AU C UR NUMÉRIQUE DES IRT - bcom L... · Nanoelec], systèmes ferroviaires [IRT Railenium], aéronautique, espace et systèmes embarqués [IRT Saint-Exupéry] et ingénierie numérique

Date : 06 AVRIL 17Pays : FrancePériodicité : Parution Irrégulière

Page de l'article : p.28-33Journaliste : Aurélie Barbaux /Thierry Lucas

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B-COM 9768001500509Tous droits réservés à l'éditeur

SIMULATION

RECHERCHE

AU CŒURNUMÉRIQUEDES IRTAvec huit instituts de recherche technologique[IRT], la France a enfin l'équivalent des institutsFraunhofer allemands... en mieux. Créés entre 2012et 2013 grâce au Programme des investissementsd'avenir [RIA] et dotés de 940 millions d'eurossur dix ans, les IRT organisent une recherchemutualisée public-privé autour de huit thématiques :technologie numérique [IRT B<>Com], microbiologieet maladies infectieuses [IRT Bioaster], usinedu futur [IRT Jules Verne], matériaux, métallurgieet procédés [IRT M2P], nanoélectronique [IRTNanoelec], systèmes ferroviaires [IRT Railenium],aéronautique, espace et systèmes embarqués [IRTSaint-Exupéry] et ingénierie numérique des systèmes[IRT System/]. Entreprises et laboratoires publicsmutualisent des moyens humains et matériels pourmener à bien des projets de recherche collaboratifsdont ils partagent la propriété intellectuelle. Et celafonctionne. En quatre ans, les IRT - qui fédèrent459 partenaires industriels et 116 académiques,soit près de I DOO personnes - ont déjà réalisé104 transferts de technologie, déposé 206 brevets,initié 871 publications scientifiques, créé 61 plates-formes technologiques et participé à 29 projetsde recherche européens. Au cœur de ces projets,la simulation et le calcul tiennent une grande place :modélisation de nouveaux matériaux composites,du traitement des matériaux et des transportsmultimodaux, simulation thermique des composantsélectroniques, plates-formes numériquesde validation des composants ferroviaires et de testde la sécurité de la 5G, méthodologie pour un bonusage des couplages multiphysiques en conceptionaéronautique, mutualisation des ressourcesde calcul haute performance... Plongée dans le cœurnumérique des IRT.

PAR AURÉLIE BARBAUX ET THIERRY LUCAS ' ,

System Xa conçupour la SNCFun modèled'optimisationdes trajetscombinanttrain et bus.

IRTSYSTEMX TRACER LES ROUTESD'UNE MOBILITÉ MULTIMODALE

» Creation 31 octobre 2012

I Projets en cours 21, dont 4 européens Terminés 4

I Plates-formes et équipements 8

» Brevets 37 Publications 208 Transferts technologiques 30

» Collaborateurs 130, dont 34 doctorants

I Partenaires industriels 75 Académiques 14

I Financement PIA 130 millions d'euros

Le projet de recherche sur le transport multimodal MIC(Modélisation, interaction, communication) mené a I IRTSystemX depuis cinq ans, a été clos en décembre En sefondant sur des scénarios proposés par Alstom, Renault etla SNCF l'IRT a développé des modèles numeriques pouroptimiser les correspondances train-bus, l'informationvoyageurs en cas d'incident et la mise en place d'un systèmed'autopartage Des modèles qui serviront à d'autres projetsd'optimisation, notamment pour les gares du Grand Paris etpour la ville du futur, pas si simple a creer Car les modèlesinitiaux sont rares « Les industriels ont surtout simulél'infrastructure et les véhicules Maîs ces systèmes évoluenten fonction des passagers», rappelle Lionel Scrémin, le chef



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de projet transport multimodal mis à disposition de l'IRT parAlstom. Autre défi pour les chercheurs, le passage à l'échelledes modèles et l'obtention des données. Le scénario sur laplanification et celui sur la communication aux usagers ontnécessité de mener deux phases d'enquête pour permettreà la SNCF d'ajouter le comportement des passagers à sesmodèles de déplacement de tram et créer un outil de visua-lisation pour les décideurs.

