Donnons un sens à l'innovation
Type de projet : ANR
Acronyme : MS3C
Titre : Mécanique, stochastique et contrôle avec couplage de codes
Responsable scientifique : Adnan Ibrahimbegovic
Dates : 01/12/2020 au 20/12/2025
Résumé : With a quest for increasing renewable energy share, European Community has launched the grand challenge of delivering the wind-turbine installations that can provide 10MW electric power per year, which doubles the current maximal capacity in Europe. Our main research hypothesis is that such a production increase can be achieved with combined efforts of exploring: i) system-ofsystem point of view to wind-turbine farms in order to optimize performance of each unit in existing systems and ii) technological innovation towards larger wind-turbines with flexible blades as flexible multibody systems in order to guarantee the turbine safety under extreme wind conditions.
Mots clés : Mechanics ; Stochastics ; Control ; Code Coupling
Type de projet : Région HDF
Acronyme : MEFASBA
Titre : Développement de modèles éléments finis de types volume-coque et volume-poutre pour la conception robuste des structures bois assemblées
Responsable scientifique : Pascal Lardeur
Dates : 01/10/2021 au 30/09/2024
Résumé : Le sujet proposé concerne le développement et l’évaluation d’un outil numérique pour la conception robuste de structures assemblées. L’application principale visée concerne les structures bois multicouches assemblées par des tourillons en bois densifié, qui doivent respecter un cahier des charges concernant notamment leurs comportements statique et vibratoire. Les structures bois multicouches assemblées par des tourillons ont fait l’objet d’études expérimentales, qui ont notamment mis en évidence une grande variabilité de leur comportement. Des modèles numériques constitués d’éléments finis volumiques ont été développés. Cette approche fournit de bons résultats mais pour des structures industrielles de type plancher, elle mène à des modèles de très grande taille. Par conséquent ces modèles sont difficilement exploitables, en particulier pour le calcul avec variabilité ou l’optimisation. L’objectif de la thèse est de développer une nouvelle approche pour la modélisation des assemblages. Le modèle éléments finis sera constitué uniquement d’éléments volumiques. Dans les assemblages, certaines zones sont minces ou modérément épaisses et on peut donc y appliquer les théories de poutre ou de coque. Dans ces zones, les champs de déplacement caractéristiques des théories de poutre ou de coque seront appliqués en introduisant des relations cinématiques entre les nœuds, menant à des techniques de type volume-coque ou volume poutre. Dans les zones éventuelles où la théorie volumique est justifiée, aucun traitement ne sera réalisé. Cette approche constitue une méthode de réduction de modèle. Elle sera développée pour le calcul déterministe, ainsi que pour le calcul avec variabilité. Pour la prise en compte de la variabilité, des méthodes simplifiées et rapides seront privilégiées.
Mots clés : structures bois ; assemblage par tourillons ; éléments finis ; modèle volume-coque ; modèle volume-poutre ; comportement anisotrope ; variabilité
Type de projet : Région HDF
Acronyme : VARIATION
Titre : Développement d’une approche numérique pour la prise en compte des incertitudes et de la variabilité dans la simulation mécanique des agrocomposites
Responsable scientifique : Frédéric Druesne
Dates : 23/09/2016 au 30/09/2020
Résumé : Le projet s’inscrit dans le cadre de la maîtrise des performances des composites bio-sourcés aussi appelés agrocomposites. Ce type de matériaux résulte de la combinaison d’une matrice bio-sourcée (type polymère ou autre) et de renforts naturels, sous forme de fibres (comme le lin ou le chanvre), ou de granulats farines. Les agrocomposites suscitent un réel engouement parmi les industriels. Ils sont ainsi utilisés comme matériaux de remplacement à la fois plus légers et moins coûteux d’un point de vue environnemental que les matériaux traditionnels. L’enjeu usuel est alors de trouver la combinaison permettant de respecter les contraintes techniques (performances mécaniques, acoustiques, …) et économiques (compétitivité par rapport aux matériaux plastiques). Cependant, le développement de ce nouveau type de matériau est sujet à une problématique déjà bien connue du monde industriel : la maîtrise des performances du produit. En effet, à la variabilité provenant du procédé de fabrication s’ajoute celles liées aux propriétés physiques et géométriques naturelles du renfort. Les principales problématiques rencontrées dans l’utilisation de ce type de matériau peuvent se résumer comme suit :
La maîtrise des performances des agrocomposites passe donc par une meilleure connaissance et un meilleur contrôle de ces effets. L’objectif du projet VARIATION est de mettre en place une méthodologie, reproductible par l’industriel, permettant de prendre en compte la variabilité des propriétés matérielles et physiques, liées à la fois aux conditions de croissance des renforts et au procédé de fabrication, dans la simulation numérique du comportement mécanique d’un agrocomposite.
Mots clés : composite, fibre naturelle, variabilité, quantification expérimentale, méthode des éléments discrets, mécanisme de propagation des incertitudes
Type de projet : ANR
Acronyme : SELF-TUM
Titre : Effet d’échelle en rupture localisée : expérimentation, incertitude, modélisation
Responsable scientifique : Adnan Ibrahimbegovic
Dates : 01/11/2016 au 31/10/2020
Résumé : This project deals with important challenge on quantifying the risk of failure under extreme loads for (costly) composite structures with irreplaceable components, which impose the most stringent safety standards. A particular interest for massive structures implies the presence of a number of different failure modes (e.g. fracture process zone vs. macro cracks). We would like to significantly accelerate the pace of innovations in this domain by replacing the currently dominant experimental approach on real size structures with the tests on smaller size specimens along with multiscale computations. Thus, we seek two main breakthrough results. The first pertains to quantifying the probability of premature failure through material parameters defined as random fields with probability distribution obtained from fine scale description of initial defects and heterogeneities. The uncertainty propagation to coarse scales is carried out by multiscale computations dealing with coupled nonlinear mechanics-probability problem, whose solution can successfully replace the standard homogenization approach (that provides only the average, deterministic properties of heterogeneous composites) and quantify the risk of premature localized failure. The second breakthrough result concerns a novel interpretation and use of experimental tests and reformulating the (ill-posed) inverse problem of model parameter identification by (well-posed) direct problem for computing the probability distribution of these parameters The main technological gain will be open source (GPL) computational tools that can speed-up testing and innovation in complex composite structures. Two composite materials with great application potential will be examined: first pertains to cement-based fiber reinforced (CBFR) composites and second to 3D carbon fiber reinforced polymers (CFRP), also known as woven composite. The source of uncertainty for each material at fine scale pertains to geometry aspects, which can be used to define the probability distribution of coarse scale material parameters. For each of these materials we can also provide full validation against experiments, such as recently completed experimental program in French excellence project ECOBA for CBFR; and experimental results provided by center for composites testing at Université Technologie Compiègne.
Type de projet : Région HDF
Titre : Renforcement de la mécanique numérique
Responsable scientifique : Adnan Ibrahimbegovic
Dates : 01/11/2015 au 31/10/2020
Résumé : Le Laboratoire Roberval de l’Université de Technologie de Compiègne (UTC) bénéficie de nombreux outils, à l’échelle régionale qui favorisent les interactions avec le milieu industriel : l’initiative lndustriLAB, la filière éolienne en structuration, le pôle de compétitivité i‑Trans, l’IRT Railenium avec le premier projet de certification virtuelle du matériel ferroviaire. Le Laboratoire s’est donné comme objectif stratégique d’être un pôle d’excellence dans la conception et le contrôle de systèmes mécaniques. Les recherches dans ce domaine utilisent en général des approches systémiques, multi-échelles et multidisciplinaires en raison des interactions physique, chimique, mécanique, thermique, acoustique et vibratoire des éléments qui constituent les systèmes étudiés. Les approches numériques interviennent à tous les niveaux : dialogue calculs/essais, formulation et identification du modèle de comportement, conception, analyse et optimisation de structures et systèmes. Le renforcement de la Mécanique Numérique à l’UTC permet de renforcer les interactions entre équipes, la visibilité et le rayonnement des recherches de !Unité Roberval, d’étendre les activités de formation et de partenariat en Mécanique. Elle aide les équipes du Laboratoire à réaliser des avancées importantes dans les recherches menées dans les secteurs scientifiques de pointe où !Unité est reconnue au niveau international et au niveau partenarial.
