STAE-Toulouse - Science et Technologies pour l'Aéronautique et l'Espace
La lettre d'information n°7 - mai 2012  
 
 
Edito
Vers une ère de ruptures ?
par Dominique Le Quéau, Directeur

Dans ce numéro 7 de la Newsletter du RTRA STAE, on remarquera tout d'abord l'interview de Jean-Yves Berthou, Directeur du Département STIC de l'ANR, qui fait un état des lieux des enjeux du calcul à haute performance, des "ruptures" scientifiques et méthodologiques induites par le passage, maintenant proche, aux calculateurs exaflopiques, (10^18, soit un milliard de milliard d'opérations par seconde), et de la mobilisation mondiale (et en particulier européenne) qu'entraînent ces perspectives.
De nouvelles approches des commandes de vol, et des algorithmes associés bénéficieront ainsi, dans le futur, du renforcement des moyens de calcul. Dans cette perspective, nos félicitations au brillant succès de Mme Georgia Deaconu, qui travaille actuellement au LAAS-CNRS, sur l'autonomisation des moyens spatiaux pour les rendez-vous orbitaux. Elle vient en effet d'être récompensée par le prix Amélia Earhart 2012, attribué par le Zonta International. On trouvera dans ce numéro une brève rétrospective de ses travaux récents.

Il en sera de même de la caractérisation fine par le calcul, des détails des écoulements aérodynamiques turbulents. Ce sera essentiel pour optimiser les conditions de vol des aéronefs par l'auto adaptation "multi-échelles", en temps réel, des profils de leur voilure. Encore un sujet "en rupture"… bien que déjà maîtrisé par les oiseaux, depuis de nombreux siècles. De tels travaux s'inscrivent dans la continuation du chantier Smartwing, qui vient de débuter, et dont les ambitieuses perspectives ont été présentées et largement commentées à l'occasion d'une récente conférence exposée lors de la visite du RTRA à l'équipementier lotois Ratier Figeac.

La visite à Figeac a également permis de mettre en exergue une nouvelle approche du suivi en vol des structures en matériaux composites des aéronefs, grâce à l'implantation de capteurs permettant de mesurer les contraintes subies par les éléments de voilures, fixes ou mobiles (projet I2MC, présenté dans ce numéro) des avions, des hélicoptères et, peut-être au premier chef, des drones.

La problématique des alliages métalliques pour l'aéronautique est présentée dans le dossier consacré au projet ARCS qui vient de tenir son colloque de synthèse.

Conception, intégration et contrôle de cyber systèmes, développement de nouveaux procédés pour la réalisation de matériaux intelligents, ou fonctionnels, simulation de systèmes complexes naturels ou technologiques, voici quelques-unes des orientations, prémisses de "ruptures" encore insoupçonnées, qui constituent les éléments clefs des nouveaux chantiers issus de l'appel à idées du RTRA ; la place est maintenant à la rédaction des propositions et à leur évaluation par le Conseil Scientifique du RTRA, à la rentrée de Septembre.
La vie du RTRA
L'interview de Jean-Yves Berthou
Jean-Yves Berthou, Directeur du Département
"Sciences et Technologies de l'Information et de la Communication" (STIC)
Agence Nationale de la Recherche (ANR)







Propos recueillis par Jean-Claude André
Comité de pilotage RTRA/STAE
Jean-Claude André : Peut-on déceler une évolution récente des enjeux liés au calcul intensif et au traitement de données en masse ?

Jean-Yves Berthou : Oui, car les 3 à 4 dernières années ont en effet mis en évidence plusieurs éléments déterminants :

