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Essais & Simulations n°127

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spécial jec World : prendre la mesure des essais dans les composites

essais et modélisation

essais et modélisation L’entreprise italienne abrite un immense autoclave chez Bercella, confie Laura Marchini. Après quelques années de recherche sur les matériaux, j’ai décidé de travailler dans l’industrie. Je cherchais l’entreprise idéale et je suis tombée sur Bercella. Lorsque j’ai commencé à travailler ici, Franco Bercella [P-DG de Bercella] m’a donné une grande liberté dans le choix des thèmes de recherche. Je suis la première scientifique au sein d’une équipe qui compte de nombreux ingénieurs mécaniques et aéronautiques […]. L’idée est de développer un capteur vraiment minuscule pour que la structure ne soit pas affectée par sa présence à l’intérieur de l’élément composite », poursuit Laura Marchini. « Sachant que les capteurs embarqués nuisent généralement aux performances du composant, je me suis intéressée à la fibre de carbone. » Les effets néfastes évoqués par Laura Marchini peuvent être liés à la taille ou au poids des matériaux, parfois trop lourds. En plus de réduire ces effets, l’utilisation de la fibre de carbone permet au capteur de « suivre » la structure qui « l’héberge » en termes de contraintes thermiques et mécaniques. Laura Marchini rend les fibres de carbone fonctionnelles à l’aide de nanostructures qui créent des propriétés piézoélectriques, ou des charges électriques en réponse aux contraintes mécaniques. D’après la spécialiste, si de nombreux groupes de recherche manipulent des nanotubes, Bercella préfère miser sur les nanostructures, qui sont moins coûteuses à produire et ne requièrent pas de systèmes à ultravide. « Ces capteurs peuvent enregistrer tout ce qui se passe au niveau du fuselage d’un avion ou du châssis d’une voiture, confie-t-elle. La température, la pression et la résistance aux contraintes sont quelques-unes des variables qui peuvent être suivies et mesurées. La surveillance continue du composant permet d’anticiper les anomalies. Si la structure a été exposée à un grand nombre de contraintes tout au long de Miser sur les NANOSTructures Bercella rend les fibres de carbone fonctionnelles à l’aide de nanostructures 24 IESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017

essais et modélisation son cycle de vie, vous pouvez l’éliminer avant qu’une rupture ou une panne ne se produise. » « Vous n’avez pas besoin d’ajouter des composants étrangers – comme les fibres optiques actuellement utilisées – ni d’autres poids », ajoute Massimo Bercella. Techniquement, cette invention en instance de brevet de Bercella porte sur un dispositif piézoélectrique à base d’oxyde de zinc, pouvant à la fois servir de capteur (surveillance active de la structure) et d’actionneur (changement de forme des objets). Il comprend au moins deux fils croisés de fibre de carbone, à l’intersection desquels se trouve une couche d’oxyde de zinc en forme de nanotige. Chacun des deux fils est connecté à un ordinateur. L’utilisation du matériau ou du dispositif piézoélectrique pourrait révolutionner des secteurs comme l’automobile, l’aérospatiale ou l’aéronautique. Sans parler des clients, qui bénéficieraient de produits plus sûrs, capables de détecter et de corriger les anomalies. Comme le souligne Bercella dans sa demande de brevet : « Les acteurs du secteur de l’aéronautique pourraient placer notre capteur sur des éléments de leurs structures de base (longerons, nervures, panneaux, etc.) pour détecter les contraintes. Le dispositif piézoélectrique peut également être utilisé comme actionneur pour autoriser un changement morphologique des surfaces mobiles d’un avion, en particulier la géométrie des ailes, afin de modifier les forces aérodynamiques pour un meilleur pilotage de l’appareil. » des fibres de carbone au cœur d’une nouvelle révOLUTION INdUSTrIELLE Bercella sait que la plupart de ses clients sont en quête de solutions plus efficaces pour concevoir et fabriquer des voitures, des trains et des avions. Travaillant dans des secteurs à la pointe de la technologie, ces derniers cherchent également à collecter davantage de données et à obtenir des retours sur leurs structures et leurs équipements. Grâce à ces matériaux adaptatifs, ils ont toutes les chances de conserver une longueur d’avance sur leurs concurrents. « Je pense que ce matériau suivra les traces des composants ultrahigh-tech, déclare Massimo Bercella. Les premières applications se feront dans les secteurs de la défense et de l’aérospatiale, avant de s’étendre à l’aéronautique, à la Formule 1, voire aux véhicules grand public. D’une manière générale, les acteurs du secteur de l’automobile s’intéressant à l’industrie des composites représenteront un formidable marché pour Bercella d’ici trois à cinq ans. » Ces fibres de carbone sont au cœur d’une nouvelle révolution industrielle, alimentée par de nouvelles technologies comme la « conception générative » (ou design génératif) et la fabrication additive. Des champs que Bercella connaît bien et dans lesquelles l’entreprise investit beaucoup. Ainsi, celle-ci travaille autour de la conception liée à la fabrication additive. L’évolution des matériaux et des solutions transforme les modes de production. Il s’agit pour Bercella d’être prêt lorsque la partie composite entrera dans un mode industriel. Une forte implicATION de l’édITEUr de logicIELS AUTOdESk Cette nouvelle façon de créer des objets ne serait possible sans l’impression 3D. Au-delà de cette technique de fabrication, le concept d’Industrie 4.0 prend tout son sens dans l’évolution des différents outils de travail qui accompagnent les ingénieurs et les designers de demain. Ces évolutions vont donc également avoir un impact sur le logiciel en lui-même. Les systèmes traditionnels de CAO entrent dans cette nouvelle ère, apportant ainsi un nouveau souffle aux machines via notamment l’intelligence artificielle. « Grâce au design computationnel, nous souhaitons apprendre la conception à la machine, puis avoir des matériaux qui peuvent communiquer directement avec l’opérateur, explique Massimiliano Moruzzi, expert en recherche scientifique chez Autodesk. Il s’agit de la véritable mission de l’Internet des Objets. Cela va bien au-delà du contrôle d’un thermostat via un simple téléphone mobile. » L’éditeur de logiciels pour les professionnels de la conception et de l’ingénierie, Autodesk, collabore avec des dizaines d’entreprises telles que Bercella avec son programme Dreamcatcher. Des systèmes sont testés pour savoir s’ils sont capables d’absorber et de saisir des contraintes externes, puis d’explorer des centaines de combinaisons qui pourraient satisfaire les exigences de conception imposées par le designer. « Nous souhaitons que la plate-forme trouve des solutions de conception sans pour autant lui expliquer comment les différents composants doivent être faits », ajoute Moruzzi. Autodesk et Bercella sont d’ailleurs impliqués dans le projet Hack Rod, la première voiture au monde créée via l’intelligence artificielle grâce aux données recueillies sur un véhicule bardé de capteurs, puis « digérées » dans le cloud. Analyse de données à l’appui, les ordinateurs ont conçu un nouveau châssis (forme, matériaux…) qui optimise le poids et la robustesse. ● Laboratoire dédié aux matériaux ESSAIS & SIMULATIONS • N° 127 • Janvier-Février 2017 I 25

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