés par Thales<br />
Alenia Space et l’ESA.<br />
Ce test est le fruit d’une intense coopération<br />
entre Thales Alenia Space et l’ESA, tant pour<br />
la préparation (définition du test, préparation<br />
du spécimen, instrumentation) que dans les<br />
phases d’exécution avec l’implication de<br />
nombreuses équipes : Structure et Analyse<br />
thermique, Assemblage et intégration test,<br />
conduite d’essais avec la participation<br />
de deux équipes de métrologie. Il a été<br />
l’opportunité de comparer les résultats<br />
/ configurations /contraintes de deux<br />
approches différentes de la photogrammétrie<br />
dans une configuration totalement dédiée<br />
et de constituer une importante base<br />
de données permettant la corrélation<br />
des modèles d’analyses mécaniques et<br />
thermiques.<br />
Figure 2 • Configuration du spécimen testé dans la chambre à vide, face au système d’acquisition<br />
photogrammétrie Thales Alenia Space (bras téléopéré et camera)<br />
LES SYSTÈMES EN PISTE<br />
Le système photogrammétrie Thales<br />
Alenia Space, qui a déjà fait l’objet d’une<br />
présentation complète dans <strong>Essais</strong> &<br />
<strong>Simulations</strong> [1] a été mis en œuvre de<br />
manière optimisée sur cet essai. Rappelons<br />
qu’il s’agit d’un système propriétaire<br />
constituée d’une caméra haute résolution<br />
InCa GSI Inc embarquée dans la chambre à<br />
vide thermique et évoluant en cercle devant<br />
l’objet de manière à multiplier les points<br />
de vue (au minimum 72). Le spécimen de<br />
test est instrumenté à l’aide de plusieurs<br />
centaines de cibles autocollantes rétroréfléchissantes,<br />
qui forment les points<br />
d’intérêt suivis en 3D (figures 2 et 3). La<br />
précision obtenue (erreur de mise à l’échelle<br />
comprise) sur les cibles par le système Thales<br />
Alenia Space est de 4µm/m/axe U95 dans<br />
le plan de l’objet et de 8µm/m U95 en<br />
profondeur, excellent résultat compte tenu de<br />
la taille du spécimen (3m x 1,5m). La durée<br />
d’acquisition, liée à la vitesse angulaire du<br />
bras puisque les images sont prises pendant<br />
sa rotation, est inférieure à 15 minutes.<br />
Figure 3 • Positions successives du canister Thales Alenia Space en rotation et exemple de rayons perspectifs<br />
obtenus sur 2 points<br />
Deuxième système photogrammétrie mis<br />
en œuvre lors de cet essai, le tout nouveau<br />
système ESA est basé sur l’utilisation<br />
de plusieurs caméras à bas coût Basler<br />
Ace acA2040-25gm. Elles abritent un<br />
capteur CMOS de 4 Mégapixels avec une<br />
fréquence d’acquisition de 25 Hz à pleine<br />
résolution, mises en œuvre simultanément.<br />
Les électroniques ont pu être placées sans<br />
canister dans la chambre en appliquant<br />
un gainage silicone compatible vide pour<br />
prévenir et contenir les phénomènes de<br />
dégazage.<br />
Un dissipateur de champ en aluminium a<br />
été intégré au gainage abritant le contrôle<br />
thermique de la caméra sous vide, alors<br />
même qu’elle est soumise à des champs<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I39
MESURES<br />
rayonnants émis par le spécimen et le<br />
moyen d’essais. Le dissipateur – relié à<br />
l’électronique via un pont thermique – peut<br />
dissiper la chaleur interne de la caméra par<br />
effet radiatif sous vide et peut être contrôlé<br />
en température par des réchauffeurs lorsque<br />
la caméra se refroidit trop. La régulation<br />
thermique de la caméra est automatique.<br />
Enfin, l’objectif est équipé d’une<br />
protection MLI (isolateur thermique multi<br />
couches) pour assurer son découplage de<br />
l’environnement et du spécimen de test,<br />
minimisant de fait l’émission de flux<br />
radiatifs de la caméra vers les parties<br />
sensibles du spécimen (mesure non<br />
intrusive). Le système est compatible avec<br />
des points d’interface mécanique soumis à<br />
n’importe quelle température comprise entre<br />
celle de l’azote liquide et +30°C environ.<br />
Le système de photogrammétrie ESA utilisé<br />
