Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement (LaSIE) - UMR CNRS 7356

2017 - 2020 [ANR ASTRID] Modul'o Pi

Erwan Liberge — 2017-10-24T12:46:06Z

Titre : Modélisation d'Ordre réDUit pour L'Optimisation des
structures navales - Propagation des Incertitudes

Financement : Agence Nationale de a Recherche ASTRID

Partenaires : DCNS, GeM

Participants LaSIE :

Résumé :
L'optimisation de forme et de masse peut rendre les structures immergées, tels les appendices de coque des navires et les constituants des systèmes d'énergie marine renouvelable (EMR), particulièrement sensibles aux sollicitations. Cette sensibilité affecte notamment les propriétés de fatigue et de discrétion acoustique. Les enjeux économiques associés (définition au juste besoin des marges de dimensionnement et réduction des probabilités d'avarie ou d'inconfort acoustique) concernent l'ensemble du secteur naval, civil et militaire. Le point crucial pour un dimensionnement fiable dans ces domaines réside dans la bonne appréciation de l'influence de chaque paramètre : intensité et orientation du courant, caractéristiques des matériaux et sollicitations mécaniques. Dans la pratique industrielle, la tenue des structures est néanmoins évaluée via l'exploitation d'un nombre très restreint de configurations, issues notamment de l'intuition et de l'expérience des concepteurs. Pour les structures optimisées ou les nouveaux concepts, ne bénéficiant pas de retour d'expérience, le risque d'un sous-dimensionnement est avéré.

Un dimensionnement adéquat nécessite la connaissance des paramètres influents et de l'impact de leur variabilité. Ces informations sont accessibles par exemple via la résolution de très nombreuses simulations numériques, en faisant varier les valeurs des paramètres. Dans un contexte industriel, cet objectif ne peut être atteint à l'aide de modèles complets ou fins, qui requièrent des temps de calcul prohibitifs. Il s'agit d'un verrou important, pouvant potentiellement être levé par le développement et l'exploitation de modèles d'ordre réduit (ROM) paramétriques, s'ils conjuguent rapidité, précision et fiabilité. L'enjeu du projet MODUL'O PI est de développer de tels modèles, adaptés aux difficultés en jeu (écoulements à grands nombres de Reynolds, structures complexes immergées en fluide lourd), et d'en amorcer le transfert vers les applications industrielles, relatives à la fatigue et la discrétion acoustique.

Il conviendra à cette fin de résoudre deux problèmes fondamentaux : (P1) l'influence sur le chargement hydrodynamique des incertitudes liées aux écoulements ; (P2) l'influence sur les niveaux vibratoires des incertitudes associées aux chargements et paramètres matériaux. Pour y répondre, le présent projet est divisé en trois tâches. L'obtention d'une représentation paramétrique de la pression pariétale hydrodynamique, problème (P1), fera l'objet des tâches 1 et 2. Un méta-modèle du champ de pression pariétale sera construit en tâche 1, par approximation basée sur des méthodes d'échantillonnage non-intrusives : techniques d'apprentissage statistique et utilisation de modèles multi-fidélité. En tâche 2, un ROM sera obtenu par méthode de Galerkin, et la variation des paramètres traitée par interpolation sur variétés grassmanniennes et enrichissement par un algorithme d'approximation de faible rang. D'une nature plus applicative, le problème (P2) orienté mécanique des structures immergées fera l'objet de la tâche 3. La difficulté technique provient de la grande dimension de l'espace paramétrique : la base réduite du ROM associé sera construite itérativement avec un nombre restreint d'appels au modèle complet, à l'aide d'un algorithme glouton guidé par un estimateur d'erreur a posteriori performant.

Ce projet a pour ambition de rendre utilisable à moyen terme des modèles d'ordre réduit en phase de conception d'un navire ou d'un système d'EMR. La prise en compte précise de variabilités paramétriques assurera une meilleure maîtrise des marges de dimensionnement ainsi qu'une réduction du nombre d'avaries. Les retombées technico-économiques concernent par conséquent la diminution du coût de fabrication et des coûts associés au maintien en condition opérationnelle, contribuant à la compétitivité des constructeurs navals et à la rentabilité des systèmes d'EMR.

Projets

Erwan Liberge — 2017-10-20T14:14:32Z

- E1 - M2N / E1 - M2N

2015 - 2019 HECO [ANR]

Erwan Liberge — 2017-10-20T14:08:28Z

Financement : Agence Nationale de la Recherche

Partenaires : AREVA, ARMINES CEMEF, ARMINES CES, Aubert & Duval, Faurécia, Indulsteel France, LTN, LaSIE, Lisi Aerospace, Safran, SCC

Participants LaSIE :

Résumé :
En ce qui concerne la fabrication des pièces métalliques, les secteurs de l'automobile, de l'aéronautique, du nucléaire et de l'énergie réclament un allégement des pièces métalliques, qu'elles soient de plus en plus fiables et qu'elles aient une durée de vie prolongée. Cette tendance contradictoire ne peut être résolue qu'en améliorant la qualité globale des pièces et le contrôle des procédés de fabrication. En tant que tel, le traitement thermique, une des dernières étapes de fabrication des pièces métalliques, est critique. En même temps, le contexte environnemental demande une transformation des procédés de trempe en substituant les fluides actuels par des variantes plus compatibles avec ce contexte.

Tout ceci implique la maîtrise et le contrôle de l'histoire thermique de ces pièces métalliques tout au long de leur cycle de fabrication. Cette maîtrise conduit à un enjeu spécifique : Contrôler à la fois le chauffage et le refroidissement comme un procédé global et intégré. C'est l'objectif du projet HECO : le contrôle de l'histoire des pièces métalliques pendant leur traitement thermique, du chauffage au refroidissement.

