lu pour vous numéro 84

Détails

« Lu pour vous » n°84*

Sommaire

  • High-Tech Aéronautique : des pales de réacteurs tissées sur un métier Jacquard
  • Science futur : la ligne ferroviaire magnétique de tous les records,
  • Science futur : comment lutter contre la déforestation
  • Culture sciences : pourquoi les vagues se dirigent-elles toujours vers le rivage
  • Techno folies : une béquille mains-libres
  • Futur - le dessein du grand Paris : d'ici 2030, le projet titanesque lancé en 2007 vise à transformer la Ville lumière en métropole internationale
  • High-Tech - robotique : aux fondements de l'intelligence artificielle

High-Tech Aéronautique : des pales de réacteur tissées sur un métier Jacquard.

lpv841Le groupe français Safran inaugure une usine permettant de tisser en 3D des fibres de carbone légères et ultrasensibles. Un procédé révolutionnaire. L'usine ultramoderne du groupe Safran doit être inaugurée en septembre 2014 à Commercy (Meuse).

Le géant français de l'aéronautique y produira les aubes des soufflantes, c'est-à-dire ce que l'on nomme communément les « pales « montées sur la grosse « hélice » située à l'avant de chaque réacteur d'avion. Elles équiperont le futur moteur LEAP dont la mise en service est prévue en 2016 sur l'AIRBUS A 320, puis en 2017 sur le Boeing 737 MAX et le C919 du chinois Cornac.

Elles ne seront plus forgées en titane, mais tissées avec des fils de carbone, sur un métier semblable à celui inventé en 1801 par Joseph-Marie JACQUARD. Un saut dans le temps qui a conduit Safran à une véritable rupture technologique, mise au point par Bruno DAMBRINE, ingénieur du groupe spécialiste des matériaux composites.

Ce procédé baptisé « tissage 3D » a permis de gagner pas moins de 150 kg (50% de gain de masse) par rapport à une soufflante en titane.

Les aubes sont systématiquement fabriquées à partir d'alliages de titane, un matériau particulièrement résistant et rigide, toujours en service aujourd'hui.

 

lpv842Mais pour gagner en poids, et donc en consommation, les motoristes cherchent à le remplacer par un matériau plus léger, sans perdre ses qualités mécaniques. Rolls Royce est le premier à se tourner vers des pales en composite stratifié pour son moteur RB211.
Le composite est un empilement de couches de tissu en fibre de carbone collées entre elles par une résine époxy très dure. Mais lors des tests de certification, les moteurs doivent passer par l'épreuve dite de l'ingression d'oiseau, qui consiste, à l'aide d'un canon pointé sur la soufflante à plein régime, à tirer un oiseau mort de 3 kg minimum. Or, les pales en composite n'y ont pas résisté.
Parvenant à maîtriser le problème, le risque de « délaminage » en cas de choc, la résine se fend, ne retient plus les couches entre elles et s'ouvrent en deux sur toute la longueur, GE (General Electric) lance le plus gros moteur du monde, le GE 90, destiné au Boeing 777 et équipé de pales en matériau composite stratifié.

lpv843Mais ce procédé ne convient pas à des soufflantes plus petites, car la réduction de taille de l'aube induit son amincissement.
Bruno DAMBRINE planche sur une alternative. « Des fibres de carbone tissées dans tous les axes et toute l'épaisseur de l'aube permettent de stopper tout départ de fissure dans la résine », pense-t-il. Il enchaîne alors calculs et simulations, testant virtuellement les propriétés mécaniques de différents motifs de tissage et d'entrelacements de fibres. Mais après cette validation du concept, reste un problème : comment faire?

La solution vient au cours d'une sortie à voile avec Dominique COUPE, un collègue ingénieur textiles. Selon ce dernier, il faut tout simplement... un métier Jacquard ! Les deux hommes vont alors à la rencontre des industriels de la région lyonnaise, avec une question simple : peut-on tisser des fibres de carbone ?

La réponse est lapidaire : impossible.

Dominique COUPE repère alors une petite société américaine, Albany, installée dans le New Hampshire. Cette fois, la réponse est oui. Et selon Albany, le métier Jacquard permet bien de tisser des fibres de carbone, et en trois dimensions. Safran a effectivement besoin d'avoir recours à la 3D pour gérer des épaisseurs différentes.

