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Solar Decathlon Europe 2010 : 2 équipes françaises en lice

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Compétition universitaire biennale internationale organisée depuis 2002 par le Département de l’Energie des Etats-Unis, le Solar Decathlon a pour objectif de développer la transmission des savoirs et de la recherche dans le domaine des énergies renouvelables et notamment de l’énergie solaire. Le principe est de faire concevoir et réaliser par une équipe d’étudiants architectes et ingénieurs encadrée par des enseignants et des chercheurs d’universités du monde entier, un prototype d’habitat passif avec le soleil pour seule source d’énergie. La première version européenne de ce concours aura lieu à Madrid du 18 au 27 juin. Comme son nom l’indique, le Solar Decathlon est une compétition où les concurrents seront notés suivant 10 critères, notamment  » Innovation  » et  » Développement durable  » qui n’existaient pas dans la version américaine. Chacun des vingt prototypes dont 2 français formeront un village solaire relié en réseau et sous monitoring constant pendant les 10 jours de la compétition. A partir de données objectives, mais aussi subjectives, un comité d’experts jugera leurs qualités architecturales, leurs performances solaires, leur pertinence sociale et notera le confort offert. Chaque projet doit respecter un ensemble de règles très précises. Ainsi, les dimensions et la forme du terrain sont imposées, la surface maximum ne doit pas excéder 74 m2, la surface habitable doit être de 42 m2 au minimum, la température intérieure doit être maintenue entre 22 et 24°C, l’humidité entre 40 et 55 %, et enfin le sol ne peut être ni creusé ni planté.

Armadillo Box : le concept Core-Skin-Shell

Le projet de l’Armadillo Box est porté par l’équipe  » Architecture et Cultures Constructives  » de l’Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Grenoble (ENSAG), en partenariat avec l’Institut de l’Energie Solaire (INES) et les Grands Ateliers de l’Isle d’Abeau (GAIA). En plus de créer un habitat écologiquement responsable, les étudiants de l’ENSAG se sont imposés des contraintes financières, dans le but de créer un projet non seulement autonome, mais aussi accessible financièrement à la majorité de la population et adapté au marché français. Par ailleurs, le prototype devant être construit en cinq jours, il est primordial de favoriser une architecture simple et légère. Le concept moteur de l’Armadillo Box est celui de la décomposition  » core-skin-shell  » qui permet le mariage de hautes technologies industrielles avec des systèmes constructifs simples et économiques :

  • Core : un noyau technique préfabriqué comprenant la cuisine, la salle de bain, la machinerie et les systèmes de connexion aux fluides. Il peut être produit industriellement et amené sur le chantier prêt à monter ;
  • Skin : une enveloppe thermique étanche à l’eau et à l’air constitue la partie Low tech et Low cost du projet. Elle est réalisée avec des matériaux naturels, locaux, économiques et faciles à mettre en œuvre : bois sous toutes ses formes (massif, laine, fibres, panneaux industrialisés), terre, acier démontable et recyclable, toile en fibres de verre précontrainte enduite de PVC… Elle peut être réalisée par une main d’œuvre peu qualifiée et peut intégrer une part d’auto-construction assistée par des professionnels ;
  • Shell : un bouclier solaire, protecteur et capteur d’énergie, constitue l’élément High tech du projet. Il protège l’enveloppe thermique des aléas climatiques et capte l’énergie du soleil. Il est constitué d’éléments industriels de haute technologie qui sont installés par des spécialistes.

La maison est pensée pour pouvoir être reproduite facilement à un coût accessible au plus grand nombre : le noyau technique est conçu pour être préfabriqué et industrialisé ; l’enveloppe thermique peut au contraire être réalisée en auto-construction. Sa conception se prête par ailleurs à la réalisation de maison en bandes, ou d’immeubles collectifs dont elle constituerait l’unité d’habitation élémentaire.

Une stratégie passive et active

Pour maintenir une température constante entre 22 et 24°C, il est d’abord nécessaire de posséder une bonne isolation. Armadillo Box utilise une enveloppe étanche à l’air, sans pont thermique et fortement isolée par une vingtaine de centimètres de laine de bois. En hiver, l’important est de conserver la chaleur à l’intérieur et d’exploiter au maximum les apports thermiques dégagés durant la journée – notamment ceux en provenance du soleil – pour en profiter la nuit. C’est là qu’entre en jeu l’inertie de l’enveloppe thermique. En partie composée de terre, elle permet d’accumuler de l’énergie pour ensuite la rediffuser avec un certain déphasage horaire. Durant cette saison, les toiles protectrices du bouclier protecteur sont relevées, pour permettre aux murs de capter le plus possible de chaleur. Le bouclier se referme ensuite la nuit, pour conserver cette chaleur à l’intérieur et permettre à l’enveloppe de la diffuser.En été, c’est exactement l’inverse qu’il faut rechercher. En effet, l’important est de ne pas laisser entrer la chaleur et d’essayer de conserver la fraîcheur de la nuit pour ensuite l’exploiter durant la journée. Au coucher du soleil, les toiles protectrices seront donc relevées, et le bouclier protecteur sera totalement clos durant la journée afin de procurer de l’ombre à la masse des murs de l’enveloppe qui joue un rôle d’accumulateur tampon et qui relâche la chaleur accumulée le jour grâce à une très bonne ventilation nocturne.En fonctionnant uniquement avec ces stratégies passives, Armadillo Box nécessite déjà très peu d’énergie pour fonctionner, puisque ses besoins sont évalués à 32,8 kW.h/m2/an (chauffage, eau chaude, ventilation) soit 1873 kW sur l’année.Stratégies actives : pour répondre au cahier des charges du Solar Decathlon, c’est-à-dire obtenir un habitat positif en énergie, les dispositions passives ne suffisent pas. Il faut donc développer des stratégies actives qui permettent de compenser les besoins, et si possible, produire un surplus d’énergie à insuffler dans le réseau du village solaire.Armadillo Box possède une large surface de panneaux solaires, placés sur son toit, qui permettent l’approvisionnement en électricité de toute l’habitation, le fonctionnement d’un four, de 3 plaques de cuissons, d’un frigo, d’une machine à laver et sécher le linge, d’équipement HI-FI et multimédia (TV et PC). Les panneaux photovoltaïques produisent également assez d’électricité pour l’éclairage, la production de 40 % de l’eau chaude sanitaire. Quelques 3 m2 de panneaux thermiques assurent la production des 60 % d’eau sanitaire restant. Une machine compacte de type   » 3 en 1 « , installée dans le noyau technique, prend en charge la ventilation double flux, la pompe à chaleur d’air repris, le chauffage et le rafraîchissement sur l’air entrant, l’eau chaude des sanitaires, et la connexion solaire thermique.Le problème majeur des panneaux solaires photovoltaïques (PV) réside dans le fait que seulement 15 % de l’énergie captée est transformée en électricité, le reste étant rediffusé sous forme de chaleur (qui peut provoquer une montée de la température jusqu’à 80°C en été, en sous-face des panneaux). Cette montée en température provoque une chute notable de la productivité des panneaux. Dans un souci de régulation thermique et de préservation des performances des PV, il est donc nécessaire de remédier à cet inconvénient par des dispositions spatiales. Le bouclier high tech est surélevé par rapport au toit de l’enveloppe afin d’assurer une très bonne ventilation de l’arrière des panneaux. Ceci permet d’évacuer la chaleur produite et de maintenir une température de fonctionnement optimale des panneaux en fonction des conditions climatiques. Un système de brumisateur est prévu pour rafraîchir le comble de la surtoiture.  En octobre 2008, lors du dépôt de candidature, l’équipe d’Armadillo Box était la seule à décliner un projet qui associe habitat et transport et qui relève simultanément les défis énergétiques et climatiques. C’est maintenant chose faite sous la forme d’un ensemble de moyens de locomotion (vélo, scooter et voiture électriques, dont la recharge est assurée exclusivement par les modules photovoltaïques placés sur le toit de l’Armadillo Box par Ténésol, filiale du groupe Total, et Photo – watt. En effet, le bilan énergétique du pavillon intègre la consommation d’une voiture électrique qui ferait 14.000 km par an, soit beaucoup plus que la moyenne française.Si les deux roues sont déjà commercialisés, le choix s’est porté sur la C- Zen de Courb. Un prototype léger (500 kg) aux formes innovantes dues au designer industriel Boxer, conçu à partir de matériaux recyclables et doté de batteries lithium-ion. Petite urbaine, elle atteindre 90 km /h, elle affiche une autonomie de 160 km en cycle urbain, soit à 50 km/h et est équipée de technologies de pointe (radar de stationnement, géo-localisation du véhicule, affichage de la pression de pneu, alarme de dépassement de vitesse…). Un second véhicule électrique, la petite urbaine Think city que va bientôt distribuer Mobivia (ex Norauto) via sa filiale O2, sera également présent.

Nápévomó : architecture bioclimatique et high tech

Les instigateurs du projet Nápévomó sont des élèves-ingénieurs de l’école des Arts et Métiers ParisTech de Bordeaux. L’équipe s’est attachée la force de recherche des laboratoires de l’école d’ingénieur Arts et Métiers, du centre de ressources technologiques Ecocampus / Nobatek et du Laboratoire Trefle UMR 8508, spécialisé notamment dans les transferts énergétiques Elle s’est aussi alliée la créativité de l’architecte chilien Gonzalo Rodriguez, et le savoir-faire de quelques entreprises régionales, plutôt des PME, avec des savoir-faire pointus dans leurs domaines respectifs. L’ensemble de la maison est préfabriqué en atelier. Les solutions énergétiques mises en oeuvre dénotent une réflexion technique très avancée et un souci de limitation de l’impact environnemental (autre qu’énergétique et carbonique) : système de production d’énergie solaire par concentration et suivi 1 axe (micro-cogénération) ; système de chauffage-ventilation-rafraîchissement  » 3 en 1  » (VMC double flux thermodynamique) ; système passif de refroidissement d’air à matériaux à changement de phase ; toiture végétalisée légère et auto-irriguée ; système naturel de traitement des eaux usées par lombrifiltration ; système de domotique permettant une interface simple et transparente avec l’utilisateur ; solution complète d’isolation naturelle (fibre de bois et ouate de cellulose) ; construction bois 100 % pin maritime ; électroménager haute performance énergétique et usage de l’eau.  L’équipe s’est fixée comme ambition de remporter l’épreuve  » développement durable « , ce qui transparaît clairement dans les choix techniques. Ce projet  met en exergue plusieurs avancées technologiques :

  • utilisation d’un matériau à changement de phase, composé de paraffines, pour stocker la chaleur du jour et la restituer la nuit. En lissant les pics de température diurne ce matériau favorise ainsi le confort d’été et, couplé à un système de ventilation, il permet une réelle optimisation des échanges thermiques ;
  • production d’énergie solaire optimisée grâce à un capteur hybride innovant : le concentrateur cylindro-parabolique. Ce système de micro-cogénération permet la production simultanée d’électricité et d’eau chaude. Priorité est donnée à l’utilisation directe en chauffage de la production d’eau chaude solaire, une véritable avancée par rapport à l’utilisation actuelle du solaire qui se limite essentiellement à la production d’eau chaude sanitaire. La maison Nápévomó peut fonctionner en  » tout solaire « .

Son architecture bioclimatique est le premier élément de ce concept avec :

  • des ouvertures en lien avec la course du soleil de manière à favoriser la pénétration de la lumière naturelle (ouverture zénithale), et à permettre les gains en chaleur (grandes ouvertures en façade sud) ;
  • une toiture et un mur végétalisés auto-irrigués pour faciliter le rafraîchissement naturel de la maison et favoriser son confort d’été. L’irrigation se fait à partir de la récupération de l’eau de pluie et du recyclage naturel des eaux usées (par un procédé de lombrifiltration).

Bien que la technologie intégrée à Napevomo soit complexe et élaborée, la maison offrira à ses habitants un réel confort de vie grâce à une gestion facilitée par l’introduction de la domotique au quotidien de son utilisation. Pour exemple, la gestion des éclairages et la commande des persiennes sont entièrement automatisées.Par Marc Chabreuil

200.000 cartes de transport rechargeables sur les DAB ou Internet

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Autorité organisatrice des transports urbains de l’agglomération strasbourgeoise, la Communauté urbaine de Strasbourg regroupe 28 communes totalisant 458 000 habitants. Le réseau urbain est exploité par la CTS qui compte 5 lignes de tramway et 26 lignes de bus. Une sixième ligne de tramway est en construction, et une ligne de tram-train est en projet. Une douzaine de lignes interurbaines du Réseau 67, organisées par le Département du Bas-Rhin, pénètrent dans l’agglomération strasbourgeoise.  Jusqu’à la fin 2008, la CTS assurait l’exploitation d’une majorité de ces lignes. Elles sont désormais exploitées par la Compagnie des Transports du Bas-Rhin (CTBR), filiale de la CTS et d’autres transporteurs.Dès 1999, la Communauté urbaine et le Département ont, par voie de convention, convenu d’un système billettique commun. Le réseau urbain CTS est équipé du système billettique TIMS (Ticketing management System) depuis septembre 2000 pour la partie magnétique et depuis septembre 2004 pour la partie télébillettique. Conçue par EffiTIC, la solution TIMS équipe les lignes interurbaines desservant l’agglomération depuis septembre 2005. La carte Badgeo sert de support unique pour les abonnements urbains, interurbains et combinés interurbain + urbain. Aujourd’hui, environ 200 000 cartes Badgeo sont en circulation.

Première étape : le rechargement sur les DAB
Dans un premier temps, une extension du projet Système Billettique de Strasbourg, opérationnel depuis janvier 2008, a consisté à mettre en œuvre un serveur de rechargement de badges sans contact (smartcards) permettant l’écriture d’informations à distance et de façon sécurisée. Réalisé en collaboration avec le groupe Crédit Mutuel-CIC, ce projet avait pour objectifs principaux de faciliter l’accès au service en multipliant les points de ventes et en profitant du déploiement de distributeurs automatiques de billets (DAB) existants. Aujourd’hui, ce sont 135 DAB qui sont équipés pour recharger les cartes Badgeo. Lors de cette première phase, EffiTIC a assuré chaque étape du projet : l’étude, le prototypage, la réalisation, la mise en service, la garantie, le support à l’exploitation, les évolutions majeures, et la maintenance du système de rechargement de badges.Ce système est ouvert et peut s’interfacer avec les solutions d’autres opérateurs bancaires et d’autres réseaux de communication capables de gérer des transactions bancaires et de chargement de titres de transport. Par l’utilisation d’un protocole en voie de standardisation, le système peut étendre le service aux téléphones portables et à la vente via Internet.

Deuxième étape : le rechargement sur Internet
Après avoir ajouté les DAB dans la chaîne de vente du système billettique, la CTS décide de déployer ce même dispositif sur Internet. Pour ce faire, la possession d’un périphérique (lecteur de cartes) permettant de communiquer avec la carte de transport est un pré requis. EffiTIC a alors conçu  un serveur internet, dont le rôle est de piloter les équipements lors du processus de vente à distance via le serveur de rechargement déjà en place. Ces briques indépendantes s’interfacent avec le système central billettique TIMS.Depuis septembre 2009, les cartes e-Badgeo peuvent être rechargées via Internet. Dans un premier temps limité au réseau urbain pour les abonnés et l’achat de carnets de tickets, le système permet aux usagers de recharger leur carte, chez eux, via Internet, en toute sécurité. Ce rechargement nécessite un kit d’achat en ligne à brancher sur un port USB et d’une nouvelle carte Badgeo e-service, également à contact et au standard Calypso (type B’). Ce dispositif repose sur le même modèle que le rechargement des cartes sur automate bancaire, transposé à Internet. A ce jour, moins de 6 mois après la mise en place du système, 5% des chargements de forfaits mensuels sont effectués par le serveur de rechargement à distance.

