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  • Mécanique, énergie et électricité (Roberval) – FRE UTC/CNRS 2012

    Le labo­ra­toire Rober­val a pour voca­tion le déve­lop­pe­ment de méthodes expé­ri­men­tales et numé­riques inno­vantes pour l’a­na­lyse, la modé­li­sa­tion et la concep­tion des struc­tures et des sys­tèmes méca­niques.

    Objectifs

    Le labo­ra­toire Rober­val se posi­tionne sur la concep­tion de com­po­sants et de sys­tèmes méca­niques / mul­ti­phy­siques inno­vants, en pro­po­sant de mener des tra­vaux de recherche scien­ti­fique et tech­no­lo­gique dans un contexte inter­dis­ci­pli­naire, condi­tion néces­saire à la concep­tion, à l’é­tude du com­por­te­ment et de la dura­bi­li­té des sys­tèmes com­plexes. En par­ti­cu­lier, l’u­ni­té apporte une contri­bu­tion de fond pour défi­nir un cadre d’é­tude de ces sys­tèmes com­plexes (choix entre approche sys­té­mique ou approche méca­nis­tique, choix des échelles per­ti­nentes pour l’é­tude des varia­bi­li­tés…).

    Ses acti­vi­tés de recherche portent sur le déve­lop­pe­ment de com­pé­tences expé­ri­men­tales, théo­riques et numé­riques mul­ti­dis­ci­pli­naires, visant à déve­lop­per une exper­tise sur les métho­do­lo­gies d’a­na­lyse, de concep­tion et de fabri­ca­tion dans le res­pect de l’en­vi­ron­ne­ment.

    Équipes et thèmes de recherche

    Les recherches du labo­ra­toire Rober­val s’ap­puient sur les domaines de la science des maté­riaux, de la méca­nique des solides et des fluides, de l’a­cous­tique et des vibra­tions, de la méca­tro­nique, du génie élec­trique et de l’ingé­nie­rie des sys­tèmes.

    L’u­ni­té est orga­ni­sée en 5 équipes de recherche :

    • Méthodes numé­riques en méca­nique,
    • Acous­tique et vibra­tions,
    • Maté­riaux et sur­faces,
    • Méca­tro­nique, éner­gie, élec­tri­ci­té, inté­gra­tion,
    • Sys­tèmes indus­triels : pro­duits / pro­cess.

    Ces 5 équipes contri­buent à 2 thé­ma­tiques trans­ver­sales défi­nies au sein du labo­ra­toire :

    • Incer­ti­tudes et varia­bi­li­tés,
    • Maté­riaux et struc­tures à fonc­tions inté­grées.

    Plateformes

    L’u­ni­té déve­loppe 7 pla­te­formes :

    • Cal­culs inten­sifs,
    • Ser­veurs vir­tua­li­sés,
    • Vibro-acous­tique,
    • Carac­té­ri­sa­tion des maté­riaux,
    • Mise en œuvre des maté­riaux,
    • Méca­tro­nique,
    • Éner­gie élec­trique.

    Laboratoires communs

    Créé en 2019, le labo­ra­toire com­mun Fuse­Me­tal est le fruit d’une col­la­bo­ra­tion de plus de 20 ans entre le labo­ra­toire Rober­val et la socié­té Arce­lor­Mit­tal France (dont le centre de recherche auto­mo­bile est implan­té à Mon­ta­taire).

    Le labo­ra­toire Rober­val est éga­le­ment enga­gé avec la socié­té Del­ta­CAD dans le labo­ra­toire com­mun DIMEXP (Digi­tal Mockup for mul­ti-EXPer­tises inte­gra­tion).

    Partenariats

    Projets d’investissement d’avenir (PIA)

    Pôles de compétitivité

    L’u­ni­té est par­ti­cu­liè­re­ment active dans les pôles de com­pé­ti­ti­vi­té à voca­tion mon­diale i-Trans, MOV’EO et SYSTEMATIC.

