PER FO E DYN RMAN CES AM IQU N E D AUTIQ ES P PRO LAT UES ET DU EFO CTI RM ES M DE VITÉ SP E ARI T RO NES CÉD COM ÉS PÉTI IND TIV US ITÉ TRI TEN DIS ELS CR UE ÉTI DE ON SS ET TR FU UC RTI TU VIT RE É SE NS ER VIC E MA ÎTR ISE DE L’IN FO RM IN AT TE IO LLI N GE NC EE MB AR QU ÉE OPT IMI SAT ION ÉNE RGÉ TIQ U RESEARCH Les avancées scientifiques et technologiques de DCNS_n° 1 SOMMAIRE 04_ PRÉFACE 05_ ÉDITO 06_ AVANT-PROPOS 10_ ACTUALITÉS 13_ PERFORMANCES NAUTIQUES ET DYNAMIQUE DES PLATEFORMES MARINES La simulation des Interactions Fluide-Structure Comportement des navires et structures en mer Le bassin numérique 21_TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE EN COUVERTURE : image de synthèse représentant des fibres optiques. Comparaison calcul/expérience de l’éclatement d’un réservoir HP présentant un défaut Application de l’ingénierie incendie à l’évaluation du niveau de sécurité des structures composites navales Application de l’ozonation pour la maîtrise du biofouling dans les circuits eau de mer 29_OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE Optimisation de formes en hydrodynamique Démonstrateur générique d’actionneur électrique 35_INTELLIGENCE EMBARQUÉE Positionnement dynamique de navires dans la glace Évitement d’obstacles pour USV 41_MAÎTRISE DE L’INFORMATION Extraction automatique d’objets mobiles dans des vidéos Pistage Multicapteur par PHD Filter Optimisation de trajectoires par contrôle optimal stochastique 51_DISCRÉTION ET FURTIVITÉ Matériaux acoustiques pour la furtivité Projet AQUO – Achieve QUieter Oceans by shipping noise footprint reduction 57_PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS Nettoyage par un procédé mousse innovant d’un échangeur de chaleur encrassé Soudage par Faisceau d’Électrons (FE) de l’acier inoxydable X6CrNiMoNb 17.12.2 62_NOS COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES RESEARCH_1. La revue scientifique et technologique de DCNS. Directeur de publication : Alain BOVIS _Comité éditorial : Christian AUDOLY, Julien BÉNABÈS, Alexia BONNIFET, Luc BORDIER, Marc BOUSSEAU, Jean-Michel CORRIEU, François CORTIAL, Xavier DAL SANTO, Sylvain FAURE (CEA), Fabien GAUGAIN, Anne-Marie GROLLEAU, Joëlle GUTIERREZ, Emmanuel HERMS (CEA), Guillaume JACQUENOT, Dann LANEUVILLE, Cédric LEBLOND, Jean-Jacques MAISONNEUVE, Thierry MILLOT, Pol MULLER, Adrien NEGRE, Antoine PAGÈS, Fabian PÉCOT, Mathieu PRISER, Ygaal RENOU, Lucie ROULEAU, Céline ROUSSET, David ROUXEL, Florent SAINCLAIR, David-François SAINT-CYR, Jean-François SIGRIST, Camille YVIN _Conception et réalisation : _Crédits photo : DCNS – tous droits réservés_Revue diffusée à 1 000 exemplaires. RESEARCH_1 03 PRÉFACE Le monde accélère, accélérons l’innovation ! PATRICK BOISSIER, Président Directeur Général du groupe DCNS « Le génie est fait de 1 % d’inspiration et de 99 % de transpiration. » C’est ainsi que Thomas Edison, génial inventeur, entre-autre, du télégraphe, du phonographe ou encore de l’ampoule électrique, définissait en son temps le long cheminement qui caractérise l’innovation. De la recherche fondamentale à l’application technologique, il faut en effet suivre le parcours, souvent sinueux et semé d’embûches, de la maturation, de la vérification, de la validation et de la valorisation d’une théorie, aussi lumineuse soit-elle. Mais dans un monde où la technologie évolue à la vitesse de l’éclair et dans lequel les marchés sont de plus en plus concurrentiels, il est indispensable, pour rester compétitif, de réduire le temps de développement et les coûts des nouveaux produits et services. Il faut également se conformer à des contraintes réglementaires, environnementales et sociales toujours plus exigeantes. Afin de conserver une longueur d’avance, le Groupe a créé en 2011 DCNS Research, avec l’objectif de donner un nouvel élan à sa stratégie d’innovation et à son rayonnement scientifique. Cette structure d’excellence, qui regroupe des ingénieurs et des techniciens de haut niveau, a fait de la recherche collaborative son moteur. En lien avec ses partenaires nationaux et internationaux et en étroite collaboration avec des laboratoires publics et académiques, elle imagine et conçoit les révolutions technologiques du futur. Qu’il s’agisse du navire virtuel, d’atténuation de l’empreinte du bruit sous-marin ou du développement de nouvelles sources d’énergies marines, DCNS se positionne comme un inventeur de solutions de haute technologie. Avec un peu de transpiration, beaucoup d’inspiration et de l’innovation passionnément. 04 RESEARCH_1 ÉDITO “Research réunit plusieurs travaux remarquables ayant, durant l’année écoulée, apporté une avancée significative dans les outils scientifiques qui consolident les activités et les produits de DCNS” Alain Bovis, directeur de DCNS Research et PDG de Sirehna® Je suis très heureux de vous présenter, au nom de l’ensemble de nouveaux défis au profit des objectifs de croissance du groupe des collaborateurs de DCNS, le premier numéro de notre revue DCNS. annuelle scientifique et technologique. Dorénavant, nous publie- La recherche collaborative, ou partenariale, a été mise au cœur de rons, tous les ans, plusieurs travaux remarquables ayant apporté notre action. Il y a plus qu’une coïncidence entre la création de une avancée significative dans les outils scientifiques ou dans les DCNS Research, la montée en puissance de l’Institut de Recherche concepts technologiques qui consolident les activités et les pro- Technologique Jules Verne, le lancement du projet de duits de DCNS. Technocampus Océan à Nantes. Il y a un projet global de renforce- Son nom RESEARCH conjugue notre mission, notre vocation ment de la recherche maritime, voulu par les pouvoirs publics et internationale et la passion du Groupe pour la mer. animé par le Conseil d’Orientation de la Recherche et de l’Innova- Les travaux sont classés suivant différents chapitres correspondant tion de la Construction et Activités Navales, le CORICAN. Plusieurs aux grands défis pluridisciplinaires des engins océaniques de des travaux présentés dans ce numéro sont issus de la recherche demain et de l’énergie des mers. Face à chacun de ces défis, DCNS collaborative. Research contribue à trouver les idées susceptibles de déboucher Vous trouverez également dans ce numéro un rappel des princi- sur les innovations futures et de les transformer en technologies paux événements survenus dans l’activité de DCNS Research applicables en suivant un processus de maturation et de levée des durant l’année. Plusieurs de nos collaborateurs sont ainsi mis à risques. l’honneur. DCNS Research n’est pas une création ex nihilo mais s’inscrit dans Au nom de tous les collaborateurs de DCNS Research, je vous sou- la tradition d’excellence scientifique et technique construite depuis haite une bonne lecture et vous donne, d’ores et déjà, rendez-vous près de trois siècles par nos prédécesseurs. L’article introductif du en 2014 pour le n° 2 de RESEARCH. professeur Larrie Ferreiro nous rappelle l’origine de cette tradition, fierté de notre Génie Maritime. DCNS Research a été créé pour rassembler des forces, leur donner plus de visibilité et de nouveaux moyens d’action, pour répondre à RESEARCH_1 05 AVANT-PROPOS L’AUBE DES SCIENCES NAVALES LARRIE D. FERREIRO, Directeur de la recherche, Defense Acquisition University, Fort Belvoir, Virginie, États-Unis Au commencement du XVIIe siècle, les maîtres charpentiers Évolution des plans des vaisseaux de marine ne disposaient d’aucun outil mathématique per- L’architecture navale, c’est-à-dire l’utilisation de la théorie mettant d’appliquer les théories scientifiques aux navires. du navire dans sa conception, n’aurait pu se développer Deux siècles plus tard, à la fin du XVIIIe siècle et à l’aube de sans les plans de coque à deux dimensions, à partir des- la révolution industrielle, les ingénieurs-constructeurs quels les constructeurs pouvaient mesurer précisément les étaient dotés d’un véritable corpus théorique pour conce- lignes afin de calculer mathématiquement la superficie et voir des navires et prédire leurs caractéristiques et le volume de la coque. performances. Les plans des navires ne sont pas apparus en tant que gabarits de construction. Les premiers plans connus figu- « L’Architecture navale » raient dans les traités de construction navale. Les traités L’expression « architecture navale » a été employée pour la étaient généralement destinés à un usage pédagogique ou première fois par l’architecte allemand Joseph Furttenbach comme guides généraux, les plans n’étant donnés qu’à titre dans un ouvrage paru en 1629, Architectura Navalis. d’exemples. En 1677, le constructeur Charles Dassié, dans son livre Au cours du XVIIIe siècle, les administrations navales commen- L’architecture navale, émet l’idée que les mathématiques cèrent à demander à leurs constructeurs des plans des devaient jouer un rôle de premier plan dans la conception navires en trois vues – les plans de formes verticales, les lignes des navires. d’eau et les sections longitudinales – afin de s’assurer, avant À la fin du XVIIIe siècle, l’« architecture navale » est l’appli- construction, que les navires répondaient à leurs besoins. cation de la théorie mathématique (la « géométrie ») à la Rapidement ces plans, allaient devenir un élément clé dans le conception du navire, comme l’illustre l’Essai géométrique développement des calculs de stabilité et hydrodynamique. et pratique sur l’architecture navale (1776), de Vial Du Clairbois, futur directeur de l’école du Génie maritime. Au 06 XIXe La science comme arme stratégique siècle, l’architecture navale devient la « science de La construction de navires de guerre est un prolongement la construction navale », selon le magistral Architecture de la politique d’une nation. Au cours des XVIIe et XVIIIe siècles, navale – Théorie du Navire, de Pollard et Dudebout la France et la Grande-Bretagne ont été en conflit perma- (1890), et inclut la mécanique des corps flottants dévelop- nent sur les mers. La Grande-Bretagne était la puissance pée dans « des étapes successives par la Science ». maritime dominante. Toutes ses frontières étant maritimes, L’architecture navale, dans son sens moderne, est l’applica- sa sécurité reposait sur sa marine, dont la part dans le bud- tion de la théorie scientifique, en tant qu’élément de la get était supérieure à celle de tout autre ministère. La conception du navire, en vue de prévoir ses caractéris- France, en revanche, devait défendre ses frontières ter- tiques et performances avant qu’il ne soit construit. restres et, logiquement, consacrait une part beaucoup plus RESEARCH_1 AVANT-PROPOS importante de son budget à l’armée de terre. Dans les nuèrent de construire des navires « à leur gré ». L’objectif années 1730 et 1740, le budget de la marine britannique de Colbert était de créer un ensemble de normes pour la représentait entre 2 et 4 fois celui de la marine française. conception que tous les chantiers navals pourraient utili- Le niveau de ressources a naturellement déterminé la taille ser. Il voulait, ainsi, qu’un navire de 70 canons construit à et le déploiement de chaque marine. Dans les années 1700, Brest soit identique à celui construit à Toulon, afin de la Grande-Bretagne était capable de « contrôler la mer » à réduire les coûts des matériaux et des pièces de rechange. grande échelle c’est-à-dire de déployer des escadres per- Cela permettrait également à tous les navires dans une manentes à travers l’Atlantique. Avec une flotte moins ligne de bataille d’avoir des qualités de navigation iden- nombreuse, les Français préféraient éviter les principaux tiques, et ne pas avoir à tenir compte des différences de engagements et appliquaient la tactique de « guerre de performances entre unités. Colbert décida que la théorie course » qui demandait des navires rapides. scientifique serait la seule base pour créer un ensemble de Aussi, la science a-t-elle joué un rôle majeur dans l’évolu- normes identiques applicables dans tous les chantiers. tion des flottes, en particulier en France. Les ministres de Aussi, et face à de nouveaux refus des constructeurs, il la Marine successifs, de Colbert à Sartine, ont estimé que la demanda en 1678 à deux mathématiciens qui n’avaient science pouvait être un « amplificateur » de puissance, jamais construit un navire de leurs vies de développer c’est-à-dire, que son application permettrait à chaque « une théorie sur le sujet de la construction de navires ». navire français de surpasser son adversaire britannique ; ainsi serait compensé le déséquilibre numérique entre les Premières « théories du navire », 1679-1697 deux marines. Colbert trouva « une théorie sur le sujet de la construction Avec une meilleure stabilité, une vitesse plus élevée et une de navires » dans les travaux de Renau d’Elissagaray, un plus grande manœuvrabilité les navires pourraient « frap- jeune ingénieur qui réalisa les premières recherches jamais per plus vite ». Les constructeurs ont donc été requis de se entreprises sur la théorie du navire et qui proposa en 1679 former aux principes de la théorie du navire. que les ellipses soient à la base des formes de carène. En 1680, Colbert commissionna la construction d’un modèle Colbert et la science de « navire ellipsoïdal » sous la direction de l’Amiral Colbert, qui en 1669 cumulait les portefeuilles des de Tourville. Ce navire devait être testé comparativement Finances et de la Marine, entreprit de reconstruire « La avec un modèle d’un navire plus conventionnel, dans le Royale », qui ne comptait que 26 navires face aux grand canal du château de Versailles au début de l’année 133 navires de la Royal Navy britannique. Mais son désir 1681. Les essais effectués furent peu concluants. d’utiliser les sciences comme outil de puissance a été Jusque dans les années 1690, pratiquement aucun travail entravé par le refus des constructeurs d’adopter des prin- scientifique n’avait été effectué sur la théorie du navire. cipes communs de conception et de construction. Quelques principes de base sur l’équilibre hydrostatique et Colbert et son fils Seignelay prirent une série de règle- sur la mécanique des fluides avaient bien été développés ments sur les dimensions des navires et de leur mode de par des mathématiciens et des scientifiques tels que Stevin construction, dans un effort pour créer un contrôle central et Newton, mais la plupart de ces résultats furent contes- sur le processus de conception du navire. Mais ces instruc- tés par Huygens. Aussi, quand en 1697 un mathématicien tions restèrent sans suite et les constructeurs navals conti- jésuite relativement peu connu, du nom de Paul Hoste, RESEARCH_1 07 AVANT-PROPOS publie sa Théorie de la construction des vaisseaux, il diriger tous les aspects de la conception et la construction aborde de façon originale les domaines de la résistance des des navires. Avec le soutien de Maurepas, Bouguer et fluides, de la stabilité du navire, de ses mouvements et de Duhamel du Monceau allaient « inventer » l’architecture la résistance de la poutre-navire. Bien que presque tous les navale moderne. principes de base utilisés par Hoste se soient aussi révélés erronés, il s’agissait là d’une première tentative en vue Bouguer, Duhamel du Monceau et la première d’établir une synthèse mathématique du sujet et de prépa- synthèse de l’architecture navale, 1735-1765 rer le terrain pour des recherches ultérieures. C’est sur les hauteurs des Andes péruviennes, au cours de la Mission Géodésique sur l’Équateur entre 1735 et 1744, 08 Maurepas et la science dans « La Royale » que Bouguer a écrit la première vraie synthèse de l’archi- Maurepas est devenu Ministre de la Marine en 1723. Il fut tecture navale, Traité du Navire, de sa construction, et immédiatement confronté au manque de navires de com- ses mouvemens. Il a repris, là où Hoste l’avait laissée près bat. « La Royale » n’avait alors que 33 vaisseaux de guerre d’un demi-siècle plus tôt, l’étude scientifique de la concep- contre 155 dans le « Royal Navy ». Comme Colbert, tion et de la construction des navires. Maurepas a rapidement cherché à augmenter l’efficacité de Le Traité du Navire décrit pour la première fois de nom- sa flotte avec un budget limité, en donnant à chaque navire breux concepts nouveaux, en établissant certaines bases de meilleures performances. Et comme Colbert, Maurepas de la théorie du navire encore en vigueur aujourd’hui tels se tourna vers la Science pour y arriver. que le concept de « moment fléchissant » pour déterminer Maurepas était vice-président de l’Académie des Sciences, la résistance de la poutre-navire ou la notion de méta- et il fit de l’Académie une sorte de laboratoire pour sa centre pour la stabilité. Le génie de Bouguer a été d’écrire Marine. Il a soutenu la recherche scientifique dans l’archi- son livre, non pas pour les mathématiciens, mais pour les tecture navale, la navigation et la botanique (le bois et le constructeurs, en fournissant chaque fois que nécessaire chanvre étaient les matériaux de base pour les navires). des exemples et des expériences pratiques. Maurepas fit rapidement appel à deux scientifiques, Pierre La publication du Traité du Navire suit la création de Bouguer et Henri-Louis Duhamel du Monceau, qui l’École des Ingénieurs-Constructeurs de la Marine, en ensemble soutiendront sa vision d’une Marine construite 1741, destinée à donner aux constructeurs les bases scien- sur des fondations scientifiques. tifiques et pratiques de la conception et de la construction Pierre Bouguer était professeur royal d’hydrographie. Très des navires et c’est Duhamel du Monceau, nommé par vite, il commença à contribuer à des travaux de l’Académie Maurepas directeur de l’école, qui se charge de définir son des Sciences sur des sujets maritimes et remporta plu- programme d’enseignement. L’école est aménagée dans sieurs prix. Bouguer devint conseiller scientifique de une salle du Louvre, à côté de la salle des séances de l’Aca- Maurepas. démie des Sciences. En même temps, Maurepas demandait à l’Académie des Duhamel du Monceau écrira un manuel pour l’école en Sciences de rechercher de nouvelles méthodes de préser- 1752, Élémens de l’architecture navale, ou Traité vation du bois. Il fut impressionné par le travail de Pratique de la construction des Vaisseaux, comme un Duhamel du Monceau, un jeune botaniste qu’il nomma en mélange de pratique et de théorie du navire. Il travaille en 1739 Inspecteur Général de la Marine, poste où il devait étroite collaboration avec Bouguer et fait souvent allusion RESEARCH_1 AVANT-PROPOS au Traité du Navire pour les concepts les plus difficiles. L’Arsenal de Venise ouvre une Sculoa di Naval