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Les robots touchés par la vague verte

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Le concept de « Green Automation » couvre à la fois des systèmes d’automatisation moins gourmands en énergie et les techniques d’automatisation utilisées pour la fabrication de produits non polluants, économiques en ressources naturelles. Parmi les produits qui bénéficieront de ce label lors du salon Automatica, en juin prochain, le produit vedette sera sans nul doute le robot sur câble IPAnema, mis au point par l’Institut Fraunhofer pour les techniques de production et l’automatisation (IPA) qui devrait jouer à l’avenir un rôle clé lors de l’assemblage de centrales solaires de grande envergure. Parmi ceux-ci, citons le projet du consortium Desertec qui prévoit des installations de production d’énergie solaire en Afrique de Nord. Une telle installation thermique serait composée de plusieurs champs de capteurs solaires dont chaque miroir parabolique couvre une surface supérieure à un kilomètre carré. Mais comment installer des milliers de miroirs paraboliques dans le désert ?

Des robots au service des projets verts…
A ce jour, il n’existe aucune possibilité d’automatisation pour un tel volume et pour la mobilité demandés. Le robot sur câble dont le prototype a été baptisé IPAnema pourrait apporter une solution. Le directeur de l’institut, le Prof. Dr.-Ing. Alexander Verl lui accorde les meilleures chances :  » Le robot sur câble est capable d’effectuer les mêmes tâches qu’une grue et de transporter des éléments de construction de grande dimension. Toutefois, il est  bien plus rapide, plus précis et surtout entièrement automatisable. En raison de sa construction extrêmement légère, il est très mobile et peut couvre un vaste rayon d’action. « vidéoÀ la base de la nouvelle cinématique de ce robot, des câbles entraînés au moyen de plusieurs treuils qui déplacent dans l’espace un plateau, un bras ou tout autre élément. Sur le robot IPAnema qui sera exposé sur le salon Automatica, de 1 à 7 ou 8 treuils actionnés par une commande numérique peuvent entrer en action. Ils ont été conçus pour effectuer des mouvements hautement dynamiques et autorisent des vitesses de déplacement pouvant atteindre 10 m/s ainsi que des accélérations jusqu’à 10 g. Pour ce faire, il est possible de régler avec précision la longueur du câble grâce à un système de mesure absolue intégré au treuil. Le système de commande comprend une commande CNC spécialement conçue pour les robots et fonctionne en parallèle avec une commande par programme enregistré en temps réel. Le rayon d’action du robot dont la charge peut atteindre plusieurs tonnes par câble, peut couvrir une espace de 100 x 100 x 30 m. Pour sa part, la société VMT, appartenant au groupe Pepperl + Fuchs, s’est intéressée à l’énergie éolienne. L’entreprise a développé un système complet de robots sur rail destinés à affûter et à peindre les pales des éoliennes qui peuvent atteindre 70 m de long et qui, jusqu’à présent, étaient nettoyées et peintes à la main. Pour ce faire, VMT a monté 2 robots sur chacun des deux axes linéaires, l’un se chargeant du décapage de la pale au moyen d’un système de jet de sable sous vide, l’autre étant responsable du laquage. Le mesurage en ligne est effectué par deux systèmes de mesure du temps au laser fixés sur le robot de nettoyage. De cette façon, le rail du robot est capable de s’adapter aux torsions et fléchissements de l’aile.

… Mais aussi moins gourmands en énergie
La branche robotique Motoman de la société Yaskawa, s’est elle attachée à réduire les dimensions des robots et les rendre moins gourmands en énergie durant les pauses de production. La réduction de la taille de ces engins de manipulation a pour conséquence des robots plus compacts qui nécessitent une surface au sol plus faible. Les installations de production où le robot à bras coudé commute en mode économie d’énergie pendant les temps morts du processus industriel économisent jusqu’à 30 % d’énergie électrique. Grâce à cette alternance, les installations Motoman économisent de l’argent et contribuent par la même occasion à la protection de l’environnement.Quant au robot parallèle 4 axes Quattro s650H de la société Adept, il a été spécialement conçu pour accomplir des tâches ultra-rapides dans l’industrie de l’emballage et dans l’industrie solaire. En raison de son extrême rapidité et de son faible coût en énergie, ce robot à 4 axes baisse les coûts revenant au propriétaire du processus de production industrielle. Selon les informations communiquées par l’entreprise, il consomme 25 à 35 % moins d’énergie comparé aux autres robots de sa catégorie. Comparé à un robot 6 axes, l’Adept Quattro s650H atteint même des économies d’énergie allant jusqu’à 45 %.Enfin, le fabricant de robots Kuka joue, lui, sur les deux tableaux. Il a non seulement conçu sa production dans le souci du respect de l’environnement, mais il a aussi mis au point systématiquement des produits qui fonctionnent tout en économisant les ressources naturelles. Il a concentré ses efforts sur la consommation d’énergie, la consommation de lubrifiants et la longévité de ses robots. Un indicateur d’efficacité énergétique est le rapport entre le poids propre du robot et sa charge : moins il doit déplacer et transporter de matériaux, moins il doit consommer d’énergie. Le robot 7 axes Kuka LBR est un exemple révélateur de ce principe, puisqu’il affiche un rapport de 2 contre 1 entre le poids propre et la charge. Kuka présentera au salon une commande qui permet de mettre les robots hors tension durant les pauses, à l’image des automobiles dont le moteur se coupe automatiquement à l’arrêt.Par Marc Chabreuil

Une hydraulienne qui prend en compte la maintenance

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Les turbines sous-marines ou hydroliennes constituent une solution au problème de la fourniture d’une énergie renouvelable qui soit prévisible, économique et présentant un impact visuel minimal sur l’environnement. C’est le cas de la Rotech Tidal Turbine (RTT) dont un prototype de 1 MW se trouve actuellement dans ses dernières phases de construction et produira suffisamment d’électricité pour alimenter environ 800 foyers. Le système de commande et l’équipement hydraulique ont été assemblés et testés et le générateur synchronisé avec un réseau électrique simulé. L’étape suivante est un essai à vide complet.Turbine bi-axiale à axe horizontal logée dans une tuyère Venturi,  la RTT comprend une cassette centrale amovible contenant le générateur, la pompe hydraulique à cylindrée fixe en ligne, le frein de Wichita (Altra Industrial Motion Inc.) et les moteurs. Une conception qui facilite la maintenance. Afin de maximiser l’efficacité du flux à travers la turbine, le générateur d’électricité est monté à l’extérieur du tube de courant. La pompe hydraulique entraîne le générateur par l’intermédiaire de deux moteurs hydrauliques à plateau oscillant dans un système en boucle fermée. Le frein constitue un élément capital de la conception de la cassette centrale, permettant à celle-ci d’être fabriquée, manipulée et installée en toute sécurité tout en étant séparée du tube environnant et de la fixation au fond marin. Il constitue un mécanisme d’arrêt complet pour empêcher l’arbre central et les aubes de tourner durant la construction, l’installation et la maintenance. Le montage en ligne avec l’arbre impose un diamètre maximum dicté par le moteur de la pompe hydraulique. Une dimension restreinte qui exige du frein qu’il fournisse une force de freinage extrêmement élevée dans un espace limité.

Un frein entièrement dynamique
Le frein assure également une fonction d’arrêt d’urgence et doit être assez puissant pour pouvoir arrêter la turbine en quelques secondes lorsqu’elle fonctionne à pleine vitesse, et ceci, de manière répétée. Il reste actionné quand la puissance hydraulique n’est pas fournie. Il s’agit d’un frein entièrement dynamique qui assure la protection à la fois de l’installation et des personnes qui travaillent autour. Wichita a collaboré étroitement avec l’équipe d’ingénieurs de Rotech afin de créer une solution convenant à ce type d’application. Martin Graham, l’ingénieur chargé du projet déclare : « Le défi auquel nous étions confrontés était de trouver un système de freinage qui puisse supporter les rigueurs uniques de toute une durée de vie en service sous la mer. »  Le produit fourni n’était pas un produit sur stock bien que basé sur une technologie Wichita existante, notamment le modèle T8000 développé pour des solutions similaires. Le modèle de base est un frein à bain d’huile extrêmement compact par rapport à sa puissance de freinage et constitue par conséquent une solution idéale pour le module RTT car il peut être monté en ligne avec l’arbre mais réduire le courant à travers la turbine, maximisant ainsi le rendement générateur de celle-ci. Grâce à des garnitures cellulosiques, combinées à un grand volume d’huile de refroidissement dans le carter, l’unité est en mesure de dissiper environ 13  mégajoules d’énergie de freinage. Le frein est capable de fournir un couple de freinage dépassant un million de Newton-mètres. Un système d’étanchéité innovant a été développé par Rotech spécialement pour cette application afin d’équilibrer la pression d’huile dans l’unité et de s’harmoniser avec la conception de la cassette qui comporte uniquement un joint dynamique sur l’ensemble de l’arbre, y compris le système de palier. 

Tera 100, le supercalculateur le plus puissant d’Europe

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Destiné à garantir la fiabilité des armes de la dissuasion nucléaire, le supercalculateur Tera 100 a été mis sous tension fin mai 2010, quelques semaines seulement après le début de son installation en mars. Il est constitué de 4.300 serveurs de type bullx série S, annoncés par Bull en avril dernier et intègre 140.000 cœurs Intel Xeon série 7500, pour 300 To de mémoire centrale. Il  disposera d’une capacité totale de plus de 20 Po de stockage. En outre son débit de 500Go/sec constitue un record du monde pour ce type de système.Tera 100 offre une capacité de calcul exceptionnelle. A titre de comparaison, la machine peut réaliser plus d’opérations en une seconde que ce que la population mondiale ferait en 48 h, à raison de 1 opération/sec/personne. C’est aussi une capacité de transfert d’information équivalente à 1 million de personnes regardant en même temps des films HD ou une capacité de stockage équivalente à plus de 25 milliards de livres. » La mise sous tension de Tera 100 constitue un important succès industriel. Elle valide pleinement le partenariat industrie et recherche que le CEA et Bull ont su développer, partenariat dont les bénéfices iront sans délais à toute la communauté scientifique et industrielle européenne « , déclare Jean Gonnord, chef du projet simulation numérique et informatique du CEA.  Car,  » fondamentales dès aujourd’hui pour des applications comme celles du CEA, ces technologies le sont également pour la conception des centrales numériques du futur et des grands cloud computing. C’est pourquoi la maîtrise des technologies pétaflopiques est un atout majeur pour la France et pour l’Europe,  » souligne Philippe Miltin, Vice‐Président de la Division Produits et Systèmes de BullLe programme Tera 100 associe étroitement Bull et le CEA dans la conception et le développement des nouvelles technologies de l’Extreme Computing. Pour répondre aux besoins du CEA, le supercalculateur se distingue à la fois par sa capacité à exécuter un large spectre d’applications, par un juste équilibre entre puissance de calcul et flux de données, et par sa tolérance aux pannes. Véritable système généraliste de haute productivité, Tera 100 est développé autour de l’architecture et de technologies Bull intégrant une vaste suite de logiciels ouverts, et des plus récents processeurs d’Intel.Bull a notamment apporté son savoir‐faire dans la conception et la production de serveurs haute performance ainsi que pour la réalisation de logiciels nécessaires à l’exploitation de grands systèmes. Le CEA apporte en particulier son expertise en matière de spécifications, d’architecture informatique, de développements logiciels ainsi que sa maîtrise des infrastructures des grands centres de calcul. Plusieurs centaines d’ingénieurs et de chercheurs de très haut niveau sont ainsi mobilisés dans ce projet.Par rapport à Tera 10, mis en production en 2005, Tera 100 est 20 fois plus puissant, occupe le même emplacement au sol et son rendement énergétique est multiplié par 7. Quelques mois après la désignation aux Etats‐Unis de bullx comme meilleur super calculateur au monde, Tera 100 confirme ainsi la maîtrise technologique acquise par Bull et le savoir‐faire du CEA dans les infrastructures complexes pour le Calcul Haute Performance. Le succès de Tera 100 souligne également la position de premier plan acquise dans le Calcul Haute Performance par les architectures à base de composants standards, en particulier celles associant processeurs Intel Xeon, système Linux et logiciels Open Source.

La simulation numérique prédit les défauts des cloches

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Implantée dans la Manche à Villedieu-les-Poêles, la fonderie Cornille Havard fabrique des cloches de petite et moyenne taille (jusqu’à 5 t) en alliage de bronze CuSn22. Son savoir-faire repose en partie sur un principe de coulée dit « inversé » conférant aux cloches une meilleure qualité dimensionnelle, métallurgique et acoustique. Le fondeur, qui souhaite élargir son marché à des cloches de très grande taille (10 tonnes), a fait appel au Centre Technique des Industries de la Fonderie (CTIF) pour son expertise et ses moyens de simulation numérique. Objectif : mieux appréhender les conditions de coulée et de solidification, et limiter les risques de non qualité.Pour ce faire, CTIF a procédé à des essais de laboratoire, consolidés par des méthodes numériques, afin de déterminer les propriétés thermo-hydrauliques de l’alliage de bronze CuSn22. Pour affiner et valider la base de données matériau, la Fonderie de Cloches de Cornilles Havard a instrumenté et coulé une cloche de taille moyenne (400 kg) dans les conditions réelles de fabrication. Le moule de cloche a été équipé de 13 thermocouples reliés à une centrale de mesure qui ont permis d’étudier et de mettre en évidence l’évolution des températures et les temps de remplissage, les phases de solidification et de refroidissement de l’alliage ou encore les échanges thermiques entre l’alliage et les différents milieux constituant le moule.

Des fonctionnalités d’autocorrection qui améliorent la précision des résultats
Ensuite, par comparaison avec les relevés de températures, CTIF a calibré la réponse de l’outil de simulation QuikCAST d’ESI Group. Cet outil répond aux besoins de toute fonderie par la modélisation du remplissage de moule, de la solidification du métal et des défauts associés. Le logiciel permet aussi de calculer les tirs de noyaux et l’injection semi-solide qui sont le fruit de projets et de collaborations avec les industriels spécialisés dans le domaine. Il se base sur une méthode aux différences finies avec des fonctionnalités d’autocorrection améliorant ainsi la précision des résultats.Les résultats obtenus ont clairement démontré la validité de la démarche de caractérisation de la coulée de cloches. L’utilisation des outils de simulation permet aujourd’hui d’envisager l’étude des systèmes de remplissage et de masselottage pour la production de cloches de très grande dimension. De futurs travaux sur la prise en compte de la microstructure et des défauts de porosité permettront d’avoir une meilleure connaissance des propriétés mécaniques des cloches et de leur réponse acoustique.Marc CHABREUIL

Le synchrophaseur, la nouvelle arme du smart grid

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Source : http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/63472.htm

99.7% du temps le réseau de transmission fonctionne parfaitement et l’électricité est délivrée selon les besoins. Mais que se passe-t-il pour les 0.,3% du temps restant lorsque le réseau tombe en panne ? Les coupures et fluctuations de courant aux USA coûtent 150 milliards de dollars chaque année, dont 33% sont dus aux coupures totales, et 66% aux interruptions momentanées [1]. Depuis 40 ans, cinq grands black-outs ont eu lieu et parmi eux, trois se sont passés dans la dernière décennie. Cette recrudescence s’explique par une demande grandissante. Depuis 1982 le pic de demande a toujours excédé de 25% l’augmentation des capacités de transmission. De plus on s’attend à ce que cette demande en électricité double dans les 20 prochaines années. Dans ces conditions de stress habituel sur les lignes de courant, il devient essentiel de maîtriser et d’optimiser au maximum les flux sur le réseau. Mais comment y parvenir lorsqu’on sait que le réseau électrique est âgé de plus de 50 ans ?

Cartographier le comportement des lignes de transmission et le réseau de distribution en temps réel

Une des solutions pour rendre le réseau plus fiable est l’ajout de synchrophaseurs appelés également Phase measurement units (PMU) [2]. Placés à l’intersection des lignes de transmissions et sur une partie du réseau de distribution, les PMU permettent de mesurer la phase du courant 30 fois par seconde, soit une fréquence 120 fois supérieure aux systèmes actuels. A l’aide d’un système GPS, les informations récoltées sont alors comparées entre elles, permettant de tracer une carte en temps réel des phases du réseau électrique. Grâce à ces données, il est possible d’estimer le stress sur le réseau et de synchroniser les lignes de transmissions entre elles. Ce système devrait également permettre d’estimer les risques de panne et d’éviter les coupures de courant à grande échelle, de parvenir à une meilleure optimisation des lignes de transmission, de faciliter l’intégration des sources d’énergie intermittentes et enfin, d’améliorer la sécurité sur le réseau.