- en France, la montée en puissance des moyens, et leur fédération, à travers GENCI (1) ont ouvert de nouveaux horizons à la communauté de recherche académique. Nombre d'organismes et d'industriels ont pu atteindre des résultats tout à fait nouveaux, avec la résolution remarquable de plusieurs grands défis. Ces nouvelles grandes infrastructures de calcul ont par ailleurs été mutualisées au niveau européen avec l'initiative PRACE (2);
- plus généralement, et au plan international, il y a eu une forte prise de conscience des opportunités qui allaient s'ouvrir avant la fin de la décennie avec l'entrée dans l'ère dite de l'"exascale" (3) : nouvelles approches pour l'étude du climat, possibilité de pleine prise en compte de nouveaux concepts en aéronautique, perspectives accrues pour l'étude des matériaux à partir de l'échelle microscopique, ... Les sciences fondamentales vont toutes bénéficier de nouveaux moyens d'exploration, tant pour ce qui concerne les aspects de calcul intensif proprement dit que pour ceux relatifs au traitement des grands volumes de données, par exemple en génétique et dans les sciences de la vie, ou encore pour la caractérisation du climat à échelle fine. Ce sont aussi de nouveaux domaines qui vont pouvoir être abordés avec les bons outils dans le domaine des réseaux (les "smart-grids", ...) ;
- si l'impact déterminant qui va être celui de l'exascale est maintenant bien perçu dans tous ces domaines, les nombreux défis à relever pour pleinement en bénéficier ont été progressivement mieux compris (4) : adaptation aux nouvelles architectures de calcul et de traitement pour passer à l'échelle sur des machines possédant plusieurs centaines de milliers, voire millions, de coeurs de calcul et faisant coexister de façon hétérogène divers types de coeurs, nécessité de disposer d'approches résilientes, c'est-à-dire capable de supporter la défaillance de coeurs de calcul en cours de traitement. Ces défis de nature méthodologique s'ajoutent au défi technologique consistant à construire des machines moins gourmandes en énergie, l'objectif étant de diviser par environ 20 la puissance consommée par rapport à l'état actuel.
L'Union européenne a ainsi pris pleinement conscience de ces enjeux. Son programme EESI (5) est une entreprise de coordination des réflexions de programmation de la recherche pour les prochaines années, toutes disciplines et applications confondues. Il s'agit de prévoir les évolutions afin d'être en mesure d'en tirer tous les bénéfices possibles. L'effort doit être soutenu, et la Commission vient d'ailleurs d'annoncer la nécessité de multiplier par 2 chaque année les sommes consacrées au calcul intensif et au traitement des grandes masses de données sur les 10 prochaines années. L'Europe veut ainsi affirmer ses compétences et renforcer son indépendance.
J-C A. : Quelle est la politique de l'ANR dans ce domaine, et comment s'articule-t-elle aux plans européen et international ?

J-Y B. : Il existe depuis la création de l'ANR un ou plusieurs programmes STIC dans les domaines du calcul intensif et de la simulation. Leurs périmètres ont régulièrement évolué, par exemple pour s'ouvrir au
traitement des grandes masses de données. Mais il ne faut pas oublier que d'autres programmes, plus disciplinaires comme ceux en matériaux, biologie et santé, environnement et climat, ingénierie,..., sont aussi utilisateurs, voire développeurs de nouvelles méthodes en calcul intensif et en traitement de grandes masses de données. Il est intéressant de noter que le programme STIC "Modèle Numérique" de l'ANR reçoit chaque année de 20 à 30% de projets supplémentaires dans ce périmètre (13 projets financés pour 9 Meuros de financement en 2011, contre 11 projets financés pour 7,5 Meuros de financement en 2010), évolution certes positive du point de vue scientifique, mais difficile à prendre en compte dans le contexte budgétaire actuel où les financements sont à la baisse. La préparation des programmes de l'ANR pour la période 2014-2016 est en cours, et la question n'est donc pas tant de savoir si la composante "calcul intensif" sera présente, mais plutôt de déterminer comment celle-ci s'articulera avec les thématiques et les enjeux plus disciplinaires et quels financements pourront y être consacrés.
Au-delà, nous sommes pleinement conscient qu'il n'est pas possible de travailler seulement à l'échelle d'un seul pays. Deux exemples à ce titre : d'une part, l'existence d'un programme France/Japon, ouvert à l'ensemble des thématiques ; d'autre part, la mise en place en 2010 d'appels coordonnés des agences des pays du G8 (6) pour la résolution de grands défis d'intérêts globaux. Ces appels dans le cadre du G8 ont d'ores et déjà commencé à produire des résultats remarquables, dont certains seront présentés lors de la conférence "SuperComputing 2012"(7) , et la possibilité de lancer un nouvel appel du même type est à l'ordre du jour de la prochaine réunion des ministres de la recherche du G8.
J-C A. : Nous défendons à Toulouse, et plus spécifiquement dans le cadre du RTRA/STAE, la nécessité d'une approche multidisciplinaire et d'un renforcement des investissements dans le domaine du calcul intensif : est-ce aussi la vision de l'ANR ?
J-Y B : Je souhaite tout d'abord souligner tous les atouts dont vous disposez à Toulouse et dans la Région Midi-Pyrénées : pôle de compétitivité mondial "Aerospace Valley", grands laboratoires de réputation internationale comme le LAAS, et, plus généralement, ensemble de vos réseaux industriels et académiques, ces derniers récemment couronnés dans le cadre des initiatives
d'excellence. Ceci vous permet de rassembler l'ensemble des compétences indispensables non seulement pour faire de vous un acteur très important du dispositif, mais aussi un élément clef d'entrainement sur lequel peuvent s'appuyer nombre de développements hors Toulouse. Je souhaite dans cet esprit citer ici AIRBUS pour son action dynamique dans le domaine du calcul intensif, le CERFACS pour son rôle de développeur de codes d'intérêt académique et industriel comme AVBP, l'école algorithmique et d'assimilation de données rassemblant laboratoires toulousains et bordelais, pour n'en citer que quelques-uns.
Pour en revenir plus spécifiquement à la question, le véritable grand défi actuel est effectivement de construire une organisation et une programmation de la recherche qui tirent tout le parti possible des partenariats public-privé et qui mettent en oeuvre toutes les nécessaires multidisciplinarités : la recherche dans le domaine des STIC doit rassembler mathématiciens, informaticiens, ingénieurs, spécialistes des divers domaines disciplinaires d'application. L'ANR, dont le périmètre scientifique englobe tous ces domaines, est excellemment armée pour faire face à ce défi.


