La composition hétérogène des composites, matériaux complexes par excellence, nécessite de prendre en compte de nombreux paramètres multi-physiques pour assurer la qualité et la répétabilité de la production à chaque étape, du placement des fibres à la cuisson de la pièce. « Dès que l’on conçoit une nouvelle pièce en composite, c’est en réalité un nouveau matériau qu’il faut mettre au point », remarque Arnaud Dereims, le responsable innovation composites chez ESI Group.
Si les fabricants se sont longtemps appuyés sur une approche empirique, la montée en cadence de la production a favorisé l’adoption d’outils numériques pour concevoir plus rapidement des pièces de qualité. Les dernières recherches dans ce domaine ont une ambition : réaliser un jumeau numérique de la pièce pour s’affranchir, dans certains cas, des étapes de contrôle non destructif des pièces, longues et coûteuses. Depuis quelques années, les modèles mécaniques et rhéologiques des matériaux, fondés sur la méthode des éléments finis, se sont généralisés dans la conception des pièces. « Ils nous permettent de prédire les caractéristiques physiques du composite, en fonction de certaines conditions préétablies, comme la température, la pression et le taux volumique de fibres », explique Stéphanie Colliou, la responsable de l’équipe simulation à l’IRT Jules Verne.
Modèles hybrides
L’étape suivante consiste à enrichir ces modèles avec des données fournies par des capteurs placés sur les équipements de production. « Cesmodèles hybrides sont intéressants car ils se nourrissent à la fois des modèles physiques et des données issues de la production. Cela augmente d’autant plus leur précision », souligne Stéphanie Colliou. Ces données sont utilisées pour développer un jumeau numérique haute définition de la pièce, ainsi que des « modèles réduits paramétriques » – des versions allégées du modèle complet afin de suivre en temps réel certains paramètres clés.
« Ils peuvent facilement être déployés sur le terrain, via une tablette. Ilspermettent aux opérateurs de vérifier en cours de production si le processus se déroule normalement ou, quand la production dévie, de visualiser quel type de défaut est susceptible de se former », précise Arnaud Dereims. Autre avantage de ces jumeaux numériques, ils peuvent servir à régler les équipements de manière optimale, réduisant potentiellement le temps nécessaire à certaines étapes.
Selon les chercheurs, ils seront bientôt intégrés aux machines de production et pourront corriger en temps réel le process. « Nous visons ceniveau d’automatisation. Nous sommes convaincus que le numérique et l’usine 4.0 sont essentiels à l’industrialisation des composites », conclut Arnaud Dereims.
