Une culture d’équations et de codes ? le metteur-en-code, entre la recherche en mécanique numérique et l’industrie aéronautique

L’article s’interroge sur la base phénoménologique qui permet les échanges entre un laboratoire de mécanique et l’industrie aéronautique dans le domaine de la mécanique informatisée, c’est-à- dire la recherche des structures qui gouvernent les relations entre les différentes catégories d’acteurs et qui donnent un sens à leurs pratiques. Pour les appréhender, nous allons étudier le partage, la constitution et la reformulation permanente de la Méthode des Eléments Finis (MEF) comme base du travail commune aux deux mondes. La MEF est la méthode mécanique/numérique qui a permis le développement de logiciels de calcul pour l’industrie.L’article s’interroge ainsi sur les conditions de possibilité du lien entre le laboratoire et les entreprises du secteur aéronautique sur la base de la transformation de la mécanique, suite à la généralisation des méthodes numériques dans les sciences et les pratiques des ingénieurs. Nous allons aborder les différentes transformations que les ordinateurs introduisent dans la mécanique, dans le travail des ingénieurs et les pratiques de recherche, jusqu’à la consolidation de la culture d’une mécanique informatisée qui constitue les bases sur lesquelles se construit le lien entre notre laboratoire et l’industrie aéronautique qui fait naître le metteur-en-code.

Modélisation 3D de l’os maxillaire dans l’analyse par éléments finis en implantologie orale : une nouvelle approche utilisant CBCT et anthropométrie

Objectif : Caractériser l’os maxillaire postérieur chez l’adulte d’un point de vue géométrique pour obtenir des modèles numériques standards par éléments finis. Matériel et méthodes : Les images CBCT maxillaires des patients qui ont visité le service de Chirurgie Orale du CHU de La Timone à Marseille, France ont été recueillies au cours de l’année 2016. Les sujets inclus devaient être âgés de plus de 21 ans et être édentés au moins à partir de la première prémolaire maxillaire. Les patients atteints d’une pathologie osseuse ou d’un traitement influençant le remodelage osseux n’ont pas été inclus. La zone maxillaire postérieure a été définie pour chaque CBCT et 6 mesures de hauteur et de largeur de la crête alvéolaire ont été réalisées à l’aide d’une méthode anthropométrique. Une étude Gauge Anova R&R avec analyse de la répétabilité et de la reproductibilité de la variance des mesures, ainsi qu’une analyse en composantes principales (ACP) pour isoler des modèles standards, ont été menées. Les modèles 3D ont été réalisés à partir d’images au format DICOM. Résultats : Le CBCT de 100 hommes et 100 femmes ont été retenus dans notre étude. 1200 mesures de crête alvéolaire ont été réalisée et les valeurs moyennes de hauteur et de largeur des différentes parties de la zone maxillaire postérieure étaient très disparates. L’analyse statistique de variance a validé la répétabilité et la reproductibilité de notre protocole de mesures. L’ACP n’a pas permis d’identifier les modèles standards et ceux- ci ont été modélisés à partir de notre base de données. Conclusion : Notre travail est le premier à considérer des paramètres anthropométriques sur un large échantillon de sujets dans la méthode des éléments finis. Nous mettons ainsi en évidence la perspective de réaliser des modèles anatomiques complexes et réalistes à partir de l’anatomie humaine pour réaliser des tests biomécaniques en implantologie orale.

Modélisation par la méthode des éléments finis avec onelab

Nous présentons ici le logiciel open source ONELAB de modélisation numérique par la méthode des éléments finis pour les applications photoniques. Nous illustrons à l’aide de quelques exemples une bibliothèque évolutive de modèles paramétrables couvrant une large gamme de dispositifs rencontrés en nanophotonique. Celle-ci permet d’aborder facilement la simulation d’applications réalistes tout en permettant au spécialiste de développer ses propres modèles avancés.

