De la recherche fondamentale au partenariat industriel

V2SHY

Vibroacoustique de Structures et Systèmes Hybrides Actifs/Passifs (V2SHY)

Présentation

Thématique(s) et objectifs : L’objectif principal de ce thème est de créer des outils de conception et de réalisation de nouvelles structures multifonctionnelles intégrant les systèmes électromécaniques nécessaires à l’optimisation du comportement dynamique et vibroacoustique de systèmes complexes en terme de confort, robustesse et sécurité tout en diminuant la masse et l’impact écologique des matériaux utilisés pour leur réalisation.

Spécificités et points forts : Au niveau national, les activités de recherches dans le domaine générique des matériaux et des structures adaptatives (« Smart Materials and Structures ») sont importantes avec l’implication de nombreux laboratoires : l’Ecole Centrale de Lyon (LTDS, LMFA), INSA Lyon (LAMCOS, LVA, LGEF), CNAM (Chaire de Mécanique), Sup’Méca (LISMMA), LMA, Univ du Maine (LAUM). En comparaison, notre thème est le seul cas qui intègre l’ensemble des différentes compétences scientifiques et technologiques nécessaires à la réalisation de systèmes intégrés : Mécanique, Acoustique, Science des Matériaux, Automatique, Mathématiques Appliquée, plateformes technologiques de l’Institut Femto-ST.

Chercheurs permanents : Noureddine BOUHADDI, Manuel COLLET, Emmanuel FOLTETE, Christian LEXCELLENT, Morvan OUISSE, Emeline SADOULET-REBOUL

Mots clés

Structures adaptatives, Métamatériaux, Optimisation de systèmes linéaires
et non-linéaires, Identification de systèmes vibroacoustiques, Modélisation multi-physique, Conception robuste vibroacoustique.

Bilan de l'activité scientifique 06 – 09

    Résultats marquants du quadriennal: Le résultat le plus marquant de ce quadriennal est sans nul doute la conception, la réalisation et la caractérisation d’une peau active anti-bruit intégrée qui a permis pour la première fois de valider les performances d’un système distribué pour le contrôle de phénomènes acoustiques. Nous avons développé une loi de contrôle sous forme d’un système d’équations aux dérivées partielles visant l’atténuation des ondes acoustiques. La première application dans un tube avec l’utilisation d’un réseau de transducteurs classiques (Micro-HP) a conduit à une publication des résultats dans le JASA (2009). Ayant donné lieu à plusieurs présentations en conférences, ce système est désormais connu et constitue la première référence applicative du contrôle distribué de phénomènes vibroacoustiques. A partir des résultats obtenus en utilisant encore des technologies classiques, on a développé un système intégré (Haut-parleurs, microphones, électronique, circuit de commande numérique) afin de réaliser un nouveau démonstrateur complètement intégré. La caractérisation en tube acoustique a permis de valider le concept, de montrer expérimentalement le gain d’efficacité et d’en dégager les paramètres dimensionnant pour d’autres applications. Ce travail sera publié dans SMS en 2010.
Syst hyb 1

Projet scientifique

    Enjeux sociétaux : Les activités de recherches dans le domaine générique des matériaux et des structures adaptatives (« Smart Materials and Structures ») sont aujourd'hui très importantes et représentent un potentiel important d'innovation technologique dans les domaines de la mécanique et de l’électronique. L'intérêt croissant de notre société pour les problèmes de nuisances écologiques induit un large effort de recherches pour optimiser les structures mécaniques afin d'obtenir de nouvelles propriétés fonctionnelles telles que leur capacité à réduire les émissions acoustiques, à améliorer leur tenue en service, leur durée de vie, tout en diminuant évidemment leur impact écologique. Afin de réaliser la conception optimale de ces structures mécaniques adaptatives, de nouveaux outils scientifiques et technologiques doivent être étudiés et mis en œuvre. Ils devront permettre la réalisation de structures composites intégrant d’une part des nouveaux matériaux fonctionnels mais aussi, le cas échéant, des dispositifs électromécaniques actifs ou passifs. Ce challenge nécessite donc un effort de recherche conséquent dans plusieurs domaines de la physique, aujourd’hui dissociés, tel que la mécanique, les matériaux, la vibroacoustique, l’électronique et la micro-électronique ainsi que les MEMS. Les domaines industriels concernés par ces recherches et travaillant au développement des premiers prototypes commercialisables regroupent la majeure partie du secteur de la mécanique : le génie civil, l’espace et l’aéronautique ainsi que l’automobile et les transports en général.