Depuis des années, la simulation numérique a été identifiée comme un moyen efficace de réaliser ce travail de contrôle et d'amélioration. Le logiciel ThosT dédié à la simulation des écoulements et du transfert thermique dans des fours et bacs de trempe, est utilisé par les industriels confrontés à ces problématiques. Il a été identifié que la simulation devait gagner en pertinence et précision en simulant le procédé complet (chauffage et trempe) comme un problème unique La simulation doit également intégrer la modélisation de phénomènes physiques tels que le rayonnement pendant la trempe ainsi que les phénomènes d'ébullition.

Compte tenu de la variété des systèmes existants dans les installations industrielles (ventilateurs, brûleurs dans les fours, turbines dans les bacs de trempe) et du transfert des pièces d'une installation à l'autre, la simulation numérique directe fait face à de nouveaux challenges pour simuler cette complexité croissante en maintenant des temps de calcul réalistes. Pour les résoudre, HECO propose d'incorporer aux solveurs de Mécanique des Fluides avec turbulence intégrés au logiciel ThosT des méthodes de réduction de modèle (ROM), des méthodes d'adaptation spécifiques aux maillages mobiles et d'intégrer des modèles radiatifs alternatifs (MACZM) pour réduire le temps CPU et rendre la simulation acceptable.

Afin de fournir un élément de contrôle, HECO intègre des investigations expérimentales pour le transfert thermique entre le four et l'ébullition selon les différentes conditions de procédé ( fluides différents, mise en circulation du fluide de trempe, déplacement des charges).

Afin de finaliser la mise à disposition des capacités développées aux utilisateurs finaux, HECO organise leur intégration grâce à l'introduction pas à pas dans le logiciel ThosT par le partenaire éditeur du logiciel et coordinateur du projet. Les industriels présents dans le partenariat seront ainsi capables de mesurer les avancées opérées grâce à HECO dans l'optimisation des procédés.

Voir en ligne : Site internet du projet

2015-2018 Needs - MIPOR - VarCim

Ameur El Amine Hamami — 2016-01-04T13:40:26Z

Étude de la variabilité des propriétés des matériaux cimentaires : caractérisation expérimentale, modélisation multi-échelle des phénomènes de transfert.

Début : Septembre 2015
Fin : Décembre 2018
Type de financement : (ANDRA)
Coordinateur : LaSIE
Partenaires : LaSIE, BRGM, HYDRASA-IC2MP, GeM, LEMTA-INSIS, IMPMC

Résumé : L'objectif de ce projet est de caractériser les matériaux cimentaires afin d'en prédire le comportement à court et à long terme, en termes de propriétés de transfert (diffusion) ou mécanique (fluage). Les propriétés des matériaux cimentaires affectent fortement leurs performances et leur comportement au cours de la vie de l'ouvrage plus particulièrement lorsque ceux-ci sont exposés à des conditions extrêmes comme dans le cas des centres de stockage de déchets radioactifs. Les améliorer et maîtriser leur variabilité permet donc d'augmenter leur durée de vie et d'affiner la prédiction de cette durée de vie. La variabilité peut résulter de la composition des matériaux eux-mêmes, de leur caractère hétérogène ainsi que de la complexité de leur géométrie. La maîtrise de la durée de vie des constructions à base de matériaux cimentaires est un facteur très important nécessitant des études expérimentales, d'une part, par des méthodes classiques de caractérisation de la porosimétrie (accessible à l'eau ou par intrusion de mercure (MIP)) ou des propriétés de transfert (coefficient de diffusion des ions chlorure ou cinétique de carbonatation), et d'autre part, par des techniques plus poussées telles que la FIB (Faisceau d'Ions Focalisés) associée à de l'imagerie au MEB (SEM) et des techniques de traitement d'images. Le caractère très complexe et fortement hétérogène de ces matériaux engendre des difficultés d'interprétation et d'analyse. Il est donc primordial de procéder à une étude de variabilité des résultats expérimentaux obtenus sur différents matériaux cimentaires. Cette variabilité, une fois maitrisée, sera prise en compte dans le calcul des propriétés macroscopiques homogénéisées recherchées (propriétés de transfert ou mécanique, puis de les introduire dans des modèles de prédiction de dégradation et de durée de vie à l'échelle d'un élément de structure.

2014-2015 Needs - MIPOR - TransRad

Ameur El Amine Hamami — 2016-01-04T13:36:00Z

Détermination multi-échelle des propriétés de transfert de radionucléides dans les matériaux cimentaires - cas des matériaux de faible perméabilité.

Début : 1er janvier 2014
Fin : 31 décembre 2015
Type de financement : (ANDRA)
Coordinateur : LaSIE
Partenaires : LaSIE, ICMN (ex. CRMD)

Résumé : Le projet TransRad vise à mesurer les propriétés de transfert de matériaux cimentaires à faible perméabilité en identifiant et en quantifiant les effets de la double couche électrique par deux techniques expérimentales (électro-diffusion et diffusion RMN) explorant des échelles spatiales complémentaires. Dans le cas d'un matériau cimentaire, particulièrement à faible perméabilité, la mesure du coefficient de diffusion est difficile et imprécise du fait d'un haut degré de complexité du réseau poreux, mais également, du fait des effets de charges induits par la surface chargée des hydrates du ciment (C-S-H). Ces effets de charges sont négligeables pour des matériaux poreux constitués de pores de grandes dimensions ; par contre ils deviennent prépondérants pour des pores de petites tailles (2 à 20 nm).