Type de projet : BPI France et Région Hauts-de-France
Acronyme : SEMPAE
Titre : Simulation de l’Encapsulage Moteur pour l’Acoustique Externe
Responsable scientifique : Nicolas Dauchez
Dates : 12/09/2019 au 31/08/2023
Résumé : Développement d’un outil de conception d’encapsulage de GMP pour la réduction du rayonnement acoustique par différentes techniques : en contact direct ou en découplage par lame d’air dans le contexte de la nouvelle réglementation sur le bruit de passage automobile (essentiellement dans la bande de fréquence de 500 Hz à 4 kHz). Modélisation de l’isolation acoustique apportée par l’insertion d’un matériau poreux (fibreux ou mousse) autour d’une source acoustique. Compréhension des phénomènes de contact et du comportement du matériau poreux sollicité en vibration et/ou acoustiquement. Recherche des propriétés matériau nécessaires à la modélisation d’un milieu poreux biphasique, et notamment les propriétés mécaniques. Application à la prédiction de la réduction du bruit de passage automobile pour un GMP encapsulé par des matériaux poreux.
Mots-clés : encapsulage moteur ; matériau poreux ; mécanique du contact ; perte par insertion ; rayonnement acoustique
Type de projet : FUI
Acronyme : ECOBEX
Titre : Ecrans Optimisés pour le Bruit Extérieur
Responsable scientifique : Nicolas Dauchez
Dates : 26/03/2014 au 31/03/2018
Résumé : L’objectif technique du projet ECOBEX est d’anticiper la sévèrisation attendue des niveaux limite d’homologation des véhicules au passage (de 72 dBA à 70 dBA en 2015, puis à 68 dBA à l’horizon 2017).
Cette sévérisation impose de mettre en œuvre toutes les solutions disponibles pour contenir le bruit des automobiles : moteur, pneumatiques, échappement. Le projet EcOBEx se concentrera sur l’amélioration des performances acoustiques des écrans du compartiment moteur, en développant des solutions d’insonorisation par écrantage (masquage et absorption acoustique) des moteurs à combustion interne et des boites de vitesses. Les autres sources seront minimisées si nécessaire par Renault en utilisant des solutions sur étagère. Les écrans acoustiques existent déjà pour les automobiles mais ceux-ci ne sont pas suffisamment optimisés sur les segments les plus problématiques (véhicules d’entrée de gamme ou de faibles puissances).
Le défi du projet consiste à développer une gamme de produits d’écrantage qui soit optimisée en terme de performances acoustiques, de poids, de coût et de transposition aisée d’une architecture véhicule à l’autre en vue d’un déploiement en grande série.
Des solutions innovantes sont visées, dans le but d’optimiser les performances globales et le coût de ces systèmes :
Une thèse de doctorat s’intéresse spécifiquement à caractériser l’influence des méthodes de formage par thermo-compression sur les propriétés acoustiques des écrans.
Type de projet : ANR
Acronyme : SLHyCC
Titre : Impact de l’hydrogène sur la localisation de la déformation plastique d’alliages à durcissement structural : conséquences sur l’endommagement en fatigue
Responsable scientifique : Marion Risbet
Dates : 01/10/2019 au 30/06/2024
Résumé : Ce travail s’inscrit dans une démarche multi-échelles de compréhension des mécanismes reliant localisation de la plasticité, endommagement en fatigue et impact de l’environnement tout en répondant à un besoin de sécuriser les structures industrielles. La démarche nous permettra d’évaluer, pour un alliage à durcissement structural, l’impact du degré de cohérence des précipités sur le piégeage de l’hydrogène et la localisation du glissement en présence ou non d’hydrogène et enfin la conséquence de cette localisation du glissement sur le piégeage et le transport de l’hydrogène. Ces trois points sont fondamentaux afin de comprendre les mécanismes de fragilisation par l’hydrogène des alliages à durcissement structural et de définir de nouveaux critères d’endommagement prenant en compte les effets d’environnement. Enfin le projet devrait permettre d’apporter une aide à la définition de nouveaux matériaux ou de nouveaux états métallurgiques résistants à la fragilisation par l’hydrogène.
Mots clés : fatigue ; microstructures ; approches multi-échelles pour la caractérisation et la simulation ; fragilisation par l’hydrogène
Type de projet : ANR
Acronyme : RACCOON
Titre : RelAtions miCrostructure méCanique OxydatiON
Responsable scientifique : Jérôme Favergeon
Dates : 01/01/2023 au 31/12/2026
Résumé : Prévoir la durabilité en service d’un alliage métallique soumis à de hautes températures est un défi d’intérêt industriel majeur. Le caractère multi-physique et multi-échelle des interactions en jeu lors de l’oxydation imposent de considérer les couplages forts entre processus chimiques, processus diffusionnels, microstructure, effets mécaniques et effets thermiques. Le projet RACCOON a pour ambition de décrire, caractériser et modéliser ces couplages à différentes échelles dans des alliages modèles à métallurgie simplifiée. Il se situe volontairement dans une démarche amont qui vise à apporter des connaissances fondamentales sur les relations entre l’oxydation haute température des alliages métalliques et l’évolution des déformations inélastiques. Il cherche à établir des liens entre échelles méso et macro en reliant les phénomènes aux échelles micro et mésoscopiques à des modèles phénoménologiques utilisables à des échelles moins locales. Ces principaux objectifs sont de caractériser les mécanismes fondamentaux à l’origine de l’impact de l’état mécanique du matériau sur les vitesses d’oxydation et l’interdépendance entre l’évolution des contraintes mécaniques et la vitesse d’oxydation ceci en vue de clarifier l’origine des relations entre oxydation haute température et comportement mécanique.
Mots clés : Oxydation haute température ; couplage oxydation mécanique
Type de projet : SU
Acronyme : INTIMATE
Titre : Hybrid IN-silico and experimental approach to opTImize piezoelectric properties of nano-reinforced MATErials: nano-reinforced polymers for more efficient piezoelectric sensors and/or nano-generators
Responsable scientifique : Fahmi Bedoui
Dates : 01/09/2021 au 31/08/2023
Résumé : The emergence of practical synthesis and assembly of a diversity of nano-structured systems provides the opportunity to develop optimal designs for specific challenging applications. Indeed, these opportunities are widely recognized, with international competition, especially regarding the development of new devices and tools for exploring and exploiting the unusual physical aspects of nanostructured materials in many technological fields such as energy and electronics. However, there remain tremendous challenges in predicting and measuring the properties exploitable for the end-user. They depend on a complex sequence of elementary phenomena that cross the length scales ranging from atomic scales (Ångström) governed by the QM and atomistic MD, transition through scales dominated by microstructure, ending with the macroscale (cm and beyond) of the end-user system. The consequence is that it is not yet possible to optimize engineering systems. We must start to integrate into the design modeling and optimization of the salient interactions at each scale to include how they impact the larger scales. The current empirically based engineering approach toward developing new nano-based systems must be enriched by modeling coupled with synthesis and experimental characterization. In this proposal, we will focus on polymer-based nanostructured systems and the opportunities offered by nano-reinforced polymers for developing novel materials with enhanced/novel properties, that are strong and smart. We will focus on the piezoelectric property of nano-reinforced PVDF structures with tailored NP size. Thus, our main objective here is to answer the question: How can, connecting length scales hierarchically from first principles to practical engineering systems lead to stronger and smarter materials, capable of responding both to human needs and overcoming human challenges?
Mots clés : Size effects ; piezoelectric properties ; in-silico design
Type de projet : SU
Acronyme : IMAT
Titre : Investigation of nanoparticle size effect on the properties of nano-reinforced polymers
Responsable scientifique : Fahmi Bedoui
Dates : 01/10/2021 au 31/12/2024
Résumé : This thesis project is dedicated to the study of the size effects of nanoparticles and their surface chemistry on the macroscopic properties (thermal, mechanical, etc.) of nano-reinforced polymeric materials. These new materials will be developed via the controlled dispersion of nanoparticles of variable diameter ranging from 3 to 20 nm and of variable surface chemistry, which will depend on the polymer matrices used. Experimental work carried out previously shows an improvement in the mechanical properties of this class of materials when the size of the particles decreases. However, only sizes greater than 15 nm could be studied. In addition, more recent modeling work (theoretical, atomistic simulations) show that this effect is accentuated very significantly when the size becomes less than 10 nm. To date, this effect has not been explored experimentally for such small sizes. In addition, at nanoscopic scales where the main deformation mechanisms are at play, the nature of the interfaces plays an important role. To understand the mechanisms responsible for the observed improvements, the preparation and elaboration of model materials with nanoparticles of controlled size and surface chemistry as well as an adequate choice of polymer matrix are of great importance. Beyond the effect on the mechanical properties, the materials obtained will allow a more general observation of the size effect: thermal, electrical etc. The project challenge lies on how to link the key parameters at the nano-scale to the observed measurable properties (mechanical, thermal, electric … properties) on rigorously prepared model materials. Neither mechanical engineering nor physical chemistry researchers alone could address these issues. Therefore, a myriad of complementary expertise’s will join the project: colloidal synthesis of nanoparticles with appropriate sizes and surface chemistry (Isabelle Lisiecki MONARIS-SU), polymer processing and multi-scale characterization of nnao-reinforced polymers (Fahmi Bedoui ROBERVAL-UTC) and micromechanical modeling of nano-reinforced materials (Djimédo Kondo IJLRDA-SU). The micromechanical modeling tools will, when necessary, guide the interpretation of the results obtained and ultimately the determination of the optimal parameters for the development of these new materials.