Un programme soutenu par les institutions fédérales

Afin d’accélérer et de cadrer le déploiement des synchrophaseurs, la North american synchrophasor initiative (NASPI) [3] a été mise en place. La NASPI est une collaboration entre le US department of energy (DoE), la North american electric reliability corporation (NERC) ainsi que plusieurs distributeurs, centres de recherche et industriels. Grâce à la NASPI plusieurs projets ont pu voir le jour. Le DoE a ainsi attribué une bourse de 53,9 millions de dollars pour lancer le Western interconnection synchrophasor program. Neuf autres partenaires ont également investi dans le projet, rassemblant un total de 107,8 millions de dollars. Le programme, mené par le Western electricity coordinating council (WECC) qui gère la sécurité et la robustesse du réseau électrique pour 11 états de l’Ouest, devrait permettre d’économiser près de 2 milliards de dollars dans les 40 prochaines années, selon les prévisions. Depuis son lancement 137 PMU ont été installés [4].

Un déploiement encore à ses débuts

A l’heure actuelle, grâce aux PMU installés, les distributeurs sont parvenus à améliorer la compréhension et le contrôle en temps réel de l’état du réseau. Cependant seul le distributeur Southern California Edison a mis en place un véritable système opératoire automatisé. Par ailleurs, il est bon de noter que la Chine reste le meneur dans cette industrie avec plus de 1.000 unités déjà déployées. Pour comparaison les USA disposent actuellement de seulement 250 unités. [5]

 

Source : BE Etats-Unis numéro 209 (28/05/2010) – Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT –  http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/63472.htm

– [1] Understanding the Cost of Power Interruptions to U.S. Electricity Consumers, KH LaCommare and J.H. Eto, technical report LBNL-55718, September 2004
– [2] Phase Measurement Unit sur Wikipedia : http://en.wikipedia.org/wiki/Phasor_measurement_unit
– [3] Site officiel de la NASPI : http://www.naspi.org/
– [4] Une carte des PMU installés dans la Western Interconnection est disponible à l’adresse 
– [5] Une carte des PMU installés sur l’ensemble du territoire américain est accessible à cette adresse 

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Premier bâtiment administratif passif de France

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Le secteur du bâtiment est responsable de 42 % des consommations d’énergie et de 20 % des émissions de gaz à effet de serre en France. Le Conseil Général des Vosges, ayant à gérer un parc immobilier de près de 500.000 m², a décidé de s’investir afin de réduire sa facture énergétique et de participer à la préservation de l’environnement. Ainsi il vient de prendre livraison d’un bâtiment passif, le premier du genre pour une administration en France.Pouvant accueillir 60 personnes sur une superficie de 1.659 m², le bâtiment situé à Epinal consommera seulement 15 kWh/m²/an en chauffage, soit 1,5 l de mazout. Ainsi la consommation a été divisée par 10 par rapport aux bâtiments existants dont la consommation moyenne avoisine les 200 kWh/m²/an. Sa consommation énergétique totale sera inférieure à 65 kWh/m²/an. Tout a été pensé pour réduire au maximum la consommation en énergie du bâtiment. Ce dernier est sur-isolé par rapport aux bâtiments traditionnels : les murs comprennent 30 cm d’isolant contre une dizaine pour un bâtiment respectant la réglementation en vigueur. Le sol du bâtiment est lui aussi isolé par 20 cm de polystyrène. Les vitrages ont une résistance thermique deux fois supérieure à celle d’un double vitrage classique. A cela s’ajoute un puits canadien relié à une centrale de traitement de l’air double flux (VMC) ce qui permet un renouvellement d’air optimal, été comme hiver. Aucune climatisation (grande consommatrice d’énergie) n’a été installée dans ce bâtiment. Les besoins en fraîcheur se font en utilisant l’eau de la nappe phréatique. Cette eau est prélevée à quelques mètres de profondeur, puis passe dans un ballon échangeur de chaleur et est ensuite réinjectée dans la nappe.Lauréat du projet PREBAT (Programme de Recherche et d’Expérimentation sur l’Energie dans les Bâtiments), ce bâtiment permettra à l’Ademe, grâce à des compteurs installés dans le bâtiment, de vérifier l’exactitude des calculs et de les confronter à la réalité. Car souvent des chiffres sont avancés dans les communiqués et autres présentations de projet sans pouvoir en vérifier la véracité. Ce sont les scientifiques du CETE Est (Centre d’Etudes Techniques de l’Equipement, un service extérieur du Ministère de l’écologie), qui ont en charge de récolter les données et pourront ainsi valider les techniques utilisées pour la construction de ce bâtiment et établir les nouvelles normes énergétiques du futur.Par Marc Chabreuil

Amplifier les impulsions térahertz grâce à la commutation de gain

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Le térahertz est une partie du spectre pauvre en sources et détecteurs, notamment à des puissances élevées. C’est pourquoi des physiciens du laboratoire Pierre Aigrain de l’ENS, en collaboration avec le laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques et l’université de Leeds ont mené des recherches pour mettre au point un amplificateur.  « Pour créer un amplificateur, on peut songer à utiliser les lasers à cascade quantique térahertz, qui présentent un gain important à ces fréquences. Cependant, le gain obtenu est toujours limité, bloqué au niveau des pertes de la cavité laser », explique Jérôme Tignon, enseignant-chercheur, qui a dirigé le projet avec le chercheur Sukhdeep Dhillon. Lorsqu’un laser fonctionne en régime stationnaire, il n’est pas possible de tirer profit de tout le gain disponible pour une amplification optimale. Or, contrairement à ce qui peut se faire en optique, il est très difficile de réaliser dans le domaine térahertz des traitements antireflets de qualité pour éliminer les réflexions dans la cavité et supprimer les oscillations laser.« Le phénomène de blocage du gain n’intervient qu’en régime stationnaire, poursuit-il. Nous avons donc eu l’idée d’utiliser un commutateur très rapide pour déclencher le laser. » Le commutateur est ouvert une picoseconde avant l’arrivée de l’impulsion térahertz que l’on souhaite amplifier. Si la synchronisation est bien réalisée, l’oscillation laser n’a pas le temps de s’établir avant l’arrivée de l’impulsion et l’énergie stockée sert intégralement à amplifier le signal. Dans la pratique, l’impulsion effectue quelques allers-retours dans la cavité laser (par réflexion sur les miroirs), ce qui augmente d’autant le gain de l’amplification et a permis d’obtenir un facteur 400 après 7 passages.

© D. Darson, ENS
Spintronique, imagerie et étude des supraconducteurs
« D’un point de vue fondamental, c’est un résultat très intéressant, commente le chercheur. La commutation de gain était connue, mais dans un autre contexte. Dans la pratique, cela permet de disposer d’impulsions térahertz amplifiées pour une utilisation en laboratoire et éventuellement des dispositifs à venir. » Pour le laboratoire, ces résultats permettent de mieux comprendre le laser à cascade quantique et de continuer à améliorer ces dispositifs. Dans le cadre de projets térahertz, les chercheurs pourront profiter de cet amplificateur en spintronique, en imagerie ou encore pour l’étude des supraconducteurs ou des composés chimiques. « Cela servira aussi à d’autres chercheurs, mais l’amplificateur ne peut pour l’instant pas sortir du laboratoire car il doit être employé à basse température », précise-t-il. Cet amplificateur constitue une avancée importante dans le domaine du térahertz. Un autre groupe de chercheurs avait tenté d’obtenir un résultat semblable, en modifiant la cavité du laser, mais l’amplification n’était pas importante et le mode d’émission était affecté. « La plus grande difficulté a été de trouver l’idée et les bonnes conditions pour sa mise en pratique. C’est un travail d’équipe, avec des collaborations efficaces », insiste Jérôme Tignon. « D’un point de vue technique, il faut envoyer une impulsion térahertz dans le guide laser, c’est une manipulation délicate. Il faut aussi réussir à synchroniser le commutateur ultra rapide. » CGLes labo impliqués   – Laboratoire Pierre Aigrain, UMR 8551 :
  • ENS Paris
  • CNRS
  • UPMC
  • Université Paris Diderot
– Laboratoire Matériaux et phénomènes quantiques, UMR 7162 :
  • Université Paris Diderot
  • CNRS
  • School of Electronic and Electrical Engineering, University of Leeds, Leeds, UK
En savoir plus : www.cnrs.fr    

Sommaire cahier térahertz
A la Une :
  • « Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »
  • « Le térahertz suscite beaucoup d’enthousiasme car il faut tout inventer »
Comprendre :
  • Le térahertz décrypté
  • Sources et détecteurs aux fréquences térahertz
Dans les labos :
  • Amplifier les impulsions térahertz grâce à la commutation de gain
  • Dotfive, objectif 0.5 térahertz

« Le térahertz suscite beaucoup d’enthousiasme car il faut tout inventer »

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Chargé de recherche CNRS au laboratoire d’optique et biosciences de l’Ecole Polytechnique, Guilhem Gallot développe de nouveaux outils pour étudier les systèmes biologiques grâce au rayonnement térahertz. Responsable du réseau Téranaute, c’est un observateur privilégié d’un secteur en pleine évolution. 

Techniques de l’ingénieur : Pourquoi s’intéresse-t-on au térahertz en ce moment ?
Guilhem Gallot : On a progressé technologiquement et on commence donc à disposer de sources et de détecteurs. Techniquement, cela a été très difficile. Les techniques des micro-ondes et des hyperfréquences donnent des rendements très mauvais dans cette gamme de fréquences et l’optique ne fonctionne pas. Depuis une quinzaine d’années, des outils ont émergé, mais ils restent encore principalement destinés aux laboratoires. C’est un domaine qui suscite beaucoup d’enthousiasme en ce moment car il faut tout inventer. Par ailleurs, les applications dans le domaine de la sécurité ont tendance à tirer le secteur.

Quelles sont les applications dans ce domaine ?
A la limite du térahertz (100 gigahertz), les scanners corporels dans les aéroports se développent. L’eau du corps absorbe le rayonnement et les vêtements sont pratiquement transparents, les objets apparaissent donc visibles. Cela permet par exemple de voir une arme. En spectroscopie, on peut détecter à distance des toxines ou des explosifs. Un centre de tri postal à Tokyo utilise le térahertz dans ce but.

Plus largement, quelles sont les applications du térahertz ?
En physique fondamentale, ce qui est fait dans les micro-ondes et les ondes visibles peut se faire dans le térahertz. On peut notamment effectuer de la spectroscopie sur un grand nombre de systèmes, des protéines par exemple. Cela intéresse la physique, la physico-chimie et même la biologie. Cela reste pour l’instant surtout cantonné au domaine académique, à part l’exemple du tri postal de Tokyo. Beaucoup de recherches sont en cours sur ce type de procédés.Des fabricants de lasers commencent à commercialiser des sources pour la spectroscopie. Ils sont principalement vendus à des laboratoires mais ce sont des systèmes clés en main qui n’intéressent pas uniquement les laboratoires de physique ou de chimie. Ces spectroscopes térahertz commencent à se démocratiser.En astronomie, on cherche à construire des détecteurs embarqués dans des satellites pour étudier la cartographie du ciel et le rayonnement cosmique. C’est aussi un grand sujet de recherche.Beaucoup de travaux de recherche concernent le domaine médical. Par exemple, un système est testé au Royaume-Uni pour le diagnostic du cancer de la peau. Les cellules saines de la peau n’absorbent pas de la même façon les rayonnements que les cellules cancéreuses qui contiennent plus d’eau. Dans le secteur des télécoms, les ondes térahertz peuvent augmenter les capacités de communication. Des systèmes mélangeant térahertz et optique sont mis au point pour la fibre optique. Quelques papiers importants sont parus sur ce sujet. C’est peut-être ce qui permettra un passage à une industrialisation. Nous sommes à la recherche d’une application qui pousse les grands groupes à fabriquer du matériel. C’est encore une période de transition pour le térahertz.

Ci-dessus : Détection d’imperfections de la dent ex vivo, 13x9mm – © CPMOH -P. Mounaix & E. Abraham
Les ondes térahertz sont-elles nocives ?
Nous n’avons pas encore beaucoup d’informations sur la nocivité. L’énergie du photon est comparable à ce que l’on reçoit par rayon thermique dans une pièce à 20 °C. De plus, il n’y a pas de nocivité intrinsèque du photon. L’effet d’échauffement est très faible pour des sources conventionnelles. Par rapport aux rayons X, c’est complètement différent. Ce serait une bonne chose que des études systématiques soient faites pour confirmer cela, même si je suis très optimiste sur les résultats.

Sur quels sujets de recherche travaillez-vous au CNRS ?
Je travaille notamment sur la microscopie liée au rayonnement térahertz. Si on rajoute des ions (potassium, sodium), cela modifie la façon dont l’eau absorbe le rayonnement, ce qui permet d’étudier les neurones. En effet, la transmission de l’information nerveuse se fait à l’aide de concentrations localisées en ions, les axones étant constitués notamment de potassium et de sodium. On peut donc observer au microscope térahertz sans colorants ni électrodes. Cela peut contribuer à valider un modèle lié à l’IRM fonctionnel.

Vous êtes actif au sein du réseau Téranaute. De quoi s’agit-il ?
Téranaute est un groupe au sein de l’association Armir, qui réunit huit réseaux ayant des thématiques différentes. Le but d’Armir est de favoriser les partenariats entre les entreprises et les laboratoires de recherche. L’association existe depuis une vingtaine d’années, mais le groupe Téranaute s’est ouvert il y a un an. Téranaute avait au départ été lancé il y a cinq ans au sein d’Ecrin (association d’interface recherche / entreprise), fondée par le CNRS et le CEA.

Qui sont les membres de Téranaute ?
Des universitaires qui s’intéressent au térahertz, des chercheurs du CNRS ou encore des entreprises, principalement de grands industriels comme Airbus. Certains réalisent des recherches comme Thales, d’autres font de la veille technologique comme la DGA. Propos recueillis par Corentine Gasquet ParcoursGuilhem Gallot travaille au CNRS depuis 1999, tout d’abord dans le domaine de la physico-chimie ultra-rapide, puis depuis 2005 sur la spectroscopie et l’imagerie térahertz. Il développe de nouveaux outils pour étudier les systèmes biologiques grâce au rayonnement térahertz. En particulier, un nouveau type de microscope basé sur l’absorption sélective des ions en solution a été découvert pour l’étude des neurones. Il est également responsable du groupe Téranaute au sein de l’association Armir.   

Sommaire cahier térahertz
A la Une : 
  • « Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »
  • « Le térahertz suscite beaucoup d’enthousiasme car il faut tout inventer »
Comprendre :
  • Le térahertz décrypté
  • Sources et détecteurs aux fréquences térahertz
Dans les labos :
  • Amplifier les impulsions térahertz grâce à la commutation de gain
  • Dotfive, objectif 0.5 térahertz

Les solitons dissipatifs, clé du stockage de l’information à ultra-haut débit

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Des chercheurs du service OPERA, en Faculté des Sciences appliquées de l’Université Libre de Bruxelles (ULB), ont conçu et réalisé un prototype de mémoire tampon optique, simple et ultrarapide, composée d’une simple fibre optique bouclée sur elle-même. Dans cette boucle, de l’information codée circule sous forme d’impulsions lumineuses. Le codage binaire est réalisé en associant les 1 et les 0 respectivement à la présence et à l’absence d’impulsions. Ces impulsions sont particulières dans la mesure où leur durée n’est que de quelques picosecondes et qu’elles résultent d’un processus d’auto-structuration complexe, raison pour laquelle elles portent le nom de « soliton dissipatif » ou « soliton de cavité ».

