Mécanique, Acoustique et Matériaux (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 mécanistique, choix des 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.

Equipes 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 cinq équipes contribuent à deux 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 oeuvre des matériaux
  • Mécatronique
  • Énergie électrique

Laboratoires communs

Le laboratoire Roberval est associé au Centre d'Études et d'Expertise sur les Risques, l'Environnement, la Mobilité et l'Aménagement (CEREMA), dans le cadre du Laboratoire d'Hydraulique Numérique.

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

Projets d'Investissement d'Avenir (PIA)

  • Institut de Recherche Technologique IRT RAILENIUM dédié au ferroviaire. Le laboratoire est principalement impliqué dans les thématiques matériaux et procédés, suivi de l'état des infrastructures ferroviaires et méthodes de prototypage virtuel et pré-certification par calcul.
  • Équipement d'Excellence EQUIPEX FIGURES, portant sur le développement d'une plateforme de recherche et de formations chirurgicales dédiées au visage. Le laboratoire est impliqué dans la caractérisation du comportement des matériaux du vivant.
  • Projet ESSENCYELE sur la motorisation des véhicules propres dans le cadre du pôle MOVEO et de l'ITE VEDECOM.

Pôles de compétitivité

L'unité est particulièrement active dans les pôles de compétitivité à vocation mondiale iTrans, MOVEO 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...

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 labcom 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 maquette numérique innovante et par la prise en considération d'informations hétérogènes au sein de cette dernière. DIMEXP a été retenu lors du premier appel à projets Labcom de l'ANR.

› L'objectif de BIOMIST, pour la gestion sémantique de données d'imagerie biomédicale pour la recherche, est de fournir aux chercheurs dans le domaine de l'imagerie bio-médicale (BMI) un système d'information efficace afin qu'ils puissent optimiser l'utilisation de ces données dans le cadre d'activités de recherche sur de large groupes de sujets et de permettre la réutilisation de données déjà acquises, traitées et interprétées dans d'autres contextes que celui où elles ont été acquises initialement.

› Le projet ARAMIS (Analyse de Méthodes Asymptotiques Robustes pour la Simulation Numérique en Mécanique) met en œuvre une approche asymptotique permettant la prise en compte de défauts (par exemple des fissures) de petite taille dans des modèles éléments finis tridimensionnels de structures mécaniques, le maillage devant être celui de la structure sans défaut. La correction à apporter aux champs mécaniques en raison de la présence d'un (ou plusieurs) petit(s) défaut(s) est déterminée par analyse asymptotique, et intégrée aux modèles éléments finis comme un enrichissement de l'espace d'approximation.

› Le projet Optimum a pour objectif l'étude expérimentale et numérique des assemblages métalliques réalisés par soudage par friction linéaire. 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 pour les applications aérospatiales.

› Le projet Micromorfing a pour but de développer une modélisation "avancée" du procédé de formage des matériaux métalliques par une analyse thermomécaniques par éléments finis intégrant le couplage multi-physique et prenant en compte les anisotropies induites sous grande déformation. Il s'agit de réaliser les développements nécessaires pour prédire les défauts engendrés pendant la mise en forme des matériaux.

Projets FUI

› Le projet SDM4DOE développe une solution de simulation data management en open source pour la gestion des plans d'expériences numériques.

› Le projet CEVAS vise la mise en commun de compétences pour le développement et la qualification d'un outil d'aide à la conception de systèmes de ventilations d'air silencieux (SVAS). Le but final est de permettre aux équipementiers de concevoir à moindre coût et délai des systèmes plus silencieux et de bonne qualité sonore.

› Le projet Ecobex consiste à concevoir une stratégie de traitement acoustique des automobiles à moteurs thermiques, visant à réduire le bruit au passage de ces dernières en regard de la nouvelle norme d'essai ISO 362 et des nouvelles réglementations de l'UE.

Projets Européens

› Le projet SuPLight porte sur de nouveaux modèles industriels pour des solutions durables avec 75% de recyclage 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 avec jusqu'à 50% 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 de 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 Universités

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.

Les composites : des matériaux à renforts 3D et à renforts végétaux

Les enjeux actuels et futurs en termes rapport "performance / coût" des secteur 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 pertinent à ces enjeux. Alors que les précédentes générations (renfort 1D et 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 substituer 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...

Améliorer le confort acoustique et l'environnement Sonore

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 vibroacoustique et 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 Valéo Thermique Habitacle, de SAFRAN MA, TURBOMECA et du CNRS. Ces travaux ont conduit au dépôt d'un Brevet Snecma-CNRS-UTC.

Contact

Directeur du laboratoire ROBERVAL
Jérôme Favergeon
Tél : 03 44 23 45 33 | Contacter par mail

La Recherche à l'UTC

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