(1) Grand Equipement National pour le Calcul Intensif
(2) Partnership for Advanced Computing in Europe
(3) Exa=10^18, soit 1.000 fois plus que peta=10^15
(4) IESP
(5) European Exascale Software Initiative
(6) Allemagne, Canada, France, Grande-Bretagne, Japon, Russie et USA (l'Italie n'a, in fine, pas participé à cette initiative)
(7) Salt Lake City, 10-16/121/2012
Rencontre RTRA / Ratier-Figeac
Le 22 mars 2012, dans le cadre des rencontres entre le RTRA STAE et le monde industriel, des responsables des programmes de R&T de Ratier-Figeac sous la direction de Laurent Rasmont , Vice Président en charge de l'Engineering, des Programmes, de la Qualité et des Systèmes d'Information, ont aimablement reçu dans les locaux de l'entreprise les représentants des laboratoires et projets* du RTRA sous l'égide du directeur de la Fondation Dominique Le Quéau.
Ratier-Figeac est membre de l'Association TOMPASSE (Toulouse Midi-Pyrénées Aéronautique Spatial Systèmes Embarqués) qui est un des fondateurs du RTRA. Ratier-Figeac, un des principaux équipementiers de l'aéronautique française, créé en 1904, emploie plus de 1000 personnes sur le site de Figeac. Son activité se déploie sur les trois lignes de produits suivantes :
- les hélices,
- les équipements de cockpit et de cabine,
- les commandes de plan horizontal THSA (Trimmable Horizontal Stabilizer Actuator).
Elle assure également la réparation et la maintenance de ses équipements et possède un haut niveau d'expertise d'usinage de pièces vitales pour hélicoptères. Ratier-Figeac est le Centre d'Excellence pour toutes les hélices Hamilton Sundstrand.

La société Ratier-Figeac participe activement à tous les programmes aéronautiques internationaux depuis les
avions régionaux et d'affaires, les hélicoptères, jusqu'aux avions militaires et commerciaux civils tels que Airbus A350, A380, A400M, Comac C919 et Bombardier CSeries.

Différentes expertises techniques sont nécessaires aux développements des produits.

La conception et la réalisation d'hélices, par exemple, est un processus complexe qui repose sur plusieurs métiers : aérodynamique, acoustique, ingénierie des systèmes, calcul des structures, hydraulique, électronique, matériaux composites et métalliques, modélisation et simulation. Le développement d'hélices le plus récent est celui qui équipe l'A400M. Ces hélices ont été certifiées par l'EASA (European Aviation Safety Agency) le 22 mars 2012. Ce système propulsif d'avant-garde est la plus grande hélice équipée de pales entièrement en composite en production à l'heure actuelle. Elle est propulsée par le moteur TP400 d'Europrop International de 11 000 SHP, a une capacité double de n'importe quelle hélice actuellement en service et assure un rendement proche de 90% à l'Airbus A400M en croisière haute vitesse à Mach 0,72.
Ratier-Figeac réalise également tous les manches latéraux des cockpits des avions commerciaux Airbus ainsi que les manettes de puissance de dernière génération qui équipent notamment l'A400M, le Bombardier Learjet LJ85, le Comac C919. Différentes activités de recherche sont en cours pour développer les systèmes propulsifs, les équipements de cockpit et cabine ou les THSA qui s'intégreront dans les aéronefs de demain, en particulier l'avion plus électrique.

L'industriel a fait remonter plusieurs verrous technologiques dans des domaines différents pour lesquels ses attentes sont grandes vis-à-vis de la recherche, principalement : aérodynamique, structures, mécanique, électronique et micro systèmes, matériaux composites, modélisation et simulation des systèmes.
Parmi les challenges à relever, on peut citer : l'emploi étendu de matériaux nouveaux composites ou intelligents, le remplacement des commandes hydrauliques par des commandes électriques, la gestion de l'énergie dans les systèmes embarqués, etc.