Les résultats obtenus par ces chercheurs constituent une première étape dans le développement d’une nouvelle technique de stockage de l’information à ultra haut débit dans les systèmes de télécommunications.

Le principe

Le fonctionnement de cette mémoire tampon optique est basé sur une propriété remarquable des impulsions lumineuses de type soliton : celle de conserver leur forme au cours de leur propagation au sein d’une fibre optique. Ces impulsions peuvent, au sein d’une fibre, parcourir sans déformation une distance quasi illimitée. Ceci est remarquable, car une impulsion lumineuse brève traditionnelle (flash de lumière de quelques picosecondes) envoyée dans une fibre optique s’étale toujours dans le temps en raison du phénomène de dispersion chromatique inhérent à la propagation en milieu matériel. Cet étalement est fortement dommageable pour les applications aux télécommunications, car il perturbe, voire détruit, l’information codée par les impulsions. Mais si une impulsion a une intensité suffisamment élevée, elle modifie sur son passage l’indice de réfraction du milieu dans lequel elle se propage. Dans ces conditions, il est possible de donner à l’impulsion une forme bien précise qui est telle que la modulation de l’indice de réfraction compense exactement l’effet de la dispersion chromatique. Ceci résulte en une impulsion se propageant sans distorsion, c’est-à-dire, un « soliton optique ». De façon remarquable ces impulsions « soliton » se forment spontanément dans le dispositif de fibre en boucle étudié à l’ULB.

Le processus d’autostructuration qui est mis en œuvre trouve son origine dans le principe de formation de « structures dissipatives », le concept physique introduit par Ilya Prigogine et pour lequel il reçut le prix Nobel en 1977. Cette étude s’inscrit donc de façon très générale dans la lignée des travaux fondamentaux, entrepris par l’Ecole de Prigogine sur les systèmes dissipatifs. Elle se base notamment sur un modèle théorique développé par René Lefever, à la fin des années 1980, pour décrire les cavités optiques non linéaires. L’étude ultérieure de ce modèle par Mustapha Tlidi a montré l’existence dans ces cavités de solutions localisées autostructurées, ce qui indiquait indirectement la possibilité de faire circuler des impulsions « solitons » dans une cavité optique fibrée. Les travaux qui font l’objet de la publication de Nature Photonics ont permis de confirmer expérimentalement ces prédictions théoriques.

Prochaine étape : la miniaturisation sur une puce en silicium

La mémoire tampon étudiée par les chercheurs de l’ULB, est essentiellement constituée d’une boucle de fibre optique refermée sur elle-même au moyen d’un dispositif appelé coupleur. Le coupleur possède une entrée par laquelle la lumière peut être injectée dans la boucle et une sortie par laquelle une fraction de la lumière circulant dans la boucle peut être récupérée. Une telle boucle est appelée « cavité optique » par la communauté des physiciens, car la lumière peut parcourir la boucle un très grand nombre de fois avant d’en ressortir. Les pertes subies par une impulsion soliton lors de la propagation dans cette cavité optique (qui pour l’essentiel sont causées par la sortie de lumière au niveau du coupleur) sont compensées par une onde continue injectée en permanence à l’entrée. Cette compensation assure la persistance de l’impulsion sur un nombre de tours a priori illimité ; un soliton optique, une fois formé dans la cavité y circulera donc indéfiniment.

Du point de vue des applications, on peut imaginer créer une séquence de solitons optiques codant un message, l’injecter dans la boucle, et la récupérer inchangée, à tout moment, ultérieurement. On réaliserait de cette manière une « mémoire optique » qui permettrait de remplacer les mémoires électroniques qui sont utilisées actuellement et qui ont des capacités beaucoup plus faibles que ce que l’optique permet. Effectivement, dans le contexte du traitement tout optique ultra rapide du signal, il est important de disposer de mémoires et de délais capables de travailler à des cadences très élevées. En plus de sa grande capacité, la mémoire tout optique mise en œuvre au laboratoire OPERA n’est pas sujette à l’accumulation de bruit (parasite se rajoutant au signal), contrairement aux dispositifs concurrents qui sont soumis à l’accumulation progressive de bruit détruisant l’information et limitant, de ce fait, la durée maximale de stockage.

Les résultats expérimentaux obtenus récemment sont le fruit d’une succession de travaux et de collaborations, ayant débuté par l’étude fondamentale des propriétés d’une cavité optique non linéaire fibrée, au sein du Pôle d’Attraction Interuniversitaire, « photonics@be », programme de recherche financé par la Politique scientifique fédérale belge BELSPO, et développé grâce au soutien récurrent des différents fonds du FRS-FNRS. Le savoir-faire acquis dans ce cadre a récemment permis de s’attaquer à l’objectif plus ambitieux de générer des solitons de cavité.

Bien qu’elle constitue une étape importante, cette démonstration de principe n’est pour OPERA qu’un premier pas dans le développement des mémoires optiques à soliton de cavité. L’étape suivante consistera, entre autres, à miniaturiser le dispositif, par exemple sur une puce en silicium compatible avec d’autres dispositifs de traitement optique de l’information.

Des indicateurs pour évaluer la zone d’influence d’un site de compostage

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Afin d’évaluer la sphère d’influence d’une plate-forme de compostage, il est nécessaire de mieux caractériser les bioaérosols émis sur les sites de compostage mais également, d’évaluer leur dispersion. Pour ce faire, il est nécessaire de différencier les micro-organismes présents naturellement dans l’air ambiant, de ceux liés au phénomène de compostage. Des chercheurs du laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement de l’Inra de Narbonne, en partenariat avec l’Ademe et Véolia Environnement, se sont intéressés plus spécifiquement aux bactéries et champignons qui se multiplient lors de la phase thermophile de décomposition des déchets (50-70°C). Parmi les micro-organismes se développant lors du procédé, certains peuvent agir sur la santé humaine en fonction de leur nature, de leur quantité et de la voie d’exposition. A l’heure actuelle, il est difficile d’apprécier les niveaux d’exposition possible de la population du fait, notamment, de la complexité des prélèvements et des analyses des micro-organismes dans l’air, du manque de connaissance sur leur capacité de survie dans l’environnement et de l’absence de relations dose-réponse validées (estimation de la relation entre la dose ou le niveau d’exposition aux substances retenues et l’incidence/gravité de ces effets)L’objectif de cette recherche qui a bénéficié de l’appui financier du Conseil Régional de Languedoc-Roussillon et de l’Ademe, était de comparer les bioaérosols issus de 5 sites de compostage industriels et de voir si la présence de micro-organismes communs permettait d’associer leur origine au compostage. L’analyse des échantillons d’air d’au moins 1 m3 a combiné différentes techniques :

  • quantification de la flore microbienne totale par microscopie à épifluorescence ;
  • quantification des micro-organismes cultivables ;
  • quantification des bactéries viables par cytométrie ;
  • et analyse de la diversité microbienne par techniques moléculaires.
La diversité bactérienne et fongique a été analysée dans sa globalité, l’identification des espèces majoritaires des 5 bioaérosols permettant de mettre en évidence des phylotypes communs. La capacité de ces espèces à être utilisées comme indicateurs d’une origine « compost » dans l’air a été ensuite évaluée par PCR (Polymerase Chain Reaction) quantitative en temps réel. Si sur ces 5 sites, des différences de structure des populations de bactéries et de champignons ont pu être observées, une même tendance s’est toutefois dégagée. Parmi les champignons, la forte présence d’Ascomycota (67 % des séquences fongiques) avec notamment Aspergillus, Penicillium et Thermomyces a été constaté, et parmi les bactéries, la prédominance de Firmicutes (49 %) et d’Actinobacteria (37 %). Trois indicateurs potentiels de bioaérosols de compostage ont été testés. Les deux premiers sont présents dans les 5 bioaérosols analysés et sont proches respectivement de Saccharopolyspora rectivirgula et de Thermomyces lanuginosus. Le troisième appartient aux Thermoactinomycetaceae. Ces indicateurs microbiens sont actuellement utilisés par le laboratoire de Biotechnologie de l’Environnement pour étudier la dispersion des bioaérosols autour des sites de compostage.

L’automatisation du lettrage et ses conséquences sur la trésorerie

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Avec ses 60.000 factures par an, ce sont pas moins de 35.000 règlements, chèques, effets et virements émanant de 4.000 clients que doit traiter en flux continu le service comptable de Leader Interim, 3e société indépendante du marché de l’intérim en France. Le tout pour le compte des 80 agences locales. En 2009, le service utilisait le logiciel  Sage ligne 500 mais il ne répondait plus aux contraintes d’une organisation ayant connu une croissance exponentielle ces dernières années. Beaucoup trop de temps était consacré à la saisie des règlements et au lettrage. Une tâche certes essentielle au fonctionnement de l’entreprise, mais peu évolutive pour ceux qui en sont responsables, et source d’inévitables erreurs.Après avoir interrogé son fournisseur habituel qui proposait un développement spécifique, Leader Interim finalise un appel d’offres pour dématérialiser cet aspect crucial de son fonctionnement comptable : le traitement des règlements clients. Des solutions packagées qui ont fait leur preuve, existent sur le marché, mais c’est le duo technologique DIMO Gestion et ReadSoft qui a remporté le projet. Cette solution permet en effet une gestion de bout en bout : de la capture des informations (lecture automatique de tous les documents entrants : factures, courriers, formulaires, bons de commande, moyens de paiement) avec les technologies ReadSoft, aux traitements comptables avec GEC Lettrage de DIMO Gestion qui permet de pointer facilement et rapidement les règlements des clients avec les factures correspondantes.Grâce à ce partenariat technologique, la solution rend toute étape de saisie inutile, la récupération des informations se faisant automatiquement. C’est d’abord une solution d’amélioration de la productivité : l’automatisation de 90 % du poste lettrage (virements, avis de VCOM, chèques et effets) est possible, avec un traitement manuel optimisé grâce à un assistant de lettrage pour les cas les plus complexes.Mais c’est aussi une solution d’amélioration de la trésorerie, car tenir sa comptabilité clients à jour au quotidien n’est pas sans incidence sur ce poste ! Les directions financières y voient tout de suite l’opportunité de faire baisser l’encours clients et le DSO (Days Sales Outstanding), un ratio de pilotage important….  » La saisie des règlements a un impact sur la trésorerie, le service comptable, et l’ensemble de nos agences. C’est un projet transversal, confirme Jérome Heraud, Credit Manager chez Leader Interim. Le projet a été mené rondement. Nous sommes en phase de production et les formations vont démarrer. Le timing était serré, les intervenants ont été impliqués et disponibles. Ils nous ont livré une solution dans les temps qui correspond exactement à notre cahier des charges », poursuit-il.  Le déploiement qui concerne 8 comptables, 3 trésoriers et 3 personnes du crédit client, est en cours après une signature fin décembre 2009.Par Marc Chabreuil

« Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »

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Techniques de l’Ingénieur : pourriez-vous présenter l’association Armir ?
Nicolas Breuil : L’association Armir (Association pour le rayonnement, les mesures et l’imagerie rapide) existe depuis une vingtaine d’années. Le groupe Téranaute fait partie de cette association depuis trois ans il poursuit les travaux entamés par le groupe Optoélectronique THz il y a 12 ans dans le cadre  de l’association Ecrin aujourd’hui dissoute.

Pourquoi avoir crée le groupe Téranaute ?
On veut, au sein d’Armir, créer un réseau entre les chercheurs et les industriels. De grandes entreprises (EADS, Thales, Sagem, Opton Laser) sont très actives au sein du groupe. Une des raisons de ces rapprochements est bien-sûr la prospective industrielle. Mais au-delà, Téranaute nous permet d’échanger pour voir quelles sont les tendances du moment. Nous nous réunissons tous les trimestres et nous organisons, tous les deux ans, les journées térahertz : il s’agit d’un congrès, ouvert à tous, où nous invitons des chercheurs, français et européens, à venir présenter leurs travaux. Nous accueillons à cette occasion de vraies « pointures » du domaine térahertz.  Le nombre de chercheurs et d’industriels présents passés de 20 en 1998 à 120 en 2009 à Lille montre l’intérêt croissant pour ce domaine de fréquence. Plus généralement, le réseau Téranaute a pour but de faciliter les rencontres entre les laboratoires et le monde industriel, les partenariats, les recherches de financements Armir-Téranaute a également publié un livre en 2008, Optoélectronique térahertz chez EDP sciences.

Depuis quand s’intéresse-t-on au térahertz en France ?
L’activité térahertz existe en France depuis les années 50-60. Dans les années 60 les applications comme l’astronomie ou encore la spectroscopie de l’atmosphère ont orienté les premiers développements de tubes fonctionnant à une fréquence de 330 GHz. Ensuite dans les années 1970, c’est Thales components & subsystems qui fabriquait des tubes THz permettant d’émettre de la puissance jusqu’à 700 GHz… A la fin des années 1980 une autre communauté autour des lasers ultrarapides permettant de générer des ondes térahertz s’est également formée : l’optoélectronique THz. C’est à travers cette communauté qu’on a ouvert de nouvelles perspectives pour les ondes térahertz, avec deux activités de recherche principales :
  • spectroscopie THZ résolue en temps : tests de nouvelles molécules ;
  • développement de nouveaux composants : le but est de développer des émetteurs et des récepteurs de taille acceptable.
Quels sont les avantages pour les industriels d’appartenir au réseau téranaute ?
Nous collaborons avec huit laboratoires au sein de Téranaute. Cela nous permet de tester de nouveaux matériaux. Cette activité rejoint d’ailleurs la notion de service. Dans les laboratoires adaptés, on teste de nouveaux matériaux, de nouvelles molécules pour voir ce qu’on trouve. A Dunkerque par exemple, au laboratoire LPCA, on analyse la présence de molécules polluantes dans la fumée de cigarette. Le laboratoire de Chambéry IMEP-LAHC  est lui spécialisé dans l’analyse des matériaux solides, et celui de Bordeaux CPMOH dans l’imagerie (En savoir plus sur le CPMOH).

Quelle est l’avantage pour les laboratoires ?
Tous ces laboratoires ont signé des contrats avec des entreprises. Par exemple, le CPMOH de Bordeaux est sous contrat avec une entreprise de agroalimentaire, qui mène des tests pour développer des dispositifs utilisant les ondes térahertz et capables d’évaluer l’humidité dans un emballage. Mais pour l’instant, la mise en place effective de ce genre de système coûte très cher, entre 200 et 400.000 euros par appareil. A l’heure actuelle, les entreprises n’ont pas suffisamment besoin de ces machines. Elles ne peuvent pas amortir les coûts d’acquisition. En bref, nous n’avons pas encore trouvé la « killer application ».

C’est ce qui empêche pour l’instant les entreprises de mettre ces dispositifs sur le marché ?
Oui, mais pas seulement. D’autres applications Térahertz ont un potentiel important, mais un degré de maturité pour l’instant insuffisant. Le spectre térahertz se situe entre 100 GHz et 4 THz, mais, à ces longueurs d’onde, le coût des composants émetteurs et récepteurs est très élevé. Le coût de réalisation d’un système qui permettrait de détecter des armes ou des explosifs est élevé, vu les fréquences utilisées, mais ce n’est pas le seul frein. Il y a une limitation technologique. Aujourd’hui, l’usage de ce type de fréquence pose un problème de puissance. On n’atteint pas des rendements suffisants. C’est à l’heure actuelle un axe de recherche important. Le niveau de sensibilité des récepteurs est également quelque chose qui pose problème.

Qu’est-ce que le « térahertz gap » ?
Pour l’instant, nous maîtrisons, en termes de rendement et d’émission, les fréquences inférieures à 120 GHz. Mais quand on travaille au-delà jusqu’à 3 ou 4 THz, des problèmes se posent, au niveau des rendements obtenus des émetteurs, de la sensibilité des récepteurs. C’est le « terahertz gap ». Mais nous sommes confiants, et le temps permettra de combler le fossé qui existe actuellement dans la maîtrise de ces différentes fréquences. Les choses avancent déjà, puisque la société L3Com, entre autres, produit des appareils de sécurité avec des ondes millimétriques (30 / 40 GHz) ce qui prouve que le marché des appareils d’imagerie existe

On parle aussi de la difficulté à créer une matrice de pixels pour les applications en imagerie.
Une matrice de pixel serait la brique requise pour réaliser une caméra THz. Des laboratoires français comme Le Leti ou encore l’IMEP-LAHC à Grenoble sont  en train de mettre au point des matrices à base de micro-bollomètre, cette technologie est très prometteuse.