Architettura La grande originalité des Élémens est de fournir des for- copiée sur l’école française. mulaires utilisables avec des exemples numériques, et de Le grand constructeur suédois Fredrik Chapman adopte réduire l’analyse des différents problèmes à des protocoles un grand nombre d’idées françaises pour ses propres de calcul facilement applicables à la conception. navires et crée un corps de constructeurs sur la base du Ces calculs devinrent partie intégrante de l’ingénierie des modèle français. Aux Pays-Bas les constructeurs tels que vaisseaux français dans l’ordonnance de 1765 qui créé le Glavimans sont formés à l’École des Ingénieurs- Corps des Ingénieurs-Constructeurs de la Marine. Ainsi un Constructeurs de la Marine et plus tard forment leur nouveau système de professionnalisation et de normalisa- propre école. tion fut mis en place réalisant l’objectif initial de Colbert. Le Corps des Ingénieurs-Constructeurs de la Marine a été À partir des années 1760, Daniel et Jean Bernoulli, rebaptisé Corps du Génie Maritime en 1799, titre qu’il por- d’Alembert, Clairaut, Euler, développèrent la théorie de la tera jusqu’en 1971. Au XIXe siècle, le « Royal Corps of Naval résistance des fluides, mettant notamment en évidence les Constructors » britannique et l’« US Navy Construction concepts de lignes de courant et de pression, en remplace- Corps » seront tous deux créés sur le modèle français. ment de la théorie – erronée – des chocs de Newton. Ainsi s’est perpétuée pendant trois siècles l’influence des À la même époque, les expériences pratiques, de Borda, sciences navales françaises. Thévenard, Bossut, d’Alembert et Condorcet, développèrent la pratique des essais comparatifs sur maquettes. Cet article est issu de la conférence donnée par le professeur Ferreiro lors du colloque « Trois siècles de Génie Maritime » – Paris, 2011. Le rayonnement de l’architecture navale française À la fin du XVIIIe siècle, Les marines européennes, y compris la « Royal Navy », attribuaient la supériorité des navires de guerre français à leur utilisation de la théorie hydrodynamique. Dès lors, les autres marines calquèrent leurs règles de conception sur celles de la France. Les vaisseaux de 74 canons des marines britannique et espagnole ont été largement copiés du « gabarit » français. En fait, la majorité des navires qui ont combattu à la bataille de Trafalgar en 1805 étaient des « 74 canons », basés sur la conception française. L’organisation de la construction navale française a également été rapidement adoptée dans toute l’Europe. En Espagne, Jorge Juan y Santacilia poursuivit les travaux Discrétisation d’une carène par éléments plans pour calculer la résistance à l’avancement. Duhamel du Monceau, Élémens de l’architecture navale, 1752. de Bouguer avec son propre traité Examen Maritimo et, en 1765, le constructeur français Jean-François Gautier fut appelé afin de standardiser les navires de l’Armada. Il créa un Cuerpo de Ingenieros de Marina, sur le modèle du Corps des Ingénieurs-Constructeurs. RESEARCH_1 _RÉFÉRENCE LARRIE D. FERREIRO, Ships and Science : the birth of Naval Architecture in the scientific revolution 1600-1800, The MIT Press, 2007. 09 ACTUALITÉS DCNS Research étend sa collaboration à l’international Accord de coopération avec l’Institut Indien de Technologie de Mumbai (IIT Bombay) DCNS a signé, par l’intermédiaire de DCNS Research, un protocole d’accord avec l’Indian Institute of Technology Mumbai, l’un des plus grands instituts universitaires d’Inde, spécialisé dans l’enseignement et la recherche technologiques. Ce protocole d’accord ouvre de nouvelles perspectives de coopération pour DCNS en Inde pour des programmes d’enseignement et de recherche dans les secteurs du naval de défense et de l’énergie. Compte tenu de leurs domaines d’expertise respectifs, DCNS et l’IIT Bombay misent sur le déploiement rapide de plusieurs projets, et notamment : tle parrainage de programmes de recherche et développement qui seront effectués en coopération entre des équipes d’IIT Bombay et de DCNS Research ; tle parrainage de projets pédagogiques et l’attribution de bourses de recherche à l’IIT Bombay ; tla formation de collaborateurs de DCNS grâce à des « Programmes de formation continue » assurés par l’IIT Bombay. ACOUSTIQUE 2012 Marie Pomarede « Investigation et application des méthodes d’ordre réduit pour les calculs d’écoulement dans les faisceaux tubulaires d’échangeurs de chaleur » Thèse de Doctorat à l’Université de La Rochelle, février 2012. Samuel Tregouët « Lois de positionnement dynamique pour opérations arctiques » Travaux de Master à l’école des Mines de Nantes, le 31 juillet 2012. Maud Bullier « Étude de revêtements acoustiques réflecteurs ou absorbeurs par la méthode des éléments finis en géométrie périodique 1D » Rapport de stage INSA Lyon, août 2012. Céline Ducatel DCNS Research, partenaire d’Acoustics 2012 Assurer une veille technique et présenter les avancées technologiques ou scientifiques de DCNS sont les principales motivations des experts de DCNS Research présents à la Cité Internationale des Congrès de Nantes du 23 au 27 avril lors de la convention internationale Acoustics 2012. Le congrès Acoustics 2012 est coorganisé par la Société Française d’Acoustique (SFA) et l’Institute of Acoustics (IOA) du Royaume-Uni. Il est également parrainé par l’Association TRAVAUX DE RECHERCHE 2012 Européenne d’Acoustique (EAA). Cet événement est l’occasion d’aborder les dernières avancées dans l’ensemble des domaines de l’acoustique. DCNS Research a présenté les résultats de cinq travaux dont un exposé des travaux réalisés depuis plusieurs années en collaboration avec le Prof. Serguei Iakovlev – Université Dalhousie à Halifax. Dans la continuité de cette contribution active, DCNS Research participera à Acoustics 2013 qui se déroulera à New Delhi (Inde) du 10 au 15 novembre 2013. « Méthodes d’évaluation préliminaires des impacts acoustiques d’une centrale ETM sur les mammifères marins » Rapport de stage ENSTA Bretagne, août 2012. Mathieu Le Pajolec « Développement et validation d’algorithmes de calcul pour simulations couplées fluide/ structure » Travaux de Master à l’Université de La Rochelle, septembre 2012. Laurent Valade « Réalisation et traitement d’essais sur un profil portant déformable en tunnel hydrodynamique » Travaux de Master à l’École Centrale de Nantes, septembre 2012. Romain Fargere « Simulation du comportement dynamique des transmissions par engrenages sur paliers hydrodynamiques » Thèse de Doctorat à l’INSA Lyon, décembre 2012. 10 RESEARCH_1 ACTUALITÉS FAITS MARQUANTS MAST 2011 Présentation des résultats des travaux menés sur la « prédiction des accalmies des mouvements de navires ». FLOW-INDUCED VIBRATION 2012 Participation au comité scientifique et présentation de deux communications scientifiques sur l’hydrodynamique et IFS et les faisceaux de tubes et les IFS. FORUM DCNS RESEARCH Rencontres industrie-université sur la recherche collaborative à Nantes en juin 2012. NAVYCORR 2012 Les premières applications des travaux de recherche en 2012 Gowind® DCNS Research a embarqué sur le patrouilleur hauturier L’Adroit, un drone naval de surveillance. Ce drone naval est constitué d’une embarcation semi-rigide équipée de radars, capteurs, caméras… à pilotage à distance. Il peut effectuer des missions de surveillance de champs d’éoliennes ou de contrôle des routes maritimes. DCNS Research a également livré à la marine singapourienne des systèmes de positionnement dynamique de navire pour des chasseurs de mines. Ce système permet de suivre une trajectoire extrêmement précise ou de tenir un point fixe lors des opérations de détection et de destruction de mines. Un nouveau contrat pour des équipements du même type a été signé avec la marine de Corée du Sud. Remise de prix Marie Pomarede, Doctorante à DCNS Research a reçu le 3e prix MICADO de la Simulation Numérique à l’occasion de Virtual PLM’12 à Reims, le 13 novembre 2012. Marie Pomarède a développé des méthodes d’ordre réduit pour les calculs d’écoulement dans les faisceaux tubulaires d’échangeurs de chaleur. Ces problématiques sont cruciales car les systèmes étudiés sont des éléments majeurs des centrales nucléaires civiles et des chaufferies embarquées dans RESEARCH_1 les sous-marins. Pour la réalisation de ces travaux, une collaboration a été mise en place avec EDF R&D, les deux entreprises ayant un objectif commun de réduire les temps de calcul pour leurs études d’interactions fluide-structure à visée industrielle. DCNS est à l’initiative de la première journée Navycorr consacrée à la lutte contre la corrosion des navires. Elle s’est déroulée le 11 juillet 2012 au Palais des Congrès Neptune de Toulon. OMAE 2012 Présentation des avancées sur Model DP System for Ice Tank Research à la conférence Ocean Offshore and Arctic Engineering à Rio de Janeiro en juin 2012. FORUM INNOVATION DGA Présentation du projet Prédiction des périodes d’accalmies des mouvements navires lors du 1er Forum Innovation DGA en novembre 2012 au CNIT de la Défense PROJET EUROPÉEN DCNS Research s’implique dans les projets européens en pilotant le projet AQUO pour une durée de trois ans, lancé par la Commission Européenne dans le cadre de l’initiative « The Oceans of Tomorrow ». 11 12 RESEARCH_1 PERFORMANCES NAUTIQUES ET DYNAMIQUE DES PLATEFORMES MARINES Du calcul de traînée de carène aux essais de maquettes en bassin hydrodynamique, de la simulation de la tenue à la mer d’une structure, à l’optimisation des propulseurs, de la conception des systèmes de stabilisation dynamique à l’analyse du lancement des armes sous-marines : cet axe regroupe toutes les activités qui permettent de rendre les plateformes marines, propulsées ou non, plus efficaces et plus sûres dans les missions qu’elles ont à mener. RESEARCH_1 13 PERFORMANCES NAUTIQUES La simulation des Interactions Fluide-Structure AUTEURS : Jean-François SIGRIST, Fabien GAUGAIN, Lucie ROULEAU, Cédric LEBLOND Afin de concevoir des systèmes complexes dont les performances mécaniques doivent être évaluées par calcul numérique, DCNS travaille de longue date sur la modélisation et la simulation des interactions fluide-structure, lesquelles influencent grandement le comportement dynamique des structures navales. La grande variété des problématiques étudiées en interaction fluide-structure impose de développer une gamme de méthodes numériques étendue. L’Interaction Fluide-Structure : au cœur des thèmes scientifiques d’intérêt pour DCNS La simulation des Interactions Fluide-Structure (IFS) constitue un enjeu scientifique d’importance pour DCNS, en raison de la grande variété des problématiques rencontrées lors du développement de ses produits [1]. Que cela soit sur le cœur de métier historique (naval militaire) ou sur les domaines de croissance (énergies marines renouvelables ou nucléaire civil), les exemples abondent : tenue des plateformes navales aux explosions sousmarines, performances hydrodynamiques des systèmes propulsifs, discrétion acoustique des navires, stabilité des systèmes de récupération d’énergie thermique des mers, rendement des systèmes de production d’énergie, sûreté des composants nucléaires, etc. Chaque situation concrète posant un problème particulier, il est nécessaire de développer un ensemble de méthodes et outils numériques pour s’adapter à chaque cas d’étude ; les recherches menées à DCNS Research dans le domaine de l’IFS s’étendent ainsi des approches semi-analytiques aux méthodes de réduction de modèle, en passant par l’adaptation de méthodes aux éléments finis [2] et de méthode de couplage de codes. Modélisation de l’interaction entre une onde de choc et une coque immergée Un modèle analytique décrivant l’interaction entre une onde de choc, laquelle peut résulter d’une explosion sous-marine, et une coque immergée est développé afin de disposer d’une solution de référence pour ce problème modèle. Cette modélisation 14 trouve par exemple son application à la vérification du dimensionnement des coques et à la validation des hydro-codes (1). Les modèles ainsi développés peuvent également être exploités pour comprendre les phénomènes de rayonnement acoustique des coques immergées [3]. Prédiction du rayonnement acoustique de structures immergées La maîtrise des signatures acoustiques des navires militaires passe par la compréhension des mécanismes physiques mis en jeu dans les vibrations de structures mixtes métalliques/viscoélastiques couplées avec un fluide. Pour proposer un modèle prédictif de ce comportement, il est nécessaire de travailler de façon transverse : de la modélisation mathématique du comportement des matériaux à l’implémentation d’une méthode numérique adaptée, en passant par l’identification des propriétés physiques pertinentes pour renseigner les modèles mathématique et numérique. Avec leur partenaire du CNAM Paris, les équipes « matériaux et structures » de DCNS Research ont ainsi développé une modélisation éléments finis multiphysique pour répondre à ce besoin. Étude des performances hydrodynamiques des profils portants Un chargement hydrodynamique important peut induire des déformations plus ou moins significatives d’un profil portant RESEARCH_1 PERFORMANCES NAUTIQUES souple (en composite par exemple) et modifier ses performances ; afin de quantifier l’importance de ces interactions, DCNS Research développe une méthode de calcul par couplage entre un code de dynamique des fluides et des structures. Les simulations sont validées par comparaison avec des résultats d’essais réalisés au tunnel hydrodynamique de l’IRENav (laboratoire de recherche de l’École Navale). Modélisation semi-analytique du comportement d’une coque assujettie à une onde de pression : calcul du champ de contraintes. Analyse des écoulements dans les faisceaux tubulaires d’échangeurs de chaleur Les écoulements de fluide caloporteur au sein d’échangeurs de chaleur peuvent engendrer des vibrations incontrôlées des tubes dans le faisceau ; afin de comprendre les mécanismes d’IFS responsables de ces instabilités potentielles, il est nécessaire d’appréhender la complexité de l’écoulement. En ciblant la modélisation sur les modes de l’écoulement les plus énergétiques, les méthodes de réduction de modèle – comme la Proper Orthogonal Decomposition – permettent de construire un cadre d’analyse potentiellement adapté à ce type de problèmes. Une évaluation de cette méthode pour l’IFS en grands déplacements d’un tube en faisceau a été conduite, en collaboration avec l’Université de la Rochelle et EDF R&D, avec qui DCNS partage un intérêt scientifique sur ce sujet. (1) Un « hydro-code » est un outil de calcul numérique utilisé pour la simulation de l’interaction fluide-structure dans de structures immergées soumises aux effets d’explosions sous marines distantes. _RÉFÉRENCES [1] J.F. SIGRIST Overview of Coupled Fluid-Structure Numerical Methods Applied to Naval Propulsion Systems. Computational Methods for Coupled Problems in Science and Engineering, Ischia Island, 8-11 June 2009. [2] J.F. SIGRIST. Interactions fluide-structure. Analyse vibratoire par éléments finis. Ellipses, 2011. [3] S. IAKOVLEV, J.F. SIGRIST, C. LEBLOND, H. A.F.A. SANTOS, A. LEFIEUX, K. WILLISTON. Mathematical Modeling of the Acoustic Radiation by Submerged Elastic Structures. Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012. [4] L. ROULEAU, J.F. DEÜ, A. LEGAY, J.F. SIGRIST. Vibro-Acoustic Study of a Viscoelastic Sandwich Ring Immersed in Water. Journal of Sound and Vibration, 331, 522-539, 2012. [5] F. GAUGAIN, A. ASTOLFI, J.F. SIGRIST, F. DENISET. Numerical and Experimental Study of the Hydroelastic Behaviour of an Hydrofoil. Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012. [6] M. POMAREDE, E. LIBERGE, A. HAMDOUNI, E. LONGATTE, J.F. SIGRIST. Numerical Study of Tube-Bundle Flow-Induced Vibrations with Multiphase-POD Approach. Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012. RESEARCH_1 Rayonnement acoustique d’une structure mixte métallique/viscoélastique : développement d’un modèle numérique éléments finis prédictif [3]. Simulation du couplage fluide-structure pour un profil déformable dans un écoulement subcavitant : influence des déformations sur les performances hydrodynamiques [5]. Caractérisation des modes d’énergie prépondérante pour un écoulement au sein d’un faisceau tubulaire : analyse avec méthode de « Décomposition Orthogonale aux Valeurs Propres » (POD) [6]. 15 PERFORMANCES NAUTIQUES Comportement des navires et structures en mer AUTEURS : Jean-Jacques MAISONNEUVE, Antoine PAGÈS, Camille YVIN Une activité importante de DCNS Research est dédiée à la maîtrise du comportement à la mer des navires ou des structures. Cette activité couvre la maîtrise des phénomènes ainsi que leur modélisation physique et numérique. Elle a pour objectifs la mise au point d’outils de prédiction utilisables pour la conception des navires et des structures, et de leurs systèmes de contrôle. Deux exemples de projet dans ce domaine sont décrits ci-dessous. Le projet SOS-stabilité Le projet SOS-stabilité est un projet collaboratif visant à mieux connaître et à améliorer la stabilité dynamique des petits navires de pêche. Ce projet illustre la complémentarité des compétences de DCNS Research (modélisation hydrodynamique, essais physiques et contrôle du navire). En effet, il inclut : tla conception et la réalisation de modèles libres fortement instrumentés et téléopérés, à différentes échelles (2 m et 8 m de long), avec des capacités de simulation de pêche, et d’envahissement ; tla caractérisation de la tenue à la mer d’un navire (chalutier), y compris sur mer forte, à partir d’essais : essai en mer sur un navire existant, essais sur modèle libre en bassin de houle, essais en mer sur plate-forme grande échelle instrumentée ; tla conception et le développement de modèles numériques se traduisant par un outil de simulation du comportement nonlinéaire du navire sur houle ; tl’intégration de ce noyau de simulation dans un simulateur de démonstration (console avec commandes navire et visualisation du navire et de la mer) ; tla conception d’algorithmes permettant de connaître l’état instantané du navire vis-à-vis des problèmes de stabilité dynamique, à partir de capteurs disponibles à bord ; tla conception de loi de commandes visant à améliorer le pilotage automatique du navire dans les conditions de mer fortes et de stabilité dynamique délicates. Les objectifs poursuivis, au travers de ces différents travaux, sont : tune meilleure connaissance des phénomènes impliqués dans les problèmes de stabilité dynamique ; 16 tdes moyens de simulation permettant de modéliser ces aspects, de les démontrer et d’en informer les équipages, de mettre au point des systèmes embarqués visant à les réduire, et à terme d’évaluer des critères réglementaires ; tdes systèmes embarqués permettant de mesurer l’état du navire, d’anticiper des situations à risque, et au final de mieux contrôler le comportement du navire dans les conditions de mer fortes. 