pour ce test met en œuvre huit caméras<br />
qualifiées et calibrées. Le système permet<br />
de créer une configuration dédiée avec<br />
caméras fixes dans la chambre à vide. Le<br />
recours à ce réseau de caméras fixes permet<br />
de réaliser des mesures de distorsion durant<br />
les phases de transition thermique (« mesure<br />
de la géométrie du spécimen à la volée »),<br />
les temps d’acquisition étant instantanés.<br />
Figure 4 • Photogrammétrie Thales Alenia SPACE -<br />
déformation entre cas 0 et cas 1: refroidissement de<br />
la structure, on observe une contraction globale du<br />
spécimen de test<br />
Le système ESA est un système quasi<br />
temps réel. L’exploitation de l’image et<br />
des données est confiée au logiciel Fovex<br />
Measure3D. Bien entendu, la résolution<br />
des caméras et le nombre de points de vue<br />
(x8) étant inférieurs au système Thales<br />
Alenia Space, la précision atteinte est<br />
sensiblement moindre mais reste dans ce<br />
cas suffisante, compte tenu de l’amplitude<br />
des déformées thermoélastiques générées<br />
lors de cet essai. Les mesures s’effectuent<br />
sur des dizaines de cibles communes aux<br />
deux systèmes de photogrammétrie,<br />
ouvrant la voie à des inter-comparaisons<br />
directes. Celles-ci ont clairement<br />
démontré la très bonne cohérence des<br />
résultats fournis par les deux systèmes<br />
en termes d’estimateurs de précision<br />
associés aux valeurs calculées, l’intervalle<br />
de confiance de la mesure ESA incluant<br />
la valeur plus précise de la mesure Thales<br />
Alenia Space.<br />
Enfin, la partie thermographique de l’essai<br />
a été confiée à une caméra IR Flir SC7600<br />
Medium Wave, intégrée dans un canister<br />
pour le contrôle en pression et température.<br />
Le canister est accroché en partie haute<br />
de la chambre à vide. La caméra IR a pu<br />
effectuer une acquisition toutes les 30<br />
secondes du début à la fin de l’essai. Des<br />
films time lapse en ont été tirés et ont<br />
grandement participé à la compréhension<br />
de la dissipation des flux thermiques dans<br />
le spécimen pendant l’essai.<br />
Dans ce cas précis, il n’y avait aucune<br />
possibilité de réaliser une calibration endto-end<br />
de la caméra IR. En lieu et place,<br />
la mise à l’échelle des flux thermiques<br />
mesurés a été réalisée en partant de<br />
l’émissivité du panneau de référence<br />
du spécimen (peint en noir, avec un<br />
traitement de surface connu) et en la<br />
croisant en post traitement avec les valeurs<br />
des thermocouples visibles sur ce même<br />
panneau. La valeur de l’émissivité a aussi<br />
été confirmée par une mesure spécifique.<br />
La caméra IR requiert une calibration<br />
préalable dans la gamme de température<br />
attendue. Lors de ce test où il n’était pas<br />
attendu de température inférieure à 0°C,<br />
la gamme d’étalonnage été limitée aux<br />
températures >0°C.<br />
LES ENSEIGNEMENTS DE L’ESSAI<br />
L’essai proprement dit a permis de créer<br />
une dizaine de cas thermiques en vide<br />
moléculaire. Ces cas ont consisté à injecter<br />
des gradients de 0/+50°C dans certains<br />
équipements et tout ou partie de la structure.<br />
Les effets en ont été précisément quantifiés<br />
par les mesures de photogrammétrie<br />
Thales Alenia Space en palier. Des mesures<br />
photogrammétrie ESA ont été bien sûr<br />
réalisées et exploitées en palier mais ont<br />
été principalement utilisées en transitoire.<br />
Les effets de distorsion prédits par<br />
les modèles thermiques, notamment<br />
sur le panneau de référence qui porte<br />
les équipements, n’ont pas toujours<br />
été constatés lors des mesures<br />
photogrammétrie, ce qui a soulevé de<br />
nombreuses questions. La caméra IR a<br />
permis de comprendre le phénomène :<br />
le pilotage en température qui s’est fait<br />
classiquement via 4 thermocouples au<br />
voisinage des 4 angles du panneau, n’est<br />
pas représentatif de la température d’un<br />
panneau loin d’être aussi homogène<br />