C'est du côté de la mécanique des fluides et dans la supervi-sion des aéroports que les chercheurs sont allés chercher desmodèles pour optimiser les correspondances train-bus. Ils ontensuite établi des principes de supervision multimodale etun tutonel de planification. Enfin, pour le dimensionnementd'un service d'autopartage sur le campus technologique dePans-Saclay, ils ont « récupéré des données de Nissan qui avaitmis en place un système d'autopartage à Yokohama (Japon)entre 2013 et 2015 avec des Twizy. Nous avons pu prouver,après coup, avec les données réelles, que les approchesd'optimisation peuvent apporter des gains», explique Lio-nel Scrémm. Le projet MIC, qui a rassemblé une quarantainede personnes, a donné lieu à 26 publications par les chercheursdes autres laboratoires et organismes publics impliqués(Ifsttar, Inria, ENS Paris-Saclay, UTBM, Télécom SudParis,CEA ) Les résultats ont été capitalisés sur la plate-formeMost (Modehzation&optimization smart territories).

L'IRT Jules Vernemodélisela résistance despales ^hydrolienne,notammentle vieillissementdes compositesdans l'eau de mer.

IRT JULES VERNE OPTIMISER LES COMPOSITESPOUR LES ÉNERGIES MARINES

» Création 5 mars 2012

> Projets en cours 53 Terminés 16 (dont 3 européens]


> Brevets 28 Publications 120 Transferts technologiques 15

> Collaborateurs 104(dont20doctorants)



Les composites sont des matériaux au comportement com-plexe, notamment quand on les met en présence d'eau demer C'est pour s'attaquer à ce problème, qui touche leséoliennes offshore et les hydroliennes, que l'IRT Jules Verne,axé sur la fabrication de structures (aéronautique, automo-bile, construction navale et énergies marines renouvelables),développe des modèles de simulation spécifiques Commentgarantir la tenue mécanique d'une pale soumise au milieumarin (éolienne) ou immergée (hydrolienne)? Quelle quantitéd'eau de mer sera absorbée par le composite, avec quellesconséquences? Le matériau gonfle, sa masse augmente, cequi n'est pas sans incidence pour des éoliennes de 160 mètresde diamètre... Les propriétés mécaniques sont affectées et desgonflements locaux peuvent même endommager les pales.«Nous développons ou adaptons des modèles de simulationdu vieillissement du composite en présence d'eau de merafin de prévoir l'endommagement par fatigue et les risquesde rupture brusque de la pale», indique Tanguy More, leresponsable de l'équipe simulation de l'IRT.

Un premier projet, avec le laboratoire GeM de Nantes(Loire-Atlantique), le Centre technique des industries méca-niques (Cetim) et des industriels (DCNS, General Electric,STX), a permis de valider, en corrélation avec des essais, unmodèle de simulation de la diffusion de l'eau à l'échelle dela microstructure du matériau. Un nouveau projet, poursuiviavec GE, le bureau d'études SC Méca et Bureau Veritas, viseà étendre la modélisation à une structure entière et à intégrerles nouveaux modèles dans un code de calcul commercial,Abaqus, utilisé par les industriels. Ces derniers pourrontalors mieux prévoir la durée de vie des structures en mer,anticiper la maintenance et améliorer la conception des pales.L'IRT veut ensuite monter un projet collaboratif avec deséditeurs de logiciels pour transformer les codes développésen véritables produits commercialisables -cette démarche



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est déjà lancée pour des modèles de simulation destinés àl'automobile Par ailleurs, toujours dans les énergies marinesl'équipe simulation est intervenue pour simuler un procedéde fabrication de pale d'hydrohenne en une seule etapepar injection de résine dans une préforme contenant unestructure complexe de fibres et de renforts « Le but est dedéfinir, au moyen du logiciel de simulation de MoldexSD, lameilleure strategie d injection (points d'injection, pression,température de la résine )» précise Tanguy Moro L'enjeu'Se limiter à un minimum d'essais de fabrication, quandchaque structure coûte entre 15 000 et SO 000 euros