Les chercheurs ont exposé plusieurs avancées obtenues dans les projets du RTRA : l'intégration de capteurs peu onéreux dans les matériaux composites, l'utilisation de matériaux à propriétés contrôlées dynamiquement dans l'interaction entre un fluide et une structure (morphing), le biomimétisme, l'optimisation multicritères et multi-domaines dans la conception aéronautique...

Le souhait des participants est que l'échange d'information entre laboratoires et industriels soit intensifié et le RTRA STAE oeuvre activement en ce sens.


*Ont participé à la réunion les groupements : IMFT/LAPLACE/ISAE.ONERA(projet EMMAV et DYNAMORPH), LAAS/CIRIMAT (projet I2MC), CERFACS/ISAE /IMT/ONERA (projet OSYCAF)
Nouveaux élus au CA de la Fondation
Les enseignants-chercheurs, enseignants et chercheurs des laboratoires membres du réseau thématique STAE ont élu leurs nouveaux représentants au Conseil d'administration de la Fondation STAE.
Elus par les conseils des laboratoires (ou instances équivalentes) pour un mandat de 5 ans renouvelable, ils représentent respectivement les communautés dites SPI, STIC et SPU. Les équipes de recherche disposent ainsi de trois sièges aux côtés des représentants des fondateurs, donateurs, collectivités territoriales et personnalités qualifiées qui composent le conseil d ‘administration.

Luis Farinas Del Cerro (STIC), Alain Gleizes (SPI), et Bernard Dupré (SPU) ont rempli cette fonction pendant les 5 premières années d'existence de la Fondation (2007-2012), avec leur suppléant Jean-Louis Sanchez, Philippe Tailhades et Catherine Jeandel. Leur participation et leur action ont été saluées lors de la dernière réunion du CA, de même que l'importance de leur mandat et du lien opéré avec les équipes.

Le scrutin organisé dans les laboratoires du 15 au 27 avril a désigné les trois nouveaux élus qui nous accompagneront dans les 5 prochaines années.

Michel Daydé, Directeur de l'IRIT depuis Juillet 2010 et Délégué scientifique au CNRS / INS2I en charge du Calcul Haute-Performance, des grilles et de Cloud depuis décembre 2010 représentera les STIC. Son suppléant François Malgouyres fait partie de l'équipe " Mathématiques pour l'Industrie et la Physique " (MIP) de l'IMT.

Les laboratoires du SPI seront désormais représentés par Philippe Tailhades, Directeur de l'Institut Carnot CIRIMAT et Directeur adjoint de l'UMR CNRS 5085. Gilbert Teyssèdre, responsable de l'Equipe Diélectriques Solides et Fiabilité du Laplace, sera son suppléant.

Directeur de l'Observatoire Midi-Pyrénées et Responsable du Pôle UPEE (Univers, Planète, Espace, Environnement) de l'UPS-Toulouse III depuis décembre 2011, c'est Pierre Soler qui représente le secteur SPU. Son suppléant, Martin Giard, est Directeur de l'IRAP.

Nous les félicitons et leur donnons rendez-vous au prochain conseil d'administration prévu au mois de novembre 2012.
Prix Amelia Earhart 2012
Le prix 2012 récompense Georgia Deaconu, doctorante au LAAS-CNRS, pour l'excellence de ses travaux. Elle fait partie des 35 lauréates de ce prix décerné tous les ans par le Zonta International sur près de 150 candidates du monde entier. Rappelons que, depuis 2007, le RTRA STAE participe activement à la promotion de ce prix.
  Pour en savoir plus sur la bourse Amelia Earhart
Georgia Deaconu travaille dans le groupe MAC (Méthodes et Algorithmes de Commande) du LAAS-CNRS. Co-encadrée par Christophe Louembet, Alain Théron, et Jean-Claude Berges (pour le CNES), sa thèse bénéficie d'un co-financement CNES - Astrium EADS. Son école doctorale est EDSYS et l'établissement l'Université de Toulouse.