2012 est la quatrième année du projet, qui se termine mi 2013. Les travaux réalisés lors de cette année ont concerné principalement la validation du noyau de simulation de comportement du navire, le développement du simulateur de démonstration et le développement de la plate-forme grande échelle. Cette dernière est munie d’un grand nombre de capteurs : mouvements du navire suivant les 6 degrés de liberté, commandes de propulsion et de barre, torseur des efforts sur la mèche de safran, efforts de traction sur les funes et orientation des funes, hauteur relative entre le navire et la surface de l’eau en différents points, vitesses (trois composantes) au voisinage du safran, vent, (houle mesurée par bouée houlographe), caméras externes, et internes (envahissement de cale). La maquette est contrôlée à distance, et possède une autonomie de 3 à 5 heures. 2013 verra la réalisation des derniers essais avec la plate-forme grande échelle, et l’exploitation des résultats (essais, simulations, systèmes) avec l’ensemble des partenaires. Ce projet, labellisé par les Pôles de compétitivité Mer-Bretagne, Mer-PACA et EMC-2, a été financé par le ministère du Redressement Productif et les régions Bretagne, PACA et Pays de la Loire. Il a été réalisé en partenariat entre DCNS Research, Bureau Veritas, Ifremer, IMP, Mauric, Merré et Principia. RESEARCH_1 PERFORMANCES NAUTIQUES Couplage réponse couplée des grands mouvements d’un corps maintenu par un ressort en torsion. Couplage fluide-mécanique multicorps Les travaux concernent la prédiction des mouvements de corps dans un fluide, en présence de liaisons pouvant être complexes, et éventuellement contrôlés par des actionneurs hydrodynamiques (ex. : structure multicorps pour EMR, remorquage de dispositifs sousmarins, navires contrôles par ailerons, navires amarrés, etc.). L’approche classique, consistant à résoudre le problème mécanique avec des chargements hydrodynamiques supposés indépendants du mouvement lui-même atteint rapidement ses limites, dès lors que les mouvements sont de grande amplitude, les liaisons non-linéaires, et les écoulements complexes. L’objectif des travaux est de développer une méthode couplant les résolutions mécanique et hydrodynamique de manière suffisamment souple et générique pour pouvoir traiter une grande variété de problèmes. L’approche retenue est le couplage du code CFD ISIS développé par le laboratoire de mécanique des fluides de l’École Centrale de Nantes, avec un code de résolution mécanique multicorps Open Source, MBDYN. Ceci doit permettre de résoudre de manière globale le comportement d’un système à n degrés de liberté, éventuellement muni d’un système de commande, et évoluant dans un fluide. Les travaux ont commencé fin 2011. Lors de cette première année, l’approche théorique appropriée a été recherchée et établie et la chaîne de calcul ISIS/MBDYN a été mise en place, avec un couplage physique fort. La procédure a ensuite été appliquée à des cas élémentaires de la littérature, puis à un cas plus complexe (bouée amarrée dans la houle) pour lequel des résultats expérimentaux sont disponibles. Les résultats obtenus sont très encourageants. Les travaux suivants vont consister à tester la méthode sur des cas plus complexes, représentatifs de différentes problématiques industrielles. Ceci devra passer par un travail sur le maillage du fluide lors des grands déplacements des corps, y compris pour des corps articulés. Ces travaux font l’objet d’une thèse CIFRE réalisée au laboratoire de mécaniques des fluides de l’École Centrale de Nantes. _RÉFÉRENCE Antoine PAGÈS, Jean-Jacques MAISONNEUVE, (Sirehna®), Clève WANDJI, Philippe CORRIGNAN, (Bureau Veritas), Benoît VINCENT (Ifremer), Small fishing vessels study and modelling for the improvement of the behaviour in extreme seas, STAB 2012, 11th International Conference on the Stability of Ships and Ocean Vehicles, 23-28 Sept 2012, Athens, Greece. RESEARCH_1 SOS-stabilité essais en bassin. SOS-stabilité essais en mer – Simulateur. Couplage réponse sur houle d’un flotteur ancré, avec couplage fort. 17 PERFORMANCES NAUTIQUES Le bassin numérique AUTEURS : Jean-Jacques MAISONNEUVE, Luc BORDIER, Fabian PÉCOT, Pol MULLER Le développement d’un projet de navire, bâtiment de surface ou sous-marin, et des engins sousmarins en général, nécessite l’évaluation des performances hydrodynamiques de ces engins à différents stades de conception, de manière itérative. Jusqu’à présent, une grande partie de ces performances ne peut être évaluée qu’au moyen d’essais sur modèle, en bassin, induisant ainsi des coûts et des délais importants. L’objectif est ici de développer et qualifier les approches numériques susceptibles de calculer ces performances, de manière à réduire au maximum le recours aux essais physiques, et par conséquent les coûts et délais de conception. DCNS Research a pour mission de développer ce type d’approche. Ceci s’appuie à la fois sur des projets de R&D interne, et sur des projets externes, et en particulier l’action « Bassin numérique » de l’IRT Jules Verne. Pour développer ce type d’approche, on a recours à des codes de résolution des équations de la mécanique des fluides (NavierStokes), dont les évolutions récentes permettent d’appréhender une gamme importante de problèmes. Le calcul de la résistance à l’avancement des navires est désormais très précis. Les performances en termes de propulsion, de manœuvrabilité, et de tenue à la mer sont également abordables avec ces outils, que ce soit pour les bâtiments de surface ou les sous-marins. Ceci est réalisé jusqu’à présent à l’aide du logiciel STAR-CCM+, mais l’objectif est de disposer à terme des outils les plus adaptés au problème à traiter, à l’instant donné. D’autres logiciels sont ainsi amenés à être utilisés ou suivis (FINE/MARINE, OpenFOAM…). Bassin numérique « sous-marin » Les travaux réalisés en 2012 concernent essentiellement la mise au point, et la qualification des méthodes vis-à-vis de la manœuvrabilité des sous-marins, en particulier dans un objectif de dimensionnement de l’appareil à gouverner. Ceci peut passer par le calcul des coefficients de manœuvrabilité à partir de configurations « modèle captif », de la même manière qu’avec des essais en bassin. Mais une méthode plus directe, ne nécessitant pas de procédure d’identification complexe et délicate, est également recherchée : la modélisation de la trajectoire du sous-marin, barres braquées, que ce soit en giration dans le plan horizontal, ou en changement d’immersion dans le plan vertical. Le problème de la stabilité du mouvement du sous-marin barres dans l’axe, après perturbation, est également traité de la même manière. 18 La qualification en cours consiste à vérifier les résultats obtenus pour ces différentes configurations, par rapport aux résultats connus par d’autres moyens sur différents types de sous-marins. Ces travaux vont être poursuivis en 2013, et étendus à des configurations plus larges. Bassin numérique « lancement de projectiles » Le domaine de la modélisation du lancement d’armes, et plus particulièrement de la prédiction de trajectoire après éjection, a démarré récemment au sein de DCNS Research. Il est complémentaire de la modélisation de l’éjection proprement dite, qui est assurée par DCNS Ruelle. Dans le même esprit « bassin numérique », l’objectif est de mettre au point des méthodes numériques qualifiées, utilisables par DCNS pour la conception des systèmes de lancement d’armes et des porteurs. Le domaine est actuellement développé suivant deux axes complémentaires : tune modélisation simplifiée, basée sur l’exploitation de modèles de manœuvrabilité de l’arme, mais prenant en compte le champ d’écoulement autour du porteur. L’objectif est de disposer d’un outil pouvant être facilement utilisé au stade de l’avant-projet pour balayer de nombreuses solutions, ou évaluer de nombreuses configurations de lancement ; RESEARCH_1 PERFORMANCES NAUTIQUES tla modélisation plus complète du lancement et de la trajectoire, basée sur une approche CFD, et prenant en compte l’écoulement autour du mobile, autour du porteur, et les interactions entre les deux. Les travaux réalisés en 2012 ont concerné ces deux domaines. Un outil de simulation rapide a été développé (modèle mathématique paramétrique), permettant de prendre en compte des configurations variées de lancement, de mobiles, de manœuvres du porteur, incluant le champ de vitesse autour du porteur (importé d’un résultat CFD). L’ensemble des vérifications possibles a été réalisé. Une validation plus aboutie, par rapport à des essais, reste à effectuer. En parallèle, les différentes méthodes de modélisation CFD de l’éjection ont été explorées. Une méthode particulièrement prometteuse a été sélectionnée et développée (méthode « chimère », ou maillages superposés) et testée sur différentes configurations. Les résultats obtenus ont été vérifiés autant que possible, mais restent également à valider plus précisément. Sillage sous-marin en giration – trajectoire. Propulseurs marins Dans le domaine des « propulseurs marins », un certain nombre d’outils de calcul des performances d’hélices ont été intégrés (méthodes de ligne portantes, OpenProp, de singularités, PROCAL, et de résolution Navier-Stokes, STAR-CCM+). Ceci fait partie intégrante de l’action « Bassin Numérique ». L’approche CFD a été validée du point de vue de sa capacité à prédire les performances d’hélices en eau libre, sur des cas de référence DCNS (sous-marin et bâtiment de surface). Prédiction de trajectoire d’une arme. Perspectives L’activité bassin numérique en est a ses débuts, et va constituer une activité structurante sur les prochaines années, avec l’extension du domaine d’application pour chaque type de performance (propulsion, tenue à la mer, etc.), la prise en compte d’engins variés (sousmarins, bâtiments de surface, projectiles divers, drones, EMR, etc.), et la modélisation de phénomènes plus complexes (interactions entre corps, phénomènes diphasiques, cavitation, interaction avec l’acoustique, etc.). Prédiction de trajectoire d’une arme – Approche CFD, maillage chimère. Modélisation CFD d’une hélice de sous-marin. RESEARCH_1 19 20 RESEARCH_1 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE Au cours de leur vie, les structures, qu’elles soient métalliques ou non, subissent des agressions naturelles ou accidentelles : la corrosion, l’impact des paquets de mer, le feu, le choc. Jour après jour, elles font aussi face à des phénomènes de fatigue et de vieillissement. Ces agressions et autres phénomènes liés au temps nécessitent des calculs et des essais permettant d’évaluer la durabilité des structures ainsi que d’identifier et tester des solutions technologiques permettant de l’augmenter. RESEARCH_1 21 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE Comparaison calcul/expérience de l’éclatement d’un réservoir HP présentant un défaut AUTEURS : Thierry MILLOT, Marc BOUSSEAU De nombreuses bouteilles d’air HP sont utilisées à bord des sous-marins afin de stocker l’air nécessaire pour chasser l’eau des ballasts et permettre la remontée du submersible. En service, ces bouteilles sont soumises à une pression élevée, dans le cas étudié ici, à 250 bars. La DGA ayant pu disposer d’une bouteille d’air comprimé en acier forgé, d’une capacité de 200 l, rebutée suite à la détection de zones corrodées lors d’un contrôle endoscopique, a confié ce réservoir à DCNS Research afin de : tGBJSFFGGFDUVFSBQSÒTSÏBMJTBUJPOEVOEÏGBVUQBSÏMFDUSPÏSPTJPO une épreuve hydraulique jusqu’à éclatement ; tBOBMZTFSMFTDPOEJUJPOTEFSVQUVSF tEÏUFSNJOFSMFTDBSBDUÏSJTUJRVFTNÏDBOJRVFTEVNBUÏSJBVFUËQBSUJS de ces données, d’évaluer par le calcul la pression d’éclatement. Données relatives à la bouteille La bouteille, en acier forgé, réalisée au début des années 80, a été rebutée suite à la mise en évidence lors d’un contrôle endoscopique de zones corrodées (figure 1). Les dimensions de la bouteille sont indiquées figure 2. Afin de per mettre l’éclatement de la bouteille, dans une zone déterminée, lors EVOFÏQSFVWFIZESBVMJRVFVOEÏGBVUTFNJFMMJQUJRVFEFMPOHVFVS 53 mm et de profondeur 13 mm, débouchant en surface externe a été usiné suivant une génératrice. La largeur de l’entaille est de 0,1 mm. Estimation de la pression d’éclatement Dans le cadre du Groupe Rupture du Comité Consultatif de Recherche en Soudage (CCRS), structure miroir de la Commission X 22 de l’International Institute of Welding (IIW), un test comparatif a été organisé entre les participants disposant d’un logiciel d’évaluation de l’aptitude à l’emploi d’une structure présentant un défaut. Les logiciels utilisés s’appuient sur le concept de Failure Assessment Diagram et nécessitent de disposer des caractéristiques de traction et de la ténacité du matériau. Dans un premier temps les caractéristiques ont été évaluées à partir de résultats d’essais réalisés dans le passé. "VDPVSTEFTEJYEFSOJÒSFTBOOÏFTVOFQBSUJFEFTUSBWBVYEFMB Commission X a porté sur l’évaluation de l’aptitude à l’emploi (Fitness for Service) de structures, soudées ou non, présentant un défaut. K. Wallin a présenté dans le Thematic Network FITNET une méthode permettant d’évaluer la ténacité d’un acier de DPOTUSVDUJPOEBOTMFEPNBJOFEFUSBOTJUJPONBTUFSDVSWF Ë partir de la connaissance de la température TK28J au point particulier de la courbe de transition ductile – fragile obtenue par des essais de flexion par choc. Cette température sert à la détermination de la température dite de référence T0 pour laquelle la ténacité est égale à 100 MPa√m. Cette démarche est intéressante car, dans la pratique, on dispose au mieux, accompagnant la fourniture d’un produit, d’un certificat de conformité dans lequel figurent uniquement les caractéris RESEARCH_1 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE tiques de traction à la température ambiante et l’énergie de flexion à une température donnée. La méthode a été appliquée pour déterminer les courbes de USBOTJUJPOEVDUJMFGSBHJMFEVOBDJFSGPSHÏ/J$S.P7VUJMJTÏ dans les années 80 pour la fabrication de bouteilles d’air HP. À partir des résultats expérimentaux obtenus à deux tempéra tures (100 °C et – 60 °C) et aux limites d’élasticité il a été pos sible de tracer les courbes et de déterminer les températures TK28J. Pour l’évaluation de la ténacité du matériau au niveau ductile à partir de KVmax plusieurs formules sont données dans la littérature. Compte tenu des dispersions observées il est apparu que la ténacité pouvait être estimée entre 130 MPa√m et 280 MPa√m. À partir des caractéristiques estimées (tableau 1), les participants au test comparatif ont évalué des pressions d’éclatement qui sont assez proches d’un logiciel à l’autre (figure 3). Conclusion Les logiciels, basés sur le concept de Failure Assessment Diagram, conduisent à des valeurs conservatives. On notera que la pression d’éclatement obtenue expérimentale ment est sensiblement supérieure à la pression de service (250 bars) et ce malgré un défaut débouchant dont la profondeur dépasse la moitié de l’épaisseur de la paroi et la présence de zones corrodées. Tableau 1 : données d’entrée Rp0,2 MPa Rm MPa 800 E MPa 200 000 Kmat MPa√m 130 280 Figure 1. Zone corrodée mise en évidence par endoscopie. Essais d’éclatement et travaux complémentaires L’épreuve hydraulique a été réalisée à l’École des Mines de Douai qui dispose de moyens d’essais. La pression d’éclate NFOUBÏUÏEFCBSTËDPNQBSFSBVYWBMFVSTDBMDVMÏFT-B rupture est partie du défaut usiné et s’est propagée de façon TFNJGSBHJMF Des éprouvettes de traction, de flexion par choc et de ténacité POUÏUÏQSÏMFWÏFTBWFDMFOUBJMMFEBOTEFVYTFOTEFQSÏMÒWFNFOU Les essais de flexion par choc réalisés à trois températures – 60 °C, 20 °C et 100 °C ont permis de tracer les courbes de tran sition et de déterminer les températures TK 28J à partir EFTRVFMMFTPOUÏUÏDBMDVMÏFTMFTNBTUFSDVSWFT$FMMFTDJTPOU GPSUFNFOUJOnVFODÏFTQBSMFTFOTEFQSÏMÒWFNFOU Les valeurs de KImat ont été estimées à partir de l’énergie de flexion par choc déterminée au palier ductile au moyen de quatre formules. La formule de Rolfe et Novak conduit à une WBMFVSEF.1BîNQSPDIFEFDFMMFTPCUFOVFTFYQÏSJNFOUBMF NFOUTVSÏQSPVWFUUFT$5FOUSFFU.1BîN -FTBVUSFT formules conduisent à des valeurs sensiblement inférieures à celles déterminées expérimentalement. À partir des caractéristiques du matériau, les pressions d’éclate ment ont été calculées par les participants. Elles sont comprises FOUSFFUCBSTFUTPOUEPODTFOTJCMFNFOUJOGÏSJFVSFTËMB WBMFVSPCUFOVFFYQÏSJNFOUBMFNFOUCBST RESEARCH_1 Figure 2. Dimensions de la bouteille d’air comprimé. Figure 3. Pressions d’éclatement évaluées à partir de différents logiciels pour deux niveaux de ténacité. 