04 72 43 62 87 DYNAMIQUE, SYSTEMES COMPLEXES
Définition des enjeux scientifiques
Il est habituel en Ingénierie de distinguer l'échelle du composant, qui est aussi celle des mécanismes physiques, et celle du système complet qui relève de la systémique. Il faut cependant constater que le composant est le plus souvent un système complexe lui-même, dont le comportement dynamique résulte d'un grand nombre d'interactions. Comme indiqué précédemment (2.1.1 Simulation, modélisation, et imagerie page 10), l’approche systémique qui caractérise l’Ingénierie conduit donc à traiter la complexité des systèmes physiques et vivants, dans cadre de plus en plus exhaustif, par des approches complémentaires de nature théorique, numérique, et expérimentale.
L'étude de la dynamique de ces systèmes complexes, ainsi que le contrôle de leur comportement au cours du temps est un des points forts du site, dont une des spécificités est d'aborder les régimes de fonctionnement extrêmes (environnements sévères, régimes critiques et supercritiques). La plupart des disciplines de la Fédération sont concernées : la Mécanique des Solides et des Structures, avec la problématique de la transmission de puissance, des instabilités de structures et de machines, les systèmes à très haute vitesse; la Mécanique des Fluides, avec la problématique des instabilités d'écoulements, l'aéroacoustique, des décollements instationnaires, de la turbulence et des systèmes multiphasiques; les Matériaux, avec la question de leur comportement sous sollicitations rapides ou ultra-rapides; les Procédés et l'Automatisme, avec le pilotage des réacteurs chimiques et des bio-procédés, l'Energie et le comportement des composants en transitoire, la liste n'étant pas exhaustive.
Il est illusoire compte tenu de la grande variété des questions abordées d'envisager une approche commune pour étudier la dynamique de ces situations complexes, mais un des objectifs de la fédération est de favoriser les croisements entre disciplines, qui ont déjà donné lieu à des collaborations fortes entre laboratoires : Equipex PHARE, chaires Safran, chaire SKF,... notamment dans le domaine des interactions fluide-structure et mécanique-matériaux. Il y a lieu, en priorité, de mutualiser l'énorme potentiel du site en matière de bancs d'essais, de techniques de mesures et de capteurs. Les nanotechnologies permettent en particulier d'envisager des capteurs peu intrusifs, constitués par des microsystèmes spécifiques aux applications envisagées. A une échelle plus grande, les méthodes de contrôle en temps réel mises en place en génie des procédés à l’aide de ‘capteurs logiciels’, qui passent par le traitement d’informations relevées ponctuellement dans des modèles adaptés, peuvent utilement être transposées à d'autres systèmes complexes. Les méthodes de visualisations de phénomènes ultra-rapides, en Mécanique et Mécanique des Fluides notamment, et plus généralement les méthodes optiques sont très développées sur le site et commencent à faire l'objet de plate-formes communes.
Le deuxième domaine d'interactions fortes entre disciplines est celui de la modélisation de la dynamique des systèmes, qui rejoint bien évidemment l'autre domaine d'excellence du site mentionné précédemment. L'enjeu n'est pas seulement la modélisation de chaque phénomène particulier, mais aussi et surtout d'intégrer la composante multi-physique. Les simulations numériques massives ne peuvent pas encore rendre compte de tous les couplages, et la recherche de modèles simplifiés réduisant l'espace des paramètres est une phase incontournable. Là encore, le croisement entre les méthodes propres à chaque discipline est nécessaire. Enfin, un des points de rencontre est celui des méthodes stochastiques, développées dans beaucoup de laboratoires, pour des applications diverses, mais qui ont souvent un caractère plus générique qu'il convient d'exploiter.
En résumé, l’objectif de la structuration dans le domaine de la dynamique et des systèmes complexes est d’impulser une fertilisation croisée, au sein des URs de la Fédération d’Ingénierie, des outils de diagnostic et modélisation de haut niveau issus des diverses disciplines en prise avec ces problématiques.
L'étude de la dynamique de ces systèmes complexes, ainsi que le contrôle de leur comportement au cours du temps est un des points forts du site, dont une des spécificités est d'aborder les régimes de fonctionnement extrêmes (environnements sévères, régimes critiques et supercritiques). La plupart des disciplines de la Fédération sont concernées : la Mécanique des Solides et des Structures, avec la problématique de la transmission de puissance, des instabilités de structures et de machines, les systèmes à très haute vitesse; la Mécanique des Fluides, avec la problématique des instabilités d'écoulements, l'aéroacoustique, des décollements instationnaires, de la turbulence et des systèmes multiphasiques; les Matériaux, avec la question de leur comportement sous sollicitations rapides ou ultra-rapides; les Procédés et l'Automatisme, avec le pilotage des réacteurs chimiques et des bio-procédés, l'Energie et le comportement des composants en transitoire, la liste n'étant pas exhaustive.
Il est illusoire compte tenu de la grande variété des questions abordées d'envisager une approche commune pour étudier la dynamique de ces situations complexes, mais un des objectifs de la fédération est de favoriser les croisements entre disciplines, qui ont déjà donné lieu à des collaborations fortes entre laboratoires : Equipex PHARE, chaires Safran, chaire SKF,... notamment dans le domaine des interactions fluide-structure et mécanique-matériaux. Il y a lieu, en priorité, de mutualiser l'énorme potentiel du site en matière de bancs d'essais, de techniques de mesures et de capteurs. Les nanotechnologies permettent en particulier d'envisager des capteurs peu intrusifs, constitués par des microsystèmes spécifiques aux applications envisagées. A une échelle plus grande, les méthodes de contrôle en temps réel mises en place en génie des procédés à l’aide de ‘capteurs logiciels’, qui passent par le traitement d’informations relevées ponctuellement dans des modèles adaptés, peuvent utilement être transposées à d'autres systèmes complexes. Les méthodes de visualisations de phénomènes ultra-rapides, en Mécanique et Mécanique des Fluides notamment, et plus généralement les méthodes optiques sont très développées sur le site et commencent à faire l'objet de plate-formes communes.
Le deuxième domaine d'interactions fortes entre disciplines est celui de la modélisation de la dynamique des systèmes, qui rejoint bien évidemment l'autre domaine d'excellence du site mentionné précédemment. L'enjeu n'est pas seulement la modélisation de chaque phénomène particulier, mais aussi et surtout d'intégrer la composante multi-physique. Les simulations numériques massives ne peuvent pas encore rendre compte de tous les couplages, et la recherche de modèles simplifiés réduisant l'espace des paramètres est une phase incontournable. Là encore, le croisement entre les méthodes propres à chaque discipline est nécessaire. Enfin, un des points de rencontre est celui des méthodes stochastiques, développées dans beaucoup de laboratoires, pour des applications diverses, mais qui ont souvent un caractère plus générique qu'il convient d'exploiter.
En résumé, l’objectif de la structuration dans le domaine de la dynamique et des systèmes complexes est d’impulser une fertilisation croisée, au sein des URs de la Fédération d’Ingénierie, des outils de diagnostic et modélisation de haut niveau issus des diverses disciplines en prise avec ces problématiques.