Mots clés : Nano-reinforced polymers, interfacial interaction, Size effects, surface chemistry, micromechanics
Type de projet : Région HDF
Acronyme : HYPERSTRUCK
Titre : Développement de matériaux polymères à renforts hybrides pour des structures intelligentes et versatiles
Responsable scientifique : Fahmi Bedoui
Dates : 01/01/2023 au 31/12/2025
Résumé : Le sujet de thèse proposé dans ce projet vise à développer une démarche intégrative pour le développement de matériaux multifonctionnels. En effet, on propose de passer d’une approche standard qui repose, pour atteindre des systèmes multipropriétés, jusque-là sur une démarche multi-systèmes assemblés à plutôt des multi systèmes intégrés. Le développement de nouveaux matériaux est gouverné par des nouvelles exigences qui couvrent de plus en plus de paramètres à prendre en compte. Ces exigences sont liées à des aspects mécaniques, électriques, magnétiques, biologiques, … etc. De ce fait, un matériau utilisé pour une structure en ingénierie est, de nos jours, amené à remplir plusieurs fonctions en même temps, mais pas nécessairement à tout endroit de sa géométrie. En d’autres termes, on peut avoir besoin de zones avec une rigidité renforcée, d’autres zones doivent être conductrices alors que le reste n’a ni besoin d’avoir une rigidité exceptionnelle ni une conductivité électrique. Au contraire, parfois on a besoin de structures à fort amortissement pour exploiter les propriétés des polymères alors que le reste du matériau doit être électriquement conducteur et aussi mécaniquement extrêmement rigide. Jusque-là les solutions apportées à ce type de configuration passaient souvent par l’assemblage de différentes structures avec tous les soucis que cette démarche pose en termes de durabilité et d’endommagement induit par les jonctions hétérogènes. Le but de ce projet est de pallier à ces problèmes en proposant une nouvelle démarche intégrative qui part du matériau jusqu’à la structure en adoptant au passage le procédé de mise en œuvre.
Mots clés : matériaux multifoctionnels ; multi-systèmes ; procédés
Type de projet : Région HDF
Acronyme : FRITI
Titre : Imprimabilité de l’alliage de titane TA6V4 par le procédé de fabrication additive friction-malaxage MELD : Etude des liens procédé-microstructure-propriétés macroscopiques et optimisation des traitements thermiques post-impression
Responsable scientifique : Salima Bouvier
Dates : 01/10/2022 au 31/06/2026
Résumé : Le sujet de thèse porte sur l’étude de l’imprimabilité de l’alliage de titane TA6V4 par le procédé de fabrication additive friction-malaxage MELD. Ce procédé permet de déposer des cordons de matière à l’état solide sans passer par l’étape fondue à des taux de dépôt relativement important pouvant atteindre 13kg par heure dans le cas de certains alliages d’aluminium. Dans le cadre de ce projet, il s’agit de mener une étude poussée sur les liens procédé-microstructure-propriétés macroscopiques des composants réalisés et d’optimiser les traitements thermiques post-impression en conséquence dans une logique d’amélioration de la réponse mécanique des composants en chargement statique en traction simple et en chargement sous sollicitation en fatigue.
Mots clés : fabrication additive ; microstructure ; alliage de titane ; caractérisation mécanique ; fatigue
Type de projet : ANR
Acronyme : FALSTAFF
Titre : Fabrication additive d’alliages magnétiques à faibles pertes par feuilletage 3D
Responsable scientifique : Salima Bouvier
Dates : 01/10/2022 au 31/03/2027
Résumé : FALSTAFF propose d’exploiter les technologies de fabrication additive pour explorer des nouvelles voies permettant d’architecturer des composants massifs en alliages magnétiques sous forme de structures feuilletées dans les 3 directions de l’espace (3D). Ces composants combineraient des structures magnétiques (de faible épaisseur <0,3mm, épaisseur des tôles dans les dispositifs actuels) et isolantes permettant de limiter les pertes au sein du matériau dans le domaine des hautes fréquences (>400Hz). Le projet vise à démontrer la faisabilité de telles structures en ciblant en premier lieu des performances proches de celles obtenues avec des tôles dans le domaine des basses fréquences puis en hautes fréquences et d’ouvrir ainsi la voie à des design de pièces complexes pour machines électriques. Ce projet examinera les liens entre les paramètres du procédé, l’état microstructural et la réponse mécanique, électrique et magnétique des structures ainsi réalisées.
Mots clés : Machine électrique ; Fabrication additive ; Microstructure ; Propriétés mécaniques ; électriques et magnétiques ; structures feuilletées ; Alliage Fer-Silicium ; Fer-Cobalt-Vanadium
Type de projet : Région HDF
Acronyme : ESSCMO
Titre : Suivi d’état de santé des structures composites à matrice organique (CMO) par intégration des capteurs piézoélectriques : approche expérimentale et numérique
Responsable scientifique : Walid Harizi
Dates : 26/10/2020 au 25/10/2023
Résumé : Le sujet de thèse proposé vise le suivi et le contrôle en temps réel d’état de santé des structures composites à matrice organique (CMO) par intégration des capteurs piézoélectriques au cœur des empilements fibreux. Ces transducteurs, intégrés dès la mise en œuvre, seront utilisés en mode passif (comme capteurs d’émission acoustique) ou en mode actif (générateurs des ondes ultrasonores). Leur emplacement au sein de la structure CMO serait prédit à l’avance par des modélisations numériques fines utilisant des nouvelles approches novatrices. Pour une sollicitation donnée et une forme géométrique complexe de la structure, la modélisation numérique serait capable de prédire le positionnement des capteurs de manière la plus pertinente, et sans que l’intrusivité ne soit nocive, pour détecter la présence d’un défaut artificiel ou d’un endommagement suite à un chargement mécanique réel. La modélisation numérique ainsi que le recours à une instrumentation expérimentale non destructive ex et in-situ de la structure composite nécessiterait l’application des théories de fusion des données pour le traitement des informations hétérogènes recueillies en temps réel durant le fonctionnement de la structure CMO. Ainsi, l’originalité de la thèse réside dans la détection et le suivi en temps réel d’endommagement des CMO par une confrontation entre les signatures expérimentales ex et in-situ, et la modélisation numérique.
Mots clés : Composites à Matrice Organique (CMO) ; Etat de santé ; Transducteurs piézoélectriques ; Techniques CND ex et in-situ ; Modélisation numérique.
