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36 : Où en est la mécanique numérique ?

Incontournable, la mécanique numérique s’insère aujourd’hui dans l’ensemble de la chaîne de conception rapide des produits fabriqués par l’industrie. S’appuyant sur les outils de modélisation géométrique et de visualisation, et intégrant les outils de simulation et d’optimisation, elle réduit les délais de conception, limite les erreurs et s’insère dans l’esprit du développement durable en aidant à concevoir des produits de plus en plus respectueux de l’environnement.

36 : Où en est la mécanique numérique ?

L’hydraulique numérique à l’UTC

Les outils de simulation numérique ne concernent pas que la conception d'artefacts industriels. L'équipe du laboratoire d'hydraulique numérique hébergée à l'UTC les applique à des situations d'inondation ou de submersion par les eaux, ainsi qu'à d'autres sujets en relation avec les milieux aquatiques et la navigation.

Inondations ou submersions marines, les pouvoirs publiques ont aussi recours aux outils de simulations numériques afin d'aider à l'élaboration de politiques publiques. Créé en 2003 et hébergé au laboratoire Roberval de l'UTC, le laboratoire d'hydraulique numérique (LHN) accueille trois chercheurs du Ministère de l'écologie spécialisés sur ces questions.

Ce groupe travaille ensemble depuis 1991 et se focalise sur la gestion des risques liés à l'eau en lien notamment avec les besoins de la Direction Générale de la Prévision des Risques. Il s'intéresse aussi au transport fluvial et maritime, à la récupération d'énergie à partir des courants et des vagues et aux conséquences du changement climatique en terme de remontée du niveau marin.

Des outils spécifiques

Alors que depuis la fin des années 1970 des outils numériques propres aux problématiques de l'eau sont développés à la Direction Technique Eau Mer et Fleuves du Cerema, Philippe Sergent, son actuel Directeur Scientifique, réalise ce travail depuis la fin des années 1990 avec ses partenaires du LHN. La chaîne de calcul REFLUX élaborée dans les années 1980 intègre un premier étage d'organisation des données, un module de calcul, ainsi qu'un outil de visualisation des résultats. " REFLUX a été utilisée jusqu'en 2000, puis remplacée progressivement par la chaîne de calcul d'EDF, Telemac " précise Philippe Sergent.

Particularité du domaine, les données géographiques sont très volumineuses et demandent de développer des outils capables de les stocker et de les traiter. La visualisation des résultats est aussi une difficulté, ces derniers portant sur des milliers de km2. " Les calculs sont très longs si on compare à ce qui est habituellement réalisé dans l'industrie mécanique " souligne Philippe Sergent.

Une autre spécificité du domaine concerne l'importante quantité d'inconnues comparée aux simulations classiquement réalisées par l'industrie. Par exemple, il est impossible de prendre en compte l'effet de la saison sur la végétation lorsqu'un territoire est modélisé pour étudier un risque d'inondation. La présence de haies dans les zones résidentielles et la capacité d'infiltration des sols sont aussi difficiles à gérer.

Optimiser le déplacement des navires

Une autre nouveauté consiste à travailler avec des structures en trois dimensions pour modéliser le déplacement des navires. Les simulations servent à mieux comprendre les résistances à l'avancement en milieu confiné afin d'optimiser la consommation des navires. Plus le fond est haut ou le cours d'eau étroit, plus la résistance et la consommation est importante.

En faisant varier la vitesse du navire en fonction de ces paramètres, des gains de 5 à 10% sont attendus. Ces derniers sont susceptibles d'être encore améliorés en optimisant la gestion des écluses. " Pour ces simulations hydrodynamiques, les calculs peuvent prendre jusqu'à un mois " précise Philippe Sergent.

Les approches pluridisciplinaires

D'autres développements spécifiques concernent les analyses coûts/bénéfices afin d'optimiser les démarches à entreprendre en cas de risques d'inondation ou de submersion. Ces études demandent des compétences pluridisciplinaires afin de prendre en compte les dimensions économiques, environnementales et sociétales. Les grands enjeux actuels concernent les nouvelles énergies d'origine hydraulique, ainsi que le climat.

De manière générale, la croissance bleue impliquant l'ensemble des activités liées à la mer (énergies, ressources minérales, ports offshore, etc.) offre de très nombreuses perspectives de travaux au LHN. Un autre enjeu fort concerne la montée du niveau des mers d'ici 50 ou 100 ans. Dans cette perspective, les pouvoirs publics ont besoin d'outils afin de les aider à redéfinir la meilleure stratégie à mettre en œuvre afin de minimiser les impacts du changement climatique.