Le pied de l'aube doit être particulièrement épais et résistant, à l'inverse de la pointe, profilée est mince. Le procédé consiste donc à tisser entre elles plusieurs épaisseurs de tissus.

Mieux encore, il faut panacher les motifs de tissage pour obtenir des propriétés mécaniques variables selon les contraintes exercées sur les différentes parties de l'aube.

lpv844Ce procédé s'adapte également à d'autres pièces. Le carter du LEAP, ce large anneau entoure la soufflante pour canaliser le flux d'air et retenir les éventuels débris d'aube pour qu'ils n'endommagent pas l'avion, sera aussi tissé.
Sur l'Open Rotor, moteur en cours de développement, prévu pour 2030, dont la soufflante n'est plus carénée, les aubes seront également tissées.

Le LEAP équipé de cette aube tissée est en cours de certification auprès de I'EASA (Agence européenne de sécurité aérienne) et de la FAA (Administration de l'Aviation civile américaine). Bruno DAMBRINE se veut confiant, même s'il a toujours en tête les déboires de la Rolls Royce.

Un tissage ultra-précis. 5 000 fils de carbone contrôlés par ordinateur.

Le métier à tisser Jacquard développé par le groupe Safran et Albany International Corp. Est entièrement contrôlé par ordinateur. Celui-ci commande une machine qui pilote des milliers de lisses, sortes de longues tiges percées d'un œillet dans lequel passe un fil de carbone. C'est le déplacement de ces lisses de manière très précise qui effectue les différents motifs de tissage voulus, une dizaine au total. Plus de 5 000 fils de carbone passant chacun dans un œillet, alimentent le métier. En faisant varier les épaisseurs et les motifs, le tissage produit la forme de l'aube. Les bouts de fils qui dépassent sont alors découpés par un jet d'eau sous forte pression. Puis le tissu passe par un moule dans lequel est injectée de la résine liquide à 180°C, qui occupe tous les espaces libres entre les fils de carbone. En refroidissant, elle durcit pour former l'aube « brute », sur laquelle il ne restera plus qu'à procéder aux finitions.
Enfin une protection en titane sera collée sur le bord d'attaque de la pale pour empêcher l'érosion.

Source: SCIENCE et AVENIR n°811, septembre 2014, signé Olivier HERTEL

Science futur : la ligne ferroviaire magnétique de tous les records.

lpv845Tokyo. Après de nombreuses années de tests, la compagnie ferroviaire japonaise JR Tokai a donné le coup d'envoi de la construction de la plus longue ligne de train magnétique du monde. Elle reliera Tokyo à Nagoya, à 286 km, d'ici à 2027, puis sera prolongée jusqu'à Osaka (400 km) vers 2045.

Son train SC-Maglev, au « nez » aplati pour réduire les frottements avec l'air, se déplacera en lévitation à 10 cm au-dessus du rail de guidage sous l'impulsion d'une force magnétique extrêmement puissante. En l'absence de frottements au sol, il atteindra la vitesse de 500 km/h, ce qui en fera le train le plus rapide du monde devant le Transrapid de Shanghai, lui aussi à lévitation magnétique qui atteint au plus 430 km/h.

Résultat : les temps de trajet seront réduits de moitié. Un Tokyo-Nagoya, par exemple, prendra seulement quarante minutes, contre une heure trente actuellement.

Source : Science et Vie, n°1166, novembre 2014, signé LB.

Science futur : comment lutter contre la déforestation

lpv846Nos vieux smartphones vont protéger la forêt. En accrochant des smartphones sur les arbres! C'est le projet pour le moins surprenant de la société américaine Rainforest Connexion. Le principe : récolter des téléphones usagés, les reprogrammer, les équiper de panneaux solaires et les installer dans les arbres ... ou ils espionneront grâce à leur micro les tronçonneuses. Dès qu'un bruit suspect est détecté dans un périmètre de 1 km, le téléphone envoie automatiquement un message aux gardes forestiers. L'entreprise envisage de déployer ce dispositif en Afrique et en Amazonie.

Source : Science et Vie, n°1166, novembre 2014, signé M.V.