23 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE Application de l’ingénierie incendie à l’évaluation du niveau de sécurité des structures composites navales AUTEUR : Joëlle GUTIERREZ L’utilisation de composites à matrice polymère dans les structures de navires reste limitée du fait de l’obligation réglementaire d’utiliser des matériaux incombustibles pour ces applications. Une solution pour s’affranchir des règles prescriptives en matière de comportement au feu est d’effectuer une démonstration de sécurité en passant par l’ingénierie de sécurité incendie (ISI). C’est dans ce contexte qu’une méthodologie ISI en accord avec les exigences dans les domaines naval civil (Organisation Maritime Internationale) et militaire (BV Rules for the Classification of Naval Ships) a été développée. Les composites présentent divers avantages pour la réalisation de structures navales. On peut citer en particulier : tune faible masse volumique, ce qui peut permettre d’abaisser le centre de gravité du navire et ainsi augmenter sa stabilité, mais contribue également à la réduction des coûts en carburant ; tun bon comportement au vieillissement en milieu marin, ce qui a pour conséquence une diminution des coûts d’entretien ; tla possibilité de réaliser des formes complexes ou parfaitement planes ; tl’intégration possible de capteurs ou de fonctions pour des applications spécifiques, etc. Cependant, ces matériaux sont susceptibles de s’enflammer en cas d’incendie. La réglementation prescriptive dans le domaine naval ne permettant pas l’utilisation de matériaux combustibles dans les cloisonnements, une alternative possible est de passer par l’ingénierie de sécurité incendie (ISI), comme le permet la 24 réglementation en vigueur depuis 2002, pour justifier qu’un niveau de sécurité suffisant peut être atteint malgré l’emploi de composites. Dans ce contexte, le projet MP08 a eu pour principal objectif la mise en place d’une méthodologie ISI qui permette de démontrer qu’un niveau de sécurité suffisant peut être atteint avec des composites, et qui rende ainsi possible l’utilisation de ces matériaux dans des domaines nouveaux ou difficilement accessibles du fait des réglementations prescriptives en vigueur. Ce principal axe de travail a été complété par des travaux sur le renforcement des performances vis-à-vis du feu des structures composites, que ce soit par l’amélioration des matériaux euxmêmes ou par l’utilisation de systèmes de protection active adaptés (détection, extinction). La méthode retenue pour la démonstration de sécurité s’appuie sur la Règle 17 « Alternative design and arrangements » du RESEARCH_1 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE Superstructures d’une corvette incluant le hangar hélicoptère et les locaux adjacents : simulation d’un incendie commençant à se développer à partir d’un atelier adjacent au hangar. Le logiciel de CFD (Computational Fluid Dynamics) utilisé pour les simulations incendie est FDS (Fire Dynamics Simulator, version 5). Chapitre II-2 « Construction – Fire Protection, Fire Detection and Fire Extinction » de la Convention SOLAS (1). Elle est basée sur l’évaluation de l’accroissement du niveau de risque entre la conception alternative en composites et une conception prescriptive de référence en acier. On peut ajouter que le principe de base pour son développement a été de pouvoir minimiser le coût et la masse des systèmes de protection. De la sorte, on s’est attaché à définir une approche qui permette : td’une part, d’adapter le niveau de protection au niveau de risque réel dans chaque local ; td’autre part, de combiner les systèmes de protection passive (de type ajout d’isolant incendie) aux systèmes de protection active. Ceci par comparaison à des méthodes utilisant pour la protection incendie des systèmes passifs définis non pas sur la base d’un risque réel mais sur un risque générique et majoré pour rester conservatif, en effectuant des équivalences en terme d’exigence par rapport à une conception prescriptive en acier. Ce dernier type d’approche, même s’il a le mérite d’une plus grande simplicité, a pour inconvénient de pénaliser les constructions composites par rapport aux constructions acier en définissant des exigences conservatives qui ne sont pas forcément nécessaires, mais qui ne vont pas pour autant permettre de faire une démonstration de sécurité rigoureuse. Par ailleurs, cela conduit concrètement à utiliser des quantités importantes d’isolation incendie, et donc à augmenter la masse et le coût. (1) SOLAS : réglementation internationale (Organisation Maintien Internationale) pour la sécurité des personnes en mer. RESEARCH_1 25 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE Par contre, adapter le niveau de protection au niveau de risque réel dans chaque local implique d’évaluer le risque et la performance au feu de la construction composite local par local, en la comparant à une construction acier équivalente. C’est une originalité importante de la méthode développée dans le projet MP08, qui implique d’effectuer l’évaluation principalement par simulation vu le nombre de locaux à traiter. À noter qu’un intérêt de l’approche comparative composite/acier utilisée est de permettre d’éliminer un certain nombre de biais dans les calculs. Une part importante du travail réalisé a donc été de développer un modèle de pyrolyse permettant de prendre en compte la dégradation du composite lors d’un incendie. Ce modèle a été validé à différentes échelles. Utiliser des systèmes actifs comme alternative aux systèmes passifs n’est pas permis par la réglementation. Afin de pouvoir envisager cette possibilité, et après avoir vérifié l’efficacité des systèmes actifs pour lutter contre des feux dans des locaux composites, une approche basée sur la détermination du risque inhérent à leur utilisation a été développée, le risque étant défini comme le produit de la probabilité de défaillance du système actif par un index de sévérité pour les personnes. L’index de sévérité est obtenu en évaluant les conséquences du feu par couplage du logiciel de développement de l’incendie (FDS) avec un logiciel d’évacuation du navire (Exodus). Le risque ainsi calculé ne doit pas être supérieur en composite par rapport à une construction acier. Dans ce but, on peut diminuer la probabilité de défaillance des systèmes actifs (par exemple en les redondant ou en le modifiant). En conclusion, les travaux menés ont démontré qu’il était possible d’atteindre un niveau de sécurité incendie satisfaisant dans des constructions composites, tout en optimisant les protections utilisées. Présentation des principales étapes de la méthodologie d’ingénierie de sécurité incendie définie dans le projet MP08. _RÉFÉRENCES [1] J. GUTIERREZ, A. BREUILLARD, D. MARQUIS, C. CHIVAS-JOLY, Fire Safety Engineering Applied to the Evaluation of the Safety Level of marine composite structures, Fire and Materials 2013, San Francisco [2] J. GUTIERREZ, A. BREUILLARD, B. LOUIS-TISSERAND, F. JANVIER, Utilisation des matériaux composites dans les navires : justification des choix matériaux par l’ingénierie de sécurité incendie, ATMA 2011, Paris [3] A. BREUILLARD, P. CORRIGNAN, Alternative Design Methodology for the Fire Safety of Composite Super-structures, SNAME 2009, Rhode Island [4] D. MARQUIS, Caractérisation et modélisation multi-échelle du comportement au feu d’un composite pour son utilisation en construction navale, Doctorate thesis de l’École des Mines de Nantes, 25 March 2010 _CRÉDITS Cette étude a été réalisée dans le cadre du projet MP08, projet collaboratif français, subventionné par l’État (DGCIS, DGA) et la Région Pays de la Loire. Il a été piloté par DCNS Research. Les partenaires étaient les suivants : DCNS, STX, Bénéteau, Bureau Veritas, LNE, École des Mines de Nantes, ISMANS, SAITEC. 26 RESEARCH_1 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE Application de l’ozonation pour la maîtrise du biofouling dans les circuits eau de mer AUTEURS : Anne-Marie GROLLEAU, Alexia BONNIFET, David ROUXEL L’ozone est un biocide puissant utilisé depuis des décennies pour le traitement de l’eau douce et des eaux usées. L’ozonation de l’eau de mer est à l’étude depuis juin 2012 à DCNS Research. Les études menées devront à terme permettre une meilleure compréhension de la chimie des traitements, des processus de dégradation, des effets de l’ozone sur la tenue à la corrosion des matériaux et de son action biocide sur les films bactériens. Le développement de biofouling sur les surfaces des structures immergées (carène de navires, installations pétrolières et portuaires) ou soumises à circulation d’eau de mer naturelle (circuits eau de mer, échangeurs de chaleur) peut conduire à de nombreux phénomènes aux conséquences variables en fonction des installations : augmentation de la traînée des navires, pertes d’efficacité d’échange thermique ou encore phénomènes de corrosion. L’Énergie Thermique des Mers (ETM ou OTEC en anglais pour Ocean Thermal Energy Conversion) utilise la différence de température entre l’eau chaude de surface et l’eau froide venant des profondeurs (~ 5 °C pompée à env. 1 000 m) pour faire fonctionner une machine thermique. L’application est limitée à la ceinture intertropicale pour avoir une eau chaude d’au moins 25 °C afin d’obtenir un rendement « acceptable ». Dans ces conditions, la maîtrise de la corrosion et celle du développement du biofouling sont des objectifs majeurs, qui doivent être aussi atteints dans un complet respect de l’environnement. Il existe aujourd’hui de nombreuses techniques de traitement de l’eau de mer pour lutter contre les phénomènes d’encrassement et de développement des salissures : systèmes biocides, traite- RESEARCH_1 Énergie Thermique des Mers : la centrale pilote de démonstration 16 MW en mer (vue d’artiste). 27 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE ments ultraviolets ou encore ultrasons. Cependant, de nombreux travaux restent à mener, en particulier pour comprendre les mécanismes de développement du biofilm au cours du temps et ses impacts sur les échanges thermiques. L’électrochloration est un des biocides oxydants les plus largement utilisés aujourd’hui et consiste en la génération d’hypochlorite de sodium à partir des chlorures de l’eau de mer, par réaction électrochimique. Des études ont déjà été menées à DCNS [1, 2,3] pour identifier les dosages efficaces mais non dommageables à la tenue en eau de mer de certains matériaux, tels que cupronickels, aciers inoxydables ou alliages base nickel. L’ozone est aussi un biocide particulièrement puissant, mis en œuvre depuis de nombreuses années pour la désinfection de l’eau douce et le traitement des eaux usées. Si son utilisation remonte à la fin du XIXe siècle pour les circuits d’eau potable, les applications en eau de mer naturelle sont restées beaucoup plus limitées, en particulier parce que la chimie y est différente et beaucoup plus complexe qu’en eau douce. La différence essentielle est la présence du brome en eau de mer, qui conduit à la formation de produits secondaires oxydants et biocides. Par ailleurs, des études ont été menées sur l’efficacité de l’ozone sur le macrofouling mais n’ont pas permis d’en évaluer l’efficacité sur le maintien de la qualité des échanges thermiques [4,5]. Système d’ozonation de l’eau de mer – DCNS Cherbourg. L’étude pilotée par DCNS Research, et réalisée au CETEC (1), devra permettre d’identifier le système biocide le plus efficace, en fonction de la qualité de l’eau de mer, ses mécanismes d’action et de dégradation au cours du temps. Les paramètres de fonctionnement de l’installation devront aussi être déterminés de manière à éviter la formation du film bactérien sans engendrer de phénomènes de corrosion, à un coût d’énergie optimisé et sans impact sur l’environnement. (1) Cette étude est menée dans le cadre du projet Énergie Thermique des Mers. _RÉFÉRENCES [1] V. DEBOUT et al: Corrosion Properties of an highly alloyed stainless steel and a based nickel alloy in chlorinated sea water; Eurocorr 2009, Nice – Paper 7799. [2] A.M. GROLLEAU et al: Electrochemical characterization of low carbon steels during long term immersion in natural sea water; Nace 2010, San Antonio, USA – Paper N°10395. [3] V. DEBOUT et al: Corrosion properties of copper nickel alloys in chlorinated sea water; Eurocorr 2011, Stockholm. [4] Y. FAUVEL, G. PONS, J.P. LEGERON (1982). Ozonation de l’eau de mer et épuration des coquillages. Science et Pêche, 320, 1-16. [5] K. URATA; Y. IKEGAMI: Effect of ozonation for OTEC on macrofouling organisms; Renewable Energy Proceedings 2006. 28 RESEARCH_1 TENUE DES STRUCTURES EN SERVICE OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE En ces temps où l’énergie fossile devient de plus en plus rare et coûteuse, il est vital d’envisager toutes les solutions pour diminuer la consommation d’énergie. Cela passe par une optimisation des formes de carènes, des systèmes de conduite économique, des structures allégées, ou encore la récupération de l’énergie de stabilisation d’un navire. Les énergies nouvelles, dont les énergies marines renouvelables, en quête de meilleurs rendements, sont elles aussi à la pointe des recherches de solutions permettant de mieux récupérer l’énergie, la stocker et la transférer. RESEARCH_1 29 OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE Optimisation de formes en hydrodynamique AUTEURS : Jean-Jacques MAISONNEUVE, Luc BORDIER, Pol MULLER, Fabian PÉCOT, Florent SAINCLAIR DCNS Research a une activité dans le domaine de l’optimisation de conception que ce soit pour le développement des méthodologies dans différents domaines (optimisation paramétrique incluant des calculs coûteux, optimisation d’agencement…) via de nombreux projets collaboratifs ou pour leur application à des problématiques particulières. DCNS Research dispose désormais de l’expérience et des outils permettant de réaliser des études d’optimisation de formes dans le domaine de l’hydrodynamique, en liaison avec l’activité Bassin Numérique qui fournira de plus en plus les outils d’évaluation de performance à intégrer dans le processus d’optimisation de conception. Ces travaux s’appuient entre autres sur des outils logiciels. En particulier, l’environnement d’optimisation de conception modeFRONTIER est utilisé de manière courante pour réaliser des études. Par ailleurs, DCNS Research s’est doté en 2012 du logiciel Friendship-Framework, dédié à la modélisation géométrique paramétrique, et particulièrement adapté à la modélisation de navires, et d’hélices. L’efficacité et la robustesse de cette phase de modélisation sont en effet des points cruciaux dans un processus d’optimisation de formes. Ces capacités sont illustrées par les applications récentes ci-après. Optimisation de formes de navire – projet COCHISE Ce projet, soutenu par la DPMA (Direction des pêches maritimes et de l’aquaculture) mené par le Bureau Mauric, avec des acteurs du domaine de la pêche, visait à concevoir un navire de pêche optimisé du point de vue énergétique. Les travaux ont consisté à rechercher une solution optimale du point de vue de la résistance à l’avancement du navire et de sa tenue à la mer, en agissant sur les formes globales du navire, et ses formes locales avant et arrière, à longueur hors tout constante. Cette recherche est contrainte par des limitations liées au programme et à la conception du navire, prises en compte de manière directe ou indirecte dans la modélisation, en lien étroit avec l’architecte. Les étapes classiques suivantes ont été réalisées : mise en place d’un modèle paramétrique de la géométrie du navire et de ses variations (de l’ordre de 10 paramètres principaux), mise en place de la chaîne de calcul de résistance et de tenue à la mer, 30 intégration dans un environnement d’optimisation, et enfin définition et réalisation de la stratégie de recherche. Il faut en effet noter qu’une telle optimisation n’est pas un processus automatique, mais une combinaison de méthodes et d’analyses, basées sur des techniques variées (plans d’expérience, méta-modèles, algorithmes d’optimisation), pilotés par le concepteur, et permettant au final d’explorer le maximum de solutions avec le minimum de calculs. Cette approche a permis un gain de traînée de l’ordre de 30 % à longueur hors tout constante, avec une conservation des performances de tenue à la mer. Ceci a été réalisé avec les logiciels STAR-CCM+, Catia v5 et modeFRONTIER, et des moyens de distribution de calcul. Les résultats ont été vérifiés par des essais en bassin. Optimisation résistance et accélérations. RESEARCH_1 OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE Vérification expérimentale. Quelques variantes de géométries d’hélice. Hélices marines misation de conception, et une stratégie de recherche d’optimum a été définie et appliquée. Plusieurs centaines de variantes ont été testées numériquement, ce qui a abouti à un gain significatif de rendement, dans la limite des contraintes structurelles ou opérationnelles imposées. Le modèle paramétrique et la chaîne de calcul développés à cette occasion peuvent désormais être exploités pour adapter au mieux le concept à des nouvelles conditions ou à un nouveau site. En complément de la mise en place des outils de conception et de modélisation des hélices (voir article « Bassin numérique »), une approche optimisation de conception est en cours de mise au point. Celle-ci est basée sur des méthodes et outils similaires à ceux décrits précédemment : modélisation géométrique paramétrique de l’hélice à l’aide de Friendship-Framework, calcul des performances avec une approche potentielle (PROCAL) et/ou visqueuse (STARCCM+), intégration de l’ensemble dans un environnement d’optimisation de conception (modeFRONTIER). Optimisation d’une hydrolienne. Optimisation du rendement et de la cavitation d’une hélice. Une application de la méthode sur un cas d’application réel a conduit à une augmentation du rendement d’environ 5 % tout en réduisant le risque de cavitation de 40 %. Ceci permet de traiter d’ores et déjà la conception et la modélisation de propulseurs conventionnels, et d’aborder le domaine connexe des machines tournantes (voir cas de l’hydrolienne ci-après). Optimisation d’hydroliennes Les technologies développées précédemment ont été appliquées en particulier à l’optimisation d’une hydrolienne de type axiale carénée. Après une phase de qualification de l’outil de prédiction de performances basé sur STAR-CCM+, un modèle paramétrique de l’hydrolienne – tuyère, moyeu et pales, environ 20 paramètres – a été construit. L’ensemble a été intégré dans l’environnement d’opti- RESEARCH_1 _RÉFÉRENCE Fabian PÉCOT, Camille YVIN, Riccardo BUIATTI, Jean-Jacques MAISONNEUVE, Shape Optimization of a Monohull Fishing Vessel, IMDC2012, 11th International Marine Design Conference, 11-14 June 2012, Glasgow, UK. 31 OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE Démonstrateur générique d’actionneur électrique AUTEURS : David-François SAINT-CYR, Julien BÉNABÈS Le démonstrateur générique, conçu dans le cadre du projet POSE²IDON par DCNS Research, a vocation à tester des nouvelles architectures électriques hybrides comprenant un système de stockage d’énergie servant à fournir l’énergie aux équipements et à filtrer les appels de puissance pour leur intégration sur un réseau bord. Différentes stratégies d’optimisation d’énergie sont également pilotables par la station de contrôle du démonstrateur qui intègre le modèle d’un équipement avec son environnement et ses conditions opérationnelles de fonctionnement réelles. Ce démonstrateur permet également de simuler les solutions de récupération d’énergie de la mer agissant sur ces actionneurs électriques. Le démonstrateur générique a pour principal objectif le développement, la démonstration de faisabilité et de performance des nouvelles architectures électriques hybrides. Les architectures permettent en particulier la récupération et l’optimisation de l’énergie au niveau des différents auxiliaires du navire, en intégrant un système de filtre des appels de forte puissance et un système de stockage d’énergie. Le système de filtre, qui s’appuie sur un système de batteries et/ou supercondensateurs, permet l’intégration d’actionneurs électriques sur le réseau de bord du navire. Le système de stockage, qui utilise également