Qu’en est-il des recherches sur les ondes térhertz dans une grande entreprise comme Thales ?
Nos recherches s’effectuent au TRT (Thales research & technology). Nous travaillons sur la génération d’ondes térahertz. Nous savons déjà construire des lasers générant deux longueurs d’onde. On génère du térahertz par l’intermédiaire du battement entre ces deux longueurs d’onde dans un matériau semi-conducteur.

Sur quelles applications se portent vos efforts aujourd’hui ?
Nos efforts se portent sur la nécessité d’améliorer le rendement de nos émetteurs. Aujourd’hui, on reste limité à une puissance d’environ 10µW @ 1 THz. Mais c’est un axe de recherche important.Nous nous sommes aussi engagés dans un autre axe de recherche, avec Thales components & subsystems. Historiquement, Thales components & subsystems a le savoir-faire pour fabriquer des tubes de type klystron. L’activité avait été stoppée, mais elle pourrait reprendre suite au regain d’intérêt pour ces systèmes. Nous avons également des partenariats en France avec des laboratoires par exemple pour évaluer des matrices de micro-détecteurs.
Pour quels marchés ?
Les marchés de la sécurité et de la défense sont devenus très importants. Nous réalisons des démonstrateurs qui intéressent beaucoup d’entreprises, mais l’adéquation entre le niveau de maturité de la technologie térahertz et la demande du marché n’existe pas pour l’instant. Le prix par machine, pour le moment de l’ordre de 1 million de dollars, pour des fréquences entre 30 et 40 GHz, est encore beaucoup trop important pour être intéressant en termes de marché.

Ces applications peuvent donc à terme intéresser aussi bien les entreprises de sécurité que l’armée ?
Depuis les années 80, les chercheurs connaissent les ondes térahertz, et cherchent à en améliorer les dispositifs d’émission. Un grand virage s’est produit le 11 septembre 2001. Les problèmes de sécurité qui ont abouti aux attentats de New-York ont entrainé une réflexion nouvelle. Les aéroports et les lieux sensibles ont émis la volonté de se doter d’appareils capables de repérer des explosifs (et même les types d’explosifs). Aujourd’hui, on en est encore à l’établissement d’une base de données au niveau des différents matériaux détectables, mais les recherches avancent. Nous connaissons les challenges qui nous attendent : amélioration des rendements et de la sensibilité.

La portabilité des dispositifs est-elle également un enjeu majeur ?
Oui, il y a aussi un marché pour les systèmes portables, mais c’est aussi là que réside pour l’instant le « gap ». Les problématiques de puissance, de rendement sont pour l’instant trop contraignantes pour que l’on imagine des systèmes portatifs efficaces. Ce n’est qu’une question de temps cependant. Les Japonais ont réussi à faire des transmissions haut débit sur du point par point. On en est donc à trouver un compromis entre le nombre de capteurs nécessaires et la durée de détection pour développer un dispositif d’imagerie portable efficace. Mais comme le marché est important, les financements pour la recherche sont là. Les huit laboratoires réunis au sein du réseau Téranaute
  • CPMOH (Bordeaux)
  • LOB (Palaiseau)
  • LAHC (Chamberry)
  • IEMN Lilles
  • TRT (Palaiseau)
  • IEF (Orsay)
  • CEM2  (Montpellier)
  • LPCA (Dunkerque)

  Sommaire cahier térahertzA la Une :

  • « Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »
  • « Le térahertz suscite beaucoup d’enthousiasme car il faut tout inventer »
Comprendre :
  • Le térahertz décrypté
  • Sources et détecteurs aux fréquences térahertz
Dans les labos :
  • Amplifier les impulsions térahertz grâce à la commutation de gain
  • Dotfive, objectif 0.5 térahertz

Le térahertz décrypté

Un commentaire

;Quand a-t-on commencé à produire des ondes térahertz ?

Surgies de l’oubli dans les années 1990, leur production a été un réel défi. Après dix ans de recherche en technologies semi-conducteurs, les ondes térahertz commençaient à être générées en continu grâce au développement des lasers à cascade quantique. Toutefois, les ondes térahertz émises par cette technique sont fortement absorbées par les molécules de vapeur d’eau, une fois transmises dans l’air… Pour résoudre ce problème et pouvoir transmettre les ondes térahertz sur des centaines de kilomètres sans qu’elles soient absorbées, une nouvelle technique a été développée il y a peu.

Quel est le spectre d’action des ondes Terahertz ?

Le domaine des fréquences térahertz (THz, 1 THz = 1012 Hz) s’étend de 100 GHz à 30 THz environ, soit environ aux longueurs d’ondes entre 10 pm et 0,3 pm Il est historiquement connu sous la terminologie d’infrarouge lointain mais on le retrouve également aujourd’hui sous l’appellation de rayon T. Il se situe dans le spectre électromagnétique entre l’infrarouge (domaine de l’optique) et les micro-ondes (domaine de la radioélectricité). La bande inférieure à 100 GHz est en général définie comme radioélectrique, alors que les fréquences supérieures à 30 THz sont en général définies comme infrarouge mais ces frontières ne sont pas normalisées, car ce n’est qu’un changement de langage ou de technologie, et non de nature.

Quelles sont les propriétés spécifiques des ondes Terahertz ?

Les rayonnements térahertz ont un fort pouvoir pénétrant. Ils permettent potentiellement de voir à travers de nombreux matériaux non conducteurs (la peau, les vêtements, le papier, le bois (voir illustration ci-dessous), le carton, les plastiques…). Ils sont peu énergétiques et non-ionisants (1 THz correspond à une énergie de photon de 4,1 meV, soit sensiblement moins que l’énergie d’activation thermique à température ambiante) ce qui les rend à priori peu nocifs.

 

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Ci dessus : vis et trou dans du bois : Vision Terahertz au travers 10mm de bois : Applications au CND et mesures en volume (CPMOH; PMounaix & E.Abraham)

Quelles sont les sources ? Les détecteurs ?

Voici une liste de sources possibles pour obtenir des ondes térahertz : les lasers à cascade quantique (lire l’article), les corps noirs, les diodes électroniques, les carcinotrons, les lasers à électrons libres, les lasers moléculaires et les sources optoélectroniques. Les bolomètres sont des détecteurs qui permettent de mesurer l’énergie du rayonnement mais pas sa phase (on les appelle des détecteurs « incohérents »). En revanche, les détecteurs optoélectroniques permettent de mesurer facilement la phase du signal. C’est le plus souvent la même source optique qui déclenche à la fois l’émetteur d’onde et le détecteur. (lire l’article)

Les ondes térahertz sont-elles nocives ?

Comme l’explique Guilhem Gallot, chargé de recherche CNRS : « Nous n’avons pas encore beaucoup d’informations sur la nocivité. L’énergie du photon est comparable à ce que l’on reçoit par rayon thermique dans une pièce à 20 °C. De plus, il n’y a pas de nocivité intrinsèque du photon. L’effet d’échauffement est très faible pour des sources conventionnelles. » (lire l’interview)

Le térahertz est-il sorti des labos ?

La technologie térahertz est en grande partie encore cantonnée aux laboratoires. D’après Optoélectronique térahertz (cf. encadré), l’évolution du nombre de publications dont le titre comporte le terme térahertz a connu une évolution exponentielle depuis 1992. La technologie s’est ainsi progressivement développée dans les laboratoires. Des applications commencent à voir le jour, notamment sous l’impulsion des besoins en sécurité.

Quelles sont les applications ?

  • Contrôle qualité des chaînes de production

Comme l’explique les auteurs de Optoélectronique térahertz, le térahertz peut permettre de « contrôler l’intégrité ou le positionnement d’un objet ou d’un circuit placé derrière une surface opaque ». L’avantage étant que ce contrôle se fait sans contact. Par exemple, dans l’automobile, on pourrait analyser l’épaisseur de la peinture et le temps de séchage. On peut imaginer des applications dans de nombreux secteurs comme la pharmaceutique (voir illustration ci-dessous), l’agroalimentaire, la microélectronique…

 

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Ci-dessus : Capsule plastique remplie de produit médical .Image spectro-chimique au travers d’encapsulation. (CPMOH ; PMounaix & E.Abraham)

  • Maintenance préventive

Le térahertz peut conduire à une analyse volumique sans contact des objets, en profitant de ses deux grandes propriétés : la détection du métal et de la présence d’eau. Par exemple, dans l’aéronautique, on peut détecter de bulles d’air dans des mousses. Des technologies employant le térahertz ont permis de découvrir les causes de l’accident de la navette spatiale Columbia en février 2003. Autres secteurs : les BTP, l’agroalimentaire.

  • Sécurité défense

En sécurité, il existe des applications en détection proche (portiques d’accès dans les aéroports pour détecter des explosifs et les armes) et en détection lointaine (check-point, lieux publics). L’objectif est notamment de mettre au point un détecteur portable multi-composants (explosif, gaz, drogue, agent biologique…).

  • Télécommunications

L’augmentation des débits de transmissions de données et la densité électromagnétique de la bande 0,5 à 6 GHz font que le térahertz pourrait constituer une solution pour la transmission haut débit. Il s’agit de développer la radio sur fibre, qui combine fibre optique et rayonnement d’une station de base vers les usagers. Autre domaine : l’utilisation de l’optoélectronique THz dans les circuits rapides pour les signaux numériques haut débit

  • Biologie et biomédical

La forte absorption de l’eau aux fréquences THz témoigne d’une forte interaction entre les échantillons biologiques et les ondes THz. En effet, ces ondes mettent en vibration/rotation les molécules d’eau polaire et excitent les liaisons de faible énergie intermoléculaires au sein de l’eau, des protéines… Se profilent ainsi de nombreuses applications de la spectroscopie THz au domaine biologique avec par exemple l’étude d’hydratation et de conformation de protéines, d’hybridation de l’ADN, la détection de certaines cellules cancéreuses (anormalement riches en eau).

La rédaction

 

Optoélectronique térahertz
EDP Sciences, avril 2008
Rédigé par 15 chercheurs français sous la direction de Jean-Louis Coutaz, ce livre a pour but de donner les bases et principes de la science et de la technologie des ondes térahertz, en présentant les principales applications entrevues aujourd’hui. L’ouvrage se limite aux techniques optoélectroniques, pour donner une cohérence thématique et lui conserver une taille raisonnable…
Il s’adresse à un public d’ingénieurs ou de scientifiques non spécialistes qui voudraient commencer des travaux dans le domaine térahertz, ou tout simplement mieux connaître ce que révèle l’expression « domaine térahertz ». Il sera aussi très utile aux étudiants (masters, dernière année d’écoles d’ingénieurs ou doctorants).		 medium

 

 

 

Sommaire cahier térahertz

A la Une :

Comprendre :

Dans les labos :

A quand les piles a combustible à hydrogène dans les voitures ?

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La pile possède avant tout un intérêt environnemental : les sous-produits engendrés sont totalement non-polluants (eau et chaleur). En plus de ces qualités environnementales, plusieurs autres atouts avaient été mis en évidence. Tout d’abord, la diversité des sources de production de ce gaz permet d’envisager une stabilité plus importante des prix que pour les carburants traditionnels. De plus, l’hydrogène constitue un vecteur énergétique stockable, contrairement à l’électricité.Mais ce n’est pas tout ! La pile à hydrogène est silencieuse et délivre un courant de très bonne qualité. Tel n’est pas le cas de nombreux groupes électrogènes, qui font, en outre, fréquemment l’objet de vols. De plus, l’autodécharge et les temps de recharge des batteries, qui peuvent être contraignants, sont évités avec la pile. Quant aux énergies solaire et éolienne, il va de soi que la dépendance aux conditions climatiques reste un réel inconvénient, ce qui n’est pas le cas avec la pile.Plusieurs types de piles à combustible existent. Le carburant peut être stocké sous forme d’hydrogène, ou encore sous forme de méthanol ou d’éthanol,… reformé sur place pour produire de l’hydrogène. Nous nous consacrerons ici plus spécifiquement aux piles utilisant directement de l’hydrogène.

Les associations et le programme H2E
Pour soutenir le développement de la technologie ainsi que la mise en place et la consolidation de la filière hydrogène, de nombreuses associations se sont créées : en Europe, le FCH (Fuel Cells & Hydrogen), dont la commission européenne est membre et la EHA (European Hydrogen Association), aux Etats-Unis, la NHA (National Hydrogen Association). Elles se sont notamment fixé pour objectif de contribuer au développement de la technologie et à l’accélération de sa commercialisation. Ces objectifs sont poursuivis à travers le financement de projets de recherche, de démonstrateurs, par le lancement d’appels à projets, ou par des actions de communication auprès du public.Parmi les projets soutenus, le programme Horizon Hydrogène Energie (H2E) s’est vu accorder en octobre 2008 un financement de 67,6 millions d’euros par la Commission Européenne. Ce programme représente un investissement total de près de 200 millions d’euros sur 7 ans. Il rassemble une vingtaine d’industriels, PME et des laboratoires de recherche publics français. L’objectif est de construire et de consolider la filière hydrogène-énergie. Les actions se porteront à la fois sur le développement de technologies (notamment de production et de stockage de l’hydrogène), sur le cadre règlementaire et sur des interventions auprès du grand public.

Une technologie qui fait rêver les constructeurs automobiles
La pile à hydrogène apparaît comme une solution très intéressante pour les utilisateurs et les constructeurs automobiles : la technologie rend envisageable l’idée d’une voiture totalement non polluante. « Le secteur automobile constitue un objectif très attractif pour les gaziers et les fabricants de piles à combustible à hydrogène puisqu’il représente un défi technologique à relever, mais surtout un important marché à conquérir. Pourtant, des coûts encore trop élevés, un stockage encore trop encombrant ainsi qu’une difficile acceptation du public face à ce nouveau mode de fonctionnement, ne font de l’automobile un marché envisageable qu’à long terme », précise Jean-Philippe Tridant-Bel, directeur de l’activité Energie et Environnement d’ALCIMED.

Les applications actuelles de la pile à hydrogène
C’est pourquoi, avant de se lancer sur le marché de l’automobile, les promoteurs de la pile à combustible s’intéressent à d’autres applications d’alimentation électrique :
  • parmi les applications stationnaires : les systèmes de secours électriques et l’alimentation d’équipements en sites isolés;
  • au sein des applications portables : les générateurs électriques portables et l’alimentation de matériel militaire, d’ordinateurs ou de téléphones portables ;
  • et parmi les transports : les véhicules spéciaux (les chariots élévateurs, les équipements d’aéroport…) et les « mini transports » destinés au grand public (voitures de golf, fauteuils roulants, scooters…).
Ces marchés précurseurs vont permettre aux promoteurs de multiplier les expériences et de consolider les connaissances sur une technologie encore récente sur le marché. Ce déploiement leur permettra ainsi d’apporter les améliorations techniques nécessaires à l’utilisation de la pile à combustible à hydrogène dans les voitures, tout en diminuant les coûts. Le développement des piles à hydrogène sur ces marchés est également un moyen indispensable de sensibiliser le public à la technologie et aux contraintes liées au stockage de l’hydrogène (en termes d’encombrement et de sécurité). Des offres sont d’ores et déjà disponibles sur le marché. Sur les applications stationnaires, des piles sont en vente pour le secours de systèmes critiques nécessitant une alimentation électrique de remplacement en cas de défaillance du réseau. C’est le cas pour des systèmes informatiques ou les télécommunications. Des générateurs électriques à hydrogène portables existent pour les campings cars.Ces dix dernières années, le secteur des transports a vu se mettre en place de nombreux projets et démonstrateurs. Des piles sont déjà disponibles pour des vélos, des scooters, des fauteuils roulants, des bus… Des programmes se mettent en place par exemple l’aéroport de Munich a lancé en 1997 un programme visant à utiliser de l’hydrogène dans certains de ses bus et chariots élévateurs. D’autres projets permettent de sensibiliser le public à la nouvelle filière qui se met en place. Le projet Hychain lancé en 2006 en Europe en est un exemple. L’objectif est de permettre à des utilisateurs de tester des scooters, tricycles, fauteuils roulants, petits véhicules utilitaires et minibus alimentés par une pile à hydrogène.Parmi les fabricants, on compte notamment les canadiens Ballard et Hydrogenics, les américains Plug Power et IdaTech, ainsi qu’Axane en France, filiale du groupe Air Liquide. En 1994, le premier prototype de Daimler Chrysler a démontré la viabilité technologique de la pile à combustible dans le domaine automobile. Depuis, les constructeurs automobiles tels que BMW, Mercedes, Volkswagen, Ford et General Motors ont chacun lancé des prototypes dans ce domaine. Récemment, Toyota a présenté son prototype 5 FCHV-Adv lors du salon de Genève.