Ce prix récompense ses recherches sur l'étude de l'utilisation de la commande prédictive pour des algorithmes de guidage en rendez-vous des satellites. Le premier rendez-vous entre deux engins spatiaux a eu lieu dans les années 60 ; depuis, des missions ATV (Automated Transfer Vehicle) sont régulièrement mises en place pour envoyer différentes ressources à la Station Spatiale Internationale. Mais la procédure de rendez-vous n'est pas complètement automatisée et nécessite toujours le calcul des commandes au sol, commandes qui sont ensuite transmises aux satellites. Il existe des missions comme Mars Sample Return pour lesquelles les délais de communication entre la Terre et l'engin spatial sont trop grands pour que la commande envoyée soit encore utile. D'où la nécessité de donner plus d'autonomie aux engins spatiaux tout en garantissant la sécurité des opérations. La commande prédictive semble une approche bien adaptée ; elle permet d'intégrer facilement des contraintes liées aux limites physiques des actionneurs ou des contraintes de sécurité, directement dans la phase de synthèse de la loi de commande. Ces recherches permettent aussi de rendre la loi de commande robuste à des bruits de mesure et à des erreurs de modélisation du mouvement relatif.
Nos actions
Lancement du chantier SMARTWING
Par Marianna Braza, IMFT





Démonstrateur "Poussée Vectorielle"- dimensionnement de microdrone. Système permettant l'analyse fondamentale des interactions misent en jeu lors du vol des drones à bi-rotors, ISAE.
Partenaires et invités extérieurs se sont retrouvés à l'IMFT, le 30 mars 2012 pour des exposés scientifiques et la visite d'une l'installation expérimentale qui ont marqué le lancement du chantier SMARTWING soutenu par la Fondation STAE.

Les aéronefs du futur sont au coeur de la réflexion de SMARTWING et associent déjà 5 laboratoires toulousains* des domaines de l'aérodynamique, de l'aéroélasticité, des matériaux innovants et de la commande des systèmes embarqués.
SMARTWING vise ainsi la création d'une plate-forme pluridisciplinaire pour l'amélioration des performances des aéronefs, à l'aide du Morphing Electroactif, et se situe à la pointe de l'état de l'art dans le domaine du "smart air-vehicle design". L'optimisation des performances s'effectue en temps réel à l'aide d'actionneurs distribués sous la "peau" de la surface portante.
Hybridation des concepts du Morphing électroactif par Alliages à Mémoire de Forme, AMF et par des mini-piezoactuateurs céramiques, volet déformable en régime dynamique, LAPLACE.
Afin d'obtenir de grandes déformations avec de hautes fréquences, une hybridation de nouveaux alliages à mémoire de forme avec des mini-piezoactuateurs intelligents innovants est prévue, pour opérer en régime dynamique. Le Morphing est assuré en temps réel par des lois de commandes de vol, qui permettront d'atténuer des instabilités et le bruit. Un des aspects novateurs du chantier est l'utilisation de la Biomimétique des oiseaux de grande envergure pour améliorer les performances à l'aide des matériaux électroactifs intelligents. Les polymères électroactifs peuvent en effet reproduire le mouvement des plumes des extrémités des ailes des oiseaux lors de leur envol et ce concept est utilisé dans un premeir temps pour optimiser le mouvement des pales de drones. La plate-forme, avec son projet Dynamorph, vise la réalisation d'un démonstrateur générique allant de l'échelle d'un aileron d'avion actif jusqu'à l'échelle de pales actives de drone. L'impact industriel de ce chantier est directement associé au design des aéronefs du futur (avion souple avec des performances aérodynamiques plus économes en énergie et moins de bruit, drones de manoeuvrabilité améliorée et de durée de vol accrue, etc.). De ces faits, les retombées environnementales, économiques et sociétales sont importantes.

Ce chantier qui implique des collaborations internationales de haut niveau, prévoit l'organisation régulière de workshops et un congrès international en juin 2013. Il débouche également sur la création du Smartwing Morphing Center (SMC).

* il s'agit des laboratoires : IMFT, LAPLACE, IMT, ISAE, ONERA

Pour plus de détails, contacter Marianna Braza - IMFT
  En savoir plus sur le SMC
FAC 2012
La dix-neuvième édition des journées FAC (Formalisation des Activités Concurrentes) a eu lieu les 4 et 5 avril 2012 à l'IRIT. Ces journées organisées et soutenues par les chantiers IFSE et TORRENTS du RTRA STAE ont réuni une cinquantaine de personnes et ont donné lieu à une quinzaine de présentations de doctorants ou jeunes chercheurs du domaine. Les deux invités pour cette édition étaient :

* Benoît Caillaud - INRIA Rennes - avec un exposé sur la "Sémantique non-standard de systèmes hybrides et applications à la compilation d'un langage hybride".