IRTNANOELEC LA TRAQUE DES CALORIESDANS LES COMPOSANTS ÉLECTRONIQUES 3D

» Création ll avril 2012

» Projets en cours 29, dont 10 européens

> Plates-formes et équipements 5

» Brevets 98 Logiciels 8 Publications 171Transferts technologiques IS Start-up 2

k Collaborateurs 185 équivalents temps plein, dont 16 doctorants

» Partenaires industriels 122 Académiques 6


Gagner de la place, réduire la consommation d'énergie,accroître les performances L'intégration SD des com-posants électroniques a de nombreux avantages Et aumoins un inconvénient ça chauffe ' Quand on empile despuces électroniques les unes sur les autres, la dissipationthermique peut devenir un point bloquant Des logicielsde simulation thermique pour l'électronique existent sur lemarche, maîs avec l'intégration SD, de nouveaux problèmessurgissent C'est pourquoi le programme Intégration SDde l'IUT Nanoelec développe des outils de simulation avecMentor Graphics, l'éditeur de logiciels de conception élec-tronique « Nous travaillons en parallèle sur les technologiesnécessaires pour faire de l'intégration 3D, des briques decircuits et les outils de conception Le but est d'avoir unesolution prête quand un industriel veut franchir le pas »,indique Pascal Vivet specialiste de la conception de circuitsau CEA Leti, partenaire du programme auquel participentaussi le fabricant de semi-conducteurs STMicroelectronicset deux équipementiers, SET et EVC

Empiler des puces et les interconnecter verticalement sefait déjà pour certains composants de mémoire Maîs l'inté-gration SD a des ambitions plus larges, puisqu'il s'agit desuperposer des processeurs, des mémoires, des capteurs,des microsystèmes électromécaniques (Mems) , dans lebut de réduire leur consommation et d'améliorer leursperformances Pour simuler la dissipation thermique del'empilement, il faut prendre en compte ce qui se passe dansles circuits, maîs aussi les effets créés par les interconnexionsverticales, les «through silicon vias» (TSV) et le polymèrede remplissage entre les puces « L'intégration SD demandeune simulation multi-echelles, du nanometrejusqu au cen-timètre l'échelle de la carte sur laquelle seront placés lescomposants », souligne Séverine Chéramy, la directrice du

Nanoelec développe des outils permettant de visualiser la dissipation de chaleurd'un empilement de composants électroniques.

programme au CEA Leti Une nouvelle boîte à outils de simu-lation a ete développée avec Mentor Graphics Elle est utiliséepour explorer les technologies ajouter des TSV, changer dematériau de remplissage, modifier l'emplacement des coeursde processeurs, qui sont des points chauds Corrélée avecdes mesures sur des systèmes réalisés, la simulation permetde faire des choix, puis de qualifier la conception qui a étéretenue L'objectif final étant de fournir les conditions pourque le système fonctionne, avec un refroidissement adapté

IRT RAILENIUM VERS UN PROTOTYPACE VIRTUELDU FERROVIAIRE

» Création 26 octobre 2012

I Projets en cours 34, dont 6 européens Terminé I


» Brevets 5 Publications 107 Transferts technologiques 7

I Collaborateurs 40, dont 8 doctorants


» Financement PIA SO millions d euros

Le train veut rattraper l'avion et l'automobile En matière deconception et de validation numériques l'industrie ferroviairen'est pas au même niveau que les autres moyens de trans-port C'est pour combler ce retard qu'est né le projet Cervifer(Certification virtuelle en ferroviaire), piloté par l'Agence del'environnement et de la maîtrise de l'énergie (Ademe) IIvise à créer une plate-forme de simulation permettant deréduire de moitié le nombre de tests physiques et la durée decertification des composants ferroviaires L IRT Railemum,partenaire de Cervifer qui mobilise 14 partenaires, avec desindustriels (SNCF, RATP, Vossloh, Alstom, ESI, HutchinsonVibratec) et plusieurs établissements de recherche (universitede technologie de Compiegne ), s'est intéressé à l'interfaceentre le matériel roulant et l'infrastructure ferroviaire «II



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Le projet de plate-forme de simulation de Railenium vise à réduire le nombrede tests et la durée de certification des composants ferroviaires.

existe des briques de simulation pour la conception des railset des matériels, mais il manquait une vision "système" »,explique Adnane Boukamel, directeur du programme scien-tifique et de la formation pour Railenium.