Les freins au développement et au déploiement de la technologie
Malgré la multiplication des démonstrateurs, des développements techniques sont encore attendus concernant le stockage de l’hydrogène et la durée de vie des membranes utilisées dans les cellules électrochimiques. Ces améliorations sont indispensables, d’autant plus que les technologies concurrentes, telles que les batteries lithium-ions, font elles-mêmes l’objet d’innovations continues. Par ailleurs, son coût reste aujourd’hui très élevé. D’une part, la membrane et le catalyseur en platine nécessaires à la pile sont très onéreux ; d’autre part, la production et la distribution d’hydrogène sont coûteuses. Enfin, un des obstacles que la pile devra affronter, et non des moindres, reste la sécurité. En effet, si certains constructeurs assurent que leurs équipements sont parfaitement sécurisés, c’est avant tout la confiance des utilisateurs qu’il faudra acquérir.

De l’hydrogène dans nos voitures en 2030 ?
Si les obstacles à l’entrée de la technologie sur le marché existent, nombreux sont les efforts mis sur la pile à hydrogène. D’après le FCH, le but est d’introduire la pile dans l’automobile d’ici 2015-2020. Mais le chemin semble actuellement difficile à suivre. Il faudra attendre 2030 pour commercialiser des voitures à hydrogène. « La pile à combustible alimentée en hydrogène doit donc avant tout se faire une place auprès des autres technologies sur les marchés déjà identifiés, avant de pouvoir se lancer sur le marché de l’automobile », explique Alexandre Graët, consultant au sein de la BU Chimie et Matériaux d’Alcimed. La question reste alors en suspens : la pile réussira-t-elle à s’imposer sous les carrosseries automobiles et surtout dans combien de temps ?

Dotfive, objectif 0.5 térahertz

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« Actuellement, je ne pense pas qu’il existe de projet connu du grand public à des fréquences aussi élevées en silicium », affirme Gilles Thomas, coordinateur du projet Dotfive. Le consortium qui réunit de nombreux partenaires (cf. encadré), ST Microelectonics en tête, se veut une zone d’excellence au niveau mondial dans le domaine approchant le térahertz. Lancé en janvier 2008, ce programme européen est financé à 50 % par le 7e programme de recherche pour un budget global de 15 millions d’euros. Il vise à faire atteindre au transistor bipolaire à hétérojonction silicium/germanium la gamme de fréquence maximum d’oscillation de 0,5 térahertz (d’où l’intitulé dotfive) ou 500 GHz. Dans ces bandes de fréquences, les circuits font appel à du semi-conducteur de type III-V comme l’arséniure de gallium (GaAs). Cependant, dans les applications à faibles puissances, l’utilisation transistor bipolaire hétérojonction sur substrat silicium permet une bien plus grande densité d’intégration électronique et donc de réduire les coûts, sachant que les usines produisant déjà des circuits sur silicium abondent. Le projet permettra le développement de circuits intégrés de télécommunication, d’imagerie ou de radars opérant à des fréquences atteignant les 160/180 GHz.

Photo : Test de composants sur plaque de silicium par des sondes de mesure hyperfréquences – © Dotfive
500 GHz en juillet 2011
Dotfive pourrait ainsi permettre une démocratisation du circuit radar automobile (cf. tableau). D’autres applications existent par exemple dans l’imagerie très haute fréquence dans les scanners d’aéroports ou encore dans la communication inter-satellites. « De nombreuses applications restent à inventer, explique Gilles Thomas. Le transistor térahertz est ce qu’on appelle une ‘enabling technology’ qui rend des applications et des idées réalisables ». Dotfive a démarré quand l’état de l’art était d’atteindre 250 GHz. Aujourd’hui, les meilleurs composants atteignent 425 GHz et l’objectif de 500 GHz est repoussé de fin 2010 à juillet 2011. « On obtiendra plus que des composants unitaires, on aura des démonstrateurs avec une circuiterie utilisant aussi des éléments passifs capable de générer des fonctions complexes », conclut-il. CGPartenaires de Dotfive
  • ST Microelectronics
  • Infineon Technologies AG
  • IMEC (Institut de micro-électronique et composants)
  • IPB (Institut Polytechnique de Bordeaux)
  • IHP (Institut für innovative Mikroelektronik)
  • TUD (Université de Technologie de Dresde)
  • UoS (Université de Siegen)
  • UoW (Université de Wuppertal)
  • JKU (Université Johannes Kepler de Linz)
  • BU (Université Bundeswehr de Munich)
  • UN (Université de Naples)
  • IEF (Institut d’Electronique Fondamentale) Université Paris-Sud Orsay
  • XMOD Technologies 
  • Alma Consulting Group
En savoir plus : www.dotfive.eu   Sommaire cahier térahertzA la Une :
  • « Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »
  • « Le térahertz suscite beaucoup d’enthousiasme car il faut tout inventer »
Comprendre :
  • Le térahertz décrypté
  • Sources et détecteurs aux fréquences térahertz
Dans les labos :
  • Amplifier les impulsions térahertz grâce à la commutation de gain
  • Dotfive, objectif 0.5 térahertz

Sources et détecteurs aux fréquences térahertz

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Les applications aux fréquences térahertz connaissent actuellement un développement sans précédent. Traditionnellement réservées à quelques applications très spécifiques, notamment la radioastronomie millimétrique et submillimétrique, les technologies térahertz s’invitent dans un champ de plus en plus large d’activités allant des techniques de l’environnement aux biotechnologies. Un essor que l’on doit en grande partie à la forte évolution de ces technologies au cours de ces dernières années, et notamment, grâce aux micro et nanotechnologies qui les ont rendu plus accessibles d’un point de vue technique et économique.Le point sur les technologies mises en œuvre et les mécanismes qui les sous-tendent. L’AUTEURDidier LIPPENS, professeur à l’université des Sciences et Technologies de Lille, dirige le groupe Dispositifs Opto et Micro-Électronique quantique (DOME) à l’Institut d’Électronique de Microélectronique et de Nanotechnologie (IEMN). Il préside également le comité de pilotage du réseau d’excellence Européen MÉTAMORPHOSE sur les métamatériaux.

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Sommaire cahier térahertzA la Une :

  • « Nous n’avons pas encore trouvé la killer application »
  • « Le térahertz suscite beaucoup d’enthousiasme car il faut tout inventer »

Comprendre :

  • Le térahertz décrypté
  • Sources et détecteurs aux fréquences térahertz

Dans les labos :

  • Amplifier les impulsions térahertz grâce à la commutation de gain
  • Dotfive, objectif 0.5 térahertz

 

Un film alimentaire concilie performances et environnement

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Inaugurée  début mai, la nouvelle ligne de production de groupe Toray, implantée à Saint-Maurice de Beysnost (Ain), est dédié à la fabrication de films polypropylènes bi-orientés (BOPP) pour l’emballage alimentaire. Le film Torayfan constituera le produit phare de cette unité d’une capacité de 20.000 t/an. En effet, il présente des propriétés barrières record et répond à des critères exigeants de performance environnementale. Le Torayfan a une incidence sur la qualité des produits conditionnés. Il permet en effet de conserver la fraîcheur des aliments plus longtemps avec à la clé, un allongement de leur durée de conservation grâce à une barrière à l’humidité inférieure à 0,15 gr/m2/j contre 0,6 gr/m2/j pour un film traditionnel et une barrière à l’oxygène inférieure à 15 CC/m2/j contre 60 CC/m2/j pour un film traditionnel. Ces performances permettent de mieux isoler les aliments des contaminants extérieurs et de la lumière. De plus, avec une température de scellage abaissée à 85°C au lieu, habituellement, de  105°C, et  une efficacité d’environ 5N/25mm, il offre des performances de scellage améliorées, ce qui permet d’accélérer le processus d’emballage. Alors que les standards du marché se situent en moyenne autour de 20 microns d’épaisseur, Torayfan est proposé avec des épaisseurs de 12.5, 15 ou 17.5µm. C’est au niveau de ce paramètre que l’aspect environnement entre en ligne de compte. En effet, un film de polypropylène bi-orienté (BOPP) de 15 µm permet de réduire de près d’un quart le poids d’un mètre carré d’emballage. Autre innovation, ce film de nouvelle génération est conditionné en bobines de 1.000 mm alors que, là encore, les standards du marché ne dépassent pas 800 mm. Avec pour résultat 23.000 mètres linéaires supplémentaires par bobine.Les conséquences de ces deux évolutions sont directes sur l’ensemble de la chaîne d’approvisionnement provoquant cumulativement, pour l’ensemble des acteurs impliqués, une réduction significative des coûts et de leur empreinte carbone, sans sacrifier les performances du produit.Ainsi, chez Toray Films Europe, pour une production annuelle de 25 millions de mètres carrés, les approvisionnements amont en polypropylène et matières premières diverses seront réduits de 237 t, soit 23 %. Pour les transformateurs, l’épaisseur de Torayfan et son conditionnement en bobines de 1.000 mm auront une incidence directe sur la production, le nombre de bobines diminuant de 852 unités. Les changements de bobines sur la ligne pourront alors être effectués à une fréquence moins soutenue, les opérations de raccords et les déchets induits par ces manipulations s’en trouvant ainsi diminués. Enfin, au niveau du client final, le nombre de bobines de complexe livrées (600 m linéaires) diminuera sensiblement.Enfin, les caractéristiques du film Torayfan auront aussi des conséquences sur le poste transport tout au long de la chaîne : -10 % pour l’approvisionnement de Toray en matières premières et -12 % pour les livraisons au transformateur (soit une réduction des émissions de CO2 d’environ 17 t pour une rotation moyenne des camions de 1.500 km), sans compter  -40 % pour la livraison du complexe chez l’utilisateur final.Par Marc Chabreuil

Comment réduire de 11 dB(A) le bruit d’un transpalette électrique

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Le Groupe Jungheinrich a introduit sur le marché une nouvelle option pour son transpalette électrique à timon  EJE 116 « Silent Drive » qui est plus particulièrement destiné en particulier aux commerces de détail dans le secteur alimentaire. Une série de modifications a permis de ramener le niveau sonore de 70 dB(A) à 59 dB(A), une valeur certifiée selon la norme PIEK  / Pays-Bas. Un gain considérable  qui on considère que, subjectivement, le volume sonore diminue de moitié tous les 8 à 10 dB.Pour que ce chariot ne soit pas plus bruyant qu’un lave-linge lors de ses déplacements et levées de charge, différentes mesures ont été prises. Au niveau de la conception de l’EJE 116 « Silent Drive »,  les ingénieurs Jungheinrich ont accordé une importance particulière au niveau sonore de la pompe. Non seulement ils ont opté pour une nouvelle pompe hydraulique ultra-silencieuse mais, en plus,  ils l’ont découplée du châssis,  ce qui limite les bruits liés aux vibrations. En outre,la pompe s’arrête automatiquement dès que la hauteur de levée maximale est atteinte, ce qui supprime des bruits inutiles.Par ailleurs, une série de modifications a également contribué à la réduction du  niveau sonore. Par exemple, la fréquence de résonance du chariot a été modifiée grâce à un revêtement des carénages qui atténue ces résonances : le capot moteur et le coffre à batterie ont ainsi été insonorisés. Les roues motrices, les roues porteuses et les galets stabilisateurs d’une dureté 75 shore, donc particulièrement « souples », permettent d’amortir les chocs. Par ailleurs, le galet tandem qui équipe le transpalette permet aussi de diminuer les chocs au sol. Une triple roue porteuse spéciale, disponible en option, réduit le bruit d’impact sur les sols carrelés ou les sols comportant de multiples joints.  Facilement manœuvrable, même en espace restreint, grâce à une partie motrice courte (L2) de 494 mm, le chariot EJE 116 est particulièrement adapté aux opérations de chargement et déchargement de camions mais aussi au transport de palettes (jusqu’à 1 600 kg) sur courte distance. « Dans le cas des livraisons au petit matin pour les commerces situés dans les quartiers d’habitation, par exemple, l’option « Silent Drive » est un choix judicieux. Le même avantage vaut pour les clients des supermarchés qui font de la mise en rayon dans les heures d’ouverture » explique Stefan Hirt, Responsable Gestion produits pour les chariots à timon chez Jungheinrich.

M Chabreuil

Liste candidate : les bonnes pratiques de PSA

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Dans le cadre de la réglementation REACH, les fabricants doivent communiquer tout au long de la chaîne d’approvisionnement sur les substances de la liste candidate à l’autorisation (30 substances jugées substances extrêmement préoccupantes). Ils ont aussi une obligation de notification auprès de l’ECHA. Une fois que la liste des substances soumises à autorisation (Annexe XIV) sera publiée, ils devront soit substituer la substance, soit obtenir une autorisation. PSA Peugeot Citroën a mis en place un groupe de travail depuis 2006 qui réunit les experts HSE, les services techniques, les achats, la direction juridique… Le service auquel appartient Laurent Sarabando doit déployer le plan d’action du groupe de travail et gérer tous les échanges avec l’extérieur. Pilote Reach, il revient sur l’expérience du constructeur concernant la liste candidate.

Techniques de l’ingénieur : Quelle est le contexte propre à l’industrie automobile ?
Laurent Sarabando : Nos chaînes d’approvisionnement s’avèrent longues et complexes, comprenant trois à cinq niveaux, voire plus. Nous travaillons avec environ 1.500 fournisseurs de rang 1, qui eux-mêmes ont en moyenne 500 fournisseurs de rang 1. Nos produits contiennent une grande diversité et quantité de pièces. Par ailleurs, les pièces de rechange ont une durée de vie de 10 à 15 ans après la fin de la production d’un véhicule. Nous fabriquons des produits à haute valeur technologique qui nécessitent un temps de développement de 3 ans en moyenne, et on peut difficilement reconcevoir des pièces majeures du véhicule en-dehors de la phase de développement de celui-ci.

Quelles substances de la liste candidate sont-elles susceptibles de concerner le secteur automobile ?
Il y en a très peu. Ce sont surtout les phtalates qui pourraient poser problème. Cependant, la liste candidate connaît des révisions une ou deux fois par an. Il faut donc se structurer dans la durée et travailler en étroite collaboration avec nos équipementiers.

Comment le secteur fait-il face aux enjeux de REACH ?
D’un point de vue réglementaire, nous sommes soumis à des obligations depuis longtemps, notamment depuis 2003, sur les véhicules hors d’usage (VHU), avec des obligations de collecte et de transmission d’informations. Pour y répondre, à l’instar des autres constructeurs automobiles, PSA a mis en place un processus informatisé de collecte des données relatives à la masse, la matière et les substances sur l’ensemble des pièces constitutives du véhicule. Nos fournisseurs appliquent ce processus et renseignent l’ensemble des informations nécessaires dans l’application informatique dédiée. Le processus et l’outil associé de collecte nous permettront donc de répondre à REACH.