Type de projet : BPI FUI
Acronyme : ACCECOTP
Titre : Amélioration du Comportement au Crash et aux Chocs des Equipements en Composites Thermoplastiques
Responsable scientifique : Zoheir ABOURA
Dates : 19/04/2016 au 19/08/2020
Résumé : L’objectif du projet ACCECOTP est d’obtenir un gain de masse de l’ordre de 20% des équipements aéronautiques et ferroviaires ayant des caractéristiques dimensionnantes de tenue au crash et/ou aux chocs. Ce projet de recherche (niveau TRL6) porte, sous la tutelle du groupe international Safran, sur :
Mots clés : composites thermoplastiques, comportement aux crash / chocs, aéronautique, ferroviaire
Type de projet : ANR Région HDF FEDER
Acronyme : OPTIMUM
Titre : OPTImiisation des assemblages de Multi-Matériaux par sondage friction linéaire pour des applications aérospatiales
Responsable scientifique : Salima Bouvier
Dates : 01/10/2014 au 30/09/2019
Résumé : OPTIMUM a pour objectif l’étude expérimentale et numérique des assemblages métalliques réalisés par soudage par friction linéaire (Linear Friction Welding LFW). Une démarche originale et intégrée liant le process d’élaboration, les conséquences sur les évolutions microstructurales et les propriétés d’emplois, notamment vis-à-vis de la prédiction de la durée de vie des assemblages sera mise en place. L’accent sera porté sur les nouvelles nuances d’alliages métalliques ou sur l’assemblage de bi-matériaux. Des techniques de caractérisation innovantes et multi-échelles seront exploitées pour analyser les effets des paramètres du procédé sur l’évolution des microstructures dans la zone de soudure (i.e. capacité à interpréter les mécanismes à l’origine des différentes zones observées de la microstructure). Un outil de simulation numérique par éléments finis du procédé de soudage par friction linéaire prenant en compte les différentes phases intervenant dans la réalisation de l’assemblage et validé par des confrontations poussées avec des données expérimentales issues de l’instrumentation du procédé, sera développé afin d’examiner les variations des champs thermiques, cinématiques et de contraintes lors du soudage. La modélisation numérique du procédé contribuera à l’interprétation des phénomènes physiques mis en jeu à l’origine des évolutions microstructurales (e.g. niveau de température atteint et transformation microstructurale, champs de contraintes et mécanismes d’affinement de la microstructure). Le projet OPTIMUM est structuré en quatre lots principaux. Le premier est dédié à la réalisation des assemblages pour différents couples matériaux à base de titane ou de nickel. Des essais seront menés pour différents paramètres procédé (pression de forgeage, fréquence et amplitude d’oscillations) pour des configurations plan-plan, bi-plan ou tri-plan. Le deuxième lot est dédié à l’analyse physico-chimique et microstructurale de la zone de soudure complétée par des mesures de contraintes résiduelles et des profils de dureté par nanoindentation instrumentée. Le troisième lot concerne le développement d’un outil de simulation thermomécanique du procédé LFW dans l’environnement Forge®. Des confrontations de données expérimentales et numériques tels les gradients de champs thermiques locaux, la géométrie du joint soudé (e.g. taille et géométrie de la bavure), la consommation matière (i.e. réduction de taille des lopins matière après assemblage) permettront de juger de la qualité de l’outil numérique développé. Cet outil sera par la suite exploité pour l’aide à l’interprétation des évolutions microstructurales observées expérimentales (champs mécaniques locaux, vitesses de refroidissement). Le quatrième lot du projet est dédié à l’étude de la durabilité des joints soudés par l’utilisation des techniques expérimentales non destructives telles que la tomographie, la laminographie pour l’analyse des éventuels défauts induits par le procédé (e.g. porosité). Des essais in situ d’évolution de l’endommagement et/ou de propagation de fissure au moyen d’essais mécaniques séquentiels ou in situ sous faisceau synchrotron seront réalisés.
Mots clés : Durabilité, Microstructure, Simulation, Soudage par friction linéaire, Soudage par friction linéaire
Type de projet : Région Picardie FEDER
Acronyme : GRIPAC
Titre : GRIPpage des ACiers inoxydables et conséquences sur la dégradation des composants
Responsable scientifique : Salima Bouvier
Dates : 25/09/2015 au 31/10/2019
Résumé : Le grippage est une forme de dommage se produisant entre 2 surfaces en mouvement l’une par rapport à l’autre. Ce mécanisme d’usure altère l’état de surface des composants mécaniques et dégrade leurs propriétés tribologiques. Le grippage pose des problèmes importants dans l’industrie mécanique et peut entrainer des risques sanitaires sérieux. Les aciers inoxydables sont connus pour avoir une faible résistance au grippage. Les études menées montrent que le seuil de grippage des couples d’aciers inoxydables est très différent selon les nuances, indiquant la sensibilité de ce mécanisme à la nature des matériaux. Les études actuelles fournissent peu d’explication permettant d’expliquer ce phénomène. Le projet GRIPAC vise à mener des travaux approfondis sur les corrélations entre la nature des matériaux en contact, les états de surface, le type de lubrification et le comportement en grippage. Ces travaux ouvrent des nouvelles voies d’amélioration des propriétés tribologiques des matériaux.
Mots clés : Grippage, aciers inoxydables, analyse multi-échelle, microstructure, usure adhésive, état de surface
Type de projet : Région Picardie
Acronyme : INTIM Titre Ingénierie Tissulaire Modulable : de la structure bi-couche bifonctionnelle au tissu hybride
Responsable scientifique : Fahmi Bedoui
Dates : 25/09/2015 au 30/06/2019
Résumé : Dans le cadre de l’EQUIPEX FIGURES porté par le Prof. B. Devauchelle, et du projet de recherche thématique et structurant IngeTissOss se terminant en 2015, nous avons proposé de nouvelles méthodes de reconstruction de tissus osseux biohybrides, à l’aide de matériaux électrospinnés et de cellules souches mésenchymateuses cultivées en bioréacteur. Le tissu reconstruit, qui présente la particularité d’être sous la forme d’un feuillet, est caractérisé sur les plans mécanique et biologique avant implantation chez le petit animal. Cette forme de feuillet permet d’envisager la mise en œuvre de structures polymères bi-couches bi-fonctionnelles, possédant sur chaque face des propriétés différentes, tant sur le plan mécanique (rugosité, porosité,… etc.) que biologique. On aboutit alors à un concept d’ingénierie tissulaire modulable, s’adaptant aux problématiques d’interfaces entre tissus. Ces enjeux constituent une nouvelle étape en ingénierie tissulaire pour la chirurgie reconstructrice, avec un choix de biomatériaux judicieusement combinés de façon à maintenir l’intégrité mécanique de la matrice complète tout en orientant les réponses cellulaires en fonction des propriétés de surface. Au-delà de la nécessité d’obtenir un produit aux vertus reconstructrices ayant toute capacité à remplacer l’os, c’est davantage son comportement au long terme et par rapport aux autres tissus qui constituent les objectifs cliniques du projet INTIM. Selon la localisation anatomique, le substitut devra favoriser le développement soit d’un néotissu conjonctif et épithélial (peau) soit l’intégration avec le musculo-squelettique.
Mots clés : biomatériau, electrospinning, substituts osseux biohybrides
Type de projet : Région HDF
Acronyme : TSITI
Titre : Traitement de Surface Innovant pour les Transmissions Industrielles
Responsable scientifique : Marion Risbet
Dates : 31/10/2015 au 30/06/2020
Résumé : En partenariat privilégié entre le CETIM Senlis, UTC de Compiègne et le GIMA, le projet TSITI intègre l’impact des procédés de traitement thermochimique des engrenages sur leur tenue en fatigue en interaction avec leur processus de fabrication. A ce jour, les limites de fatigue des matériaux présentes dans le référentiel ISO6336‑5 relatif à la définition des engrenages cémentés trempés sont très conservatives. Le développement de la cémentation et la carbonitruration basse pression associé à la trempe gaz Hélium doit permettre l’augmentation des limites d’endurance des engrenages. Le projet doit permettre de lever le verrou technologique représenté par le développement à l’échelle industrielle de ces procédés de traitement. Lever ce verrou industriel ne peut se faire qu’en levant un verrou scientifique associé, à savoir la compréhension de l’impact du traitement thermochimique sur la tenue en fatigue-flexion et fatigue-contact des engrenages. Pour cela, une approche expérimentale multiéchelle est développée, dans le but de caractériser les gradients de microstructures générés par le traitement de surface, et les endommagements liés aux essais d’endurance pour les interpréter au regard des sollicitations mécaniques.
Mots clés : traitements de surface, fatigue, microstructure, aciers.
Type de projet : Région Hauts-de-France
Acronyme : MBSODION
Titre : Modélisation de batteries sodium-ion pour le diagnostic embarqué de leurs états de charge et de santé
Responsable scientifique : Christophe Forgez
Dates : 19/11/2020 au 18/11/2023
Résumé : Ces dernières années, la batterie sodium-ion (Na-ion) a été mise au point dans les laboratoires partenaires du RS2E. Les plus-values de cette dernière par rapport au lithium-ion sont sa forte vitesse de charge (90% de charge en 5 minutes), sa longue durée de vie et sa sécurité. L’objectif de la thèse est de proposer une modélisation de batteries sodium-ion en vue du diagnostic de leurs états de charge et de santé. Les modèles développés pour les technologies lithium-ion pourront être repris mais devront être adaptés au sodium-ion à cause des spécificités de cette technologie. Après qu’ils aient été validés expérimentalement, il est attendu que les modèles et méthodes proposés soient embarqués dans le BMS (Battery Management System) des batteries de la société Tiamat au cours de la thèse.