ces mêmes batteries, vise à fournir l’énergie nécessaire au fonctionnement d’équipements installés sur le navire. Le démonstrateur est structuré en quatre parties principales : tdeux moteurs asynchrones de 75 kW qui simulent la puissance transmise par la charge (état de mer par exemple) ; tdeux moteurs synchrones de 40 kW qui simulent le fonctionnement des actionneurs électriques en test sur le démonstrateur ; tune chaîne de transmission mécanique et logicielle qui modélise la réaction entre la charge et l’actionneur électrique (comportement dynamique réel du navire : Inertie, Amortissement) ; tun système de management de l’énergie permettant le filtre des fortes puissances et le stockage de l’énergie. Le démonstrateur générique est un simulateur représentatif d’un système réel d’un point de vue matériel (Hardware In the Loop), dynamique (Model In the Loop) et fonctionnel (Simulations In the Loop). Le comportement dynamique du système est intégré 32 au niveau du démonstrateur par d’une part un modèle logiciel du capteur d’énergie (Navire, WEC, véhicule) prenant en compte l’hydrodynamique, l’inertie, la friction, l’amortissement et le bilan des efforts au niveau du capteur et d’autre part un modèle matériel permettant l’adaptation de volants d’inertie sur la chaîne de transmission mécanique. Le démonstrateur dispose également d’une chaîne de mesure globale permettant le suivi du rendement énergétique du système et de chaque équipement. Ce démonstrateur s’adapte aux conditions opérationnelles de l’équipement simulé car il est reconfigurable facilement d’un point de vue mécanique, électrique et logiciel. Le démonstrateur permet donc la simulation de modèles de composants seuls mais également de systèmes entiers quel que soit l’environnement de développement (DYMOLA, AMESYM, Matlab, etc.) car il permet la cosimulation dans un même environnement, le test des équipements mécaniques et électriques et l’optimisation des lois de commande du système en temps réel ou accéléré. En résumé, l’intérêt de ce démonstrateur est multiple : tévaluation d’actionneurs innovants avec stockage d’énergie remplaçant des systèmes hydrauliques ; tévaluation de la consommation électrique et de la récupération d’énergie dans des conditions de fonctionnement proche du réel : tévaluation des perturbations engendrées sur un réseau électrique AC ou DC ; tévaluation de l’impact environnemental à travers la consommation électrique ; RESEARCH_1 OPTIMISATION ÉNERGÉTIQUE Schéma de l’architecture globale du démonstrateur. tévaluation de solution de propulsion hybride ; tévaluation de nouvelles architectures de système de production d’énergie par des systèmes EMR incluant du stockage d’énergie électrique et intégrant les fluctuations des consommations ; tévaluation d’un navire tout électrique à courant continue (Navire tout DC) incluant des câbles supra. Ces évaluations permettent de dérisquer de nouvelles technologies comme par exemple la propulsion hybride avec batteries : la charge composée de 2 moteurs de 75 kW simule les fluctuations de couple sur ligne d’arbre propulsive du fait du passage du navire dans la houle ; les autres moteurs électriques simulent les MEP de propulsion ; l’étage de batteries servant de tampon pour absorber les surcouples. Ce démonstrateur générique est simplement reconfigurable et de nombreuses applications sont donc possibles : intégration d’apparaux électriques à bord d’un navire (rudder-roll électrique avec batterie par exemple), test de nouveaux actionneurs redondants, évaluation des performances d’une propulsion hybride de véhicule… RESEARCH_1 Vue CAO 3D du démonstrateur générique d’actionneur électrique. _CRÉDITS Les développements ont été réalisés dans le cadre du projet européen POSE²IDON (7e programme-cadre de Recherche de l’Union Européenne). 33 34 RESEARCH_1 INTELLIGENCE EMBARQUÉE La complexité croissante des opérations en mer associée à la réduction des équipages nécessite que les opérateurs soient aidés par des systèmes, partiellement ou totalement automatisés, faisant appel à des lois de commandes avancées, qu’il faut perpétuellement améliorer et adapter aux nouvelles situations. Les impératifs de sécurité et d’économie d’énergie doivent également être intégrés dans les algorithmes de commandes et les architectures des systèmes. Si l’on pousse cette logique encore plus loin, on arrive dans le monde des drones ou Unmanned Vehicules (UxVs), ces engins autonomes, capables de mener des missions sans intervention humaine. RESEARCH_1 35 INTELLIGENCE EMBARQUÉE Positionnement dynamique de navires dans la glace AUTEUR : Xavier DAL SANTO DCNS Research développe une technologie ouvrant la voie aux opérations arctiques à grande échelle. Contrairement à l’ensemble des océans où les activités maritimes ne semblent plus connaître de limites, les zones polaires, qui offrent un environnement hostile, restent un défi pour la quasi-totalité des opérations actuelles. Vents violents, froid extrême, présence de glace, autant de contraintes fortes pour les navires ou les plateformes qui nécessitent des développements technologiques. Renforcer la structure de la coque et la puissance des propulseurs permet certes de pénétrer dans ces régions, mais cela n’est pas suffisant pour les exploiter. La réalisation de projets scientifiques ou industriels de grande envergure passe premièrement par la sécurité et, en ce sens, des moyens précis de contrôle et de pilotage des navires sont absolument requis. DP-in-ICE : positionnement dynamique dans la glace Ce projet a pour origine le savoir-faire en matière de construction de systèmes de positionnement dynamique (DP) développé depuis plusieurs années à Sirehna®, PME innovante intégrée à DCNS Research. Depuis plus de quarante ans, des systèmes de ce type, toujours plus perfectionnés, sont employés dans diverses opérations maritimes. Dans l’optique de développer les capacités de ce produit et de se positionner sur des marchés émergents, des activités de R&D sur le sujet ont été lancées en 2009, d’abord à travers le projet européen DYPIC (www.dypic.eu), puis au profit du groupement des industries pétrolières françaises (CITEPH). Il a fallu tout d’abord apprendre les caractéristiques de l’environnement et appréhender le type d’efforts que les navires subissent dans ces régions. Si les efforts de vent et de courant sont déjà compensés par les systèmes DP classiques, les efforts exercés par la glace, de toute autre nature, peuvent mettre en danger la tenue de route ou de position du navire. Ce retour d’expérience et le constat de l’inadéquation des systèmes DP « standards » ont été effectués lors de tentatives d’opérations arctiques menées au cours des vingt dernières années. Si la tenue de position et de cap nécessite une attention de tous les instants de la part des opérateurs, la surveillance des évolutions des conditions de glace s’est avérée cruciale. Ainsi, de nombreuses dispositions, assez expérimentales, ont été prises par les équipages comme le morcellement des blocs de grande taille en 36 amont du navire par un trajet circulaire répété de brise-glace, analyse d’images satellite, ou la prédiction des directions de dérive. Ces dispositions sont une aide précieuse pour améliorer les conditions externes et anticiper les situations dangereuses, mais il demeure le besoin d’un contrôle précis et rapide des actionneurs du navire pour réagir au moindre écart. Si par exemple le navire présente un angle, même minime, à la direction de dérive des glaces, il serait presque immédiatement impossible de compenser les efforts latéraux résultants. Accroître la réactivité d’un tel système ne peut se résumer simplement en des gains de contrôle forts, devenant alors pourvoyeurs d’instabilité. Une prise d’informations rapide, un contrôle prédictif de la dynamique du navire, et une utilisation intelligente des propulseurs ont donc été privilégiés et développés. Afin de valider les lois de commande développées spécifiquement pour ce type d’application, des essais à échelle réduite ont été menés au bassin d’essai à glace de Hambourg (HSVA). Deux types de navires ont été testés : un vaisseau de recherche arctique (type Navire Support), et un concept expérimental de Statoil (type Navire de Forage). Les deux maquettes sont équipées respectivement de 3 et 6 propulseurs azimutaux pilotés en Wi-Fi depuis une console installée dans le chariot du bassin. Cette console, similaire à un système DP tel qu’il serait installé à bord d’un navire, a été développée par DCNS Research. Elle offre la possibilité à un pilote opérateur de manœuvrer en similitude tout RESEARCH_1 INTELLIGENCE EMBARQUÉE type de maquette comme il le ferait à bord d’un navire réel. Divers conditions de glace et angles de dérive ont ainsi été testés. D’abord peu contraignante (concentration et épaisseur faibles), la glace a été ensuite de plus en plus limitative. Les manœuvres ont consisté en de simples lignes droites pour simuler un courant de glace, mais comportaient aussi des manœuvres élaborées dans de la banquise uniforme non morcelée. Les résultats recueillis montrent la faisabilité d’opérations arctiques avec un tel système de pilotage de navire, et ce malgré des conditions de glace assez fortes. Désormais, en préparation d’une future campagne d’essais à échelle réelle, des réglages et des améliorations sont effectués sur le système par simulation. En effet, à partir des résultats des essais à échelle maquette le NTNU, université Norvégienne partenaire du projet, a développé un simulateur 3D de navire en milieu arctique que les ingénieurs de DCNS Research ont interfacé avec un système DP virtuel. Ainsi des milliers de scénarios divers ont pu être joués depuis les derniers essais, ce qui permet d’améliorer la performance et d’aborder des problématiques complémentaires comme la maîtrise de la consommation d’énergie du système. Simultanément à ces travaux de recherche, de nouveaux composants et modules sont ajoutés au système DP, ce qui permet de concevoir une solution intégrée comportant : modes de contrôle spécifique dans la glace, navigation par hybridation GPS – centrale inertielle, fusion des informations sur l’environnement et prédiction des capacités manœuvrières du navire. _RÉFÉRENCES [1] Kathryn Moran, Jan Backman, John W. Farell : Deepwater drilling in the arctic ocean’s permanent sea ice, 2006, Integrated Ocean Drilling Programm (IODP). [2] P.Jochmann, X. Dal Santo : Model DP system for ice tank research. Ocean Offshore and arctic engineering conference 2012, Rio de Janeiro, 1-6 July 2012. [3] N.A. Jenssen, T. Hals, P. Jochmann, A. Haase, X. Dal Santo, S. Kerkeni, O. Doucy, A. Gürtner, S. Stole-Hetschel, P.O. Moslet, I. Metrikin, S.Loset : DYPIC – A multinational R&D project on DP technology in ice. Marine Technology Society Dynamic Positioning Conference 2012, Houston, 9-10 October 2012. Exemple d’opération arctique en 2004. Le navire principal, procédant à des forages exploratoires, est accompagné de trois brise-glace (cercles jaunes) décrivant des cercles en amont du courant de glace [1]. Le poste de contrôle des maquettes installé et livré au HSVA. Un joystick et un écran tactile servent d’interface à l’opérateur qui dispose de toutes les informations sur l’état du navire et des propulseurs. Un essai du concept de Navire de Forage dans une banquise uniforme. Le système DP pour maquette de DCNS Research maintien avec précision la position du navire malgré une dérive de la plaque de glace. Le simulateur 3D développé en partenariat avec le NTNU et la comparaison de ses résultats avec des vidéos d’essais. Le haut niveau de représentation de la physique de la glace permet d’adapter son utilisation à tous types de scénario. RESEARCH_1 37 INTELLIGENCE EMBARQUÉE Évitement d’obstacles pour Unmanned Surface Vehicule (USV) AUTEUR : Guillaume JACQUENOT Les drones de surface (Unmanned Surface Vehicle) sont une alternative pour intervenir dans un milieu hostile ou pour effectuer des tâches répétitives. Pour être utilisés sur un théâtre opérationnel, ils doivent être capables de détecter les éventuelles collisions et adapter leur route afin de les éviter. DCNS Research a développé un tel système d’évitement d’obstacles. Le point clé dans le développement des USV réside dans leurs capacités à évoluer dans un environnement complexe avec des obstacles statiques et dynamiques. Le système de gestion d’évitement d’obstacles est pour cela primordial pour assurer l’autonomie décisionnelle du drone. Le système d’évitement réactif fournit un secteur de déroutement pour éviter un obstacle avec un simple changement de route. Les règles COLREG (3) sont prises en compte : l’USV est considéré comme non privilégié, c’est à lui de manœuvrer en fonction des obstacles. L’évitement d’obstacles se déroule généralement en quatre phases : tla première consiste à acquérir et rassembler les données environnementales à l’aide des outils classiques du bord. Le radar de navigation fournit pour chaque obstacle une distance, une vitesse et une course ; tdurant la seconde le système de pilotage évalue les risques de collision potentiels. Cette détection est basée sur les concepts de DCPA (1)/TCPA (2). Ces deux grandeurs permettent de déterminer le moment où le drone passera au plus proche de l’obstacle ; tquand un ou plusieurs obstacles sont détectés, le système détermine le premier qui risque d’entrer en collision avec l’USV. En fonction de plusieurs paramètres, le système détermine si une manœuvre doit être exécutée (Évitement réactif), ou si la route peut être adaptée/replanifiée (Évitement prédictif) ; tenfin, le système informe l’opérateur de l’USV de la modification de route et calcule les ordres à transmettre aux actionneurs pour exécuter cette manœuvre. Le système d’évitement prédictif a pour objectif de modifier localement la trajectoire du drone afin d’éviter les obstacles rencontrés. Pour l’instant, ces modifications sont des variations de routes. Des modifications du profil de vitesse sont également envisagées. La procédure d’évitement d’obstacles est basée sur des algorithmes robustes et efficaces afin de répondre à des contraintes de temps réel. Les méthodes utilisées pour effectuer ses tâches sont des algorithmes de géométrie euclidienne et des heuristiques spécifiques couplées. Le choix de la route d’évitement optimale est réalisé grâce à des algorithmes connus comme les algorithmes de plus courts chemins dans les graphes ou encore des algorithmes de replanification de trajectoires, tels que Rapidly-Exploring Random Tree. Le système d’évitement d’obstacles a été validé en mer dans le cadre du PEA ESPADON sur le Sterenn Du en 2011. (1) Distance of Closest Point of Approach. (2) Time of Closest Point of Approach. (3) COLREG : réglementation internationale (Organisation Maritime Internationale) pour la prévention des collisions. 38 RESEARCH_1 INTELLIGENCE EMBARQUÉE Figure 1. USV Remorina sur lequel le système d’évitement est installé. Figure 2. Manœuvre réactive anticipée par l’USV pour éviter une collision avec un navire. L’ensemble des routes représentées en vert forme le secteur de déroutement de l’USV pour éviter le navire venant sur tribord. Figure 3. Deux obstacles (disques rouges) sont présents sur la route du drone (étoile bleue), dont la mission est représentée par la ligne bleue. Ils sont détectés comme tel, et des routes d’évitement sont générées autour de ces obstacles, la route permettant d’éviter au mieux ces obstacles est ensuite sélectionnée. RESEARCH_1 39 40 RESEARCH_1 MAÎTRISE DE L’INFORMATION La multiplication des capteurs électromagnétiques, optroniques et acoustiques, dans des situations opérationnelles très variées, a pour conséquence l’augmentation massive des données disponibles. La maîtrise de l’information devient donc essentielle et nécessite des traitements automatisés pour localiser, identifier, caractériser, poursuivre… Le but est de mettre à disposition de l’opérateur des informations sûres, pertinentes et en temps réel, lui permettant de prendre la meilleure décision possible. RESEARCH_1 41 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Extraction automatique d’objets mobiles dans des vidéos AUTEURS : Adrien NEGRE, Dann LANEUVILLE L’emploi de capteurs passifs type caméras s’est accéléré ces dernières années et leur utilisation dans les cadres de la surveillance maritime, de la menace asymétrique et à bord de drones est grandissante. L’utilisation de tels capteurs nécessite un premier traitement important dit d’extraction qui consiste à détecter automatiquement et de la manière la plus fiable et robuste possible tous les objets mobiles vus par le capteur. En environnement naval, le problème est encore plus difficile de par la complexité des phénomènes naturels en présence (variation de la lumière, mouvements des vagues, vent, sillage…) qui doivent être pris en considération afin de produire des détections avec un niveau acceptable de fausses détections. 