qu’espéré (figure 5). Une fois cette<br />
information intégrée dans le modèle<br />
thermique grâce aux valeurs indiquées par<br />
la caméra thermique et celui-ci réajusté,<br />
les mesures photogrammétrie ont pu être<br />
corrélées avec succès (figure 6).<br />
40 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
MESURES<br />
La photogrammétrie<br />
Thales Alenia Space<br />
a permis une modélisation<br />
fine et complète<br />
du panneau de référence<br />
et de tous les équipements<br />
intégrés avec précision<br />
Figure 5 • Cas 1, supposé être homogène à 0°C. Les flèches rouges indiquent les thermocouples utilisés pour<br />
le contrôle thermique actif. Ils sont effectivement à 0°C. Les zones en bleu foncé hors plage de calibration de la<br />
caméra sont imprécisément mesurées.<br />
Ces techniques de mesure fines et<br />
complémentaires ont permis d’améliorer<br />
la compréhension des phénomènes<br />
thermiques et des comportements<br />
thermoélastiques des structures lors de ces<br />
essais. Les gradients thermiques constatés<br />
ont été bien supérieurs à ceux prévus, et<br />
sans l’apport de la caméra IR, ils n’auraient<br />
pas pu être suffisamment caractérisés. Les<br />
données de la caméra IR sont un élément<br />
clé pour une corrélation thermique réaliste<br />
du modèle.<br />
Figures 6 • Cas 3 : un panneau aluminium monté<br />
au milieu du panneau +Z est chauffé par l’arrière<br />
à +50°C (à gauche l’image IR ESA, à droite l’image<br />
photogrammétrie Thales Alenia Space<br />
correspondante)<br />
La photogrammétrie Thales Alenia<br />
Space a permis une modélisation fine et<br />
complète du panneau de référence et de<br />
tous les équipements intégrés avec une<br />
excellente précision. Les deux techniques<br />
ont surtout apporté des données essentielles<br />
à la corrélation du modèle thermique. On<br />
retiendra surtout :<br />
• L’excellence du système photogrammétrie<br />
Thales Alenia Space pour les mesures en<br />
paliers stabilisés.<br />
• La très bonne corrélation entre les deux<br />
systèmes de photogrammétrie, une fois<br />
prise en compte leurs précisions respectives.<br />
• La versatilité et la qualité du système<br />
photogrammétrie ESA, très adapté aux<br />
phases transitoires.<br />
• La constitution d’une base de données<br />
importante pour des analyses ultérieures.<br />
Ce test a permis de réaliser une comparaison<br />
en chambre à vide entre deux systèmes de<br />
photogrammétrie très différents et de valider<br />
leurs résultats. C’est la première fois qu’une<br />
telle comparaison entre laboratoires est<br />
réalisée sur un même essai en conditions<br />
de vide thermique. Pari gagné ! ●<br />
[1] Philippe Baussart « La photogrammétrie : un procédé fiable<br />
et incontournable pour une caractérisation 3D précise d’un<br />
satellite », <strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong> – Janvier 2020<br />
[2] Philippe Baussart, Jurij D’Amico, Stéphanie Behar Lafenetre,<br />
Mathieu de Cillia, Benoit Laine, Steven Sablerolle, Hanno<br />
Ertel, Matthew Vaughan, Luca Perachino « Thermo-elastic<br />
test campaign in the frame of ESA activity “I-Meter” », congrès<br />
ECSSMET I-Meter 2021 / Thales Alenia Space - ESA.<br />
[3] Luca Perachino, Benoit Laine, Savino De Palo, Vincenzo<br />
Mareschi, Fabio Acquaviva, Jurij D’Amico, Stephanie Behar-<br />
Lafenetre(3), Philippe Baussart, Simon Appel, Matthew<br />
Vaughan, Steven Sablerolle, Hanno Ertel, Mathieu De Cillia,<br />
Paul Atinsounon « Improvement of methodologies for thermoelastic<br />
predictions and verification » congrès ECSSMET I-Meter<br />
2021 / Thales Alenia Space - ESA.<br />
ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022 I41
OUTILS<br />
ÉVÉNEMENT<br />
Appel à communication<br />
Astelab, qui aura lieu<br />
fin juin chez EDF Lab<br />
à Palaiseau<br />
L’Association pour le développement des sciences et techniques de l’environnement (ASTE)<br />
organisera les 28 et 29 juin prochains, en partenariat avec EDF R&D et Nafems, sur le site d’EDF<br />