 

 

Culture science • pourquoi les vagues se dirigent-elles toujours vers le rivage ?

lpv847Parce qu'en approchant de la côte, la diminution de la profondeur de la mer les oriente parallèlement à la plage. Comme le souligne Richard SCHOP, chercheur au laboratoire de physique des océans, à Brest, « à leur origine, les vagues vont dans tous les sens ». Elles naissent au large à l'occasion de fortes tempêtes qui déforment les couches superficielles de l'eau. Les plus grandes peuvent présenter 200 m entre deux crêtes successives et parcourir plus de 4 000 km avant de venir se brises sur les côtes.

Et même à quelques kilomètres de la terre, certaines peuvent encore se déplacer perpendiculairement au rivage.
En fait, « c'est seulement à quelques centaines de mètres du rivage que les vagues acquièrent cette orientation parallèle à la plage qui donne l'impression qu'elles avancent vers elle», poursuit Richard SCHOPP.

Explication : lorsque la profondeur de la mer devient inférieure à la demi-longueur d'onde de la vague, cette dernière atteint le fond marin et ralentit. Ainsi, lorsqu'une vague arrive obliquement par rapport à la plage, sa partie du côté ou la profondeur marine est la plus grande, ira plus vite que sa partie la plus proche de la plage. Ce qui fait progressivement tourner la vague jusqu'à ce que sont front soit parallèle à celui de la côte. Inversement, le long d'une côte dont le fond descend abruptement, on peut voir les vagues frapper dans tous les sens.

Source : Science et Vie, n°1167, décembre 2014, signé K.B.

Techno folies : une béquille mains-libres.

lpv848Une béquille qui ne monopolise pas les bras et épaules: c'est le concept développé par Behzad RASHIDIZADER, un designer industriel finaliste du concours d'inventeurs Dyson Award.

Le poids de la jambe est ici confié au haut de la cuisse et au fessier. Autrement dit, Sit & Stand est une jambe de secours ! L'assise, conçue pour rester aérée, évite la compression des vaisseaux sanguins. Les mains libres, le blessé pourra poursuivre ses activités quotidiennes, comme ouvrir une porte, faire à manger, ou encore porter des objets.

Mieux: en plus d'offrir une assistance à la marche, Sit & Stand permet de s'asseoir pour se reposer. Prochaine étape : vendre le concept à un fabriquant qui pourra le commercialiser.

Source : Science et Vie, n°1167, décembre 2014; signé M.K.

 

 

 

Futur - le dessein du grand Paris : pôles d'attractivité, transports, logements ... D'ici 2030, le projet titanesque lancé en 2007 vise à transformer la Ville lumière et sa région en métropole internationale.

lpv849Le point sur les chantiers à venir.
D'ici à 2030, l'Ile-de-France devrait accueillir plus de 12 millions d'habitants. Afin de tenir compte de cet enjeu démographique, le chantier du Grand Paris, lancé en 2007 et confirmé il y a quelques semaines par le Premier ministre Manuel VALS, va redessiner la région pour les décennies à venir.

Ce chantier, colossal, s'articule autour de trois défis majeurs pour une région qui concentre déjà un tiers de la richesse nationale. Défi principal, le logement : 70 000 logements à construire chaque année, contre environ 40 000 à l'heure actuelle. Pour un total de 1,5 millions de logements programmés.

Deuxième défi, les transports en commun. Ils représentent aujourd'hui 40% du trafic national. Ils seront encore améliorés, avec une modernisation des infrastructures existantes, et surtout plus de 200 km de métro automatique supplémentaires et 69 nouvelles gares, pour 15 000 à 20 000 emplois directs crées chaque année. A moyenne terme, 90% des franciliens habiteront à moins de 2 kilomètres d'une gare.

Enfin, troisième défi, l'attractivité de la métropole. Elle sera renforcée par le développement de nouveaux pôles d'activités économiques, touristiques, universitaires, scientifiques et culturels.
Voici en cinq points les principaux, déjà lancés ou programmés. Ils vont changer durablement la physionomie de l'Ile-de-France.

