ACTIVITES DE RECHERCHE EN ENERGETIQUE & VILLE DU FUTUR
Parmi les projets de cet axe menés au sein de l’EPMI, citons par exemple :
- Projet 1 : Modélisation numérique des ouvrages de puissance
- Projet 2 : Optimisation de la traction et propulsion pour les véhicules hybrides
- Projet 3 : Commande de convertisseurs de puissance multicellulaires
Projet 1 « Modélisation numérique des ouvrages de puissance»
- Modélisation multi physique par la méthode des éléments finis
- Calcul de champs, pression et température
- Analyse électromagnétique, thermique et mécanique
- Conception de dispositif de protection anti-incendie et anti-explosion
- Optimisation
- Validation expérimentale
Figure : Modélisation numérique par éléments finis d’un transformateur de puissance
Projet 2 « Véhicules électriques hybrides »
- Simulation numérique
- Dimensionnement des chaînes d’alimentation et de commande
- Optimisation des commandes
- Stockage de l’Energie
- Validation expérimentale
Figure : Optimisation de la commande de la chaîne d’alimentation d’un véhicule hybride.
Projet 3 Modélisation, Analyse, Réalisation et Commande de convertisseurs de puissance multicellulaires dans un environnement dédié »
De nos jours, la raréfaction des sources d’énergie bon marché nécessite un effort particulier dans l’optimisation du rendement de toutes les conversions mises en jeu. Le vecteur d’énergie électrique en particulier est appelé à prendre toujours plus d’importance, en liaison avec l’insertion de sources renouvelables. Notre projet a comme objectif l’étude et l’analyse d’un type de convertisseur de puissance.
Ensuite un prototype sera réalisé à l’EPMI, d’une part pour valider nos modèles et d’autre part tester : nos commandes, nos algorithmes de détection de défauts et nos solutions de rejet des perturbations.
ACTIVITES DE RECHERCHE EN MECATRONIQUE
- Projet 1 « Analyse Vibratoire de Matériel embarqué (TGV, Métro) »
- Projet 2 : Radars bipolarisation en bande X
- Projet 3 : Traitement du signal par ondelettes appliqué à la détection de pathologies neurophysiologiques
- Projet 4: projet FUI : SAHARA (Solutions pour l’ArcHitecture et les Applications des Réseaux sans fil dans les Aéronefs)
Projet 1 « Analyse Vibratoire de Matériel embarqué (TGV, Métro) »
- Modélisation numérique tridimensionnelle par la méthode des éléments finis
- Calcul de stress et contraintes mécaniques
- Analyse vibratoire et sismique
- Optimisation de structures
- Validation expérimentale
Figure .b : Modélisation numérique par éléments finis d’un transformateur embarqué dans un TGV
Projet 2 : Radars bipolarisation en bande X.
Actuellement avec les radars météo standards mono-polarisation, la mesure du taux précipitant se fait avec une grande incertitude de l’ordre de 50%. Un radar bipolarisation terrestre, en cours d’essai, permet de réduire cette incertitude à (5 – 10) % et permet la cartographie interne (scan) des nuages.
L’enjeu est d’embarquer ce type de radar bipolarisations sur des aéronefs. Les études portent sur des antennes réseau bipolarisation embarquées sur des aéronefs et sur les modifications à apporter au radar sol. L’exploration des solutions permettra de définir une antenne bipolarisation embarquée répondant au cahier des charges et réalisable à un faible coût d’industrialisation et de mise au point pour des applications civiles.
Ces études font l’objet de validation théorique au moyen de modélisation et de simulation. Les solutions une fois validées feront l’objet d’un ou de plusieurs brevets.
Figure : Radars bi-polarisation
Figure .b : Radars bi-polarisation pour l’aviation civile
Projet 3 : Traitement du signal par ondelettes appliqué à la détection de pathologies neurophysiologiques
L’estimation et le filtrage des signaux individuels est un problème difficile à cause du manque d’informations sur les caractéristiques du signal et le faible rapport signal sur bruit des enregistrements.
Nous avons proposé une méthode qui peut être appliquée sans à priori. Cette méthode utilise le transformée en ondelettes. Pour filtrer le signal, on applique un critère de seuillage sur les coefficients d’ondelettes.
Ce seuil, est déterminé par le coefficient de variation. Les travaux montrent que, la méthode des ondelettes est plus efficace que la méthode du filtrage numérique passe bas dans l’estimation des signaux individuels.