Mots clés : Batteries ; Sodium ion ; modélisation ; diagnostic embarqué
Type de projet : Région Hauts-de-France
Acronyme : ETHERION
Titre : Estimation de l’énergie stockée dans des batteries par l’analyse des flux thermiques
Responsables scientifiques : Khadija El Kadri Benkara, Christophe Forgez
Dates : 11/10/2021 au 10/10/2024
Résumé : Le sujet proposé est un sujet générique visant à améliorer les modèles thermiques de batteries en vue d’améliorer leurs performances, augmenter leur durée de vie et effectuer un meilleur diagnostic en temps réel par une prise en compte plus précise des grandeurs thermiques. Actuellement, les moyens expérimentaux utilisés au laboratoire pour caractériser les paramètres du modèle thermique restent relativement rudimentaires (enceinte adiabatique « faite maison », acquisition de points de température de surface à l’aide de thermocouple ou d’image infrarouge). Les objectifs visés consistent à compléter ces mesures par la mise en œuvre de techniques de mesures de flux thermiques sur des cellules de format cylindrique. Ces expérimentations doivent permettre d’améliorer la caractérisation de modèles thermiques à constantes localisées de cellules de batterie et de les rendre fiables et suffisamment précises dans le cadre d’applications sévères (charge rapide ou à froid).
Mots clés : batteries ; modélisation thermique ; mesure de flux thermique ; état de santé
Type de projet : ANR Plan de relance
Acronyme : SOURIAU
Titre : Capteurs et connecteurs intelligents pour l’aéronautique dans le contexte de l’avion électrique
Responsable scientifique : Frédéric Lamarque
Dates : 17/09/2021 au 16/03/2024
Résumé : L’aviation est l’une des sources d’émissions de gaz à effet de serre (GES) qui connaît la croissance la plus rapide. Dans l’Union Européenne, en 2017, les émissions directes de l’aviation représentaient 3,8 % des émissions totales de CO2, le secteur de l’aviation générant 13,9% des émissions du transport, ceci en faisant la deuxième source d’émissions de GES des transports après le transport routier. Les actions politiques et les efforts de l’industrie aéronautique ont conduit à des améliorations de l’efficacité énergétique au cours des dernières années, notamment en proposant une nouvelle motorisation thermique plus sobre sur la gamme Airbus A320-néo. Ce type d’action a contribué à une limitation de 24% la quantité de carburant consommée par passager entre 2005 et 2017. Cependant, ces avantages environnementaux ont été dépassés par une croissance soutenue du trafic aérien, les passagers en 2017 volant en moyenne 60 % de plus qu’en 2005. L’avenir de l’aéronautique se situe dans l’hybridation thermique-électrique puis, à plus long terme dans l’utilisation de motorisation à base de sources hydrogène, en combinant des turbines traditionnelles et à propulsion électrique pour les futurs remplacements de l’Airbus A320 et du Boeing 737. C’est dans ce cadre général que la société Souriau, filiale du Groupe international EATON, et le laboratoire Roberval de l’Université de Technologie de Compiègne (UTC) se sont associés pour répondre à l’appel du plan « France-Relance » avec la volonté de contribuer au plan Energie-Climat par des développements technologiques ayant pour cadre l’avion électrique à l’horizon 20352040 ou encore le marché industrie 4.0. Le projet proposé par le consortium consiste en le développement de capteurs de niveau de réservoir et de température intégrable dans des avions civils pour augmenter la sécurité des systèmes. Plus précisément, les premières applications à court terme sont les capteurs de températures pour le monitoring des contacts de puissance pour l’avion électrique et la détection de fuite dans des conduites d’air chaud. Les applications long terme sont très larges, comme par exemple la mesure de pression, température, volume à l’intérieur de réservoir d’hydrogène pour l’avion à hydrogène ou d’autres applications industrielles.
Mots clés : capteurs ; optique et photonique ; Fiber Bragg Grating ; mesure de la température ; hydrogène
Type de projet : ANR
Acronyme : PARS
Titre : Ouverture programmable pour la détection résistive de nanoparticules / Programmable Aperture for Resistive Sensing of Nanoparticles
Responsable scientifique : Frédéric Lamarque
Dates : 01/10/2022 au 31/01/2026
Résumé : Applications of nanoparticles are numerous, from scratch resistance coatings and electronic components to nano-medicine therapies. For instance, lipid nanoparticles are of special interest for encapsulating poorly water-soluble active ingredients and are now a key component of COVID-19 mRNA vaccines. To ensure the reliability of products and the efficacy and safety of therapies, methods for controlling the quality of nanoparticles are of great importance. PARS project aims at developing a resistive-based measurement method based on a programmable aperture, which partially is defined by an elastomeric material, whose shape is locally deformed by wirelessly controlled bistable microactuators. They will be activated by shape memory alloy (SMA) elements, that can be optically adressed by laser beams, through wavelength selective waveguides, thereby controlling their independent stable states. The choice of optical power supply and control has been made to avoid disturbances of fast resistive pulse signals with low magnitude before amplification. Finally, the resistive measurement of particles with the help of the aperture in the form of a pore with digitally controlled local cross-sections and multiple microelectrodes will be demonstrated in a microfluidic setup. The multiple signals obtained from different pore positions will provide fingerprints that will allow conclusions not only about the size but also the morphology of the individual particles and the compositions of heterogeneous particle populations. Based on this concept, sorting of small particles based on size and morphology and integration with microfluidic nanoparticle production and impedance measurements that indicate also dielectric particle properties will also be considered in the longer term.
Mots clés : mesure résistive ; nanoparticules en milieu microfluidique ; micro-actionneurs bistables ; matériaux actifs ; télé-alimentation optique
Type de projet : ANR
Acronyme : µSPIDER
Titre : Microrobot à structure parallèle, localisé dans un grand espace de travail
Responsable scientifique : Christine Prelle
Dates : 01/10/2019 au 31/05/2024
Résumé : Le projet µSPIDER vise à développer une nouvelle génération de micromanipulateur alliant une grande dextérité, de très faibles masses en mouvement et une précision micrométrique sur de très grandes courses. Ce micromanipulateur intègre une structure parallèle continûment déformable montée sur des palettes mobiles sur une smart surface électromagnétique permettant ainsi de générer les six degrés de liberté de l’espace à partir de mouvements de translation plans ainsi qu’un très grand volume opérationnel avec des performances dynamiques compétitives. Cette caractéristique de grande étendue nécessite le développement d’un système de mesure de la position de la structure parallèle quelle que soit sa position sur la smart surface. Le projet µSPIDER propose donc aussi de développer un système de mesure permettant de contrôler le micromanipulateur avec une résolution micrométrique dans son espace de travail étendu et une réponse dynamique compatible avec le système d’actionnement développé, afin de s’affranchir des limitations des mesures par caméras qui ne peuvent allier grand champ de vision et haute résolution.
Mots clés : Microrobotique ; structure parallèle ; actionnement électromagnétique ; smartsurface ; localisation ; réseau de capteurs ; mesure optique ; mesure magnétique
Type de projet : Région HDF
Acronyme : MAGROHEALTH
Titre : Design, fabrication and control of fully continuum magnetic soft robots. Applications for dextre and mini-invasive tasks in the field of medical robotics and health technologies.
Responsable scientifique : Arnaud Hubert
Dates : 01/09/2021 au 31/08/2023
Résumé : Les objectifs du projet MagRobHealth concernent le développement, la modélisation et le commande d’une nouvelle classe de robots parmi la famille des robots souples. La dernière décennie a vu naître toute une famille de robots dont les traditionnelles articulations rigides sont progressivement remplacées par des articulations souples. Les avantages qui en découlent sont multiples : espace de travail augmenté, coût de fabrication limité, capacité de miniaturisation, possibilité de concevoir de nouvelles architectures cinématiques, multiplication des applications, notamment en chirurgie mini-invasive. Cependant, ces innovations posent encore de nombreux problèmes en termes d’intégration, de modélisation ou de commande. En s’inspirant d’une nouvelle technologie de composites magnétique actifs, il est alors possible d’envisager des robots souples très innovants et dont l’actionnement devient entièrement continu, contrôlable et observable en tout point de leur corps. Dans le cadre du projet MagRobHealth, nous nous proposons de travailler sur les problématiques de robotique souple (modélisation multiphasique et commande) en utilisant cette nouvelle technologie de composites magnétiques actifs.