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1 / La Défense Seine-Arche
Le premier pôle d'affaires européen entend bien conserver son titre. La rénovation des gratte-ciel existants et l'arrivée de nouvelles tours de bureaux lui ont donné une seconde jeunesse. Prochaine livraison attendue : la tour Trinity d'Unibail-Rodamco, en 2018.
Révolution aussi à Nanterre : la ZAC des Groues prévoit 1 million de mètres carrés (logements, équipements, bureaux) pour 2020. Elle sera reliée aux gares Saint-Lazare et du Nord par le prolongement de la ligne de RER Eole et aux aéroports d'Orly et de Roissy par la ligne 18 du super métro. •

2 / Saint-Denis Aubervilliers
Les communes limitrophes du nord de Paris accueillent projets d'aménagement et sièges d'entreprises. Les éco quartiers (Fort d'Aubervilliers, lie-Saint-Denis) attirent de nouveaux habitants. D'ici à 2015, Confluence, à la gare de Saint-Denis, accueillera
20 000 voyageurs par jour supplémentaires, grâce aux RER D, Transilien H, tramways T1 et T8 (Tram'Y), en attendant 2025 et la mise en service de la gare Pleyel du Grand Paris.
Et en 2018, à la Plaine à Aubervilliers et porte de la Chapelle à Paris, le campus universitaire Condorcet (180000 m2) ouvrira ses portes.

3 / Triangle de Gonesse
Près de l'aéroport Charles-de-Gaulle de Roissy et de I'A1, Immmochan, foncière du groupe Auchan, veut investir 2 milliards d'euros pour développer Europa City (2 700 chambres d'hôtel, 230 000 m2 de commerces, 20 000 m2 de restaurants, 50 000 m2 d'attractions,
20 000 m2 de parc aquatique, 30 000 m2 de parc des neiges avec une piste de ski, 50 000 m2 de lieux culturels- salles de spectacles, d'expositions, cirque, auditorium et 100 000 m2 d'espace public). La première phase de travaux devrait démarrer en 2017. Avec plus de 10000 emplois à la clé.

4 / Orly
La pose de la première pierre de l'immeuble Askia, dessiné par Jean-Michel WILMOTTE, a lancé le top départ de Cœur d'Orly. Sur
130 hectares, Aéroports de Paris (50%), Altarea Cogedim (25%) et Foncière des régions (25%) vont aménager, pour la première tranche de 13,5 hectares de l'éco quartier d'affaires, 160 000 mètres carrés de bâtiments (dont environ 108 000 m2 de bureaux, 34 000 m2 de commerces, restaurants, espaces de loisirs, et 18 000 m2 d'hôtels). En plus du RER B et d'Orly Val, le site sera desservi par la ligne 14 du Grand Paris Express.

Le pôle Saclay entend rivaliser avec les plus grands campus mondiaux. Ce cluster scientifique et technologique s'appuie sur deux projets phares : un campus multidisciplinaire autour de l'université Paris-Saclay et un pôle mobilité du futur à Versailles-Saint-Quentin, avec la ligne 18 du métro reliant Orly.

A l'horizon 2025, 20 000 enseignants-chercheurs et 30 000 étudiants y travailleront. Pour les loger, 5 000 logements sont prévus à Saclay et 3 000 dans des villes plus au sud (Massy, Palaiseau).

Source : Challenges, n°411, du 27 novembre au 3 décembre 2014, signé Virginie GROLLEAU

High-tech- Robotique : aux fondements de l'intelligence artificielle.

lpv8492Biologie, mathématiques, physique... Pour faire marcher un robot ou donner une ébauche de jugement, les chercheurs font appel à toute la panoplie des sciences.

Est-ce-que les ordinateurs seront un jour aussi intelligent que l'homme ? Probablement oui. Une fois qu'ils auront atteint le niveau, dans quelques décennies, plus rien ne pourra les empêcher de nous surpasser. L'homme effacé par les machines, dominé par les robots ?
En attendant, les humanoïdes actuels ne menacent guère l'espèce humaine: démarche saccadée, gestes lents, maladresse ... Des humanoïdes résolus à asservir l'homme, ce n'est pas pour tout de suite.

Prenons le cas d'Atlas, l'humanoïde développé par la société américaine Boston Dynamics, racheté par Google en décembre 2013. Cet ersatz de Terminator de 150 kg pour plus de 1,80 mètre de hauteur est capable de traverser les terrains les plus accidentés sur ses deux jambes sans jamais trébucher. En s'aidant par ses bras, il escalade les obstacles qui se trouvent sur sa route. Immobile sur un pied, il parviendra à garder l'équilibre après avoir été heurté par une boule de démolition de 9 kg.