Les travaux ont permis le développement d’un algorithme rapide basé sur le filtrage adaptatif pour éliminer les interférences dues, dans notre cas, aux mouvements oculaires dans les enregistrements neurophysiologiques.
Projet 4: projet FUI : SAHARA (Solutions pour l’ArcHitecture et les Applications des Réseaux sans fil dans les Aéronefs)
Ce projet a été labellisé par les pôles de compétitivité Astech et Pégase dans le cadre du FUI11 (Fond Unique Interministériel).
Il est réalisé avec des partenaires appartenant à des Grands Groupes (EADS ASTRIUM ; EADS IW; EUROCOPTER), des PMEs (GLOBALSYS; BEAN AIR ; OKTAL) et d’autres Laboratoires de recherche (ECE; INRIA; LIMOS (Univ. de Clermont Ferrand).
Les technologies sans fil sont aujourd’hui largement utilisées dans les marchés de l’électronique grande consommation. La diversité des technologies reflète l’étendue des applications possibles depuis la simple télécommande jusqu’à la transmission de flux de données complexes.
Elles commencent également à être déployées pour des applications industrielles comme l’automobile ou le relevé à distance de compteurs.
Pour les applications aéronautiques et spatiales, ces technologies ont un immense intérêt potentiel. En effet dans un avion, un hélicoptère ou un lanceur actuel, des milliers de capteurs, pour la plupart non critiques, sont utilisés pour la mesure de divers paramètres (températures, pressions, positions…) et les résultats sont ensuite acheminés par des fils vers les calculateurs de bord qui les traitent.
Ceci engendre des centaines de kilomètres de câbles, une grande complexité de design et de fabrication, des problèmes de fiabilité notamment au niveau des connexions et une masse importante. Sur un Airbus A380 par exemple, on compte 500 kilomètres de câbles pesant plus de 3 tonnes.
L’utilisation de capteurs sans fil permettrait de gagner plusieurs centaines de kilogrammes tout en diminuant grandement la complexité de fabrication et les aléas associés.
Au sein du partenariat, notre établissement est chargé de participer aux cahiers des charges des différentes composantes du système, de l’étude des systèmes d’émission et réception tant au niveau des capteurs que des concentrateurs
ACTIVITES DE RECHERCHE EN PRODUCTIQUE ET LOGISTIQUE VERTE
Les travaux de recherche en Productique traitent de l’optimisation de Plateformes de production et Systèmes logistiques complexes. L’objectif étant de développer des méthodes de modélisation et de Commande, de concevoir des algorithmes permettant de faire du contrôle prédictif (Diagnostic) et d’optimiser de systèmes de production. Parmi les travaux récents, réalisés dans le cadre de thèses, nous pouvons citer :
- Développement d’un nouveau modèle de réseaux de Pétri (systèmes logistiques) appliqué aux systèmes de transport dans le cadre de la « Régulation des Systèmes en Libre-service ».
Depuis quelques années, l’innovation dans les transports est fortement stimulée par l’écologie et le développement durable. Des systèmes de vélos en libre-service fleurissent en Europe (Vélib’ à Paris, Vélov’v à Lyon, Bicing à Barcelone, etc.). L’urgence de la question environnementale et leurs avantages en termes de développement durable sont tels qu’en de nombreuses villes, il est envisagé de mettre en place des systèmes similaires pour d’autres moyens de transports tels que les voitures et les utilitaires.
Contrairement aux systèmes de transport traditionnels, peu d’études fondamentales (voire aucune) sur la mise en œuvre et l’exploitation de ces systèmes de transport en libre-service ont été menées. Pourtant, de nombreuses questions émergent, la principale étant la question d’une régulation efficace. D’autres questions telles que la taille des stations, le dimensionnement de la flotte de véhicules, la localisation des stations sont également considérables.
- Nouvelles techniques d’analyse de sensibilité des Systèmes à Eléments Discrets :
Analyse et commande des systèmes à événements discrets dans l’algèbre (min, +), Application à un système de production
Modélisation, Simulation et Optimisation d’une Ligne de Conditionnement de Produits Pharmaceutiques
Sous l’appellation Systèmes (Dynamiques) à Evénements Discrets (SED) sont regroupés certains systèmes, généralement de conception humaine, dont le comportement dynamique ne peut être décrit par des équations différentielles ou aux différences. Cette classe de systèmes regroupe aussi bien les systèmes de production, pour lesquels on étudie par exemple les flux de matière, que les systèmes de transport ou les systèmes informatiques.