42 Des caméras : pourquoi ? Travaux et résultats Utiliser des capteurs passifs de type caméra présente plusieurs avantages par rapport aux capteurs de type radar. En surveillance côtière, les radars (intéressants pour leurs grandes portées de détection) peuvent poser deux problèmes : parce qu’ils émettent des ondes, ils ne peuvent pas être positionnés n’importe où, et en particulier dans des zones à forte densité d’habitations. Deuxième inconvénient, à l’exception de quelques prototypes aujourd’hui, ils détectent difficilement de toutes petites embarcations, des jets ski ou des planches à voile. Les caméras au contraire présentent plusieurs avantages : elles sont moins coûteuses et ne présentent aucune contrainte environnementale de déploiement en zone habitée ; elles peuvent détecter de très petites embarcations et en retour ne sont pas détectables par les navires sur le plan d’eau puisqu’elles n’émettent pas. D’où l’idée de déployer des caméras utilisées comme capteurs passifs qui rendent le dispositif totalement discret. De plus, par rapport aux radars, c’est un senseur privilégié pour faire de la classification. En contrepartie, il faut en disposer plusieurs afin de reconstruire une situation en 3 dimensions. Dans le cadre de ces travaux, nous avons développé de nouveaux algorithmes pour faire l’extraction vidéo. Il existe en effet plusieurs méthodes d’extraction, mais qui sont plus adaptées à des environnements terrestres, pour des surveillances de hangars, parking ou de zones piétonnes. En matière de surveillance maritime, nous sommes confrontés à la difficulté de détecter des objets mobiles sur un fond non statique : certains paramètres comme les vagues, l’écume, la lumière changeante, génèrent un fond dynamique qui évolue au fil de la journée. Ce sont autant de variables qu’il faut intégrer. La méthode que nous utilisons permet de séparer le fond de la scène des objets de premier plan et utilise un algorithme d’extraction basé sur une technique dite de « background substraction » que nous avons adaptée pour être robuste vis-à-vis de ces paramètres changeants (fond dynamique). Le fond est alors explicitement modélisé par un système dynamique linéaire (1) RESEARCH_1 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Figure 2. Les pixels correspondants aux objets mobiles sont mis en alarme par un seuillage sur la différence entre l’image courante et l’estimation courante du fond. Le bloc « Background update » représente la mise à jour du fond (2). Avec x(t) la luminance du fond de la scène, z(t) la luminance de l’image courante et v(t), w(t) des bruits gaussiens. Le fond est mis à jour avec l’image courante grâce à un filtre de Kalman robuste qui estime en plus les paramètres du modèle de fond (1) par l’adjonction au filtre robuste d’une phase EM (voir [3]). Ces paramètres sont a(t) la matrice de modèle et les covariances q(t) et r(t) des bruits de modèle v(t) et de mesure w(t). En voici les équations principales (phase E), avec X^ l’estimation du fond, P la covariance associée et W un poids dépendant de l’innovation qui rend le filtre robuste aux données aberrantes que sont les objets mobiles vis-àvis du fond de la scène, (2) Figure 1. Exemple de résultats d’extraction vidéo brute. Les rectangles rouges représentent les objets mobiles automatiquement détectés par l’algorithme. (Traitement de sillage non activé). La figure 2 illustre la méthode. En outre, notre méthode intègre des fonctions automatisées qui tiennent compte de caractéristiques propres à l’environnement maritime susceptibles de générer de fausses détections, comme le scintillement ou encore le sillage d’un bateau. Elle permet aussi de corriger d’autres perturbations locales aux caméras (vibrations, vent…). Pour être pertinentes, les détections doivent être les plus précises possibles. RESEARCH_1 43 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Figure 3. Chaîne de pistage globale avec positionnement de l’extracteur vidéo. Les détections (plots) sont transmises au bloc de fusion de données pour construction de la situation tactique en 3D. Ces détections produites par la chaîne d’extraction vidéo sont ensuite fusionnées. Toutes les détections brutes (les plots) produites par les caméras, à une période donnée, sont transmises au bloc de fusion de données (voir figure 3) pour construire un ensemble de pistes ponctuelles décrivant la trajectoire des embarcations. La fusion vise en fait à combiner des points de vue différents issus des capteurs, pour donner une information globale plus précise et plus pertinente. Dans le cas du pistage passif, l’exercice est loin d’être facile. À la différence d’un radar, la caméra est par exemple incapable de donner l’information de distance de l’objet. Tout au plus, sait-elle donner un angle par rapport à l’horizontale et au nord. Faute d’avoir cette information, se pose le délicat problème de la reconstruction de pistes ponctuelles (c’est-à-dire renseignées avec une distance) par fusion de capteurs passifs en évitant au maximum la création de pistes fantômes. Pour améliorer les performances de cette reconstruction, nous utilisons une méthode innovante de pistage appelée PHD filter (Probability Hypothesis Density). C’est cet algorithme qui fusionne les données issues des caméras, construit des pistes et les présente à un opérateur sous forme de synthèse. Ces travaux en extraction vidéo ont déjà fait l’objet d’applications préindustrielles. En effet, la chaîne d’extraction vidéo a été utilisée dans le cadre du projet PROPAGATION, subventionné par l’ANR. La chaîne d’extraction vidéo complète a été testée en juillet 2012 et l’évaluation a donné de très bons résultats. Nous travaillons actuellement sur une chaîne d’extraction vidéo permettant de détecter les objets mobiles avec une caméra embarquée (sur un bâtiment de surface ou un drone). C’est un problème plus difficile car en plus de toutes les difficultés évoquées plus haut, on ajoute une difficulté supplémentaire avec le mouvement de la 44 caméra qui n’est plus fixe par rapport au sol. L’utilisation d’une solution algorithmique de type « background substraction » n’est plus possible dans ce cas. Nous sommes en train d’étudier une méthode récente où l’extraction se fait en détectant les pixels qui ont un mouvement différent du flux optique global de déplacement entre deux images consécutives (voir référence [5]). Les premiers résultats sont attendus pour cette année. _RÉFÉRENCES [1] J. ZHONG and S. SCLAROFF, Segmenting foreground objects from a dynamic textured background via a robust Kalman filter, Proceedings of the Ninth IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV 2003), Nice, France 2003, Vol. 1, pp. 44-50. [2] S. SOATTO, G. DORETTO and Y. N. WU, Dynamic textures, Proceedings of the Eight IEEE International Conference on Computer Vision (ICCV 2001), Vancouver, BC, Canada 2001, Vol 2, pp. 439-446. [3] J.O TING, E. THEDOROU and S. SCHAAL, Learning an Outlier-Robust Kalman Filter, Machine Learning : ECML 2007, Vol 4701/2007, pp. 748-756. [4] A. NÈGRE, J. HOUSSINEAU and D. LANEUVILLE, Passive Surveillance with Geographically Distributed Cameras and GM-PHD filter, Proceedings of IEEE International Conference on Oceanic Engineering Society (Passive 2010), Brest, France 2010. [5] A. BUGEAU, P. PÉREZ, Detection and segmentation of moving objectsin highly dynamic scenes, Proceedings of IEEE International Conference on Computer Vision and Pattern Recognition (CVPR), 2007. RESEARCH_1 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Pistage Multicapteur par PHD Filter AUTEURS : Dann LANEUVILLE, Adrien NEGRE Le pistage est une composante essentielle des systèmes de surveillance et de poursuite. C’est un procédé complexe qui a pour but d’établir une situation tactique, sous forme de pistes, à partir de données brutes issues de différents senseurs (radars, veille panoramique IR…). Cela permet de présenter à un opérateur sur une console des informations synthétiques de plus haut niveau sémantique (piste = liste de plots corrélés spatio-temporellement et censés provenir du même objet) que les mesures brutes afin de prendre des décisions. Nous étudions actuellement une technique de pistage en plein essor : le Probabilistic Hypothesis Density Filter. Le pistage classiquement utilisé aujourd’hui dans nos systèmes opérationnels fait appel à différents traitements (1) et s’organise schématiquement en quatre grandes étapes qui sont : les techniques d’initialisation de pistes, la plus récente dans nos systèmes étant basée sur la théorie des graphes, les techniques d’association plotpiste comme le MHT (Multiple Hypothesis Tracking), les techniques de filtrage basées sur des méthodes récursives type EKF (Extended Kalman Filter) ou encore des méthodes batch type régression linéaire et finalement une dernière étape de destruction de pistes non rafraîchies depuis un certain temps. Pour une revue détaillée de ces différentes techniques, le lecteur pourra consulter avec profit [1]. La volonté de développer un cadre unifié pour l’étude des problèmes de pistage multisenseur et multicible a abouti ces dernières années à la création d’un formalisme théorique spécifique appelé FInite Set STatistics (FISST) qui manipule des objets mathématiques élémentaires, les Random Finite Sets ou RFS. Un RFS est un ensemble de taille variable de vecteurs aléatoires et permet de représenter simplement un état multicible ou un ensemble de mesures provenant d’un ou plusieurs senseurs. Le PHD filter, introduit initialement par Mahler ([2]), est une technique de pistage qui s’appuie sur cette théorie et qui fait toujours l’objet de nombreuses recherches. Elle unifie et intègre au sein du même algorithme les différents traitements de pistage énumérés ci-dessus, initialisation de pistes, association plot-piste, filtrage, destruction de piste voire même aujourd’hui de détection/pistage avec des applications en sonar et radar (techniques dites « Track Before Detect »). Dans ce cadre, l’approche théorique optimale pour la poursuite multicible se traduit par la généralisation suivante du filtre Bayesien récursif. Tout d’abord, partant du PHD (densité de probabilité multicible) à l’instant k, Dk|k (x)=Dk|k (x|Z(k)), on extrapole le PHD à l’instant suivant, (1) où t fk+1|k (y|x) est le noyau de transition monocible ; t ps (x) est la probabilité que la cible d’état x à l’instant k va survivre jusqu’à l’instant k+1 ; t bk+1|k (y) est un RFS qui décrit l’apparition de nouvelles cibles. Puis Dk+1|k (x) est mis à jour vers un nouveau PHD D k+1|k+1 (x)=Dk+1|k+1 (x|Z(k+1)) par l’équation de correction Bayesienne suivante (2) où t pD (x) est la probabilité de détection du senseur ; t Lz (x)=fk+1 (z|x) est la fonction de vraisemblance du senseur ; (1) Pour une architecture type fusion de plots (il existe d’autres architectures type fusion de pistes ou mixte plots/pistes). RESEARCH_1 45 MAÎTRISE DE L’INFORMATION tλ=λk+1FTUMFOPNCSFNPZFOEFGBVTTFTBMBSNFTQBSTDBOQBSBNÒUSFEVOFMPJEF1PJTTPO tc[ ck+1[ FTUMBEFOTJUÏSFQSÏTFOUBOUMBSÏQBSUJUJPOTQBUJBMF EFTGBVTTFTBMBSNFT tDk+1|k<I>ðIY Dk+1|kY EY 4POGPSNBMJTNFJOUÏHSÏSFOEDFUUFTPMVUJPOQBSUJDVMJÒSFNFOUBUUSBDUJWFFUMVJEPOOFVOBWBOUBHFQBSSBQQPSUBVYTPMVUJPOTEFQJTUBHF BDUVFMMFTFOUFSNFTEFTPVQMFTTF%FQMVTMF1)%GJMUFSQFSNFU EBQQSÏIFOEFSEBOTVOFNPEÏMJTBUJPOQMVTHÏOÏSBMFOPOEÏDSJUFJDJ EFTDBTQMVTDPNQMFYFTDPNNFMFDBTEFDJCMFTÏUFOEVFTQMVTJFVST NFTVSFTEVNÐNFTFOTFVSTVSVOFDJCMF PVMFDBTEFDJCMFTOPO SÏTPMVFTVOFTFVMFNFTVSFEVOTFOTFVSTVSQMVTJFVSTDJCMFTTQBUJBMFNFOUQSPDIFT RVJTPOUUPVKPVSTEFTQPJOUTEVSTUSBJUÏTEFGBÎPO IFVSJTUJRVFEBOTMFTNÏUIPEFTBDUVFMMFT -F1)%%Y EPJUÐUSFQSPQBHÏQBSMFTÏRVBUJPOT FU NBJTË DBVTFEFTOPOMJOÏBSJUÏTJMOFQFVUQBTMÐUSFBOBMZUJRVFNFOUFUJM GBVUEPODDIPJTJSVOFSFQSÏTFOUBUJPOTVGmTBNNFOUTJNQMFEFDFUUF EFOTJUÏQPVSDBMDVMFSMFTUFSNFTJOUÏHSBVY-FTEFVYBQQSPDIFTMFT QMVTDPOOVFTTPOUMF4FRVFOUJBM.POUF$BSMP4.$1)%WPJSQBS FYFNQMF<> FUMBQQSPDIF(BVTTJBO.JYUVSF(.1)%WPJS<> $FTUDFUUFEFSOJÒSFRVFOPVTBWPOTÏUVEJÏFFUQPVSMBRVFMMFOPVT BWPOTBNÏMJPSÏMFQSPDFTTVTRVJQSFOEFODPNQUFMBQQBSJUJPOEF OPVWFMMFTDJCMFT&OFGGFUUFMRVJMÏUBJUQVCMJÏEFQVJTMFTUSBWBVY GPOEBUFVSTEF.BIMFSMFQSPDFTTVTEFOBJTTBODFbk+1|kY RVJBQQBSBÔUEBOTMÏRVBUJPOEFQSÏEJDUJPO EV1)%FURVJDPSSFTQPOEË MBQQBSJUJPOQPUFOUJFMMFEFOPVWFBVYPCKFUTÏUBJUSFQSÏTFOUÏQBSVOF NJYUVSFEF(BVTTJFOOFTBQSJPSJQPTJUJPOOÏFEBOTMFTQBDFEÏUBU DPOOBJTTBODFEF[POFTEPáQPVWBJFOUTPSUJSEFTDJCMFT $FUUF IZQPUIÒTFEÏDPMFÏUBJUUSPQSFTUSJDUJWFQPVSEFTBQQMJDBUJPOTPQÏSBUJPOOFMMFTPáMFTDJCMFTQFVWFOUTVSWFOJSEFOJNQPSUFRVFMMFSÏHJPO EBOTMFTQBDFEÏUBUFUOPVTBWPOTQVCMJÏ<>VOFWFSTJPONPEJmÏF EFTÏRVBUJPOTEVO(.1)%BWFDVOQSPDFTTVTEFOBJTTBODFCBTÏ VOJRVFNFOUTVSMFTPCTFSWBUJPOT Application au pistage passif par caméra /PVTBWPOTBQQMJRVÏDF1)%NPEJGJÏBVEÏMJDBUQSPCMÒNFEFMB QPVSTVJUFEFDJCMFTFOUPVUQBTTJGQBSDBNÏSBTHÏPHSBQIJRVFNFOU SÏQBSUJFT6OQJTUBHFDMBTTJRVFTFSBJUJDJNJTTÏSJFVTFNFOUFOEJGmDVMUÏËDBVTFEFTQIÏOPNÒOFTEBQQBSJUJPOEFQJTUFTGBOUÙNFTCJFO DPOOVEBOTMFTQSPCMÒNFTEFQPVSTVJUFEFDJCMFËMBJEFEFDBQUFVST QBTTJGT-FTmHVSFTTVJWBOUFTJMMVTUSFOUVODBTEFNQMPJEV(.1)% TVSEPOOÏFTTJNVMÏFTEBOTVODPOUFYUFEFTVSWFJMMBODFQBTTJWFPá ùDBNÏSBT444 TVSWFJMMFOUVOF[POFPáÏWPMVFOUPCKFUT OVNÏSPUÏTEFËBVEÏCVUEFMBUSBKFDUPJSFDGmHVSF -FTGJHVSFTTVJWBOUFTJMMVTUSFOUVOFBDDVNVMBUJPOEFTNFTVSFT TJNVMÏFTQBSMFTUSPJTDBNÏSBTQPTJUJPOOÏFTFO ù FU BWFDVOFQSPCBCJMJUÏEFEÏUFDUJPOEF FUVOUBVYEFGBVTTFTBMBSNFTEFλQBSJNBHFVOJGPSNÏNFOU SÏQBSUJFTTVSMBNFS 'JOBMFNFOUMBmHVSFTVJWBOUFJMMVTUSFMFTSÏTVMUBUTEVQJTUBHF1)% RVJGVTJPOOFMFTEPOOÏFTJTTVFTEFTUSPJTDBNÏSBTFOBSDIJUFDUVSF GVTJPOEFQMPUT 46 -FSÏTVMUBUPCUFOVTVSDFDBTNPOUSFUPVUMFCÏOÏGJDFEFDFUUF BQQSPDIF5SÒTQFVEFGBVTTFTQJTUFTBQQBSBJTTFOUDPNNFMF NPOUSFVO[PPNBVDSPJTFNFOUTQBUJPUFNQPSFMEFQMVTJFVSTDJCMFT FUQVJTFU /PVTUSBWBJMMPOTBDUVFMMFNFOUTVSMBSÏEVDUJPOEFDFQIÏOPNÒOF RVJBQQBSBÔUEBOTMÏUBQFEVNFSHJOHEFTIZQPUIÒTFTRVJFTUMFQPJOU GBJCMFEV(.1)% "QQMJDBUJPOBVQJTUBHF3BEBS /PVTBWPOTÏHBMFNFOUBQQMJRVÏMF1)%GJMUFSTVSEFTEPOOÏFT SÏFMMFTEVOSBEBS%ËQBOOFBVYQMBOTRVJEPOOFEFTNFTVSFT EB[JNVUFUEFEJTUBODFJTPEBUÏFTËVOFDBEFODFEFTDBOQBS TFDPOEFFUFOWJSPOVOFDFOUBJOFEFQMPUTQBSTDBOBWFDEFTQSFNJFSTSÏTVMUBUTTBUJTGBJTBOU -BTVJUFEFTUSBWBVYDPODFSOFNBJOUFOBOUMBNÏMJPSBUJPOEFTSÏTVMUBUTPCUFOVTFO(.1)%OPUBNNFOUFODBTEFOPOEÏUFDUJPO EVOFDJCMFFUMPSTEFDSPJTFNFOUTFUFOmOTVSMVUJMJTBUJPOEV1)% BWFDEFTDBQUFVSTËCBMBZBHFPáDIBRVFNFTVSFBTBQSPQSFEBUF -FEÏSPVMFNFOUEFTÏRVBUJPOT FU QPVSQSPQBHFSMF1)% FOUSFDIBRVFNFTVSFTFSBJUUSPQDPßUFVYFOUFNQTEFDBMDVM&O FGGFUTJUZQJRVFNFOUOPVTBWPOTNFTVSFTEBOTVOTDBOJMGBVESBJUFGGFDUVFSGPJTMBSÏDVSTJPOEV1)%VOFGPJTFOUSFDIBRVF NFTVSF QBSTFDPOEFFUVOFBEBQUBUJPOFTUEPODOÏDFTTBJSF _RÉFÉRENCES [1] Y. BAR-SHALOM, P. WILLETT AND XINTIAN, Tracking and Data Fusion, YBS Publishing, 2011. [2] R. MAHLER, Multitarget Bayes Filtering via First-Order Multitarget Moments, IEEE Trans. on Aerospace and Electronic Systems, Vol. 39, No. 4, pp. 1152-1178, October 2003. [3] B. RISTIC, D. CLARK and B.N. VO, Improved SMC implementation of the PHD Filter, Proc. Of 2010 IEEE International Conference on Information Fusion, Edinburgh July 2010. [4] D. CLARK, K. PANTa and B.N. VO, The GM-PHD Filter Multitarget Tracker, Proc. Of 2006 IEEE International Conference on Information Fusion, Florence July 2006. [5] J. HOUSSINEAU, D. LANEUVILLE, PHD Filter with diffuse spatial prior on the birth process with applications to GM-PHD filter, Proc. Of 2010 IEEE International Conference on Information Fusion, Edinburgh July 2010. [6] D. LANEUVILLE, J. HOUSSINEAU, Passive Multi Target Tracking with GM-PHD Filter, Proc. Of 2010 IEEE International Conference on Information Fusion, Edinburgh July 2010. RESEARCH_1 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Figure 1. Scénario. Figure 4. Mesures issues de la caméra S3. Figure 2. Mesures issues de la caméra S1. Figure 5. Pistes estimées (rouge) et vraies trajectoires (noir). Figure 3. Mesures issues de la caméra S2. Figure 6. Phénomène de duplication de pistes lors de croisement spatio-temporel. RESEARCH_1 47 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Optimisation de trajectoires par contrôle optimal stochastique AUTEURS : Adrien NEGRE, Dann LANEUVILLE Pour conserver sa position de leader européen dans la conception et la réalisation de sous-marins DCNS doit investir de façon continue dans la conception et le développement de nouveaux systèmes de combats. Les clients de DCNS réclament toujours plus d’aide à la mise en œuvre des différentes parties de ce système. C’est pourquoi il est indispensable de proposer de nouvelles fonctions. L’objectif visé de cette étude consiste à proposer en temps réel à un commandant de sous-marin la meilleure idée de manœuvre en fonction de sa mission (approcher une force navale, se dérober sans se faire détecter…). Étant donné le nombre de paramètres en cause, les possibilités de manœuvre sont très nombreuses. Il s’agit de trouver la meilleure d’entre elles et de la présenter de façon intelligible. Présentation du problème Modélisation et résolution Considérons une situation générale avec un sous-marin entouré de plusieurs cibles (d’autres sous-marins ou bâtiments de surface). Ce sous-marin a un ou plusieurs capteurs (voir figure 1). Ces problèmes de recherche de trajectoires sont des problèmes de contrôle optimal. Ayant en entrées des données incertaines (diagrammes de propagation, estimations des positions et vitesses des cibles…) nous avons recours à du contrôle optimal stochastique (prise en compte d’incertitudes sur les données du problème). Ce problème de contrôle optimal stochastique a été traité en utilisant le formalisme puissant des processus markoviens décisionnels (plus connus sous le terme anglo-saxon de Markov Decision Processes, MDP en abrégé). Le modèle de Markov utilisé est le suivant La trajectoire de ce sous-marin doit être contrôlée afin de satisfaire les objectifs de sa mission. L’objectif du sous-marin est représenté d’un point de vue mathématique par une fonction coût J qui doit être minimisée par le contrôle optimal. On suppose avoir les entrées suivantes : la position et vitesse du sous-marin, les positions et vitesses des cibles estimées par la fonction de trajectographie des informations sur l’environnement (vitesse du son dans l’eau, profondeur et type de fond…) et un code de propagation du son dans l’eau (voir un exemple figure 2). Dans des situations complexes, le sous-marin peut avoir à remplir plusieurs missions conflictuelles sur différentes cibles. Par exemple, il peut avoir pour objectif de se rapprocher d’une cible pour mieux l’entendre tout en restant le plus éloigné possible des autres cibles pour ne pas être entendu. (X,A,{A(x)|x∈X},Q,c,CN) (1) X l’espace des états, A l’ensemble des commandes applicables au sous-marin, Q une fonction de transition d’un état à un autre, c le coût d’une transition et CN le coût terminal. Si on note π une suite de commandes at appartement à A, la fonction à minimiser est de la forme suivante (2) 48 RESEARCH_1 MAÎTRISE DE L’INFORMATION Le formalisme des MDP représenté par le modèle (1), très pertinent pour notre problème, est bien connu sur le plan théorique (existence et unicité d’une solution sous certaines conditions) mais relativement peu sur le plan numérique pour aboutir à des méthodes performantes de résolution de (2) par ordinateur. Grâce à un partenariat avec un laboratoire de recherche de l’INRIA Bordeaux (équipe CQFD), des méthodes numériques de calculs de trajectoires optimales ont été développées et ont montré leurs capacités à résoudre numériquement ce problème complexe et cela de manière fiable malgré toutes les incertitudes sur les données. Après discrétisation de l’espace d’état on obtient au final, grâce à des méthodes « backward dynamic programming », l’optimum suivant pour (2) (3) qui représente la suite des commandes optimales à appliquer au sous-marin. La figure 3, où nous avons en abscisse la distance en km, en ordonnée l’immersion en m et enfin le niveau de perte du signal en code couleur en dB, représente un diagramme de propagation du son dans l’eau d’une cible qui insonorise le milieu (cible à droite de la figure à 35 km de distance du sous-marin et à 500 m de profondeur). La trajectoire blanche représente la trajectoire optimale proposée au sous-marin pour entendre au mieux la cible. On constate visuellement que l’algorithme fonctionne bien et place le sous-marin aux immersions ou le bruit rayonné par la cible est le plus fort (zones rouges dans la figure, qui correspondent au minima de perte de propagation). _RÉFÉRENCES [1] F. DUFOUR, B. DE SAPORTA et H. ZHANG. Contrôle Optimal Stochastique application à l’optimisation de trajectoire. Rapport Technique INRIA Bordeaux Sud Ouest, avril 2011. [2] O. HERNANDEZ-LERMA et J.B. LASSERRE. Discrete Time Markov control processes, volume 30 of Application of Mathematics. Springer Verlag, New York 1996. [3] G. PAGES et H. PHAM. Optimal quantization methods for non linear filtering with discrete observations. Bernouilli, 11(5) : 892-932, 2005. [4] A. NÈGRE, O. MARCEAU, D. LANEUVILLE, H. ZHANG, B. DE SAPORTA et F. DUFOUR. Stochastic Control for Underwater Optimal Trajectories, Proceedings of the IEEE Aerospace International Conference, Big Sky, MT, Mars 2012. RESEARCH_1 Figure 1. Situation avec un sous-marin entouré de cibles et ayant trois chaînes sonar : sonar coque (Cylindrical Array), sonar de flanc (Flank Array) et une antenne linéaire remorquée (Towed Array). Figure 2. Exemple de diagramme de propagation du son dans l’eau d’un mobile qui insonorise le milieu à 300 mètres de profondeur (à gauche dans la figure). Figure 3. Exemple de trajectoire optimale calculée. La trajectoire blanche représente la trajectoire optimale proposée au sous-marin. 