Lab à Palaiseau (91) un colloque sur le thème « <strong>Essais</strong> et Simulation ».<br />
C’est désormais un rendez-vous<br />
annuel : Astelab revient cet été<br />
les 28 et 29 juin chez EDF Lab à<br />
Palaiseau. Ce colloque portera sur les essais<br />
et la simulation. L’appel à communication<br />
est donc lancé. Plus précisément, les<br />
thèmes principaux listés ci-après doivent<br />
être en rapport avec la prise en compte de<br />
l’environnement mécanique :<br />
• Applications des nouvelles méthodes<br />
issues de NF X 50-144-3 ; CEI 60068-2-<br />
64:2019 ; MIL STD 810 H…<br />
• Capteurs sans contact, capteurs multi<br />
physiques, virtual sensors,<br />
• Préparation d’essais, traitement de<br />
données, stockage de résultats, échanges<br />
de données,<br />
• <strong>Simulations</strong>, « Simulation Data Life<br />
Management », simulations multi<br />
physiques,<br />
• Nouveaux moyens d’essais, essais<br />
combinés,<br />
• Comparaison calcul essais, recalage de<br />
modèles, dialogue essais/calculs.<br />
• Virtual testing,<br />
• Mesures par caméra : stéréo-corrélation…<br />
• Particularités des essais d’environnement<br />
mécanique sur les batteries électriques<br />
(aspects « sécurité » sous-jacents, piles à<br />
hydrogène…),<br />
• SHM (Structural health monitoring),<br />
• Mesures 3D, analyses 3D, vibrations<br />
multi-axes (MIMO…).<br />
Par ailleurs, un salon en accès libre réunira<br />
les fabricants de capteurs et de moyens<br />
d’essais ainsi que les développeurs de<br />
solutions, est organisé parallèlement au<br />
colloque.<br />
SOUMISSION ET CALENDRIER<br />
Le contenu des conférences devra avoir<br />
un caractère novateur, technologique<br />
et/ou économique. Les exposés retenus<br />
privilégieront les témoignages industriels<br />
et scientifiques issus des expériences<br />
d’utilisateurs et de fabricants en évitant<br />
les aspects commerciaux. Les conférenciers<br />
pourront présenter leur sujet soit en anglais<br />
soit en français (préférentiellement). Les<br />
intervenants bénéficieront de l’exemption<br />
des frais d’inscription pour la journée de<br />
leur présentation.<br />
Les PPT des interventions seront à<br />
fournir au plus tard une semaine avant<br />
l’intervention. Seuls les articles rédigés<br />
de plus en .doc seront éligibles à une<br />
publication dans la revue <strong>Essais</strong> et<br />
Simulation.<br />
>>> Toutes les intentions de communications<br />
(titre, noms des auteurs, résumé) sont à<br />
adresser à l’ASTE (pperrin@aste.asso.fr)<br />
avant le 15 mars 2022. Elles seront soumises<br />
à l’approbation du comité de programme<br />
qui statuera au plus tard le 30 mars ●<br />
À noter...<br />
Une journée thématique se déroulera chez Ariane Group dans la région de Bordeaux, en<br />
septembre prochain (la date n’est pas encore déterminée). Cette journée portera sur le<br />
thème de la vision. Des précisions sont à venir dans la prochaine édition du magazine<br />
<strong>Essais</strong> & <strong>Simulations</strong> et sur le site Web aste.asso.fr.<br />
Pour obtenir des renseignements<br />
complémentaires :<br />
Tél. : 01 61 38 96 32<br />
info@aste.asso.fr<br />
Téléchargez l’appel à communication<br />
d’Astelab 2022 sur le site de l’ASTE :<br />
EN SAVOIR PLUS > aste.asso.fr<br />
42 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
INDEX<br />
Au sommaire du prochain numéro :<br />
DOSSIER<br />
ESSAIS ET MODÉLISATION<br />
©CGTECH<br />
Spécial<br />
Défense - Eurosatory<br />
Répondre aux enjeux<br />
de la défense (aérienne,<br />
terrestre et marine)<br />
© Cevaa<br />
Moyens & matériels d’essai<br />
Guide des technologies /machines /<br />
équipements et leurs applications<br />
Focus sur les essais d’environnement<br />
mécanique (fluides, matériaux, vibrations,<br />
tribologie, thermique ...)<br />
MESURES<br />
Mesure d’états de surface<br />
Comment assurer un bon état de<br />
surface de ses pièces mécaniques ?<br />
©Keyence<br />
Vision industrielle et tomographie<br />
De la tomographie à la mesure optique :<br />
quels équipements utiliser pour le contrôle<br />
