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La semaine de Jean-François Prevéraud

A 40 ans, le Cetim voit l'avenir de la mécanique dans la simulation

Industrie et  Technologies
La mécanique va vivre juste avant l'été un événement important, les 40 ans de son centre technique, le Cetim. J'ai eu l'occasion de rencontrer voici quelques jours plusieurs de ses dirigeants pour évoquer avec eux un avenir où la simulation se taille une


On ne présente plus le Centre Technique des Industries Mécaniques, Cetim, tellement il fait partie du paysage mécanicien français. Il est vrai qu'en 40 ans d'existence il a pleinement participé à la vie de ce secteur industriel qu'il a aidé à progresser grâce à son expertise technique.

Il a été présent sur de nombreux grands projets : le TGV, dont il a réalisé les essais de qualification des bogies ; le téléphérique de la Saulire à Courchevel où il a participé à l'augmentation de la sécurité du câble tracteur et de sa liaison avec les cabines, au point de supprimer pour la première fois les freins de chariot ; le 1e cÅ“ur artificiel thoracique du professeur Alain Charpentier dont il a participé à l'étude de la motorisation ; la restauration de la Statue de la Liberté à New York dont il a validé par le calcul à l'aide de son logiciel Castor la charpente métallique interne ; Ariane V dont il a validé les matériaux des joints d'étanchéité des circuits cryogéniques du moteur Vulcain ; le catamaran de course Orange II dont il a caractérisé le comportement mécanique des matériaux composites utilisés pour la coque et la structure. Et ce ne sont que quelques exemples pris parmi des milliers de travaux menés pour des industriels.

Cette diversité de travaux lui a permis d'aborder et de maîtriser de multiples techniques, notamment dans les domaines de la conception, du calcul, mais aussi de la fabrication, de la mise en forme et du traitement des matériaux, de la mesure du contrôle... Il a à ce titre été au cÅ“ur de grands programmes comme Simulforge sur la simulation 3D du forgeage, ou l'Outil Métier pour l'Emboutissage - OME - qui viennent de se terminer. Et il est fortement présent dans le projet Poudre pour la maîtrise des technologies de fabrication mettant en Å“uvre des poudres ; ou encore de projets dans le prototypage rapide ; les traitements de surfaces ;la mécatronique ; les circuits fluides intelligents ; les technologies propres de nettoyage ; la réduction du bruit des machines ; l'éco-conception ; la simulation du soudage ; les machines de chantier du futur ; l'usinage des composites ; les méthodes de gestion des stocks sur les lignes de production, etc.

Parmi les grands enjeux technologiques actuels de la mécanique, on retrouve la simulation. « La simulation numérique est quelque chose de maîtrisé dans de nombreux secteurs de la mécanique depuis de nombreuses années, mais il a fallu laisser passer le temps pour que la confiance s'établisse chez les industriels », explique Mansour Afzali, responsable du pôle Dimensionnement Simulation, Logiciels. « De plus, il faut constater que dans pratiquement tous les domaines, c'est encore l'essai physique qui assure l'homologation. D'ailleurs, c'est cet essai physique qui sert à calibrer et valider les modèles et les méthodes numériques. Il ne faut donc pas opposer les deux, mais plutôt jouer sur leur complémentarité ».

C'est par exemple ce qui a été fait pour la RATP lorsqu'elle a souhaité faire évoluer les tendeurs d'attelage liant les différentes voitures d'une rame. Le passage de l'acier au titane permettait de réduire le poids de ces ensembles de 44 % à performances théoriques égales d'après les résultats de la simulation numérique. Restait à valider cela par des essais sous charge, en résistance et en fatigue. Ceux-ci ont montré que des imperfections minimes de fabrication, non prises en compte par la simulation, avaient un impact important sur l'intégrité et la durée de vie des tendeurs. Cela a débouché sur l'élaboration d'un cahier des charges de fabrication précis.

La simulation physique reste donc indispensable pour caractériser les matériaux et les procédés de fabrication. Elle permet aussi de comprendre et d'interpréter des phénomènes multiphysiques ou des modes de défaillance encore imparfaitement connus tels que la fatigue ou le vieillissement. « Ce sont ces données fondamentales qui vont nous permettre d'améliorer les codes de calcul, voire d'en développer de nouveaux en utilisant des algorithmiques novatrices. A l'inverse la simulation numérique va nous servir pour optimiser des bancs d'essais physiques, ainsi que les procédures d'expérimentation associées ».

La simulation peut aussi être un moteur pour l'innovation. Ainsi lorsque Eldec a dû faire face à une évolution notable des normes de résistance au crash dans le domaine aéronautique, elle a fait appel au Cetim pour l'aider à reconcevoir ses jauges à carburant pour hélicoptère. Pour éviter de perforer les réservoirs la nouvelle norme imposait qu'elles se rétractent de 100 mm sous un effort dynamique de 70 daN. Les essais physiques menés sur les jauges existantes ont montré qu'il fallait un effort de 5 000 daN ! Le Cetim a préconisé de tester différents matériaux et surtout de faire évoluer la géométrie des tubes en programmant des zones de déformation sans rupture. Les multiples solutions envisageables ont été validées et optimisées par des simulations numériques itératives. Au bout de cinq mois les premiers prototypes représentant les extrêmes de la gamme ont été testés physiquement avec une corrélation de 95 % par rapport aux calculs. La simulation a alors permis de valider directement tous les modèles intermédiaires.

« Un tel exemple montre que la simulation numérique ne dispense pas de la construction et du test d'un prototype physique. Par contre, elle en évite la multiplication. C'est donc un investissement stratégique pour les entreprises car elle les aide à réduire leurs cycles et leurs coûts de développement, tout en favorisant l'innovation et en améliorant la qualité de leurs produits », constate Mansour Afzali.

La simulation numérique permet aussi de valider des produits qu'il est difficile, voire impossible, de tester en laboratoire. C'est par exemple le cas pour Beaudrey qui fabrique les tambours rotatifs de filtration se trouvant sur les prises d'eau des circuits de refroidissement des centrales nucléaires. L'entreprise fait valider par le Cetim la tenue au séisme de ces engins de plusieurs mètres de diamètre et de longueur. Les méthodes de calcul employées sont celles du comportement statique équivalent et de la réponse à un ou plusieurs spectres de choc, avec prise en comptes des modes résiduels. Compte tenu des méthodes, des logiciels et des protocoles d'assurance qualité utilisés, les résultats des simulations sont acceptés sans discussion par EDF et les autorités de sûreté. Et une telle qualification sismique est un avantage certain qui facilite l'exportation.

Quand je vous disais que l'avenir de la mécanique passe par la simulation...

A la semaine prochaine.

Pour en savoir plus : http://www.cetim.fr 

Jean-François Prevéraud, journaliste à Industrie & Technologies et l'Usine Nouvelle, suit depuis plus de 24 ans l'informatique industrielle et plus particulièrement les applications destinées au monde de la conception (CFAO, GDT, Calcul/Simulation, PLM...). Il a été à l'origine de la lettre bimensuelle Systèmes d'Informations Technologiques, qui a été intégrée à cette lettre Web hebdomadaire, dont il est maintenant le rédacteur en chef.

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