    Partenariats industriels

    • Auto­mo­bile : RENAULT, PSA, SAINT-GOBAIN, ARCELOR-MITTAL, VALEO, PLASTIC OMNIUM
    • Fer­ro­viaire : ALSTOM, ARCELOR-MITTAL, Frai­ve­ley Trans­port
    • Aéro­nau­tique et spa­tial : SAFRAN, EADS, AIRBUS, CNES, ONERA
    • Éner­gie : EDF, CEA
    • Défense : DGA
    • Édi­teur de logi­ciels : ESI Group
    • Centres tech­niques : Centre tech­nique pour les indus­tries méca­niques (CETIM), Centre d’é­tudes et d’ex­per­tise sur les risques, l’en­vi­ron­ne­ment, la mobi­li­té et l’a­mé­na­ge­ment (CEREMA)

    Partenariats universitaires internationaux

    NPU Nor­th­wes­tern Poly­tech­ni­cal Uni­ver­si­ty de X’ian (groupe de recherche com­mun Vir­tual Pro­to­ty­ping for Desi­gn and Fabri­ca­tion), École natio­nale des ingé­nieurs de Sfax, uni­ver­si­té de San­tia­go du Chi­li, École des Mines de Cra­co­vie, uni­ver­si­té de tech­no­lo­gie de Wro­claw, uni­ver­si­tés du Qué­bec, uni­ver­si­té libre de Bruxelles, Impe­rial Col­lege of Lon­don, ISVR Sou­thamp­ton, TU Braun­sch­weig

    Projets

    Le labo­ra­toire déve­loppe des pro­jets en col­la­bo­ra­tion avec d’autres labo­ra­toires de l’UTC, des par­te­naires aca­dé­miques en France et à l’é­tran­ger.

    Projets ANR

    > Le Lab­Ceom DIMEXP vise à favo­ri­ser l’é­mer­gence de réfé­ren­tiels et de stan­dards de concep­tion et d’in­dus­tria­li­sa­tion de pro­duits méca­niques par la ges­tion col­la­bo­ra­tive et mul­ti-échelle de maquettes numé­riques inno­vantes et par la prise en consi­dé­ra­tion d’in­for­ma­tions hété­ro­gènes au sein de cette der­nière. DIMEXP a été rete­nu lors du pre­mier appel à pro­jets Lab­Ceom de l’ANR. 

    > 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. 

    > Le pro­jet RESEED 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. 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 :

    • les démarches de ges­tion des connais­sances clas­siques s’ap­puyant sur les sources séman­tiques,
    • et les outils de numé­ri­sa­tion / modé­li­sa­tion 3D.

    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. Ce pro­jet 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.

    > Au regard de l’é­vo­lu­tion de l’é­co­no­mie et de la socié­té, les pro­ces­sus indus­triels doivent s’a­dap­ter et répondre à une pro­duc­tion tirée par le client, un client qui est deve­nu beau­coup plus exi­geant et qui sou­haite acqué­rir des pro­duits cus­to­mi­sés et à grande diver­si­té. Une concep­tion modu­laire du pro­duit et du pro­cess per­met de réduire les coûts de pro­duc­tion, d’aug­men­ter la flexi­bi­li­té et les capa­bi­li­tés d’un sys­tème de pro­duc­tion tout en offrant des pro­duits à grande diver­si­té. La concep­tion modu­laire du pro­duit est un vieux concept, mais le pro­ces­sus modu­laire est rela­ti­ve­ment nou­veau. Il existe de nom­breux tra­vaux de recherche sur les deux méthodes, mais rares sont ceux qui envi­sagent une approche inté­grée produit/process. Le pro­jet IPROD vise à pro­po­ser une méthode de concep­tion modu­laire inté­grée produit/process, et de déve­lop­per un confi­gu­ra­teur inté­gré de pro­duit / pro­cess qui per­met aux dif­fé­rents uti­li­sa­teurs de déve­lop­per des variantes de pro­duits, ou des pro­duits cus­to­mi­sables.

    Projets FUI

    > Le pro­jet 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. 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).

    > L’ob­jec­tif du pro­jet ACCECOTP (Amé­lio­ra­tion du com­por­te­ment au crash et aux chocs des équi­pe­ments en com­po­sites ther­mo­plas­tiques) 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 :

    • le trai­te­ment des pré­formes sèches afin d’a­mé­lio­rer leur qua­li­té de sur­face et favo­ri­ser ain­si des impré­gna­tions souples, 
    • le déve­lop­pe­ment d’une famille de pro­duits en com­po­sites ther­mo­plas­tiques Verre/Polysulfone et Carbone/Polysulfone mono­li­thiques et sand­wiches,
    • l’ap­pli­ca­tion des pro­cé­dés d’as­sem­blage et de trans­for­ma­tion de pointe (sou­dage laser, rive­tage, col­lage, etc.),
    • le recours à des lois de com­por­te­ment à des grandes vitesses de défor­ma­tion afin de pré­dire le com­por­te­ment méca­nique de ces struc­tures ther­mo­plas­tiques.