Comment suivez-vous l’évolution de la liste candidate ?
Nous devons anticiper au maximum les nouvelles entrées dans la liste candidate. Lorsqu’une substance pose une problématique technique (pas de solution alternative mâture), l’industrie automobile participe aux consultations nationales ou à celles de l’ECHA pour faire remonter ces informations et faire entendre nos difficultés. Par ailleurs, il faut se préparer au plus tôt pour pouvoir substituer les substances ou si besoin mener des études de solutions alternatives.

Vous devez informer vos fournisseurs lorsqu’une substance est introduite dans la liste candidate. Comment cela se passe-t-il ?
Via notre processus de reporting, nous générons des alertes lorsqu’une substance est introduite en demandant aux fournisseurs de la transmettre à toute la chaîne. Cela se concrétise par des envois de mails, et des mises à jour des fiches produits en cascade. Nous cherchons ensuite à inciter toute la chaîne d’approvisionnement à ne pas utiliser ces produits. Cela passe par des spécifications techniques et des clauses d’achats. Les fournisseurs hors Europe n’étant pas soumis à cette réglementation, les différents documents contractuels mentionnent donc bien cette obligation.

Quelles sont vos obligations envers vos clients ?
Nous devons répondre à toutes les demandes des clients au sujet de l’utilisation des substances dans un délai de 45 jours. Nous avons donc dû nous organiser au niveau de notre réseau commercial. Nous utilisons l’outil de remontée d’information donc nous disposons pour les questions techniques. Pour l’instant nous ne recevons que très peu de demandes. Propos recueillis par Corentine GasquetLaurent Sarabando, pilote REACH pour PSA Peugeot Citroën, animera une partie de la formation RISQUE CHIMIQUE 2010 : comment s’organiser pour tenir les délais ? organisée par Techniques de l’ingénieur. Rendez-vous le mercredi 30 juin ! En savoir plus

L’identification des produits dangereux

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Chaque mois, Techniques de l’Ingénieur s’associe aux Editions Tissot, spécialiste depuis 35 ans en droit du travail, pour faire le point sur une question particulière relative à la gestion des risques chimiques (voir l’encadré). Ce mois-ci, focus sur l’identification des produits dangereux. L’étiquetage des produits dangereux est en perpétuelle évolution. Il a pour but d’informer et de protéger les employés susceptibles d’être exposés aux risques que représentent ces produits, mais également de fournir des indications sur leur impact environnemental. A partir du 1er décembre 2010, le nouveau système européen de classification et d’étiquetage devient obligatoire.

Etape 1 – Identifier les produits dangereux de l’entreprise

Tous les produits utilisés dans l’entreprise doivent être parfaitement connus. Pour répondre à cette nécessité, la liste des produits, leurs lieux de stockage et d’utilisation, la quantité dans chacun de ces lieux doivent être établie.

Etape 2 – Etiqueter les contenants

L’étiquetage prescrit par le règlement européen CLP (Classification, labelling and packaging) du 31 décembre 2008 requiert les informations suivantes :

– identité du fournisseur ;
– identificateurs du produit ;
– pictogrammes de danger : il existe 9 pictogrammes associés à chaque catégorie des classes de danger ;
– mentions d’avertissement : « DANGER » ou « ATTENTION » ;
– mentions de danger : ancienne phrase R pour les risques encouru ;
– conseils de prudence : ancienne phrase S pour les règles d’utilisation ;
– section des informations supplémentaires ;- quantité nominale pour les produits mis à disposition du grand public (sauf si cette quantité est précisée ailleurs sur l’emballage).

Etape 3 – Former vos salariés

Le chef d’entreprise doit former le personnel aux risques auxquels il est exposé. En particulier, les salariés exposés à des substances dangereuses, des agents cancérigènes, mutagènes ou toxiques pour la reproduction, ou à des agents biologiques doivent recevoir une formation et une information quant aux précautions à prendre.

Etape 4 – Instituer une veille règlementaire

L’évolution de la législation dans ce domaine est permanente. Il est nécessaire, sur la base de l’inventaire de surveiller les exigences concernant les produits proprement dit (limitation des utilisations, changement des niveaux d’exposition) mais également la loi (transport, étiquetage, fiches de données de sécurité, REACH, …).

A ce sujet, la circulaire DGT 2010/03 du 13 avril 2010 réaménage le dispositif concernant les contrôles techniques des valeurs limites d’exposition professionnelle (VLEP) et le contrôle des valeurs limites biologiques (VLEB).Dans cette optique, l’aide d’organismes spécialisés ou d’abonnements adaptés s’avèrent très efficaces. Il est important de ne pas négliger l’apport provenant des fournisseurs qui sont logiquement les mieux informés s’ils sont réellement des acteurs importants dans la fabrication ou la distribution de produits dangereux.

Etape 5 – Mettre à jour la documentation interne

Surveiller les nouvelles lois et règlementation est une obligation, les transcrire dans la documentation interne en est une autre. Les fiches de poste, les fiches d’instruction, les procédures, les étiquetages internes, etc. doivent régulièrement être revues pour être en ligne avec la loi.

Notre conseil : limitez les transvasements

  • L’utilisation des produits dangereux dans l’emballage d’origine est toujours préférable au transvasement dans un récipient propre à l’entreprise.
  • Les avantages sont nombreux, ils permettent de supprimer les dangers lors de la manipulation, de ne pas prendre le risque d’un contenant ne résistant pas au produit, d’introduire une erreur lors du ré-étiquetage. Le fournisseur du produit est souvent à même de vous livrer dans des contenants adaptés à votre utilisation.

Source : Schémas commentés santé sécurité au travail > L’identification des produits dangereux Editions Tissot : droit du travail – convention collective syntec

En partenariat avec les Editions Tissot

Spécialiste en droit du travail depuis 35 ans, les Editions Tissot vous proposent de découvrir leurs publications en santé sécurité au travail et les conventions collectives relatives à votre domaine d’activité. Découvrez également les programmes de formation santé sécurité au travail.

Quand l’automatisation concilie mouvements complexes et précision

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Pour mettre en évidence la qualité de ses produits à base de cacao et pour se positionner comme fournisseur prestigieux, un fabricant de chocolat réputé fait estampiller sur son conditionnement un emblème doré. Pour qu’il soit toujours placé au même endroit, des machines sont nécessaires afin de concilier avec précision les tâches de commande et de mouvement complexes. Pour ce faire, il a fait appel à la société de construction de machines Ungerechts Maschinenbau GmbH qui s’est spécialisée dans la fabrication de poinçonnages en forme de fenêtres et de machines à fabriquer des sachets de différents formats destinés à la production d’emballage. Dans cette entreprise, il s’agit presque toujours de gérer la coordination d’un nombre important et variable d’entraînements. Depuis des années, cette société basée à Mönchengladbach, en Allemagne, a opté pour les produits de la série Pilz Motion Control (PMC) de Pilz qui permet de réaliser des solutions globales pour l’automatisation de machines, de leur fonctionnement au mouvement d’entraînements hautement dynamiques, en passant par la commande et en incluant tous les aspects de sécurité.  » Nous apprécions tout particulièrement la grande précision des systèmes PMC, en combinaison avec la technique de régulation et la technique d’asservissement de Pilz « , souligne Rainer Ungerechts, dirigeant de l’entreprise. Dès la phase de conception de la nouvelle machine d’estampillage à chaud sur film, le choix s’est donc naturellement porté sur Pilz, basé à Ostfildern, en Allemagne. Le cahier des charges était clair : apposer, lors de la procédure d’estampillage à chaud, à un emplacement prévu, un film doré sur un matériau continu composé de sachets et recouvert de papier. Autre exigence : contrairement aux systèmes existants, la précision devait être nettement améliorée et les chutes devaient être sensiblement minimisées. Au cœur de la machine se trouvent un système d’enroulage et de déroulage du matériau composé de sachets et du film doré ainsi qu’une unité d’estampillage à chaud du film. Ce qui, à première vue semble très simple, recèle en fait de nombreux défis : le matériau d’emballage qui sort du rouleau est déjà imprimé et comporte des marquages indiquant la position exacte de la fin de l’estampillage doré. Dans le cas présent, il fait 33 cm de largeur, la machine pouvant accepter des rouleaux dont la largeur peut atteindre 1 m.L’entraînement du rouleau impose le rythme : il est le maître dans le système et tire vers l’avant le film à 80 m/min, de manière constante. Tous les autres entraînements se comportent comme des esclaves et s’ajustent en fonction de celle du rouleau. Un  » pantin  » situé sur la bande de papier s’assure que ce dernier est correctement tendu. La valeur de consigne pour l’enroulement du rouleau est déterminée par une saisie du diamètre du rouleau.

Les données de consigne introduites par l’opérateur
Le process est exécuté dans l’unité d’estampillage à chaud du film. Avec une vitesse constante, le matériau composé de sachets effleure l’estampilleur qui est activé à intervalles réguliers et applique, avec la précision d’un orfèvre, à l’emplacement prévu, le film doré de forme arrondie et large de 7 cm, nécessaire pour l’emblème. Avec la même précision, l’estampillage en relief suit, empreignant un relief dans le film doré appliqué précédemment. Parallèlement, un capteur contrôle en continu la position et procède au réajustement automatique en cas d’écart éventuel. Techniquement, les entraînements du rouleau de film doré et l’estampilleur fonctionnent à la même vitesse que la bande de film composée de sachets, à savoir précisément avec le temps nécessaire pour appliquer une impression sur une  longueur de 42 mm. Le cylindre d’estampillage dont la circonférence est de 350 mm effectue d’abord une rotation sans contact avec une vitesse constante, avant d’accélérer pour atteindre la vitesse de synchronisation nécessaire pour entrer en contact avec le matériau d’emballage. Ensuite, l’estampilleur se détache du papier et passe en mode veille. Au conditionnement suivant, la procédure reprend quoique, en réalité, cela se passe tellement vite que les différentes phases peuvent à peine être perçues par l’œil. Conjointement avec des variateurs de puissance PMCtendo DD, des moteurs synchrones PMCtendoAC de Pilz veillent à ce que le démarrage et le freinage soient rapides et précis et à ce que la position soit absolument exacte.L’élément central de la solution d’entraînement est le système de commande PMCprimo 16+ de Pilz qui peut également réaliser des tâches complexes de commande et de mouvement de plusieurs axes. D’une manière simple, l’opérateur saisit sur le terminal de commande les données de consigne (par exemple, la longueur des sachets, la position du morceau à estampiller, etc.) et le système calcule les profils de mouvement pour le temps de fonctionnement.  » Une modification est de ce fait effectuée rapidement, l’usure et les chutes sont moindres et la précision ainsi que la productivité augmentent « , souligne Rainer Ungerechts. dirigeant de la société Ungerechts Maschinenbau GmbH.En sa qualité de fournisseur de solutions et de prestations de services, Pilz a pris en charge, en étroit partenariat avec Ungerechts Maschinenbau GmbH, la planification matérielle, la création logicielle et la mise en service. Le développement du prototype de la machine d’estampillage sur film chaud ayant convaincu la société Ungerechts Maschinenbau GmbH, la production en série devrait débuter prochainement.

La simulation 3D pour des moteurs moins énergivores et polluants

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Le fonctionnement parfois instable d’un cycle à l’autre d’un moteur 4 temps, dans certaines conditions, est un phénomène dont les causes exactes restent aujourd’hui mal comprises. Face à une demande croissante de réduction de la consommation et des émissions automobiles, il est devenu  nécessaire d’aller au-delà des approches classiques de contrôle pour comprendre les raisons de ce phénomène et le maîtriser. Les variations cycliques limitent en effet l’exploitation de tout le potentiel des nouveaux concepts de motorisation comme les moteurs downsizés (le downsizing consiste à réduire la cylindrée du moteur en lui associant une suralimentation adaptée pour maintenir des performances comparables à celle du moteur d’origine tout en obtenant des gains en consommation et en émissions de CO2).Pour améliorer, de façon significative, la compréhension et la modélisation des variations cycliques dans les principaux types de moteurs à allumage commandé en vue d’une limitation des impacts négatifs de ces phénomènes sur la consommation et les émissions polluantes, le projet de recherche européen LESSCCV (Large-Eddy & System Simulation to predict Cyclic Combustion Variability in gasoline engines) qui a été sélectionné dans le cadre du 7ème PCRD,  vient de démarrer. D’une durée de 3 ans, pour un budget de 3,2 M€, dont près de 2 M€ de subvention de la Commission européenne, ce projet coordonné par l’Institut Français du Pétrole (IFP) rassemble 7 autres partenaires, centres de recherche, éditeurs de logiciels et universités : AVL List GmbH (Autriche), FEV Motorentechnik GmbH (Allemagne), LMS-Imagine (France), Ricardo UK Limited (Royaume-Uni), Université Technique de Prague (Rép. Tchèque), Polytechnique de Milan (Italie), University of Western Macedonia (Grèce). Les travaux menés dans le cadre de LESSCCV s’appuieront, en particulier, sur l’expertise de l’IFP dans les domaines de la simulation 3D aux grandes échelles « Large Eddy Simulation » (LES) et de la simulation système. Pour le faire, l’Institut utilisera un supercalculateur disposant de 1832 processeurs, avec une puissance totale de 17 Teraflops.

Simulation 3D : les  approches complémentaires RANS et LES
L’approche 3D utilisée à ce jour pour les simulations de la combustion dans les moteurs à piston est de type RANS (pour Reynolds Averaged Navier Stokes). L’hypothèse sous-jacente est que le fonctionnement du moteur peut être décrit statistiquement par un seul cycle moteur moyen. Conceptuellement, celui-ci est le résultat d’une moyenne de phases d’un grand nombre de cycles consécutifs. En simulation 3D, la résolution des équations de Navier-Stokes moyennées statistiquement permet alors d’obtenir, via la réalisation d’un seul cycle moteur, une évaluation directe des principales caractéristiques du cas considéré (travail fourni, polluants générés). Avec les puissances de calcul actuelles, des simulations RANS peuvent être réalisées en quelques heures, ce qui permet une utilisation industrielle. Elles permettent alors de comparer entre elles différentes configurations, et d’aider à identifier celles présentant le meilleur potentiel. Malgré leur intérêt comme outil de conception et d’optimisation avancé, les approches de type RANS présentent des limitations inhérentes à leurs hypothèses de base. En particulier, elles ne sont applicables qu’aux cas présentant de faibles variations autour de la moyenne. Or, en présence de fortes variations cycliques comme celles qui sont l’objet du présent projet, une telle hypothèse n’est pas vérifiée, un cycle moyen ne pouvant alors plus suffire à décrire correctement les caractéristiques du cas étudié.Depuis quelques années, l’évolution continuelle des puissances de calcul (et en particulier des machines parallèles) a permis de développer une nouvelle approche de la simulation 3D, basée sur la technique de la Large Eddy Simulation (LES). Celle-ci n’est pas basée sur une approche statistique, mais consiste à distinguer les échelles de l’écoulement résolues sur le maillage de calcul, de celles qui ne le sont pas, et qu’il faut donc modéliser. Formellement, ceci est réalisé via l’application d’un filtrage spatial aux équations de Navier-Stokes, les équations résultantes étant résolues par des méthodes numériques présentant une qualité suffisante, combinées avec des modèles dits de sous-maille permettant de rendre les effets des phénomènes non résolus. Cette approche a fait ses preuves pour la prédiction de phénomènes instationnaires inaccessibles aux méthodes RANS, telles les instabilités acoustiques dans les brûleurs des turbines à gaz notamment. Elle peut être considérée comme une « expérience numérique » qui permet d’approfondir les résultats obtenus en RANS, en fournissant une vue détaillée sur des réalisations filtrées d’un ou plusieurs cycles moteur afin d’optimiser entre autres les aspects variabilités cycliques ou transitoires entre points moteur stables. En fournissant des informations détaillées non accessibles via les approches classiques, la LES permettra  d’acquérir une compréhension de base des interactions entre les nombreux phénomènes physico-chimiques impliqués dans l’apparition des variations cycle-à-cycle des moteurs. Cette compréhension pourra ensuite être capitalisée sous forme de modèles qui, intégrés dans des codes de simulation système, permettront de reproduire les effets de ces variations cycliques. Ces outils de simulation système serviront à développer et tester des stratégies de contrôle-commande visant à limiter les impacts négatifs des variabilités qui n’auront pu être éliminées par optimisation de la conception de la chambre de combustion.