Mots clés : soft robotics ; functional/smart materials ; medical robotics ; magnetic actuation
Type de projet : ANR
Acronyme : ALVEO
Titre : Systèmes de micro-convoyage tridimensionnel pour la micro-usine
Responsable scientifique : Laurent Petit
Dates : 01/10/2015 au 30/03/2020
Résumé : Le projet ALVEO s’inscrit dans l’Axe 2 (Usine du futur, Système, produit, process) du Défi 3 (Stimuler le renouveau industriel) du plan d’action 2015 de l’ANR. Les travaux proposés s’insèrent dans le contexte de la micro-usine qui est particulièrement adaptée à la production d’objets miniatures en petite et moyenne séries et qui dispose d’un haut niveau de flexibilité et de reconfigurabilité. De nombreux travaux sont actuellement menés sur ce concept et portent principalement sur le développement de systèmes de micro-positionnement ou de micro-préhension mais peu d’études sont réalisées sur les systèmes permettant de réaliser du micro-convoyage au sein de tels systèmes. L’objectif du projet ALVEO consiste à développer des systèmes permettant de réaliser des tâches de micro-convoyage tridimensionnelles complexes en contexte de micro-usine. Le système de convoyage proposé intègre une plateforme physique, composée d’un réseau de micro-actionneurs numériques, et des stratégies de pilotage assurant un fonctionnement optimal. Les actionneurs numériques, sur lesquels repose la plateforme, disposent d’une architecture simple, composée de positions discrètes entre lesquelles la partie mobile de l’actionneur peut se déplacer. Toutes positions intermédiaires ne constituent que des états transitoires ne pouvant être conservés dans un fonctionnement normal. Les actionneurs numériques ne nécessitent donc qu’une commande minimaliste basée sur des impulsions d’énergie nécessaires uniquement lors d’un changement d’état, ceci ayant pour effet de limiter la consommation d’énergie, enjeu majeur au regard du plan d’action 2015 de l’ANR. Les actionneurs numériques possèdent également l’avantage de disposer d’un maintien en position discrète de la partie mobile et ce sans apport d’énergie. De plus, étant donné que les positions discrètes sont précisément définies lors de la fabrication, la commande minimaliste ne nécessite aucun capteur pour commander chaque actionneur numérique de façon répétable, contrairement à des systèmes plus classiques, ce qui facilite leur intégration dans des systèmes compacts ou fortement intégrés. Dans le cadre du projet ALVEO, une architecture originale de micro-actionneur capable de réaliser des déplacements tridimensionnels est proposée ce qui permettra d’atteindre un grand nombre de positions discrètes (12 positions). Des démonstrateurs, de complexité croissante, seront développés ce qui permettra d’aboutir à un réseau de micro-actionneurs numériques tridimensionnels à architecture hexagonale. Avec un tel réseau, des actions complexes pourront être générées par combinaison d’actions élémentaires simples, chacune réalisée par un micro-actionneur. Une application de type convoyage tridimensionnel en contexte de micro-usine est visée pour ce démonstrateur. Chaque micro-actionneur du réseau pourra être piloté de manière indépendante assurant ainsi un haut niveau de flexibilité et de reconfigurabilité au système de micro-convoyage, caractéristiques essentielles en contexte de micro-usine. Des stratégies de pilotage seront également développées au cours du projet afin de rechercher le trajet optimal pour l’objet convoyé et de déterminer les déplacements correspondants pour chaque micro-actionneur constitutif du réseau. Les développements et travaux réalisés dans le cadre du projet ALVEO seront menés selon trois phases successives. La première phase visera à démontrer la faisabilité d’un micro-actionneur planaire à six positions discrètes. En seconde phase, un micro-actionneur basé sur une architecture tridimensionnelle et disposant de douze positions discrètes sera développé et caractérisé. Lors de la troisième phase, les travaux se focaliseront sur le développement d’un réseau de micro-actionneurs tridimensionnels à douze positions discrètes, sur la définition de stratégies de pilotage adaptées et enfin sur la validation de l’application au micro-convoyage en contexte de micro-usine.
Mots clés : Réseau d’actionneurs, Actionnement distribué, Systèmes de convoyage tridimensionel, Chaîne logistique
Type de projet : Région HDF FEDER
Acronyme : HETSPEC
Titre : Outils de calcul en conception optimale de dispositifs complexes innovants. Application à l’électrification des véhicules
Responsable scientifique : Arnaud Hubert
Dates : 01/10/2017 au 31/09/2020
Résumé : La grande majorité des outils de conception optimale développés pour les industriels du transport et de l’énergie sont essentiellement centrés sur l’amélioration de solutions initiales, souvent pré-conçues de manière empirique par les responsables métiers . Basée sur des choix d’architectures à‑priori, ces améliorations reposent sur l’utilisation d’algorithmes d’optimisation, déterministes ou stochastiques, capables d’explorer l’espace des variables de conception pour proposer des solutions meilleures vis-à-vis de critères de performance. Les nombreux travaux industriels ou académiques correspondants sont adaptés pour satisfaire certains problèmes de conception optimale, mono- ou multi-critères, avec d’excellents résultats. Toutefois, la principale limite de ces outils est de nécessiter une solution pré-conçue initiale (une conception préliminaire à améliorer) et ils sont donc inaptes à traiter certains problèmes de conception, notamment les problèmes de définition d’architecture et les problèmes de conception sous-définie. De plus, la prise en compte de spécifications non fonctionnelles ou d’un nombre très important de critères d’optimisation est également très délicate dans ce cadre. L’objectif de ce projet n’est nullement de remplacer ces outils, au demeurant très utiles et très efficaces, mais de proposer des outils complémentaires, utiles dans les phases de pré-conception, pour : (i) proposer un sous-ensemble de solutions de conception, même pour des cahiers des charges sous-définis, (ii) pouvoir tenir compte de l’ensemble des contraintes de conception, à la fois complexes et hétérogènes, (iii) gérer des problèmes de choix d’architecture et proposer des solutions préliminaires avec des temps de calcul acceptables. Ce travail, basé sur la programmation par contraintes sur des domaines mixtes (ensembles de valeurs discrètes et intervalles de réels) aura pour applications cibles, l’aide à l’électrification optimale des véhicules et leur éco-conception.
Mots clés : cahier des charges complexes, modélisation de problème, programmation par contraintes, Conception optimale, électrification des véhicules
Type de projet : ADEME
Acronyme : ESSENCYELE
Titre : moteur ESSENCe injection directe hYbride Electrique abordabLE
Responsable scientifique : Guy Friedrich
Dates : 25/02/2014 au 24/02/2019
Résumé : L’objectif du projet concernera le développement d’une chaine de traction ≪ mild-hybrid ≫ comprenant le stockeur d’énergie électrique, la machine électrique, l’électronique associée et la transmission permettant ainsi l’optimisation du GMP ≪ mild-hybrid ≫ complet. Pour cet objectif, la démarche proposée sera, selon une approche ≪ hybride abordable ≫, de définir une architecture hybride légère optimale et ses composants associes. Cette démarche reposera principalement sur le choix de systèmes électriques fonctionnant sous basse tension (inférieure a 60V) et sur une batterie Li-Ion optimisée pour une chaine de traction ≪ mild-hybrid ≫, c’est-à-dire privilégiant les caractéristiques de puissance électrique.
Mots clés : Conception optimale, machine électrique, électrification des véhicules
Type de projet : Région Hauts-de-France
Acronyme : MTM Synchro
Titre : MTM Synchro Contribution à la modélisation thermique et mécanique d’une machine synchro réluctante pour une application véhicule
Responsable scientifique : Guy Friedrich
Dates : 8/11/2016 au 31/12/2020
Résumé : L’objectif de ce projet est de concevoir et évaluer les performances des machines synchro réluctantes en focalisant l’étude sur les aspects thermiques et mécaniques de la machine.
La recherche d’actionneurs embarqués compacts impose deux contraintes fortes :
- Vitesse de rotation élevée pour l’augmentation de puissance massique
- Densité de courant élevée pour l’augmentation du couple massique.