    Projets Européens

    › Le pro­jet SuPLight porte sur de nou­veaux modèles indus­triels pour des solu­tions durables, incluant le recy­clage de 75 % des com­po­sants struc­tu­rels haut de gamme à base d’al­liages for­gés. Des algo­rithmes d’op­ti­mi­sa­tion de pointe sont uti­li­sés pour les pro­duits et l’op­ti­mi­sa­tion des pro­ces­sus com­pre­nant jus­qu’à 50 % d’aug­men­ta­tion du rap­port poids / per­for­mance.

    › Le pro­jet Refres­co tend vers un cadre régle­men­taire pour l’u­ti­li­sa­tion de nou­veaux maté­riaux struc­tu­rels en trans­port fer­ro­viaire de pas­sa­gers et de fret des car­ros­se­ries de voi­ture.

    › Le pro­jet HEXENOR déve­loppe des tech­no­lo­gies de réduc­tion du bruit à l’é­chap­pe­ment du moteur d’hé­li­co­ptère.

    Programmes d’investissements d’avenir

    Le labo­ra­toire est inves­ti dans 4 pro­grammes d’in­ves­tis­se­ments d’a­ve­nir dans les­quels l’UTC est por­teuse :

    • Les maté­riaux et les pro­cé­dés, le sui­vi de l’é­tat des infra­struc­tures fer­ro­viaires. Il pilote le pro­gramme « méthodes de pro­to­ty­page vir­tuel et pré-cer­ti­fi­ca­tion par cal­cul » au sein de l’IRT RAILENIUM dédié au fer­ro­viaire.
    • Les sys­tèmes méca­tro­niques, la prise en compte des incer­ti­tudes et l’op­ti­mi­sa­tion mul­ti­dis­ci­pli­naire des sys­tèmes méca­niques dans le cadre du Labex MS2T (Maî­trise des sys­tèmes de sys­tèmes).
    • Les aspects méca­niques des maté­riaux agro-sour­cés et modé­li­sa­tion du méta­bo­lisme plante/levure dans l’ITE PIVERT.
    • La carac­té­ri­sa­tion du com­por­te­ment des maté­riaux du vivant avec l’Équi­pex FIGURES.

    › Le labo­ra­toire Rober­val a éga­le­ment été rete­nu pour tra­vailler sur le pro­gramme d’in­ves­tis­se­ments d’a­ve­nir lors des appels pilo­tés par l’A­DEME avec, par exemple :

    • le pro­jet COMPOFAST (AMI – Allé­ge­ment, aéro­dy­na­mique, archi­tec­ture des véhi­cules), qui consiste à déve­lop­per des com­po­sites ther­mo­plas­tiques à ren­fort conti­nu contri­buant de manière très signi­fi­ca­tive à l’al­lé­ge­ment des véhi­cules et res­pec­tant les contraintes de coût et de cadence de l’au­to­mo­bile grande série.
    • le pro­jet CERVIFER (AMI – Trans­ports fer­ro­viaires), qui se fixe comme objec­tif prin­ci­pal d’aug­men­ter la com­pé­ti­ti­vi­té de l’in­dus­trie fer­ro­viaire fran­çaise, grâce à l’u­ti­li­sa­tion maî­tri­sée de logi­ciels de pro­to­ty­page vir­tuel et au déve­lop­pe­ment de pro­cé­dures robustes et vali­dées de pré-cer­ti­fi­ca­tion par le cal­cul de com­po­santes et sys­tèmes du maté­riel rou­lant et de l’in­fra­struc­ture.
    • le pro­jet BESTH (AAP – Bruit et nui­sances sonores), qui dans le cadre d’un bus à trans­mis­sion hybride hydrau­lique paral­lèle, vise à com­prendre les phé­no­mènes phy­siques mis en jeu dans ce pro­blème et à défi­nir les évo­lu­tions de concep­tion des pro­duits et des sys­tèmes per­met­tant de four­nir des solu­tions de trans­mis­sion silen­cieuses accep­tables par ces nou­veaux mar­chés.