« C'est de loin le robot le plus évolué pour le contrôle dynamique de la motricité », confirme Raja CHATILA, roboticien à l' »Institut des systèmes intelligents et de robotique à Paris (UPMC, CNRS, lnsem). Mais Atlas a une grande faiblesse : un cordon électrique qui le relie au secteur. Son gabarit important en fait une machine gourmande en énergie. Et ce handicap est partagé par tous les humanoïdes actuels, contraints d'emporter dans leur torse ou sur le dos d'importants packs de batteries.

lpv8494C'est la marge qui est la plus énergivore, car elle exige un contrôle et des ajustements permanents effectués par de nombreux moteurs.
« L'architecture de ces robots ne tient pas beaucoup compte de la géométrie du squelette humain. Ainsi, chez l'homme, les jambes ne sont pas droits comme chez tous les robots humanoïdes, mais elles forment un angle d'environ 6°. Le torse n'est pas une boîte fixe mais un tronc articulé ».

Et ce sont ces« petits détails » qui font probablement la différence. La démonstration en a d'ailleurs été apportée à la fin des années 1980 quand Tad Mc GEER, un ingénieur canadien de l'université Simon FRASER, a fait marcher une paire de jambes entièrement mécanique, posées sur une grande table inclinée, sans le moindre contrôle, sans moteur, sans ordinateur et sans électricité !
Ces jambes reprenaient la géométrie des membres humains et étaient équilibrées en tenant compte de la répartition des masses sur un corps. Une simple pichenette suffisait à les faire fonctionner toutes seules et ce de façon très humaine.

« La marche ne doit donc pas être un calcul permanent. Les spécialistes ont montré que la géométrie pure du corps, sans le contrôle du système nerveux, pouvait expliquer beaucoup de formes de mouvement», explique Pierre-Yves OUDEYER. C'est donc la voie suivie par le chercheur et son équipe pour concevoir le robot Poppy, un petit humanoïde d'environ 80 cm aux jambes légèrement arquées et au tronc articulé. Tenue par la main, la machine se déplace alors naturellement d'une façon qui rappelle un jeune enfant.

Au Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (Laas CNRS) à Toulouse, l'équipe de Jean-Pierre LAUMOND s'intéresse notamment aux trajectoires : « Quand une personne doit aller d'un point A à un point B dans un espace dégagé, elle a le choix entre un nombre infini de parcours. Mais dans les faits, tout le monde choisit à peu près la même trajectoire, la plus directe. Nous avons formalisé, modélisé ce choix pour le faire reproduire à nos robots », commente le chercheur.

Ce simple choix, qui peut sembler trivial, cache tout un pan de robotique, celui de la décision et du raisonnement, plus communément appelé intelligence artificielle. « Concrètement, l'intelligence artificielle regroupe des programmes qui sont censés reproduire un comportement semblable à celui de l'homme », explique Raja CHATILA.

« Il faut imaginer plusieurs centaines de milliers d'états différents qui vont permettre au robot de planifier ses actions pour atteindre son objectif», poursuit Raja CHATILA.

Cette intelligentsia robotique est encore loin de surpasser l'homme.

Source : Science et Avenir, n°814, décembre 2014, signé Olivier HERTEL.

Intelligence collective.

lpv8493Les robots savent déjà se coordonner par centaines pour mener des actions relativement complexes. En août, des chercheurs de l'université Harvard (Etats-Unis) montraient comment un millier de petits robots élémentaires, de la taille d'une pièce de 10 centimes, pouvaient s'arranger les uns par rapport aux autres pour former des figures géométriques telle qu'une étoile de mer ou encore la lettre K.
Ces travaux de « robotique en essaim » s'inspirent directement de la nature. Ils partent du principe que les systèmes biologiques, allant des organismes multicellulaires jusqu'aux sociétés d'insectes, reposent sur la coopération d'un grand nombre d'entités simples comme une cellule ou une fourmi, afin de produire des fonctions ou des comportements complexes. Ce domaine de la robotique pourrait déboucher sur un grand nombre d'applications. Ainsi, l'armée américaine a lancé en avril un programme de recherches sur des escadrilles de drones capables de coopérer lors de frappes ou de missions de renseignements. Et déjà, l'été dernier, elle effectuait, pour la première fois, un exercice de neutralisation d'un navire ennemi par un essaim de bateaux robots, sans intervention humaine.

*Les articles qui figurent dans cette rubrique sont transmis à titre d'information scientifique et / ou Technique. Ils ne sont en aucun cas l'expression d'une prise de position de l'UDISS ou d'un jugement de valeur

   
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