Simulation numérique par éléments finis des écoulements transitoires à surface libre

Une simulation numérique par des éléments finis des écoulements transitoires à surface libre dans les canaux prismatiques est présentée. Dans cette étude, l'écoulement est supposé unidirectionnel dans un canal de faible pente. Le modèle mathématique est constitué d'un système de deux équations aux dérivées partielles de type hyperbolique résolu numériquement par la méthode des éléments finis. Pour définir les fonctions d'interpolation dans la forme intégrale des résidus pondérés, la méthode de Galerkin a été utilisée. Dans les applications, différentes sections prismatiques sont examinées. Les régimes transitoires étudiés sont dus à des manœuvres de vanne placée en aval du canal, l'extrémité amont étant connectée à un réservoir de niveau constant. Dans ces conditions, le régime transitoire correspond à une évolution de l'écoulement d'un régime permanent initial vers un régime permanent final. Ces deux régimes sont supposés uniformes à débit constant défini par la formule de Manning. Les résultats obtenus concernent l'évolution des paramètres hydrauliques en différentes sections du canal, suite à la manœuvre en aval. Deux cas de manœuvres sont considérés ; le cas d'une ouverture et le cas d'une fermeture. L'étude a permis d'analyser la propagation des ondes de surface et la réflexion de ces ondes sur les deux extrémités du canal. En particulier, les résultats numériques montrent que lorsque la largeur du lit du canal est très petite (cas de la section triangulaire), les fluctuations des profondeurs sont rapidement amorties.

Calcul analytique et numérique des seiches et des oscillations portuaires pour des bassins de forme rectangulaire et de profondeur constante avec des digues semi-infinies parfaitement réfléchissantes

À l'aide de l'équation intégrale de Kirchhoff–Helmholtz appliquée aux ondes de gravité et en prenant en compte les modes évanescents à l'intérieur du résonateur, nous établissons une nouvelle approximation de la période fondamentale de seiche et d'oscillation portuaire des bassins de forme rectangulaire et de profondeur constante en présence d'ouvrages extérieurs semi-infinis parfaitement réfléchissants. Cette approximation généralise la formule analytique utilisée par Rabinovich. La formule présentée par Rabinovich corrige elle-même la période classiquement utilisée pour les résonateurs quart d'onde. Nous comparons ensuite cette approximation avec les résultats de l'équation de pente douce de Berkhoff résolue par la méthode des éléments finis. Il est observé que la formule analytique présentée par Rabinovich sous-estime la période de résonance. Pour le calcul par éléments finis, une densité du maillage d'environ 10 nœuds par longueur d'onde suffit pour atteindre une bonne précision mais il est nécessaire de respecter aussi un critère sur le nombre de nœuds par unité de largeur. En ce qui concerne le facteur d'amplification, nous retrouvons comme Rabinovich que ce dernier est proportionnel au rapport longueur sur largeur et qu'il ne dépend pas de la profondeur. Nous montrons également que la composition des ouvrages extérieurs peut être déterminante pour le facteur d'amplification. Un test expérimental dans une cuve à houle montre cependant que, dans certains cas, une dissipation importante se produit qui a pour conséquence d'une part de réduire la période de seiche et d'autre part de réduire sensiblement le facteur d'amplification.

Microsystèmes communicants : modélisation, fabrication et mesures

Nous présentons la mise en place de travaux pratiques et projets pédagogiques portant sur l’initiation à la modélisation, la fabrication et le test de microsystèmes communicants. Cette formation s’adresse aux étudiants de la licence 3 SPI et du Master EEA, parcours Capteur Intelligents Micro et nanotechnologie (CIM) à l’Université de Lorraine. Les travaux pratiques s’appuient d’une part sur de la modélisation par la méthode des éléments finis (FEM), et sur fabrication et la caractérisation des micro-dispositifs, notamment grâce à des ressources de l’Institut Jean Lamour à Nancy. L’exemple d’une étude de cas autour d’un capteur sans fil intégrant ces ressources est détaillé.