    Projet Sorbonne Université

    Le pro­jet HV – Nano­Rob a pour ambi­tion de conce­voir et de com­man­der à haute vitesse un sys­tème nano­ro­bo­tique per­met­tant de géné­rer des tra­jec­toires rapides de la sonde d’un micro­scope à sonde locale (MSL). Le sys­tème pro­po­sé se dif­fé­ren­cie des sys­tèmes exis­tants par sa capa­ci­té à car­to­gra­phier, à haute vitesse et dans un envi­ron­ne­ment contraint, des sur­faces éten­dues.

    Zoom sur deux projets

    Les enjeux actuels et futurs en termes de rap­port « per­for­mance / coût » des sec­teurs de l’aé­ro­nau­tique, du trans­port ter­restre et naval imposent l’u­ti­li­sa­tion de maté­riaux inno­vants répon­dant à des exi­gences struc­tu­rales et fonc­tion­nelles.

    Le déve­lop­pe­ment des maté­riaux com­po­sites à ren­fort 3D, domaine dans lequel l’UTC pos­sède une expé­rience forte de plus de 15 ans, est une réponse per­ti­nente à ces enjeux. Alors que les pré­cé­dentes géné­ra­tions (ren­fort 1D et ren­fort 2D) souf­fraient de carences des pro­prié­tés méca­niques troi­sième direc­tion de l’es­pace, ce ren­for­ce­ment 3D hors plan des tis­sus dits « tech­niques » vient ain­si pro­po­ser de nou­velles, et plus nom­breuses, confi­gu­ra­tions archi­tec­tu­rales (pré­formes) des maté­riaux com­po­sites.

    Les contraintes envi­ron­ne­men­tales poussent éga­le­ment les indus­triels à déve­lop­per des maté­riaux com­po­sites à ren­forts végé­taux. Les fibres tra­di­tion­nel­le­ment uti­li­sées dans les ren­forts des com­po­sites (fibres de verre, car­bone…) se voient rem­pla­cer par des fibres natu­relles d’o­ri­gine végé­tale issues des plantes ou de la cel­lu­lose (fibres de bois, chanvre…), offrant des pro­prié­tés adap­tées : faibles den­si­tés, bonnes pro­prié­tés méca­niques, faibles coûts…

    La réduc­tion des nui­sances sonores est un enjeu majeur pour l’in­dus­trie méca­nique. Le labo­ra­toire Rober­val par­ti­cipe à l’ef­fort de recherche dans ce domaine en déve­lop­pant en rela­tion avec le sec­teur auto­mo­bile dans le cadre du pôle de com­pé­ti­ti­vi­té à voca­tion mon­diale i‑Trans et avec le sec­teur aéro­nau­tique dans le cadre de l’I­ni­tia­tive de recherche dans le cadre de l’op­ti­mi­sa­tion acous­tique aéro­nau­tique (IROQUA) des outils numé­riques et expé­ri­men­taux sur les thèmes de la vibroa­cous­tique et de l’aé­roa­cous­tique.

    On s’in­té­resse dans ce contexte au déve­lop­pe­ment de sys­tèmes ori­gi­naux inté­grés dans les nacelles per­met­tant la réduc­tion et le contrôle du bruit rayon­né par les moteurs d’a­vions ou dans les sys­tèmes de refroi­dis­se­ment auto­mo­bile. Ces recherches, basées sur des expé­riences réa­li­sées sur des bancs d’es­sai ori­gi­naux et des modèles numé­riques déve­lop­pés au labo­ra­toire dans le cadre de pro­grammes euro­péens, béné­fi­cient du sup­port constant de Valeo Ther­mique Habi­tacle, de Safran MA, Tur­bo­me­ca et du CNRS. Ces tra­vaux ont conduit au dépôt d’un bre­vet Snec­ma-CNRS-UTC.

    Contact et documentation

    Contacts de la recherche à l’UTC

    Directeur du laboratoire Roberval

    Jérôme Favergeon

    +33 (0)3 44 23 45 33

    Pla­quette de la recherche à l’UTC

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