Pour ces systèmes, se posent, entre autres, deux types de problèmes :
- Evaluation de performances
- Optimisation de performances
Nous expliciterons dans ce présent paragraphe deux de nos études récentes afférentes au Développement Durable :
- Séparation Aluminium – Titane suite au démantèlement d’AIRBUS
- Séparation de la fibre de carbone dans les matériaux composites
1ére étude : « Séparation Aluminium – Titane suite au démantèlement d’AIRBUS »
Les travaux ont porté sur la séparation de l’Aluminium du Titane des échantillons comprenant des rivets et résultant du démantèlement de la cellule d’un avion AIRBUS par la société SITA Solving.
Deux types d’alliages d’aluminium séries 2000 (Al + Cu + Mn + Mg) et séries 7000 (Al + Zn +Mg + Cu) comprenant des rivets en titane ont été traités. La séparation des rivets des tôles en alliage d’Aluminium a été effectuée par un procédé de fusion rendue possible en raison de la différence des températures de point de fusion des deux métaux : environ 750°C pour l’Aluminium et 1500°C pour le Titane.
L’objectif de la prestation a été de valider la faisabilité de la séparation du titane de l’aluminium, de manière théorique et expérimentale, de vérifier le résultat de la fusion et de proposer une expertise des résultats obtenus. Ceci dans le cadre d’une revalorisation des métaux et alliages issus de la filière récupération.
La réalisation de ces prestations s’est effectuée suivant trois phases :
- Phase Analyse amont
Modélisation du processus de fusion et de séparation Aluminium-Titane. La modélisation a été faite au moyen d’un logiciel de calcul éléments finis.
- Phase expérimentale
Différentes séries de fusion ont été effectuées:
– Approvisionnements et préparations des échantillons
– Tests de Fusion
– Analyse spectrométrique et ou chimique
- Phase d’analyses et d’expertises intervenant après chacune des différentes fusions.
Ces prestations nous ont permis de répondre à plusieurs interrogations :
– Composition de l’aluminium obtenu après fusion ?
– Les pièces de titane après fusion sont-elles libres d’aluminium et notamment sur les surfaces d’écrasement ?
– Quel est le bilan de masse, obtenu par la méthodologie mise au point ?, sachant que les contraintes futures seront de récupérer prés de 95% des matières premières
– Quel est le bilan énergétique, obtenu par la méthodologie mise au point ? sachant que le démantèlement de tout système complexe devra se faire en minimisant le coût énergétique et en optimisant le bilan CO² .
2ème étude : Séparation de la fibre de carbone dans les matériaux composites
Cette étude R&D définit une technique d’extraction et de récupération des fibres de carbone et de l’époxy par l’utilisation de la «Puissance Pulsée X-Crusher ».
Les voies du développement durable (éco-conception) impliquent désormais l’ensemble du cycle du produit, de la conception à son recyclage, et une meilleure caractérisation du produit et de ses performances.
Le recyclage des composites thermodurcissables à base de fibres de carbone et de résine se révèle difficile car la matrice (résine) ne peut pas être refondue, et n’est pas réutilisable sous forme de matière première au regard des techniques actuelles.
Le projet de recherche et développement « CAMILLE » consiste à développer et mettre au point un procédé innovant de séparation et d’extraction des composants des matériaux composites thermodurcissables à base de fibre de carbone et de résine par la « Technologie des Puissances Pulsées XCrusher™ ».
Les objectifs principaux visés par ce projet « CAMILLE » sont les suivants :
- Mettre au point un procédé innovant permettant le recyclage des matériaux composites par la séparation de leurs constituants.
- Promouvoir la récupération des fibres de carbone et de résines face aux exigences environnementales croissantes notamment en termes de taux de valorisation.
- Réaliser un prototype permettant d’envisager un traitement des gisements in ou ex situ.
Construit dans une logique de coopération multidisciplinaire, ce projet propose de réunir les compétences de 2 structures, avec notre établissement :
- Une startup, CAMILLE, disposant d’un Brevet portant sur un procédé transverse de séparation, par des puissances pulsées hautes performances – Procédé Xcrusher ;
- Une entreprise, SITA SOLVING, véritable intégrateur de solutions environnementales sur grands sites industriels dont les activités principales se concentrent sur l’aéronautique et l’automobile.
Ce projet a été retenu par l’ADEME (juillet 2010) au niveau de l’Axe thématique : Transformer vers des matières premières secondaires et pour le type de recherche Développement expérimental et d’innovation et pour le procédé concerné Recyclage/Valorisation.