L'IRT s'est focalisé, via trois thèses de doctorants, sur lamodélisation de phénomènes à l'interface entre le bogie etle rail. Avec l'Institut français des sciences et technologiesdes transports, de l'aménagement et des réseaux (Ifsttar),les chercheurs ont modélisé les efforts exercés au pointde contact entre le véhicule et la voie pour déterminerla vitesse critique du véhicule (quand les oscillations decelui ci risquent de provoquer le déraillement). À l'heureactuelle, les concepteurs sont conduits, par sécurité, àsurestimer ce risque. Une autre thèse s'intéresse à l'usureet à la fatigue des matériaux au contact roue-rail, avec unmodèle numérique capable de faire le lien entre l'évolutionde la microstructure du matériau et son comportementmacroscopique. Enfin, une troisième thèse a pour objectifde modéliser le bruit et les vibrations afin de réduire lesnuisances du roulement.

Ces outils, avec d'autres développés dans Cervifer, sontdestinés à s'intégrer dans une plate-forme de simulationet de certification qui sera utilisée par les industriels duconsortium. Railenium travaille sur d'autres projets, commel'optimisation de la fabrication par forgeage des griffes decaténaire (la pièce de liaison entre deux câbles) et la réductiondes coûts de maintenance en simulant la dégradation despièces de suspension dans les bogies L'IRT étudie aussil'aérodynamique des trams de marchandises. Il veut remédierà un problème spécifique du fret, le risque d'envol des bâchesde semi-remorques en transport multimodal, notammentgrâce à un système de déflecteur pour maîtriser les effortsde pression subis par les bâches et réduire la consommationd'énergie de traction du convoi. Ce projet corrèle la simulationnumérique, des essais en soufflerie et des essais à échelle Isur des trains commerciaux.

IRT SAINT-EXUPÉRY UNE MÉTHODOLOGIEDE CONCEPTION MULTIDISCIPLINAIREÀ GRANDE ÉCHELLE

> Création 21 mars 2013

t Projets en cours 24

I Plates-formes ll Équipements 40 [dont 15 moyens d'essais)

t Brevets 6 Publications 63 Transferts technologiques 4

k Collaborateurs HO, dont 39 doctorants

I Partenaires industriels Sl, dont 43 PME Académiques 38

t Financement PIA 145 millions d'euros

Comment concevoir plus vite un avion? C'est à cette ques-tion que cherche à répondre le projet MDA-MDO (Multi-disciplinary analysis - Multidisciplinary design optimization)de TIR! Saint-Exupéry, qui est dédié à ['aéronautique,à l'espace et aux systèmes embarqués. Pour une fois, laréponse recherchée n'est pas technologique, mais métho-dologique. « Le projet a pour objectif de développer uneapproche collaborative entre les partenaires du projet dansle champ de l'optimisation des processus de conception d'unavion en termes de méthodologie et d'interaction humaine.Nous voulons développer une capacité d'optimisation mul-tidisciphnaire», rapporte Anne Gazaix, la responsable duprojet, détachée d'Airbus.

Elle s'explique: «II s'agit de faire évoluer les processustraditionnellement construits comme un enchaînement deséquences monodisciphnaires vers des processus intégréscapables de gérer de manière simultanée différentes disci-plines, comme l'aérodynamique, le calcul des charges, ledimensionnement structural, et de prendre en compte leursinteractions au sein même des boucles d'optimisation. Ceciafin de mieux anticiper les compromis entre ces disciplines.Pour tenir compte de ces interactions, nous avons besoin deméthodologies innovantes.»

C'est le but de ce projet, qui a débuté en janvier 2015 etfinira en novembre 2018. Il rassemble Airbus, le Cerfacs,Sogeti High Tech, Altran, l'Onera et l'Isae, avec une équiped'une dizaine d'équivalents temps plein impliquant unevingtaine de personnes. Le scénario choisi concerne l'implan-tation sous la voilure des futurs moteurs à taux de dilutionélevée. Pour concevoir ces méthodologies innovantes, leprojet repose sur des méthodes agiles de type Serum, surla simulation haute fidélité de couplages multiphysiqueset sur du calcul haute performance. «Nous nous appuyonssur la machine HPC du Cerfacs pour réaliser les modèlesles plus coûteux», explique Anne Gazaix. Principal verrouà lever: le passage à I échelle. «Ces méthodologies multi-disciplinaires existent déjà, mais uniquement appliquées àdes cas académiques ou à des problèmes avec un nombrerestreint de variables et de contraintes Dans notre cas, lesproblèmes à traiter sont de grande dimension et doiventintégrer les contraintes industrielles. » Le projet vise àdéfinir des lignes directrices pour la création de proces-sus de conception multidisciplinaire dans un contexte degrande dimension et à les intégrer dans une plate-formelogicielle associée.