49 50 RESEARCH_1 DISCRÉTION ET FURTIVITÉ Comment être là sans que d’autres ne le sachent ? Comment ne pas perturber l’environnement dans lequel on évolue ? Que ce soit dans le domaine de l’électromagnétisme ou celui de l’acoustique, de nombreuses solutions technologiques sont proposées. Elles font appel à des matériaux spéciaux, des formes étudiées, des positionnements et des découplages astucieux. La recherche et l’identification de ces solutions nécessitent, en amont, de modéliser les phénomènes en jeu, avec des outils et des méthodologies évoluant pour s’adapter aux menaces et aux besoins d’analyse. RESEARCH_1 51 DISCRÉTION ET FURTIVITÉ Matériaux acoustiques pour la furtivité AUTEURS : Christian AUDOLY, Ygaal RENOU, Mathieu PRISER L’objectif général de cette étude est de rechercher et valider en laboratoire de nouvelles solutions de matériaux pour l’acoustique sous-marine, en rupture technologique ou présentant des performances améliorées par rapport à l’état de l’art. En 2012, les travaux ont porté sur la mise au point de méthodes prédictives des caractéristiques acoustiques de matériaux de type micro-inclusionnaires, en prenant en compte des inclusions de différents types, sur l’évaluation des effets apportés par l’incorporation de nanotubes de carbone dans une matrice visco-élastique, et la prise en compte d’inclusions sous forme de microbilles de verre creuses. Les performances techniques impactées sont la discrétion et la furtivité acoustiques, l’intégration acoustique des antennes sonar au porteur et le phénomène de bruit propre. Les applications concernent tous les types de navires ou sous-marins, mais peuvent également s’appliquer à d’autres systèmes navals (torpilles, drones, systèmes de production d’énergie en mer). L’amélioration constante des performances de discrétion et furtivité acoustique sous-marine des navires et des sous-marins conduit à rechercher des solutions technologiques de plus en plus performantes. L’une de solutions efficaces consiste à recouvrir la coque d’un navire avec des revêtements acoustiques qui ont pour but soit de réduire le bruit rayonné par la coque (effet de masquage) soit de réduire la réflexion des ondes acoustiques incidentes (effet anéchoïque). Ces revêtements se présentent généralement sous la forme d’une ou plusieurs couches de matériau viscoélastique comportant des inclusions d’air ou d’autres matériaux. Bien que ces solutions existent depuis déjà assez longtemps, des améliorations sont nécessaires, notamment pour atteindre de meilleures performances à basse fréquence. D’autre part, comme ces revêtements sont situés à l’extérieur de la coque, ils peuvent se déformer sous l’effet la pression hydrostatique, et voir leurs performances évoluer. Outils pour la formulation des matériaux micro-inclusionnaires La disponibilité de tels outils permet à DCNS de maîtriser la formulation de revêtements (caractéristiques de la matrice viscoélastique, nature et concentration volumique des inclusions et additifs), puis de les réaliser en partenariat avec des fabricants spécialistes des matériaux organiques. La méthode mise en place est basée sur les techniques d’homogénéisation, et plus particulièrement le modèle de Kuster-Toksöz, qui a été étendu au cas de plusieurs types 52 d’inclusions. Après examen de différentes hypothèses on a retenu une extension du modèle qui ne privilégie pas un type d’inclusion par rapport aux autres. Les formules théoriques des caractéristiques équivalentes (ou homogénéisées) sont données ci-dessous, où K et G représentent les modules de compressibilité et de cisaillement dynamiques, ρ la masse volumique et φ la concentration volumique de chaque type d’inclusion : La figure 1 ci-contre présente un exemple de résultat obtenu avec 5 % d’inclusions en plomb et 5 % de microporosités. Les travaux ont également permis de mettre en place un modèle prédictif de la variation volumique des matériaux micro-inclusionnaires basé sur le modèle de Gaunaurd. Pour une pression hydrostatique donnée, on en déduit le taux de microporosités à cette pression, qui est ensuite réinjecté dans l’outil prédictif de la célérité acoustique. Il est donc possible d’estimer les performances acoustiques d’un revêtement de coque (ou d’optimiser sa définition) en fonction de la gamme de fréquences et du domaine de pression statique d’intérêt. RESEARCH_1 DISCRÉTION ET FURTIVITÉ Détermination des propriétés acoustiques d’un matériau anéchoïque ou d’un matériau de masquage par résolution d’un problème inverse à partir de données expérimentales Les performances acoustiques d’un revêtement de coque (anéchoïsme ou masquage) dépendent essentiellement des propriétés acoustiques des matériaux constitutifs. Dans le cas de matériaux micro-inclusionnaires, le paramètre prépondérant est la célérité des ondes longitudinale. Or, celle-ci est difficile à obtenir de manière fiable à partir de mesures directes. Une méthode inverse a donc été développée pour déterminer cette quantité, qui varie en fonction de la fréquence, à partir de la mesure des coefficients de réflexion et de transmission d’un panneau test à différentes fréquences. La méthode consiste à rechercher, dans le plan complexe, la valeur de célérité (définie par sa partie réelle c’ et son facteur d’amortissement η) qui minimise l’erreur entre les coefficients de transmission théoriques et expérimentaux (voir figure 1). Le meilleur critère pour le processus de minimisation est donné par : |Tcalc – Tmes| + ||Rcalc| – |Rmes||, où T et R sont respectivement les coefficients de transmission et de réflexion complexe du panneau test, l’indice « mes » représentant la valeur mesurée et « calc » la valeur calculée, qui dépend des valeurs de c’ et η recherchées. Du fait que plusieurs minima locaux peuvent apparaître, il est nécessaire de sélectionner la bonne solution, ce qui nécessite une bonne connaissance de la physique de ces matériaux. L’application de la méthode à un revêtement anéchoïque test a permis de déterminer l’évolution de la célérité en fonction de la fréquence et de la pression hydrostatique. On voit clairement que cette célérité augmente avec la fréquence, ainsi qu’avec la pression hydrostatique, sauf pour les faibles valeurs de pression. Une méthode similaire a été appliquée par G. Lepert sur d’autres échantillons, dans le domaine ultrasonore, dans le cadre de ses travaux de thèse à l’I2M (Bordeaux). Dans ce cas, la méthode est appliquée sur des signaux temporels bande large, au lieu de travailler fréquence à fréquence sur des trains d’onde. _RÉFÉRENCES [1] C. AUDOLY, Evaluation of sound velocity inside underwater acoustic materials using test panel acoustic measurements. J. Phys.: Conf. Ser. 353 012004 (http://iopscience.iop. org/1742-6596/353/1/012004). [2] G. LEPERT, C. AUDOLY et al., Recovery of the effective wavenumber and dynamical mass density for materials with inclusions. 11e Congrès Français d’Acoustique (CFA 2012), Nantes, 23-27 Avril 2012 – paper N°599. [3] M. PRISER, C. AUDOLY, Modélisation des propriétés acoustiques d’un matériau micro-inclusionnaire comportant des inclusions de différents types. Rapport CESMAN C-11171 Indice À (novembre 2012). RESEARCH_1 Figure 1. Célérité longitudinale en fonction de la fréquence – composite formé d’une matricevisco-élastique comportant 5 % de Pb et 5 % de microporosités. Figure 2. Revêtement anéchoïque – Estimation de la célérité longitudinale complexe du matériau par résolution d’un problème inverse à partir de mesures en cuve acoustique. 53 DISCRÉTION ET FURTIVITÉ Projet AQUO – Achieve QUieter Oceans by shipping noise footprint reduction(1) AUTEURS : Christian AUDOLY, Céline ROUSSET AQUO est un projet collaboratif subventionné dans le cadre du 7e programme de recherche européen dans le domaine du transport maritime. L’objectif est d’établir, sur des bases techniques et scientifiques solides, un guide de solutions et de recommandations destiné aux décideurs et acteurs du domaine maritime, afin de limiter le bruit sous-marin généré par le trafic maritime en constante augmentation, et qui peut induire des conséquences graves sur les animaux marins et la biodiversité. Ce projet, piloté par DCNS Research pour une durée de trois ans, regroupe une équipe pluridisciplinaire de 13 partenaires représentant 8 pays européens. Le bruit sous-marin lié au trafic maritime induit des risques sur la faune marine (perturbation des flux migratoires, raréfaction de certaines espèces, échouage de cétacés…). Afin de limiter ces effets et ainsi conserver pour l’avenir la biodiversité et les ressources halieutiques, les autorités européennes lancent actuellement des actions dont le but est de faire évoluer la réglementation et les standards de conception. Le projet AQUO (Achieve QUieter Oceans by shipping noise footprint reduction) a été bâti en réponse à un appel à projet européen lancé dans le cadre du FP7, thématique « Transport ». Piloté par DCNS, le consortium AQUO est constitué d’une équipe pluridisciplinaire issue de l’industrie navale, d’une société de classification, de PME spécialisées et de différents organismes de recherche et universités. Comme l’indique la figure ci-après, le projet est organisé en 5 lots de tâche ou WP permettant de traiter toute la complexité du problème posé et la diversité des sujets à traiter. t WP1 – Estimation de l’empreinte sonore : Fournir un outil de prédiction de l’empreinte sonore du trafic maritime permettant d’aider la prise de décision des régulateurs en estimant les risques pour la vie marine. t WP2 – Sources sonores : Amélioration et validation de modèles et de méthodes de prédiction du bruit rayonné par les propulseurs de 54 navires, en tenant compte de la cavitation et des effets d’interaction. t WP3 – Mesures sur site : Développement de nouveaux outils et méthodes de mesures expérimentales en mer (incluant la détection et caractérisation de la cavitation). Proposition d’un standard européen de procédure de mesure du bruit rayonné sous l’eau afin de combler les lacunes des standards actuels. t WP4 – Sensibilité de la faune marine : Expériences et définition de critères bioacoustiques pour la protection de la vie marine contre le bruit sous-marin. Activité supervisée par un comité éthique interne et un expert éthique externe. t WP5 – Guides pratiques pour réduire l’empreinte sonore du trafic maritime : Les solutions envisagées sont soit à caractère technique (la réduction du bruit rayonné dans l’eau par les navires en particulier le bruit des propulseurs avec cavitation), soit liées au contrôle du trafic maritime (par exemple imposer des routes différentes ou réduire la vitesse). Dans ce cadre, DCNS Research assure le management du projet, la dissémination des résultats et contribue à plusieurs tâches techniques, notamment : tl’élaboration d’un modèle paramétrique représentant le bruit rayonné de navires en fonction du type de navire, de sa taille et de sa vitesse ; tles techniques de mesure du bruit rayonné ; RESEARCH_1 DISCRÉTION ET FURTIVITÉ Organisation du projet et présentation des partenaires. www.aquo.eu Exemple de traitement de données expérimentales de bruit rayonné. ____ Données expérimentales. - - - - - Gabarit. tla prédiction du bruit rayonné par le propulseur en interaction avec la coque ; tla recherche de solutions pour la réduction du bruit rayonné et l’évaluation de leur efficacité. Sur la plupart de ces tâches, DCNS Research travaille en synergie avec les ingénieries SMA et SNS afin de bénéficier de l’expérience du groupe DCNS sur la conception de navires acoustiquement discrets. À titre d’exemple, la figure suivante représente un premier résultat de représentation du niveau spectral de bruit rayonné d’un bâtiment de surface à différentes vitesses, obtenu en superposant le bruit d’origine mécanique (sources internes au navire), le bruit du propulseur sans cavitation et le bruit de cavitation. (1) AQUO – Achieve Quieter Oceans by shipping noise footprint reduction : rendre les océans plus silencieux par la réduction des empreintes sonores dues au trafic maritime. _RÉFÉRENCES [1] C. AUDOLY, C. ROUSSET, EU FP7 AQUO Project “Achieve Quieter Oceans by shipping noise footprint reduction”. MARNAV Conference, Glasgow, 5-7 Sept. 2012. RESEARCH_1 55 56 RESEARCH_1 PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS Les procédés industriels touchent à l’ensemble des processus de fabrication des produits et des composants. Ce champ très vaste inclut le choix des matériaux, les procédés de fabrication, les techniques d’assemblage et les moyens de contrôle adaptés. Il inclut aussi l’usage extensif de la réalité virtuelle ou augmentée, autrement dit l’utilisation des moyens de modélisation et de visualisation pour choisir la meilleure façon de procéder, bien avant le prototype. Enfin, l’évolution de l’organisation de la chaîne globale de production intégrant les nouvelles technologies de fabrication, et les principes d’organisation complexes fait l’objet au sein des différentes filières industrielles, des recherches sur « l’usine du futur » et « l’usine étendue ». RESEARCH_1 57 PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS Nettoyage par un procédé mousse innovant d’un échangeur de chaleur encrassé AUTEURS : Jean-Michel CORRIEU, Sylvain FAURE (CEA), Emmanuel HERMS (CEA) Suite à une anomalie de chimie résultant en un relâchement anormal de surfaces en alliages de cuivre, un échangeur de chaleur a été encrassé par des dépôts adhérents de phosphates métalliques. Après analyse des dépôts et réalisation d’essais de corrosion des matériaux de structure en présence du dépôt, et considérant le risque de s’écarter à nouveau des conditions de chimie nominale et donc de favoriser une corrosion à long terme, il a été décidé de nettoyer les surfaces encrassées. DCNS Research a participé à la mise au point du procédé qui a comporté des phases d’études et d’essais en laboratoire relatives à l’efficacité des produits, l’innocuité du procédé vis-à-vis des alliages métalliques en présence, l’enchaînement et la durée des différentes phases de nettoyage. L’échangeur de chaleur concerné est un récipient sous pression constitué de parois et plaque à tubes en acier, avec certaines parties revêtues d’acier inoxydable. Les tubes à travers lesquels se fait l’échange de chaleur sont en acier inoxydable austénitique X2NiCrTiAl32-21. Le traitement chimique normal de l’échangeur de chaleur est un traitement au phosphate de sodium, formé d’un mélange de phosphate trisodique Na3PO4 et de phosphate disodique Na2HPO4. De manière classique, ce traitement a pour fonction de tamponner le pH du milieu et de faire précipiter sous forme de phosphates les cations métalliques. Ces phosphates qui se précipitent sur la plaque à tube de l’échangeur sont régulièrement aspirés pour éviter que les dépôts ne s’accumulent. Le circuit d’alimentation de l’échangeur de chaleur est constitué d’éléments en alliages de cuivre. De ce fait, l’eau qui entre dans l’échangeur contient principalement du cuivre dissous en tant qu’élément résiduel, à des teneurs de quelques μg/l en fonctionnement normal, lorsque la teneur en oxygène de l’eau d’alimentation est maintenue en dessous d’une valeur de 50 μg/l. Pendant une période de quelques semaines, une avarie a eu lieu dans le fonctionnement de l’échangeur : la teneur en oxygène a 58 connu des valeurs hautes, supérieures à 100 μg/l. Il s’en est suivi une corrosion généralisée des éléments en alliages de cuivre et une pollution importante de l’échangeur. Dans un premier temps, la principale conséquence de cette pollution a été la difficulté à maintenir la chimie du milieu : la consommation des phosphates du fait de la précipitation avec les métaux polluants a entraîné une dérive du pH vers des valeurs élevées. Dans un second temps, et alors que le traitement était à nouveau sous contrôle du fait d’un arrêt de la pollution en cuivre, des prélèvements et analyses de dépôts et des contrôles télévisuels de l’intérieur de l’échangeur ont pu être effectués. Les conclusions ont été que l’intérieur de l’échangeur était fortement encrassé, par un dépôt formé de cuivre métallique et de phosphates mixtes de fer et de nickel. L’extraction d’un tube a permis d’analyser finement les dépôts existant et de vérifier l’absence de corrosion des tubes sous les dépôts. Des essais en laboratoire ont été effectués pour vérifier l’innocuité des dépôts vis-à-vis des matériaux en présence. Ces essais de corrosion sous contraintes en autoclave en présence de dépôts prélevés ou de dépôts recréés artificiellement (mélanges de CuO et Fe3O4) n’ont pas montré de sensibilité des matériaux. RESEARCH_1 PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS Photographie des dépôts présents. Sonde de mesure de corrosion. Malgré le retour à la normale du traitement chimique, il a été décidé de démonter l’échangeur de chaleur et de le nettoyer. Deux raisons principales ont dicté ce choix : le risque de corrosion sous dépôts à long terme et la perturbation des contrôles non destructifs par ces dépôts. Les procédés dérivés des opérations effectuées sur générateurs de vapeur de centrales nucléaires électrogènes bénéficient d’un bon retour d’expérience, mais souffraient dans le cas présent d’un certain nombre de handicaps, parmi lesquels la difficulté pour un échangeur démonté de mettre en œuvre des phases de nettoyage comportant un chauffage de la solution [1-3]. La décision a donc été prise de développer un nouveau procédé de nettoyage à base de mousses, en profitant