    Enjeux scientifiques : L’objectif principal de thème est de créer les outils de conception et de réalisation de nouvelles structures multifonctionnelles intégrant au besoin des systèmes électromécaniques nécessaires à l’optimisation de leur comportement mécanique et vibroacoustique en terme de confort, robustesse et sécurité tout en diminuant la masse et l’impact écologique des matériaux utilisés pour leur réalisation. A partir de la connaissance et de la maîtrise de matériaux fonctionnels passifs (Piézoélectrique, AMF ou autres), des possibilités offertes par les micro-technologies, l’enjeu scientifique majeur de ce thème est la conception, l’optimisation et la réalisation d’une nouvelle classe de matériaux composites, hybridant couplages électromécaniques (ou optomécaniques) et électronique de pilotage pour l’obtention d’interfaces ayant des comportements vibroacoustiques macroscopiques optimaux.

    Objectifs de recherche envisagées : A partir de la problématique scientifique générale nous avons identifié trois objectifs pour les 4 prochaines années :

  • Objectif 1 : Modéliser et optimiser le comportement de parois hybrides acoustiques constituées de matériaux composites incluant des absorbants tels que des mousses, des éléments structuraux classiques, des transducteurs non linéaires et des systèmes actifs électromécaniques. On traitera plus particulièrement les problèmes de modélisation, d’identification et d’optimisation des couplages et le contrôle de systèmes hybrides : mousses et piézoélectriques.

  • Objectif 2 : Synthétiser des systèmes non linéaires pour l’amortissement et la récupération d’énergie vibratoire. Les systèmes non linéaires présentent de nombreux avantages en termes d’efficacité et d’adaptabilité pour l’absorption et la récupération d’énergie vibratoire. Ce projet a pour objectif de comprendre, tester et optimiser de tels dispositifs soit pour de la récupération d’énergie vibroacoustique soit pour l’amortissement. Deux aspects seront abordés : l’amortissement structural induit par des métamatériaux hétérogènes incluant des microparticules et le transfert d’énergie mécanique en énergie électrique par éléments de transduction intégrés non linéaires.

  • Objectif 3 : (projet ANR Caliop) Optimisation des flux d’énergie vibroacoustique par des systèmes électromécaniques distribués actifs ou semi-actifs. La modification du comportement dynamique de structures composites hybrides incluant des éléments de transductions tels des couches piézoélectriques ou des transducteurs électromécaniques intégrés avec leur électronique de commande permet d’entrevoir de nouvelles fonctionnalités vibroacoustiques de dispersion des ondes vibratoires. Ce projet cherchera à démontrer les gains offerts par ces dispositifs, à les optimiser et à réaliser des démonstrateurs technologiques de nouvelle génération pouvant inclure l’intégration de MEMS.

    • Atouts, opportunité, et positionnement :
    La qualité de nos travaux et leur reconnaissance repose sur leur originalité thématique, notre capacité à effectuer des travaux théoriques, numériques, expérimentaux et technologiques. Cette particularité doit être le socle de nos développements. Pour pérenniser cette ouverture nous opérons une stratégie de recrutement ‘ouverte’ basée sur la mise en complémentarité des compétences, l’insertion dans des programmes dynamiques et la recherche de candidats à forts potentiels. L’utilisation de notre réseau de partenaires est fondamentale afin de nous permettre de compléter nos compétences, de réaliser des programmes complexes de recherche (ANR, Cofecub, Région) et de tisser des relations sur le long terme. Ces actions collectives nous permettent en outre de compenser la baisse des recrutements de doctorants et de post doctorant mais aussi d’attirer au département Méc’Appli des chercheurs de haut niveau comme l’année prochaine Daniel Guyomar (LGEF Insa de Lyon) ou Massimo Ruzzene (Georgia Tech).
    Notre position stratégique basée sur une forte pluridisciplinarité, des moyens technologiques importants au sein de l’Institut FEMTO-ST et notre réseau de partenaires constitue un atout majeur pour cette thématique. Nos initiatives scientifiques démarquent notre programme de ceux d’autres instituts fortement ancrés sur une perspective mono-disciplinaire. Catalyseur de plusieurs programmes de recherche ANR ou Carnot, nous pensons rapidement pouvoir concrétiser ces développements académiques dans le cadre de contrats de collaborations industrielles en évitant l’éparpillement induit par de trop nombreux contrats de prestations.

Contact

Manuel COLLET
33 3 81 66 67 28
manuel.collet@univ-fcomte.fr

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