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IRT BIOASTER DU CALCUL ET OE LA SIMULATIONDANS TOUS LES PROJETS

» Création 2012

I Projets en cours 29 (dont I européen] Terminés ll

> Plates-formes et équipements 7

» Brevets 4 Publications 38



I Financement PIA ISO millions d'euros

C'est peu dire que la recherche en santé produit des donnéesnumériques à foison qu'il faut analyser pour construire desmodèles, trouver des corrélations afin de découvrir de nou-veaux biomarqueurs, prédire l'efficacité de vaccins, identifierdes mécanismes d'action de nouveaux composés antimicro-biens Pour traiter les données produites par ses sept plates-formes technologiques, l'IRT Bioaster a dû déployer desstratégies mêlant calcul intensif et simulation numérique, entenant compte de fortes contraintes de confidentialité Confi-dentialité des projets, exigée par les membres Maîs surtoutconfidentialité et anonymisation des données personnellesde santé utilisées dans de nombreux projets

Plutôt que de se doter de ses propres moyens de calcul,Bioaster «a choisi d'établir un partenariat avec le centre decalcul du CNRS à Lyon-Villeurbanne, qui met à la dispositionde ses programmes de recherche une architecture évolutive,flexible et unique en termes de puissance de calcul, decapacités de stockage de masse et de reseaux à haut débit »,explique Alain Troesch, le directeur des technologies de l'IRTPour parfaire le stockage et l'analyse de ses données, Bioas-ter s'appuie sur le centre de calcul de l'Institut national dephysique nucléaire et de physique des particules (CC-IN2P3,CNRS) II a accès à un cloud Openstack pour le calcul etl'hébergement d'applications, à une ferme de calcul Umvapour le calcul intensif, à du stockage massif, à un systèmede gestion de bases de données de type Oracle et Post-GreSQL et au transfert via un réseau dédié haut débit entreles institutions Sans cela, difficile de faire aboutir un projetemblématique comme Realism (Reanimation low immunestatus markers) Ce projet de 8 millions d'euros rassemble,jusqu'à la fin 2018, 50 chercheurs issus des laboratoires deBioaster, BioMéneux, l'ESPCI, les Hospices civils de Lyon,

Pour traiterla profusion dedonnées ensanté, Bioasters'appuiesur le centrede calculdel'IN2P3.

mais aussi GSK et Sanofi Realism vise à lutter contre lesepsis, une infection dans laquelle la réponse inflammatoirede l'organisme entraîne des défaillances d'organes, mettanten jeu le pronostic vital Près de 27 millions de personnessont touchées chaque annee

(RT BoCOM ASSURER LA SÉCURITÉ DES RÉSEAUX SG

» Création Novembre 2012

I Projets en cours 15, dont 4 européens Terminés 6


I Brevets 26 Publications 118 Transferts technologiques 40

» Collaborateurs 95, dont 27 doctorants


I Financement PIA SO millions d'euros

Nouvelle frontière des télécoms, la SG fait tourner à pleinrégime les laboratoires de recherche C'est le cas de l'IRTBoCom L'enjeu7 Permettre dès 2018 de standardiser lesinfrastructures de la SG, et dès 2020 les services et fonctionsqu'elle permettra Pas si simple car, outre la promesse d'unemultiplication par 1000 du débit, «la SG doit supporter dessystèmes critiques, donc très sécurisés, maîs aussi l'mternetdes objets massifs sur une infrastructure partagée, expliqueMichel Cornou, le directeur réseau et sécurité de BoComOr ces enjeux sont contradictoires, notamment en termesde sécurité» Ils posent de nouveaux problèmes, commel'authentification de milliards d'objets connectés, qui ne peutplus se faire par une carte SIM, comme avec la 4G