* Kevin Hammon - Univ. of St Andrews, GB - "Hume: a functionally-based Domain Specific Language Targeting real-time Embedded Systems".
  En savoir plus sur les journées FAC 2012
Contacts : François Vernadat (LAAS) et Claire Pagetti (Onera)
Le projet I2MC
Par Francis Collombet, Institut Clément Ader

I2MC (Instrumentation Multicapteurs des Matériaux et structures Composites) reprend l'idée directrice du RTRA STAE que la recherche située en amont de l'innovation doit résulter d'une action interdisciplinaire intégrée. D'une part, I2MC a fédéré les savoir-faire interdisciplinaires à
forte valeur ajoutée scientifique issus des laboratoires de recherche toulousains : l'Institut Clément Ader (ICA), l'Institut de Recherche en Astrophysique et Planétologie (IRAP), le laboratoire Physique de l'Homme Appliquée A Son Environnement (PHASE), le Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS). D'autre part, il a suscité, dans sa construction et sa réalisation, des expertises issues d'entités industrielles régionales (la SaRL Composites Expertise & Solutions, Castanet Tolosan ou internationales (l'Institut des Matériaux Industriels, Boucherville-Québec) et une contribution des universités de Gent et Bruxelles (U-Gent et VUB, Belgique).

I2MC se devait de tracer un sillon innovant dans une problématique classiquement dénommée SHM (Structural Health Monitoring) alors que des centaines d'équipes universitaires et industrielles (1) travaillaient dans ce domaine à travers le monde depuis plus de 20 ans. De plus, des dizaines de principes (optique, piézo électrique, MEMS…) ont été imaginés et de très nombreux prototypes de capteurs innovants développés (2).
Rester en amont de l'innovation pour le projet I2MC ne signifiait pas qu'il fallait passer sous silence le fait que le nombre de structures industrielles composites instrumentées dans le domaine des transports et plus particulièrement dans l'aéronautique et le spatial est infinitésimal (3). Une des raisons de ce constat réside dans le fait qu'on ne sait pas relier de façon bijective les
informations délivrées par un capteur et l'état réel de la structure composite (4). Les capteurs doivent être enfouis dès la mise en oeuvre des pièces composites. De facto, les capteurs doivent avoir une capacité à résister à des conditions sévères de mise en oeuvre comme des températures de 180°C ou des pressions de 7 bars (5). Le sillon tracé et le cap imprimé par I2MC sont inspirés de ces questionnements (6).

L'étude des structures composites en situations représentatives de travail est un des points clef de l'évaluation de la réponse des capteurs et de la direction qu'il est nécessaire de suivre pour établir à terme une relation bijective entre les informations délivrées par un capteur et l'état réel de la structure. Dans ce but, un concept original est proposé dès 2002. Il s'agit d'un dialogue essais/calculs adapté au cas particulier des structures composites à partir du design de pièces composites test appelées Evaluateurs Technologiques Multi Instrumentés (ETMI). En fait il s'agit plus dans l'esprit d'un ensemble d'outils complémentaires et méthodologies d'utilisation, appelée "boîte à outils ETMI". Elle est constituée de quatre volets d'importance équivalente (cf. figure 1) : un volet "modèles E.F. multi échelles", un volet "structure" constitué par l'évaluateur technologique un ensemble de capteurs permettant une instrumentation elle-même multi échelle de l'évaluateur et un volet "moyen modulaire de chargement multi axial".
L'objectif de cette boîte à outils (7) est d'évaluer numériquement et en essais, la réponse sous sollicitations complexes d'un objet de dimensions réduites. L'objet ETMI est créé au cas par cas afin de mettre en situation sous sollicitations complexes une problématique introduite par une particularité de conception (au sein d'une structure plus économique que la pièce industrielle réelle) permettant ainsi une étude
statistique ouvrant la voie à la prise en compte des variabilités inhérentes au matériau ou au procédé (cf. figure 1b).

Le moyen d'essai comporte une structure mécanique permettant d'appliquer à l'ETMI des sollicitations statiques et de fatigue multi directionnelles à l'aide de vérins électromécaniques. Les champs induits sont similaires mais pas nécessairement identiques à ceux que verra le matériau composite dans la structure étudiée mais l'identification de la cinématique à appliquer est réalisée à l'aide de modèles E.F. simples pour un dommage choisi en nature et localisation (cf. figure 1c).

L'essai est donc réalisé avec des conditions choisies par avance et pour des modes de rupture souhaités. L'objectif final est de valider la capacité des modèles numériques développés à décrire les phénomènes mis en jeu et les éventuels couplages.

Le 21 juin auront lieu le colloque de fin du projet I2MC et la soutenance de la thèse de Mauricio Torres (8) afin de mettre en exergue respectivement les résultats du projet I2MC en général et la valeur ajoutée de la boîte à outils ETMI en particulier.