Le comportement thermique affecte d’une façon significative les performances de la machine en termes de rendement. Une modélisation thermique de la machine s’impose afin d’identifier les chemins d’échanges de chaleur les plus significatifs. Cette étude permet d’apporter également une réponse sur le diagnostic des zones critiques de la machine et ceci en proposant des modèles thermiques fiables qui permettent de bien observer les températures critiques dans la machine électrique, précisément les températures du bobinage, du rotor à aimants et des roulements. Tous les phénomènes d’échanges thermiques doivent être pris en compte afin de mener à bien cette étude. Le rotor particulier des machines synchro réluctantes conduit à considérer les aspects mécaniques de résistance et de fatigue de manière plus précise. Le point faible de ce type de machine est constitué essentiellement par les ponts magnétiques (renforts mécaniques). Ces ponts sont fragilisés car soumis à la pression des aimants et de la force centrifuge. Les pertes dans la machine sont à évaluer et peuvent générer donc des échauffements internes dans la machine qu’il convient de savoir modéliser. Les travaux proposés dans cette thèse consistent donc :
- A élaborer un modèle multi-physique d’une machine synchro-réluctante avec un regard plus particulier sur les aspects mécaniques (tenue du rotor) et thermiques.
- Ce modèle multi-physique sera ensuite intégré dans un environnement permettant un dimensionnement optimal
- Une partie importante des travaux sera constituée par une validation des modèles numériques (en particulier au niveau des pertes fer). Cette validation utilisera un prototype et des moyens d’essais disponibles au laboratoire.
Mots clés : Modélisation, conception optimale, électrification des véhicules
Type de projet : GDR SEEDS CNRS
Acronyme : MOPEE
Titre : Modèles pour la conception préliminaire des systèmes complexes à énergie embarquée
Responsable scientifique : Arnaud Hubert
Dates : 18/09/2019 au 31/03/2021
Résumé : L’enjeu principal de ce projet est de disposer de modèles sous définis génériques et réutilisables permettant la synthèse des systèmes techniques du génie électrique (GE) en phase amont du processus de conception. Plus précisément, l’objectif de ce projet est de développer des modèles sous-définis de systèmes complexes à énergie embarquée de manière à pouvoir intégrer et prendre en compte des exigences fonctionnelles et non fonctionnelles dès l’étape de génération d’architecture / pré-dimensionnement.
Les modèles seront développés en DEPS, langage dédié à la modélisation de problèmes de conception de systèmes en vue de leur résolution. DEPS est supporté par l’association DEPS Link (www.depslink.com). Les systèmes visés par DEPS sont les systèmes à dominante matériel (sciences de l’ingénieur), les systèmes à dominante logiciel (systèmes embarqués) ou mixtes (systèmes cyber-physiques). Des cas d’études ont déjà été réalisés dans le cadre de problème de conception de systèmes mécaniques, énergétiques et embarqués notamment en avionique. Une première version du langage DEPS est implémentée dans un environnement intégré permettant l’édition des modèles, leur compilation et leur résolution via un solveur dédié à base de programmation par contraintes sur des domaines mixtes.
Ce projet est basé sur la collaboration entre deux groupes de travail (GT) complémentaires, l’un centré sur le développement de méthodes de conception et d’optimisation pour le GE, l’autre centré sur le développement de modèles et composants pour le GE. Cette collaboration permettra d’enrichir les deux GT et de faire progresser la communauté française du GE dans le cadre du développement de produits innovants à énergie embarquée. La thématique métier principale abordée dans ce projet concerne les systèmes de stockage d’énergie électrochimique de type batterie Li-ion qui sont actuellement au cœur de nombreux développement technologiques.
Les thématiques visées concernent les domaines du transport, que ce soit l’automobile, le ferroviaire ou l’aéronautique, domaines dans lesquels les différents partenaires ont tous déjà des collaborations industrielles.
Mots-clés : Conception préliminaire, modèles sous-définis, langage DEPS, systèmes à énergie embarquée, spécifications fonctionnelles et non-fonctionnelles.
Type de projet : ANR
Acronyme : TEMIS
Titre : Inspection visuelle auTomatique de défauts d’aspects en tEmps réel et en ligne par l’usage de Machines apprenantes : contribution à l’InduStrie 4.0
Responsable scientifique : Alexandre Durupt
Dates : 01/10/2020 au 31/06/2024
Résumé : Le projet TEMIS vise à développer une approche automatisée et reconfigurable pour le contrôle en ligne de produits manufacturés au sein de l’Usine du Futur. L’approche combinera des techniques de vision par ordinateur à des techniques d’intelligence artificielle pour permettre la reconnaissance d’une gamme de défauts (e.g. formes, aspects) susceptibles d’évoluer en fonction des produits. Les développements porteront sur la définition de techniques de nettoyage et de préparation des images de production, sur l’optimisation de réseaux de neurones, sur l’intégration de techniques non supervisées pour disposer in fine d’une IA intelligible et compréhensible pour l’aide à la décision lors du contrôle visuel. Les expérimentations s’appuieront sur un dataset industriel authentique permettant de valider les modèles, méthodes et outils développés.
Mots-clés : instrumentation innovante de mesure et de contrôle ; personnalisation de produits et services ; aides à la décision ; Computer Vision, Intelligence artificielle
Type de projet : Région Hauts-de-France
Acronyme : ETREL
Titre : inspEction auTomatique de défauts en temps Réel et en ligne à partir de données multi-sources et via l’usage de machines apprEnantes : contribution à L’induStrie 4.0
Responsable scientifique : Alexandre Durupt
Dates : 01/03/2022 au 31/07/2023
Résumé : Le projet ETREL vise à développer une approche automatisée et reconfigurable pour le contrôle en ligne de produits manufacturés. Le projet vise à combiner solutions apprenantes dites « d’intelligence artificielle » (IA) et systèmes experts dits « d’intégration de données multi-sources issues d’acquisitions » pour réaliser ceci, sur des pièces produites en grande série à cadence rapide par AML Systems, partenaire du projet. Respectivement, ETREL propose un cadre méthodologique sur la complémentarité des données 2D/3D pour le contrôle de défauts industriels (en ligne/temps réel). Une mise en œuvre à base d’IA de type Réseaux de Neurones s Convolutifs Profond (RNCP) est fortement envisagée.
Mots-clés : instrumentation innovante de mesure et de contrôle ; multi-modalité ; aides à la décision ; Computer Vision, Intelligence artificielle
Type de projet : ANR
Acronyme : COHERENCE4D
Titre : Cohérence des jumeaux numériques pour l’industrie du futur : Modélisation, visualisation et interaction de maquettes numériques 4D interfacées aux systèmes physiques
Responsable scientifique : Alexandre Durupt
Dates : 01/10/2020 au 31/08/2024
Résumé : Le projet COHERENCE4D vise à développer un nouveau paradigme de modélisation, de visualisation, d’interaction, et de maintien de la cohérence de maquettes numériques 4D interfacées à des systèmes physiques qui évoluent dans le temps. Les travaux porteront sur la définition d’un modèle hiérarchique à géométrie et à topologie variables dans le temps, sur la définition de mécanismes de maintien de la cohérence entre le jumeau numérique et le jumeau physique, sur le développement d’un système d’aide à la décision exploitant une IA capable d’identifier les écarts réel/virtuel pour décider des mises à jour à effectuer, sur la spécification et l’expérimentation de nouvelles métaphores de visualisation et d’interaction avec ces maquettes numériques 4D au travers de périphériques de RA/RV. Les briques fonctionnelles seront intégrées dans une preuve de concept et validées sur des cas d’études liés à la reconception de produits manufacturés et à la reconfiguration de systèmes de production.
Mots-clés : instrumentation innovante de mesure et de contrôle ; réalité virtuelle ; aides à la décision ; jumeau numérique, cohérence numérique, reverse engineering
Type de projet : EUROPE
Acronyme : MAVIS
Titre : Industry 4.0 and Management of Variations In a Sustainable manufactured product life cycle
Responsable scientifique : Benoît Eynard
Dates : 08/08/2020 au 30/11/2024
Résumé : Quelques soit le processus, tout au long du cycle de vie d’un produit, il sera sujet à des variations. Ces variations sont inévitables et la capacité à maîtriser et gérer ces variations pour optimiser les performances des produits d’une part et minimiser les coûts d’autre part est un défi industriel typique. Les spécifications de tolérance des produits, la qualité des matériaux, la performance et les capacités des processus de fabrication ont traditionnellement été au centre des préoccupations industrielles. Cependant avec l’émergence de l’Industrie 4.0 et des systèmes cyber-physiques, il existe de nouveaux potentiels sur un autre niveau celui du cycle de vie du produit avec la collecte, le traitement et la distribution des données ou encore la gestion des flux d’informations entre les entreprises. Les capteurs et l’acquisition de données, les données massives et les bases de données, l’intelligence artificielle et les algorithmes intelligents (science des données) sont de nouvelles technologies qui permettent un niveau de maîtrise et de gestion beaucoup plus élevé. La solution n’est pas nécessairement de minimiser les variations, mais de comprendre quelles variations sont nuisibles et lesquelles sont acceptables, ceci permettant de valider en conséquence les variations pour maîtriser les performances des produits industriels et des processus d’entreprise.