Pour trouver des solutions, l'Europe finance un projet derecherche collaboratif de deux ans, SG Ensure, piloté par lecentre de recherche finlandais VTT, dont BoCom est l'undes principaux partenaires, aux côtés de Nokia, de Thaleset d'Orange «L'objectif de SG Ensure est d'identifier lesenjeux de sécurité, les architectures possibles, les solutions(enablers) de sécurité, et surtout de les expérimenter», détailleMichel Cornou Pour y parvenir, l'IRT a mis en place uneplate-forme d'expérimentation (ou «test bed») Elle simuleune infrastructure cloud classique, avec tous ses équipementsde calcul et de stockage virtualisé (Openstack), maîs aussid'interconnexion réseau (Wi-Fi, LTE, Sigfox, LoRa, NE loT )avec des fonctions réseau virtualisées reproduisant les spé-cificités physiques de la SG (sa faible latence, notamment)Elle permet de faire des tests d'intégration de bout en bout, ycompris avec les nouveaux formats radio pour la SG ou NSANR («non-standalone new radio») Le cœur de la plate-formeest ouvert depuis août Une dizaine de partenaires y testentleurs enablers de securite sur le réseau Maîs pas uniquement«On l'utilise aussi pour expérimenter de nouvelles approchesde développement en continu qui viennent de l'IT, comme leDevOps Car Fun des enjeux de la SG est de permettre de créerplus rapidement de nouveaux services, en quelquesjours, voirequèlques heures, au lieu de semaines ou de mois », souligneMichel Cornou Une capacite qui interesse énormément leséquipementiers D'un coût global de 7,5 millions d'euros,SG Ensure sera clos fin 2017 Maîs BoCom participe déjà àdeux autres programmes européens sur la SG



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IRT M2P MODÉLISER LE TRAITEMENT DES MÉTAUXPOUR PRÉVOIR LEURS PROPRIÉTÉS

I Création 16 juin 2013

I Projets en cours 15, dont I européen

I Plates-formes et équipements ll

I Brevets 2 Publications 46 Transferts technologiques 8



I Financement PIA SO millions d'euros

Dans un monde métallurgique idéal, il suffirait à l'ingénieurde saisir sur un ordinateur les propriétés physiques de la piècequ'il veut fabriquer pour obtenir la série de traitements quel'alliage utilisé doit subir. C'est dans ce sens que travaille leprojet Traitements thermochimiques avancés (ITA) mené dansle cadre de l'IRT M2P (matériaux, métallurgie, procédés). Unesuite de modèles de simulation a été développée. La modélisa-tion de l'enrichissement en carbone ou en azote, par décom-position d'un gaz dans un four, qui permet d'améliorer larésistance mécanique, est la première étape. D'autres modèlespermettent d'en déduire les nouvelles phases métallurgiquesqui résultent du traitement, de calculer les contraintes rési-

duelles dans le matériau et la durée de vie en fatigue des pièces.«On sait faire le chemin inverse -partir des propriétés viséespour remonter aux traitements nécessaires -, mais seulementsur des éprouvettes de laboratoire», reconnaît Pascal Lamesle,responsable scientifique et technique à l'IRT M2P. Toutefois,les industriels du projet ITA, venus de l'automobile (PSA), del'aéronautique (Safran, Ratier-Figeac, Airbus Helicopters) etde la métallurgie (Ascometal, ArcelorMittal), associés à desfabricants de fours et des fournisseurs de gaz industriels, vontdéjà pouvoir tirer parti des simulations.

Réduire le nombre d'essais sur des pièces fabriquées est unpremier objectif. Mais la simulation est aussi un outil pourmieux comprendre les difficultés rencontrées avec certainsaciers et pour définir de nouveaux traitements. Avant queles logiciels mis au point par M2P ne deviennent courantschez les industriels, il faudra assurer la communication entreles différents modèles. Et intégrer le tout dans des logicielscommerciaux, en collaboration avec des éditeurs. Mais ce n'estpas le seul obstacle à franchir. «Pour passer du laboratoire àdes pièces industrielles, l'enjeu principal est de collecter lesdonnées qui doivent alimenter les modèles de simulation. Celanécessitera des campagnes d'essais et de mesures », indiquePascal Lamesle. Sur des pièces complexes et de grande taille,l'optimisation des temps de calcul devra aussi être intégrée, ii

Documents

AU C UR NUMÉRIQUE DES IRT - bcom L... · Nanoelec], systèmes ferroviaires [IRT Railenium], aéronautique, espace et systèmes embarqués [IRT Saint-Exupéry] et ingénierie numérique