qualité ?<br />
Liste des entreprises citées et index des annonceurs<br />
6NAPSE....................................................................28<br />
AIR LIQUIDE.............................................................12<br />
ALLIANTECH..................................................15 et 25<br />
AP2E.........................................................................18<br />
ASTE...................................................... 7, 19, 42 et 43<br />
BRADY....................................................... 21, 27 et 32<br />
COLLÈGE FRANÇAIS<br />
.................................11 et 12<br />
DE MÉTROLOGIE (CFM)<br />
COMSOL ................................. 23 et 4 e de couverture<br />
DAM..........................................................................20<br />
DB VIB............................................. 2 e de couverture<br />
DJB INSTRUMENTS................................................13<br />
ENGIE.......................................................................14<br />
EUROSATORY.............................................................2<br />
GAS ANALYSIS.........................................................11<br />
GLOBAL INDUSTRIE...................... 3 e de couverture<br />
HGL DYNAMICS.......................................................33<br />
M+P INTERNATIONAL............................................21<br />
MICRONORA..............................................................4<br />
NEXTER......................................................................6<br />
PCB PIEZOTRONICS................................................34<br />
PM INSTRUMENTATION.........................................29<br />
PSYCLE RESEARCH................................................30<br />
SAFRAN DATA SYSTEMS........................................34<br />
SERMA TECHNOLOGIE..................................45 et 46<br />
SIEMENS..................................................................35<br />
THALES ALENIA SPACE.........................................38<br />
25 %<br />
C’est la baisse – pour ne pas dire la « chute » – du<br />
nombre d’essais physiques et structurels dans le monde<br />
depuis la déferlante « Covid-19 », selon une enquête<br />
menée par le cabinet d’étude britannique Interact<br />
Analysis. Ce chiffre approximatif serait même de 30% ;<br />
une chute qui s’explique naturellement par la crise<br />
sanitaire puis économique qui s’en est suivie, mais aussi<br />
puisque l’étude s’appuie sur les données issues de<br />
l’automobile, secteur particulièrement touché par une<br />
baisse des ventes de véhicules neufs (y compris au niveau<br />
des flottes d’entreprises et des loueurs) mais aussi par<br />
les confinements successifs. Pour autant, les exigences<br />
gouvernementales en matière d’électrification et plus<br />
récemment en matière d’hydrogène devraient tirer ces<br />
chiffres vers le haut ; parallèlement, le cabinet anticipe<br />
déjà une hausse des ventes de véhicules située entre 15<br />
et 20% pour cette année (comme en 2021).<br />
EN SAVOIR PLUS > www.interactanalysis.com<br />
Retrouvez nos anciens numéros sur :<br />
www.essais-simulations.com<br />
44 I ESSAIS & SIMULATIONS • N°<strong>148</strong> • Février - Mars - Avril 2022
Sous le haut patronage de<br />
Monsieur Emmanuel MACRON<br />
Président de la République<br />
17-20<br />
PARIS NORD<br />
VILLEPINTE<br />
MAI 2022<br />
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plus vite.<br />
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avant le prototypage.<br />
Innovez<br />
mieux.<br />
Analysez les prototypes<br />
virtuels et développez un<br />
prototype physique à partir du<br />
design le plus performant.<br />
Innovez grâce<br />
à la simulation<br />
multiphysique.<br />
Basez vos choix de conception<br />
sur des résultats précis grâce<br />
à un logiciel qui vous permet<br />
d’étudier sans limitation de<br />
multiples effets physiques en<br />
un seul modèle.<br />
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