Figures :
Schéma simplifié de la caractérisation de pièces composites via la boîte à outils ETMI avec :
a) ETMI après rupture (déliminage dans la zone de reprise de plis)
b) Fabrication de l'ETMI constitué d'une double reprise de plis avec sa multi-instrumentation.
c) Identification à l'aide de modèles EF simples de la cinématique à appliquer à un dommage choisi en nature et localisation (ici dans la zone de reprise de plis).

Notes :
(1) Certaines comme la NASA ont des moyens très importants, beaucoup regroupent des compétences transverses (capteurs, traitement du signal, composites, systèmes embarqués).
(2) Certains sont collés en surface et d'autres enfouis à coeur. En laboratoire et sur des cas " test ", ils ont souvent été en mesure de délivrer une information sur l'apparition et l'évolution de certains mécanismes de détérioration ("endommagement").
(3) Pour ces applications, la probabilité de défaillance des pièces structurelles est souvent fixée à 10^-9 par heure de vol. Il convient donc de démontrer que la chaine : endommagement - capteur - chaîne de traitements et de décisions présente une probabilité de défaillance nettement plus faible (10^-11 par heure de vol).
(4) Ceci suggère de travailler sur des modèles de comportement thermo-mécaniques intégrant la réalité de la structure (donc ses variabilités) mais aussi sur la définition de " marqueurs " pertinents regroupant les comportements aux différentes échelles d'une structure composite. Ceci implique de travailler sur les capteurs eux-mêmes, d'une part pour qu'ils puissent interpréter l'évolution des marqueurs et donc de la structure et d'autre part, pour qu'ils soient sans influence sur l'intégrité matière. Il faut pouvoir réaliser cela avec un nombre limité de capteurs et, de fait, couvrir par capteur des surfaces très importantes.
(5) Ils doivent aussi pouvoir être intégrés dans le process industriel de fabrication sans le perturber. Durant la période de fabrication de la pièce composite, le capteur doit pouvoir enregistrer un certain nombre de paramètres afin de permettre la définition de l'état initial de la structure composite (contraintes internes).Chaque capteur doit pouvoir être remplacé suite à l'endommagement local de la structure ou à un dysfonctionnement de celui-ci. Son principe de mise en oeuvre doit intégrer les contraintes de " réparabilité " de la structure composite.
(6) Ils ont fait l'objet de débats au sein du groupe de réflexion N°4 "Capteurs et instrumentation " du RTRA.
(7) Cette boîte à outils ETMI a bénéficié aussi de l'accompagnement d'un projet recherche soutenu par la Région Midi-Pyrénées. Il s'agit du projet EPICEA PROMAJEC piloté par la PME toulousaine Jedo Technologies.
(8) Intitulée " étude expérimentale et numérique de l'utilisation de capteurs placés au sein de structures composites : concept du patch d'enfouissement ", elle est financée par le CONACYT et s'est déroulée au sein de l'ICA en coopération avec CES dans le cadre d'I2MC.


Contact : Robert Bazer-Bachi (coordinateur du projet), IRAP
Accueil de Jan Mandel sur le projet ADTAO
Par Serge Gratton, ENSEEIHT- IRIT-CERFACS, coordinateur ADTAO

En photo, Jan Mandel

Internationalement connu pour ses travaux sur le filtrage stochastique, Jan Mandel, Professeur à l'Université de Denver (Department of Mathematical & Statistical Sciences) et Directeur du Center for Computational Mathematics (1) rejoint la communauté scientifique toulousaine pour quelques semaines à compter du 15 mai 2012. Il est le quatrième chercheur sénior à apporter son expertise au projet ADTAO (2) soutenu par la FCS STAE.
Ce projet vise à développer des algorithmes de nouvelles générations permettant une bonne modélisation des erreurs, et une résolution des problèmes d'assimilation de données en un temps minimum sur des machines massivement parallèle. Il répond ainsi aux besoins des systèmes de prévision météorologiques, océaniques et de la gravité terrestre, qui mettent en jeu des situations physiques complexes et comportent plusieurs millions de degrés de liberté nécessitant un accès aux outils de calcul les plus performants.

Démarrés en 2009, les premiers travaux sur le projet ont débouché sur le développement d'algorithmes de minimisation variationnelle qui surpassent les algorithmes existants. Ils sont déjà intégrés dans la plateforme d'assimilation océanique européenne NEMO (http://www.nemo-ocean.eu/) et dans la plateforme américaine ROMS ( http://www.myroms.org ) et sont à l'étude pour le système ARPEGE-IFS co-développé par Météo-France et par le Centre Européen pour les Prévisions Météorologiques à Moyen Terme.