Any process throughout a product life circle will be subject to variations. These variations are inevitable and the ability to control and manage these variations to optimize product performance on one hand and minimize costs on the other is the typical industrial challenge. The products tolerance specifications, material quality and the accuracy and capabilities of the manufacturing processes, have traditionally been the focal point, but with the introduction of Industry 4.0 and cyber-physical systems, there are potentials for another level of data and information collection and flow between companies and departments and throughout the product life circle. Sensor technology and data acquisition, big data and database technology, artificial intelligence and smart algorithms (data science) are novel technology that allow a much higher level of control. The solution is not necessary to minimize variation, but to understand which variations are harmful and which are acceptable and distribute the allowed variations accordingly.
Mots-clés : Industrie 4.0, Gestion du Cycle de Vie des Produits, Systèmes de Production Cyber-Physiques, Objets Industriels Connectés, Continuité Numérique
Industry 4.0, Product Lifecycle Management, Cyber-Physical Production Systems, Industrial Internet of Things, Digital Thread
Type de projet : FUI
Acronyme : LUCID
Titre : Laboratoire d’Usinage par Caractérisation Intelligente des Données
Responsable scientifique : Alexandre DURUPT
Dates : 19/04/2016 au 19/04/2020
Résumé : LUCID traite de la problématique d’élaboration des programmes d’usinage et des stratégies associées. Cette activité requiert tout le savoir-faire des usineurs. Il est stratégique pour eux d’identifier, communiquer et diffuser ce savoir-faire au sein de l’entreprise. LUCID a pour objectif de fournir un outil d’assistance à l’élaboration de programmes d’usinage et de faciliter la diffusion et la maîtrise des bonnes pratiques au sein de l’entreprise. Ce projet proposera donc la création d’un ensemble de fonctionnalités exploitant le Data Mining pour capitaliser et gérer la connaissance en usinage, analyser les formes géométriques et reconnaitre de manière intelligente les entités et les bonnes pratiques de l’entreprise. LUCID apportera :
Ce projet vise le marché du e‑Manufacturing avec une solution destinée à tous types d’entreprises usineur (PME à grands groupes, et différents secteurs).
Type de projet : ANR
Acronyme : RESEED
Titre : Rétro-conception SémantiquE d’objEts patrimoniaux Digitaux
Responsable scientifique : Alexandre DURUPT
Dates : 01/10/2016 au 31/03/2021
Résumé : Ce projet s’intègre dans le domaine de la rétro-conception (ou Reverse Engineering en anglais) et s’allie avec les besoins et les particularités liés au patrimoine. Les objectifs scientifiques s’inscrivent pleinement dans le Défi 7 de l’ANR qui permettra de construire notre future société de l’information et de la communication. Aujourd’hui, la rétro-conception est largement utilisée dans l’industrie manufacturière afin de capturer l’information 3D des produits. Mais digitaliser les données physiques ne rend pas compte des connaissances portées par les produits, capitaliser ce savoir-faire est pourtant aujourd’hui cruciale pour faire évoluer mes produits de demain. On distingue donc deux types d’approches :
Cependant il n’existe pas à l’heure actuelle de processus globalisant la démarche : les verrous technologiques résidant dans l’interdisciplinarité conduisent à des verrous scientifiques nécessitant un alignement des modèles et une remise à plat des processus usuels des industriels.
Le projet ANR ReSeed vise à mettre en place une nouvelle méthodologie, un outil et un format interopérable pour permettre l’alliance de la digitalisation sémantique et physique des objets. Avant d’appliquer les démarches sur l’industrie contemporaine il a été choisi de tester les approches sur un patrimoine déjà existant dont les connaissances ont été identifiées et dont la valeur intrinsèque n’est pas à renégocier : ReSeed sera testé sur le patrimoine industriel. A terme, si l’ANR ReSeed est un succès, un rebouclage entre les connaissances du passé et les connaissances du présent sera envisagé. Sauvegarder, analyser et comprendre ces objets du patrimoine passé peut permettre de les transformer en capital présent. La transposition des connaissances du passé en connaissances contemporaines, lisibles et compréhensibles dans le système sociotechnique présent peut alors devenir source d’innovation pour anticiper notre futur.
Une attention particulière sera portée sur la qualification du processus mis en place. Autrement appelés indicateurs de performances dans l’industrie manufacturière, ReSeed mettra en place une déontologie adaptée permettant de garantir l’authenticité et l’unicité des futurs objets numériques sémantiquement augmentés. Le projet ANR étant par nature pluridisciplinaire, le consortium constitué est également pluriel :
La durée prévue est de 48 mois ; elle permet de tenir compte des particularités liées aux contraintes, aux règles et aux eusses-et-coutumes des différentes disciplines du consortium. Les impacts du projet sont nombreux et se situent sur plusieurs niveaux. Tant sur les emplois requis pour mettre en place le projet (2 thèses demandées, plusieurs enseignants-chercheurs et ingénieurs impliqués) que sur les retombées économiques pour les industriels fournisseurs de solutions logiciels ou de service. De plus, compte tenu du champ d’expérimentation défini pour ReSeed, le consortium ambitionne de mettre à disposition des experts du patrimoine de nouveaux outils (pour permettre une digitalisation sémantique des objets). Ces outils permettant des accès multi-niveaux, visent, à terme, de mettre à disposition de tout citoyen les connaissances capitalisées. Entre autre, un label patrimoine numérique 3D sera étudié en accord avec le Consortium3D de la TGIR Huma-Num.
Type de projet : ANR
Acronyme : IPROD
Titre : Integrated Product Process Modular Design.
Responsable scientifique : Joanna Daaboul
Dates : 01/10/2017 au 01/10/2020
Résumé : Enterprises struggle to survive in today’s socio-economic environment characterized by globalization, shorter product lifecycle, demand for increased product variety and customized products, exponential technological development, high uncertainty… Flexible, agile and reconfigurable manufacturing systems based on a modular process allow enterprises to survive in this environment.
Modular design permits providing high product variety and flexibility with reduced costs. Product modular design is an old concept, but modular process is relatively new. There exists many research works on both methods, yet seldom are those considering integrated product/process modular design. This project aims at proposing an integrated product/process modular design method and to develop an integrated product/process configurator which allows different users to add/remove/modify product or process modules and to develop different product variants, customizable and new products. This consists of at first proposing a module conceptual model based on an integrated product/process approach. This requires analyzing existing modularity typologies and classifications in order to combine and enrich the most adequate ones for an integrated product/process approach. Considering only functionality is not sufficient. Manufacturing characteristics among other criteria should be included. Secondly, and after developing the integrated module conceptual model, an integrated modular product/process design method shall be developed. This method will include the definition of modules (what a module consists of), of an integrated product/process platform (a platform is the set of components that establish a common structure), and of an integrated product/process architecture (the way to define which modules will form the whole required product and process). Thirdly, an integrated product modules identification and process resequencing method will be developed. Even though seeking technical solutions is the major concern in product design, it is at the production stage that product costs are actually committed and product quality and lead times are highlighted the most. Therefore integrating the modular process design method in the product modular design method leads to reducing configuration time (and thus costs), production costs and increasing quality (especially in the case of high product variety). As an example, process resequencing is realized based on a predefined set of modules to form the product. The main objective is to reduce reconfiguration time while being able to produce the already chosen product modules. Whereas it would be interesting if the product modules choice takes into consideration the process resequencing constraints (time and costs). A choice between several assemblies of modules forming the product could be made based on reducing process resequencing costs and time.
Finally, a technical platform supporting the developed integrated modular design method will be developed. It is called an integrated product/process configurator. This configurator should be based on a well-structured information model supporting an integrated approach. Many information models exist. The aim of the project is not to develop a new one, but to choose and enrich an already existing model. The configurator has to be extendable, scalable and flexible to support new product/process modules, architectures and platforms.
All the developed concepts, methods and tools will be validated and evaluated using a use case: car headlights. Car headlights are formed of several mechanical and mechatronics sub-systems. They are sufficiently complex to test the developed integrated modular design method.
Mots clés : Architecture de produit, Conception modulaire, complexité, diversité, ergonomics, man-machine interfaces, process engineering, processus modulaire, reconfiguration, Industrial design, Plug&Play, Production technology, product design