Contrôler l’état de santé des structures composites au cours du fonctionnement grâce au jumeau numérique

Composites, Transition numérique

Publié le : 22/03/2023 par Alexandra Lenoir

Ameni Ragoubi, Doctorante préparant une thèse à IPC, nous présente son parcours et son sujet de recherche.

Pouvez-vous vous présenter ?

Bonjour, je m’appelle Ameni Ragoubi et j’ai 27 ans. J’ai obtenu ma première licence en génie mécanique et matériaux à l’université de Sousse en Tunisie. J’ai poursuivi mes études en France, j’ai fait une année d’études à l’université Bretagne Sud (UBS) pour avoir l’équivalence de ma licence en France. Après l’obtention de ma licence en génie mécanique et matériaux à l’UBS, j’ai obtenu un Master professionnel en ingénierie Mécanique et Matériaux et un Master de recherche en Mécanique, matériaux et génie civil à UBS.

Pourquoi une thèse ? Pourquoi IPC ?

J’ai décidé de faire une thèse pour améliorer et développer mes compétences dans le domaine de calcul mécanique et simulation numérique. Les 3 ans de thèse me permettent de se plonger dans ce domaine en profondeur. Faire une thèse permet aussi d’améliorer les compétences linguistiques grâce à la rédaction des articles scientifiques et la participation aux colloques et conférences nationaux et internationaux. La thèse est un atout considérable sur un CV qui aide à ouvrir des portes pour des carrières dans les services de recherche et développement. J’ai eu la proposition du sujet de la thèse quand j’était en fin de stage à IPC au sein du service « développement numérique ». Pour cela, poursuivre une thèse au sein d’IPC était un avantage pour moi pour faciliter la communication et le partage de connaissances grâce à la collaboration avec les mêmes collègues et j’ai également pu économiser de l’effort à réapprendre les processus et les normes de l’entreprise et commencer directement ma thèse.

Pouvez-vous nous présenter votre sujet ?

Sujet de thèse  

Le sujet de ma thèse porte sur le développement d’un jumeau numérique pour contrôler l’état de santé des structures composites au cours de fonctionnement.

Contexte 

Les matériaux composites ont des propriétés supérieures à celles des structures métalliques. Cependant, leur résistance peut être compromise en raison de la présence de dommages dans la structure qui ne sont pas visibles à l’œil nu. Il peut également y avoir une série de défauts de fabrication, tels que des porosités, un mauvais alignement des fibres, des fissures dans la matrice, des ruptures de fibres et des dommages en service/accidentels, tels que des dommages sur les bords libres, des perforations, des fissures et des délaminations qui peuvent entraîner des défaillances catastrophiques s’ils ne sont pas détectés et traités à temps. Un exemple de dommage en service/accidentel peut être la chute d’un outil sur un composant pendant la phase de maintenance. Pour cela, on cherche à développer une méthode de contrôle basée sur les nouvelles technologies de l’industrie 4.0 (intelligence artificielle, Machine Learning, méthode numérique) pour assurer un contrôle fiable et en temps réel. Cette méthode est donc basée sur le concept du jumeau numérique et matériaux intelligents.

Partenaire académique  

Le projet de thèse est en collaboration avec IPC, l’École supérieure des techniques aéronautiques et de construction automobile (ESTACA) à Laval et l’Institut supérieur de mécanique de Paris (SupMéca).

Enjeu et objectifs 

On se propose d’étudier et de développer une méthodologie s’appuyant sur un jumeau numérique afin d’estimer les propriétés mécaniques et la durée de vie du matériau en temps réel. L’objectif est de prédire si une pièce composite est encore opérationnelle après un choc et quantifier le niveau des performances mécaniques après l’impact. La méthodologie employée repose sur l’association des données issues des capteurs intégrés dans le produit avec un modèle de simulation numérique afin de suivre la santé du matériau au cours de son cycle de vie. Ce jumeau digital permet d’aller plus loin dans l’interprétation des données et offre un suivi global du produit. Il s’agit d’un projet sur les thématiques de la modélisation dynamique des structures composites (l’impact et choc), de la durabilité et de l’endommagement. Une première étape sera d’implanter des capteurs, choisis préalablement, dans une pièce suivant un procédé industriel (RTM) directement au sein de la structure du composite. Une caractérisation du comportement de la structure devra être réalisée. En parallèle le jumeau numérique de la pièce en conditions d’utilisation sera développé. Ce jumeau s’appuiera sur les données des capteurs et sera couplé à un modèle numérique prédictif en temps réel du comportement de la structure. Enfin un algorithme d’analyse permettra de remonter aux propriétés mécaniques et ainsi à la durée de vie.

Résultats et bénéfices attendus pour la « communauté composite » 

Les jumeaux numériques offrent des avantages significatifs pour les différents domaines industriels notamment l’aéronautique et l’automobile. Car ils permettent de réduire les coûts à travers les simulations et les calculs numériques. Les jumeaux numériques contribuent à des économies importantes en termes de matériaux, de main-d’œuvre et de temps en réduisant les opérations de maintenance et intervention sur site. Les jumeaux numériques permettent également d’améliorer les performances et la sécurité d’un système car ils permettent de simuler différents scénarios pour évaluer les risques.

Pourquoi recommanderiez-vous de faire une thèse à IPC ?

Faire une thèse à IPC peut être une excellente opportunité pour les étudiants qui souhaitent mener des recherches dans un environnement collaboratif, tout en travaillant sur des projets concrets qui ont un impact sur l’industrie.

IPC offre un environnement de travail dynamique ce qui offre aux doctorants de participer à des conférences et séminaires (notamment la journée des doctorants à IPC) et rencontrer les différents services au sein d’IPC pour discuter de leurs travaux et échanger des idées.