des compétences du CEA dans le domaine [4]. Les principaux avantages de ce type de procédé sont d’améliorer l’efficacité du nettoyage et de diminuer le volume de solution utilisée. Le choix des produits chimiques à utiliser a été fait en s’orientant vers des produits susceptibles de dissoudre ou déstabiliser les dépôts, tout en s’interdisant l’utilisation des produits susceptibles après rinçage de laisser des polluants qui même en faibles quantités pourraient provoquer des phénomènes de corrosion sous contraintes sur les tubes d’échanges : les acides chlorhydriques et sulfuriques ont été par exemple d’emblée écartés. Il a été mis en évidence au fur et à mesure des essais qu’il était préférable d’alterner plusieurs phases de nettoyage. L’efficacité des produits chimiques à dissoudre les dépôts a été testée en réalisant des essais en laboratoire. La cinétique de dissolution a été mesurée sur des dépôts extraits de l’échangeur et, comme les masses récupérées étaient trop peu importantes, sur les dépôts artificiels réalisés en autoclave à partir de produits de laboratoire. L’innocuité des produits utilisés sur les principaux matériaux constitutifs de l’échangeur a été vérifiée. Des essais de perte de masse et de caractérisation électrochimique ont donc été effectués sur des coupons de ces matériaux (acier, aciers inoxydables). Le meilleur compromis entre efficacité vis-à-vis de la dissolution des dépôts et innocuité vis-à-vis des matériaux a ainsi pu être trouvé RESEARCH_1 dans les concentrations de produits. La concentration en acide phosphorique, limitée à l’origine à 0,3 M du fait d’une corrosion trop importante de l’acier peu allié à des concentrations supérieures, a pu être augmentée à 0,5 M pour augmenter la dissolution des dépôts, en utilisant en complément un inhibiteur de corrosion. Dans ces conditions, la corrosion généralisée de l’acier est acceptable et aucun risque de corrosion par piqûres des aciers ou des alliages inoxydables n’a été mis en évidence. Des examens de tubes ayant subi en laboratoire le cycle complet de nettoyage ont permis de valider la non-agressivité de l’opération. Un suivi électrochimique par mesure de résistance de polarisation a été mis au point afin de vérifier à tout moment que la solution de nettoyage n’est pas trop agressive : une sonde constituée d’une électrode de travail en acier, d’une électrode de référence en titane et d’une contre-électrode en titane, est trempée dans la solution. La résistance de polarisation de l’acier est mesurée et comparée à un critère d’acceptation. Le procédé validé a pu être appliqué en donnant satisfaction [5]. _RÉFÉRENCES [1] K. FUJIWARA et al, “Applicability of Chemical Cleaning Process to Steam Generator Secondary Side, (I) Outline of the Investigation and Cleaning Effectiveness”, Journal of NUCLEAR SCIENCE and TECHNOLOGY, Vol.41, N°1, p. 44-54 (January 2004). [2] Steam Generator Chemical Cleaning Process Development, EPRI NP-3009, Project S150-1, Final Report April 1983. [3] Utility Experience with Steam Generator Chemical Cleaning, EPRI TR-104553, Project S523-03, Final Report December 1994. [4] S. FAURE, B. FOURNEL, P. FUENTES, Composition, foam and method for surface decontamination, World Patent WO 2004/008463. [5] J.-M. CORRIEU, S. FAURE et E. HERMS, proceedings NPC2012, paper 150-059. 59 PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS Soudage par Faisceau d’Électrons (FE) de l’acier inoxydable X6CrNiMoNb 17.12.2 AUTEUR : François CORTIAL DCNS a conduit une démarche complète de conception et de réalisation d’un équipement sous pression nucléaire en acier inoxydable austénitique stabilisé au niobium (Nb) en remplacement d’une technologie acier au carbone revêtu d’acier inoxydable. Ce changement de technologie a conduit en particulier à des travaux sur la qualification du soudage des soudures principales par faisceau d’électrons (FE) en forte épaisseur, et sur la contrôlabilité de ces soudures en fabrication et en service (1). Pour réaliser certains équipements sous pression en acier au carbone 16MND5 revêtu d’aciers inoxydables (309L, 316L), il était tentant de passer à un monomatériau en acier inoxydable avec des caractéristiques (mécaniques, tenue à la corrosion, soudabilité…) compatibles des besoins. Le choix de l’acier X6CrNiMoNb 17.12.2 (acier 26BN) s’est imposé de par la connaissance que nous en avions (2) et de ses nombreuses utilisations antérieures. L’exigence de contrôles volumiques des soudures austénitiques par ultrasons (US) a imposé une limitation de la largeur de la zone fondue et conduit à choisir le soudage FE. Le centre DCNS de Nantes-Indret possédant une hypermachine FE (800 m3, 63 kW) nous avons donc choisi de remplacer les soudures de jonction traditionnellement réalisées à l’arc (anneau fusible + procédés 111 et 121) par des soudures FE (amélioration de la contrôlabilité, faibles retraits, temps d’usinage et de soudage considérablement réduits). La conception s’appuie sur le choix d’ébauches forgées de forte épaisseur permettant de supprimer des soudures encastrées et les limitations de l’étendue contrôlée du fait des singularités géométriques associées à ces soudures, et sur le choix d’une enveloppe en acier inoxydable permettant la suppression des 60 opérations : de revêtement, des liaisons bimétalliques (LBM) et de la soudure dite de fermeture… Le dimensionnement a conduit à une épaisseur maximale de 80 mm. La fabrication et les contrôles associés présentent des exigences très comparables à celles du RCC-M niveau 1 (3) mais avec des exigences renforcées (grosseur de grains, seuils de notation abaissés en contrôle ultrasonore (US), double contrôle volumique). L’ensemble de ces exigences a déterminé les principales problématiques à résoudre pour la réalisation de l’équipement : obtention d’ébauches forgées ayant les caractéristiques mécaniques et la qualité métallurgique requise, (perméabilité aux US), obtention de joints soudés répondant aux exigences de qualité pour un équipement sous pression de niveau 1, obtention d’un niveau de contrôlabilité compatible de cette visée de qualité. Des ébauches forgées répondant aux critères de qualité métallurgique et de caractéristiques mécaniques dans les dimensions nécessaires ont été obtenues (nombreuses mises au point-simulations-qualifications techniques de pièces martyres ou de types) définissant des process validés avec le client (CEA DAM). RESEARCH_1 PRODUCTIVITÉ ET COMPÉTITIVITÉ DES PROCÉDÉS INDUSTRIELS Le soudage FE (figure 1) est passé par les étapes clés de démonstration de la faisabilité opératoire et métallurgique. Les paramètres optimaux de soudage dans les différentes phases représentatives du soudage FE (phase de montée-régime établi-phase d’évanouissement) ont été recherchés en relation avec 100 % de compacité (absence de défauts plans et volumiques). Ce choix s’est fait en relation avec les dispositifs de maintien du bain en entrée-sortie de faisceau (dimensionnel, positionnement). Enfin, les qualifications des modes opératoires de soudage FE et les qualifications des modes opératoires de réparation à l’arc ont été obtenues suivant le référentiel de DCNS. La largeur de clou FE (figure 2) est comprise entre 6 et 15 mm. La ZAT (Zone Affectée Thermiquement) est inexistante compte tenu du cycle thermique ultrarapide (pas de grossissement de grains, pas de précipitation, pas de transformation métallurgique de la ferrite du métal fondu). La zone d’évanouissement révèle une transition de fusion particulièrement propre (détail figure 2). Les caractéristiques mécaniques du joint FE sont ≈ 590 MPa pour Rm à 20 °C et ≈ 460 MPa à chaud pour une énergie KV ≈ 150 J. Les qualifications de réparations par procédé à l’arc : ≤ 3 mm par procédé 141 et jusqu’à 40 mm par procédé 111 satisfont les exigences du référentiel DCNS. En CND (Contrôles Non Destructifs), l’obtention d’un indice de taille de grain meilleur que 3 permet une bonne transmission US pour le métal de base. Le volume de métal fondu FE est très réduit. Les essais réalisés sur cales représentatives en ondes longitudinales inclinées à 45°, 60° et 70° montrent qu’en réalisant l’examen par les deux faces du joint, il est possible d’atteindre une sensibilité de – 12 dB par rapport à une génératrice de diamètre 2 mm située après la traversée du joint (sensibilité identique à soudures équivalentes en acier ferritique). Pour les réparations à l’électrode enrobée, la sensibilité se dégrade rapidement avec l’augmentation de l’épaisseur réparée : dans le pire des cas (réparation jusqu’à mi-épaisseur), les essais ont montré qu’il était possible d’atteindre localement une sensibilité de – 6 dB par rapport à une génératrice de diamètre 2 mm (située dans le métal fondu). La conduite de la fabrication (figure 3) a été codifiée dans tous ses détails (usinages des pièces, préparation des bords à souder, arasages internes après soudage, contrôles dimensionnels, vérification des paramètres à vide, tir de chauffe…). Les retraits de soudures sont de l’ordre de 0,6 mm en hauteur et 0,2 mm au rayon. Cette démarche industrielle de conception et de réalisation d’un équipement sous pression nucléaire en acier inoxydable X6CrNiMoNb 17.12.2 a été étendue au soudage d’autres composants en acier X6CrNiMoNb 17.12.2 (équipements sous pression et leurs internes) dans la gamme d’épaisseur 40 à 80 mm. RESEARCH_1 Figure 1. Soudage FE. Figure 2. Macrographie du joint FE et détail de l’évanouissement du faisceau. Figure 3. Aspect externe sur composant en zone d’évanouissement. _RÉFÉRENCES [1] F. CORTIAL, T. GIRAUD, P. RECOLIN, S. DROBYSZ, Soudage par faisceau d’électrons de l’acier inoxydable austénitique stabilisé au niobium X6CrNiMoNb17.12.2. Société Française d’Énergie Nucléaire, Paris, 22/11/2012 (à paraître dans la Revue Générale Nucléaire). [2] F. CORTIAL, J-C. PARPILLON, G. LESUFFLEUR and A. CHEVIET, Electron beam welding of Z6CNDNb 17.12.2 and 16 MND 5 steels in thick sections for nuclear applications. 6e CISFFEL, Toulon, France, 1998, Tome 1, 347-354. [3] RCC-M : Règles de Conception et de Construction des Matériels mécaniques des îlots nucléaires REP (AFCEN Ed.). 61 NOS COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES _ Interaction fluide-structure – Analyse vibratoire par éléments finis (Niveau C) _M. Pomarede, A. Hamdouni, E. Liberge, E. Longatte, J.-F. Sigrist Numerical Study of Fluid-Structure Interactions in Tube Bundles with Multiphase-POD Reduced Order Approach 11th Biennal Conference on Engineering Systems Design and Analysis, Nantes, 2-4 July 2012 Jean-François Sigrist – éditions ELLIPSES MARKET Parution : novembre 2011 L’ouvrage présente les méthodes d’éléments finis pour l’analyse vibratoire de systèmes mécaniques avec prise en compte des interactions fluide/structure _A. Tallet, C. Leblond, C. Allery Anisothermal Flow Control by Using Reduced-Order Models 11th Biennal Conference on Engineering Systems Design and Analysis, Nantes, 2-4 July 2012 PARUTIONS _ Hydrodynamique navale (tome 2) : l’hydrodynamique du sous-marin Alain Bovis – Presses de l’ENSTA, 2011 L’ouvrage est la suite du tome 1, paru en 2010, Hydrodynamique navale : théorie et modèles PARTICIPATION À DES COMITÉS SCIENTIFIQUES _Acoustics 2012 Nantes (France), 23-27 avril 2012 _Flow-Induced Vibration 2012 _F. Gaugain, A. Astolfi, J.-F. Sigrist, F. Deniset Numerical and Experimental Study of the Hydroelastic Behaviour of an Hydrofoil Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012 _M. Pomarede, E. Liberge, A. Hamdouni, E. Longatte, J.-F. Sigrist Numerical Study of Tube-Bundle Flow-Induced Vibrations with Multiphase-POD Approach Flow Induced Vibration, Dublin, 2-6 July 2012 _L. Rouleau, J.-F. Deü, A. Legay, J.-F Sigrist, F. Le Lay, P. -M. Curtoud A Component Mode Synthesis Approach for Dynamic Analysis of Viscoelastically Damped Structures 10th World Congress on Computational Mechancis, São Paulo, 8-12 July 2012 Dublin (Irlande), 2-6 juillet 2012 _Organisation des Journées Acoustique et Applications Navales (JAAN 2011) sous l’égide de la SFA (Société Française d’Acoustique), les 24 et 25 octobre 2011 à Lyon Site Web http://www.lmp.u-bordeaux1.fr/gapsus/ (rubrique manifestations déjà organisées, année 2011) _Nomination de Christian Audoly comme président de la commission de normalisation en acoustique sous-marine récemment créée par l’AFNOR COMMUNICATIONS _L. Rouleau, J.-F. Deü, A. Legay, J.-F Sigrist, P.-M. Curtoud Reduced Order Model for Noise and Vibration Attenuation of Water Immersed Viscoelastic Sandwich Structures Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012 _S. Iakovlev, J.-F. Sigrist, C. Leblond, H. A.F.A. Santos, A. Lefieux, K. Williston Mathematical Modeling of the Acoustic Radiation by Submerged Elastic Structures Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012 _R. Fargère, J.-F. Sigrist, R. Bosio, C. Ménard, P. Velex Simulation of the Dynamic Behaviour of a Geared Transmission on Hydrodynamic Journal Bearings Acoustics 2012, Nantes, 23-27 April 2012 62 _M. Pomarede, E. Liberge, A. Hamdouni, E. Longatte, J.-F. Sigrist Numerical Study of Tube-Bundle Flow-Induced Vibrations with Multiphase-POD Approach 10th World Congress on Computational Mechancis, Sao Paulo, 8-12 July 2012 _F. Gaugain, F. Deniset, A. Astolfi, J.-F. Sigrist Étude numérique et expérimentale du comportement hydro-élastique d’un profil portant 13e Journées de l’Hydrodynamique, Chatou, 21-23 novembre 2012 _C. Drouet, N. Cellier, C. Fresser, L. Boudet Prédiction des mouvements d’un navire dus à la houle en vue d’opérations maritimes Association Technique Maritime et Aéronautique, Marseille, 2011 _P. Jochmann, X. Dal Santo Model DP system for ice tank research. Ocean Offshore and arctic engineering conference 2012 Rio de Janeiro, 1-6 July 2012 _N.-A. Jenssen, T. Hals, P. Jochmann, A. Haase, X. Dal Santo, S. Kerkeni, O. Doucy, A. Gürtner, S. Stole-Hetschel, P.-O. Moslet, I. Metrikin, S.Loset DYPIC – A multinational R&D project on DP technology in ice Marine Technology Society Dynamic Positioning Conference 2012, Houston, 9-10 October 2012 RESEARCH_1 NOS COMMUNICATIONS SCIENTIFIQUES _I. Metrikin, N.-A. Jenssen, S. Kerkeni Numerical simulation of dynamic positioning in ice Marine Technology Society Dynamic Positioning Conference 2012, Houston, 9-10 October 2012 _A. Nègre, O. Marceau, D. Laneuville, H. Zhang, B. De Saporta, F. Dufour “Stochastic Control for Underwater Optimal Trajectories” Proceedings of the IEEE/AIAA Aerospace International Conference, Big Sky, MT, Mars 2012 _D. Laneuville, Y. Bar-Shalom “Maneuvering Target Tracking: A Gaussian Mixture Based IMM Estimator” Proceedings of the IEEE/AIAA Aerospace International Conference, Big Sky, MT, mars 2012 _C. Audoly “Acoustic characterisation of anechoic or decoupling coatings taking into account the supporting hull” RINA Warship 2011 conference, Naval Submarines and UUVs, 29-30 June, 2011, Bath, UK _C. Audoly, C. Rousset “AQUO Project – Achieve QUieter Oceans by shipping noise footprint reduction” MARNAV 2012 Conference 5-7 September 2012, Glasgow, UK _C. Audoly “Determination of efficiency of anechoic or decoupling hull coatings using water tank acoustic measurements” 11e Congrès Français d’Acoustique (CFA 2012), Nantes, 23-27 avril 2012 – article n° 270 _G. Lepert, C. Audoly “Recovery of the effective wavenumber and dynamical mass density for materials with inclusions” 11e Congrès Français d’Acoustique (CFA 2012), Nantes, 23-27 avril 2012 – article n° 599 _Fabian Pécot, Camille Yvin, Riccardo Buiatti, Jean-Jacques Maisonneuve Shape Optimization of a Monohull Fishing Vessel IMDC2012, 11th International Marine Design Conference, 11-14 June 2012 Glasgow, UK _J. Gutierrez, À. Breuillard, D. Marquis, C. Chivas-Joly, Fire Safety Engineering Applied to the Evaluation of the Safety Level of marine composite structures Fire and Materials 2013, San Francisco _Antoine Pagès, Jean-Jacques Maisonneuve, (Sirehna®), Clève Wandji, Philippe Corrignan, (Bureau Veritas), Benoît Vincent (Ifremer) Small fi shing vessels study and modelling for the improvement of the behaviour in extreme seas STAB 2012, 11th International Conference on the Stability of Ships and Ocean Vehicles, 23-28 Sept 2012, Athens, Greece. RESEARCH_1 PUBLICATIONS _J.-F. Sigrist, D. Broc Méthodes numériques de calcul couplé fluide/structure. Méthode d’homogénéisation pour l’analyse vibratoire de faisceaux tubulaires Traité de Mécanique, Dossier BM-5202, Techniques de l’Ingénieur, Paris, 2012 _L. Rouleau, J.-F. Deü, A. Legay, J.-F. Sigrist Vibro-Acoustic Study of a Viscoelastic Sandwich Ring Immersed in Water Journal of Sound and Vibration, 331, 522-539, 2012 _A. Ducoin, J.A. Astolfi, J.F. Sigrist An Experimental Analysis of Fluid-Structure Interaction on a Flexible Hydrofoil in Various Flow Regimes Including Cavitating Flow European Journal of Mechanics. B/Fluids, 36, 63-74, 2012 _J.-C. Petiteau, E. Verron, R. Othman, H. le Sourne, J.-F. Sigrist, G. Barras Large Strain Rate-Dependant Response of Elastomers at Different Strain Rates: Convolution Integral vs. Internal Variable Formulations Mechanics of Time-Dependant Materials, **, **-**, 2012 _C. Audoly “Evaluation of sound velocity inside underwater acoustic materials using test panel acoustic measurements” J. Phys.: Conf. Ser. 353 012004 ( http://iopscience.iop.org/ 1742-6596/353/1/012004 ) _D. Miret J.-M. Elissalt, G. Soriano, M. Saillard Rigorous simulations of microwave scattering from finite conductivity two-dimensional sea surfaces at low-grazing angles Article soumis à IEEE GeoScience _Jérémie Raymond “Sea state estimation based on ship motions measurements and data fusion” Proceedings of 2nd International Workshop on Springing and Whipping, – Split 8 to 10 novembre 2012 _Céline Drouet, Nicolas Cellier, Jérémie Raymond, Denis Martigny “Sea state estimation based on ship motions measurements and data fusion” Proceedings of the 32th International Conference on Ocean, Offshore and Artic Engineering, 2013 _F. Cortial, T. Giraud, P. Recolin, S. Drobysz Soudage par faisceau d’électrons de l’acier inoxydable austénitique stabilisé au niobium X6CrNiMoNb17.12.2. Société Française d’Énergie Nucléaire, Paris, 21/11/2012 (à paraître dans la Revue Générale Nucléaire) 63 Rendez-vous sur www.BlooPlanet.com pour que ce soit tous les jours la fête des mers. POUR EN SAVOIR PLUS, CONNECTEZ-VOUS SUR www.dcnsgroup.com DCNS 40-42, RUE DU DOCTEUR FINLAY F-75732 PARIS CEDEX 15 TÉL. : + 33 (0)1 40 59 50 00 Direction de la Communication – Juin 2013 – Conception et réalisation : Imprimé sur papier 100 % recyclé. – Crédits photo : DCNS, Getty Images. ET RETROUVEZ-NOUS SUR
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