En plus d'algorithmes de minimisation variationnelle performants, les systèmes d'assimilations de données reposent sur une modélisation stochastique des erreurs, souvent considérées Gaussiennes. Les partenaires du projet (IRIT, Cerfacs, CNRM, GET) ont aussi développé des techniques d'estimation des matrices de covariance des erreurs d'observation ou de modèle, basées sur des noyaux de diffusion ou sur des approches ensemblistes. Ces approches constituent une piste prometteuse. Elles permettent en effet d'exploiter la variabilité des systèmes dynamiques et d'en déduire des matrices de covariance, tout en exploitant les capacités de calcul des ordinateurs massivement parallèles actuels.
Ci-contre :
Image Météo-France obtenue par superposition d'un champ de pression de surface à une image Météosat illustrant un front de perturbation.
Jan Mandel et son équipe font partie des rares scientifiques qui ont développé des théories de convergence pour les filtres stochastiques et les ont appliquées sur quelques cas comme la prévision de la propagation des feux de forêt. Ces théories très récentes comportent encore des manques importants notamment concernant leur convergence lorsque les pas de discrétisations tendent vers 0, ou la prise en compte de la forte non-linéarité dans les opérateurs d'observation. C'est un des objectifs du séjour de Jan Mandel que de travailler sur ces questions théoriques aidé par des chercheurs toulousains des équipes des laboratoires partenaires du projet.
Pour le projet, il s'agit de présenter les algorithmes et les problèmes traités dans les systèmes opérationnels des partenaires du projet. Le point de vue extérieur de l'expert permettra d'établir des comparaisons entre les systèmes étudiés à Toulouse et ceux auxquels contribue Jan Mandel, notamment autour de la problématique des feux de forêt. Plusieurs étudiants en thèse encadrés par des permanents du projet explorent les aspects mathématiques de la convergence des méthodes d'assimilation de données ; ils exposeront leurs travaux pour bénéficier d'apports théoriques et méthodologiques de Jan Mandel.
Au-delà des retombées directes sur le projet, ces travaux hissent les équipes toulousaines parmi les meilleures équipes mondiales dans la conception et l'étude de convergence d'algorithmes d'assimilation de données capables de traiter des problèmes ayant plusieurs millions de degrés de liberté sur des calculateurs à hautes performances.
Un atelier scientifique sur les algorithmes de filtrage pour les systèmes stochastiques sera organisé pendant ce premier séjour de Jan Mandel. Un second séjour est déjà prévu en janvier 2013. Il lui permettra de poursuivre les travaux engagés cette année et de diffuser davantage ses théories ; des cours et des conférences sont déjà programmés, à Toulouse, dans le cadre d'un master commun entre l'école nationale de la Météorologie et l'ENSEEIHT (filière informatique et mathématiques appliquées). Autre retombée visée : attirer de bons étudiants de master à Toulouse, qui resteront en thèse dans les laboratoires concernés par ces thématiques.
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Dernières publications des projets

An active-set trust-region method for derivative-free nonlinear bound-constrained optimization.
Auteurs : Gratton, Ph. L. Toint et A. Troeltzch
2011
Parution : Optimization Methods and software, 26(4-5), 875-896 2011.
Nom du projet : ADTAO

Evolution of interfacial dislocation network during anisothermal high temperature creep of a nickel-based superalloy.
Auteurs : M. Hantcherli, F. Pettinari-Sturmel, B. Viguier, J. Douin, A. Coujou
2012
Parution : Scripta materialia 66 (2012) 143 -146.
Nom du projet : ARCS

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Sommaire
 Edito
 
    Vers une ère de ruptures ?
 
 La vie du RTRA
 
    L'interview de Jean-Yves Berthou
 
 
    Rencontre RTRA / Ratier-Figeac
 
 
    Nouveaux élus au CA de la Fondation
 
 
    Prix Amelia Earhart 2012
 
 Nos actions
 
    Lancement du chantier SMARTWING
 
 
    FAC 2012
 
 
    Le projet I2MC
 
 
    Accueil de Jan Mandel sur le projet ADTAO
 
 
 
Petit déjeuner scientifique - 6 juin 2012
C'est sur le thème "Biomimétisme et aéronautique : pourquoi rugueux, flexible et accidenté...
Environmental Sensors 2012
Anglet - France, September 23- 28, 2012

The 2012 "Environmental Sensors" Conference is...
Toulouse Space Show 2012
La FCS STAE co-organise et sponsorise la 4ème Conférence internationale sur les...
 
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Projet ARCS  
Ce projet qui vient de présenter ses résultats a réuni 5 laboratoires autour des matériaux de structure utilisés en aéronautique.  
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