Le polyamide et la protection des piétons

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Suivant les traces de l’Opel Corsa et de l’Opel Insignia, l’Opel Astra s’est dotée quelques mois plus tard d’un renfort de pare-choc avant en matière plastique Ultramid CR de BASF. Et la nouvelle version du monospace Opel Meriva, elle-même lancée au Salon de l’Automobile de Genève en mars 2010, adopte à son tour un renfort de pare-choc en Ultramid. Ce composant est conçu pour satisfaire à la toute dernière législation sur la protection des piétons et exige à ce titre des matériaux extrêmement performants. Le polyamide a été spécialement optimisé pour son comportement au crash et a déjà fait ses preuves sur d’autres pièces automobiles. 

Si, en 2006,  le renfort de pare-choc de l’Opel Corsa était une nouveauté en matière de protection des piétons, les ingénieurs chargés du développement de l’Opel Insignia ont pu s’inspirer de cette expérience antérieure pour dessiner un composant particulièrement mince et léger, capable de s’ajuster à l’espace disponible. Ils sont parvenus à prendre en compte simultanément la forme et la fonction pour chaque application. Étant donné les concepts stylistiques totalement différents des Opel Astra et Meriva, d’une part, et Insignia, d’autre part, chacun de ces modèles possède des lignes avant différentes. Par conséquent, aucune des quatre pièces ne ressemble à l’autre.

BASF a mis au point toutes les versions du renfort de pare-choc par informatique, en s’aidant de son programme de simulation ULTRASI. Entretemps, l’évolution constante des possibilités de cet outil a permis de combiner et d’automatiser des données exactes sur les caractéristiques spécifiques d’un composant donné, à l’aide de méthodes d’optimisation numérique. Inaugurée pour l’Opel Insignia, la technologie dite de morphing, c’est-à-dire l’optimisation de la forme en phase de calcul, est devenue la norme du logiciel BASF pour de telles pièces. Sa capacité de prédiction nettement plus précise évite la plupart du temps d’avoir à construire des prototypes multiples et coûteux. De nos jours, il serait difficile de se passer de tels outils informatiques pour concevoir des composants en matière plastique aux caractéristiques exigeantes.

Une comparaison effectuée avec un renfort de pare-choc en polypropylène modifié choc (PP) provenant d’un autre constructeur automobile a montré que le renfort en Ultramid B3WG6 CR de l’Opel Insignia est environ 50 % plus léger que la version en PP (1 kg contre 1,6 kg) et 50 % plus étroit au point le plus large. Des études complémentaires menées sur les deux pièces montrent que le renfort Opel présente une rigidité et une absorption d’énergie près de trois fois supérieure. Compte-tenu du prix du matériau, un renfort en Ultramid CR offre donc à l’utilisateur final un gain de poids d’environ 66 %, pour un coût et une absorption d’énergie équivalents. Une qualité importante, en particulier lorsque la place est comptée et les critères de poids très stricts.

Un système innovant d’absorption d’énergie primé par la SPE

Déjà, il y a quelques mois, parmi les systèmes automobiles en matière plastique qui ont reçu un prix « Society of Plastics Engineers » (SPE) Division Automobile 2009, la catégorie « Compartiment Motopropulseur » comptait une solution innovante pour laquelle BASF a non seulement fourni la résine Ultramid, mais également apporté des méthodes complexes de développement.

Pour le moteur 6 cylindres diesel 3 l de la BMW Série 7, Montaplast et BASF ont développé conjointement un cache-style actif avec filtre à air intégré, occupant ainsi la 2ème place sur le podium dans la catégorie « Compartiment Motopropulseur« . Grâce à l’analyse modale assistée par ordinateur, à l’optimisation empirique de géométrie et à l’analyse dynamique de composant menée chez BASF, ainsi qu’à un système innovant d’absorption d’énergie de Montaplast, il a été possible de remplir le cahier des charges exigé pour cet organe. Les grandes pièces en thermoplastique sont fabriquées en Ultramid B3WGM24 HP, un matériau résistant et stable dimensionnellement qui possède, de plus, de bonnes caractéristiques d’amortissement acoustique et offre une telle qualité de surface que le cache-style pourrait passer pour un objet design.

Le système d’absorption d’énergie pour la protection des piétons en cas de choc se compose de deux parties : les deux coques télescopiques du corps en Ultramid sont élastiques mais suffisamment rigides pour pousser, en cas de collision frontale, plusieurs éléments coniques dans des bagues de géométrie spéciale en Elastollan (TPU – polyuréthane thermoplastique, Elastogran). Dans ce cas, le TPU ne joue pas uniquement le rôle de matériau jointif mais également d’absorbeur d’énergie intégré  Si l’énergie dégagée par la collision dépasse un certain seuil, le molleton inférieur du filtre à air s’écrase, et joue le rôle ainsi d’amortisseur supplémentaire. On obtient donc un système d’absorption graduée d’énergie qui, comparé aux caches-style dits « actifs », offre des avantages considérables en terme de coût, intègre plusieurs fonctions, présente un bel aspect et se monte facilement sans outils, par simple encliquetage. Montaplast fabrique cette pièce inédite et son filtre à air intégré par la technique de moulage par injection bi-composant (Ultramid et Elastollan).

Par Marc Chabreuil

La RFID encore loin du raz-de-marée

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« Nous étions étonnés que nos clients ne manifestent pas plus d’intérêt autour de la RFID, ce qui nous a poussés à mener cette enquête », explique Nicolas Desombre, manager senior chez PricewaterhouseCoopers. Intitulée « Perception et utilisation des solutions de radio-identification (RFID) dans les entreprises françaises », elle met en évidence un intérêt pour cette technologie de la part des entreprises, qui pourtant hésitent à franchir le pas. D’après les résultats récoltés auprès d’un peu moins de 50 entreprises, 29% des sondés ont un projet RFID ou sont en train d’étudier sa mise en place. « L’étude a conforté l’idée que tout le monde se dit prêt à démarrer mais que l’on n’observe pas encore de raz-de-marée, poursuit Nicolas Desombre. Cela fait des années que l’on annonce des projets à grande échelle, alors que l’on s’en tient à des projets encore limités. » Cependant, la RFID est considérée comme une technologie inévitable dans le futur par 71% des entreprises interrogées. « L’effet domino aura-t-il lieu ?, se demande le consultant. On peut très bien imaginer une concertation dans une branche comme l’aéronautique ou l’automobile. Si la sécurisation de la chaîne devenait un véritable enjeu, cela provoquerait des investissements massifs. Pour l’instant, je ne vois pas vraiment de secteur prêt à se lancer. Il existe des innovations locales d’optimisation de flux, mais elles sont rarement connectées avec le reste de la chaîne. » 52% des entreprises estiment que la RFID ne sera utilisée que si une pression externe l’oblige. Le retour sur investissement attendu pour un projet RFID est court. 66% des sondés ont pour objectif un ROI de 1 à 3 ans. « Le besoin de projets à ROI relativement court peut être lié à la période de crise, commente-t-il. Mais il peut aussi signifier que les entreprises ne considèrent pas la RFID comme un enjeu stratégique majeur qui pourrait justifier un investissement à ROI plus long. Avec un ROI cible aussi court, nombre de projets RFID risquent de ne pas être retenus. »Parmi les principaux freins à la mise en place d’un projet RFID, on retrouve logiquement le coût initial de mise en place (un quart des entreprises) et le coût des tags (21%). Autre difficulté, le manque de visibilité sur les bénéfices et le ROI (20%), un argument souvent mis en avant par les experts du secteur (lire l’interview de Laurent Gonzalez de Fil RFID).  Le principal objectif évoqué par les entreprises mettant en place un projet RFID est de tracer les biens, aussi bien en interne qu’en externe. La RFID contribue également à améliorer la chaîne logistique, à répondre à la pression des clients ou encore de réduire les délais d’inventaire. Grâce à cette enquête, PwC a également dressé un portrait robot des projets RFID types au sein des entreprises interrogée.Portrait robot

  • Des projets sous la responsabilité du DSI, d’une durée moyenne de 21 mois, avec un retour sur investissement de moins d’un an.
  • Un objectif visé d’optimisation des processus de gestion des flux physiques en entrepôt ou en production et l’amélioration de leur traçabilité.
  • Des projets réalisés en internes ou en collaboration avec les clients, sur une échelle nationale voire européenne.
  • Le recours à un prestataire généralement nécessaire.
  • Les technologies généralement utilisées :– les tags utilisés durant ces projets sont le plus souvent apposés sur les palettes ;– les unités taguées ont, en moyenne, une valeur comprise entre 10 et 100 euros ;– ce sont des tags passifs qui peuvent assurer les mêmes fonctions que des codes barre ;– les lecteurs utilisés sont généralement mobiles ;– les fréquences des technologies RFID utilisées peuvent aller de la basse fréquence aux micro-ondes ;– des middlewares permettent ensuite d’intégrer les données aux systèmes d’information.

L’enquête met en avant les bonnes pratiques sur chacun des volets d’un projet.Bonnes pratiques

  1. Anticiper les gains / impacts sur les systèmes d’informations et les potentiels problèmes techniques.
  2. Démontrer le ROI dès le début de la chaîne de valeur et bien prendre en compte les coûts d’optimisation des infrastructures informatiques en plus de celui des achats des étiquettes et des lecteurs.
  3. Mettre à disposition des documents de référence sur l’utilisation du matériel et les procédures opérationnelles (collage, chargement…).
  4. S’assurer de la bonne formation et de la sensibilisation des opérateurs.
  5. S’assurer de l’intérêt et de la participation à ce projet des autres maillons de la chaîne logistique (fournisseurs, clients).
  6. S’assurer de la conduite d’une véritable réflexion sur la gestion des données. A savoir, quelles données doivent être sauvegardées ? Traitées en temps réel ? Détruites ? Traitées en temps différés ?
  7. Prévoir une implantation si possible isolée des perturbations électromagnétiques.
  8. Réaliser régulièrement des audit des installations par les opérationnels sur site.
  9. Définir une bande passante de taille adéquate pour transporter les données.

L’étude, dont c’est la première édition, sera publiée tous les deux ans. Elle a été réalisée auprès d’un peu moins de 50 entreprises, surtout françaises, avec un chiffre d’affaires moyen de 4 milliards d’euros. 28% des entreprises proviennent du secteur de la distribution, 13% des l’agroalimentaire et 13% de la production industrielle.CG A lire aussiDes snowparks nouvelle génération grâce à la RFID« La RFID atteint un certain degré de maturité », une interview de Laurent Gonzalez – Fil RFID, suivie d’un encadré sur le retour d’expérience d’Edifret La RFID toujours porteuse de promesses

Des plaques en vitrocéramique sans métaux lourds

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La société allemande Schott qui a renforcé en 2009 ses travaux de recherche et développement pour ses plaques de cuisson en vitrocéramique, tout particulièrement dans le domaine du développement durable,  a été distinguée par le prix allemand de l’innovation dans la catégorie « Grandes entreprises ».  Le résultat de ces travaux s’est matérialisé sous la forme de plaques de cuisson en vitrocéramique produites sans les métaux lourds,  arsenic et antimoine, grâce à un procédé de mélange des cristaux de quartz et d’une technique vitrification qui ont fait l’objet d’un  brevet déposé par l’entreprise mayençaise. Ainsi, Schott épargne 180 tonnes par an de ces métaux lourds toxiques qui sont traditionnellement employés dans ce type de fabrication et contribue activement à la réduction de l’utilisation de ces substances.« La méthode de production écologique appliquée par Schott constitue une véritable innovation. Ce procédé permet de conserver la production des plaques de cuisson vitrocéramiques Ceran  en Allemagne, malgré le renforcement des directives en matière d’utilisation de substances dangereuses », telle est une partie de la justification du jury selon  Frank Riemensperger, président de Accenture Holding GmbH & Co. KG. En effet, alors que de nombreuses entreprises externalisent leur production à l’étranger, Schott conserve son site de production à Mayence et garantit avec ses produits « made in Germany» de nombreux emplois locaux. Toujours grâce à la recherche et au développement, la société Schott a également mis au point une caractéristique unique : au lieu des traditionnelles LED rouges présentes sur les plaques de cuisson,  elle peut aujourd’hui utiliser des LED bleues pour l’affichage. Une innovation qui permet un design personnalisé et très esthétique dans la cuisine et fait partie de son concept baptisé « Cooking & Light ».

La GMAO, une passerelle entre la production et la maintenance

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Seule unité de production d’eau potable de Nantes Métropole, l’Usine de la Roche doit assurer à la fois la disponibilité de ses équipements de production et anticiper la réserve d’eau potable en cas d’arrêt de la production pour maintenance (le volume minimum permet d’avoir une autonomie de 11h00 dans les réservoirs de 120 000 mètres cubes). Afin de pallier la moindre défaillance technique, les équipements sont doublés, aucun autre site ne pouvant pallier à la production au sein de l’agglomération de Nantes. Sur l’agglomération de Nantes Métropole, la Régie de l’Eau exploite 11 sites dédiés à la production, au stockage et au relevage. Elle a autorité sur 8 communes ce qui représente 1900 km de canalisations sur la région dont 3000 km sur les 24 communes de l’agglomération. Les équipements du parc sont plus ou moins anciens et de différentes natures :

  • la station de pompage (eau/Loire) par exemple, date de 1989. La maintenance s’occupe des travaux d’entretien et de nettoyage des 3 pertuis d’aspiration qui alimentent Nantes sur 14 km de canalisation ;
  • la station de secours de pompage en centre ville sur l’Erdre est au contraire très récente. Les techniciens de conduite testent une fois par mois la mise en route et le fonctionnement de ces nouvelles pompes, totalement immergées et invisibles. Cette opération garantit l’alimentation en eau de l’Usine de la Roche dans le cas où il serait nécessaire de puiser dans les eaux de l’Erdre ;
  • les équipements de l’Usine de la Roche comme les pompes à axes long pour les eaux brutes datant de 1948 et les pompes à double entrée pour les eaux traitées qui sont anciennes et qui ont été modernisées avec une garniture mécanique et des démarreurs électroniques (12 pompes eaux traitées). Sur ces pompes, la maintenance s’effectue sur la base d’une analyse vibratoire et le linéage s’opère grâce à une technique laser ;
  • la maintenance gère également les châteaux d’eau et les réservoirs qui impliquent un nettoyage annuel et la désinfection des cuves de stockage. Ces interventions nécessitent des compétences en métrologie (pour mesurer la concentration en chlore), en mécanique (sur les vannes et les clapets) et en métallerie (pour lutter contre la corrosion de l’acier revêtu).
La Régie de l’eau fait également appel à des sous-traitants qui interviennent sur des domaines de compétences bien précis: groupes électrogènes, groupes froids, contrôles réglementaires, espaces verts, entretien des bâtiments et changements des canalisations.Une telle situation et l’ambition d’obtenir la certification ISO 9001 ont conduit à intégrer les services maintenance et production ont été intégrés afin de mieux partager leurs compétences et disposer d’une vision identique des chantiers d’entretien. Cette réorganisation a été facilitée notamment grâce à l’utilisation d’un outil commun de gestion, la GMAO,  qui gère les demandes et le suivi des travaux, les demandes de mise à disposition des équipements à maintenir et la planification des interventions. Autant d’interventions qui affectent les services de production, de maintenance, d’exploitation…

Bilan technique de l’exploitation de la GMAO
En mars 2006, la Régie de l’Eau de Nantes Métropole a choisi le logiciel client/serveur CARL Master de CARL Software pour gérer ses équipements, ses stocks, ses travaux, ses budgets, sa planification, optimiser sa maintenance préventive et rationnaliser sa maintenance curative. Aujourd’hui, cet outil gère :
  • l’arborescence géographique qui compte 5000 équipements répertoriés sur l’Usine, les 9 stations de pompage et les réservoirs. Ces équipements sont répartis sur 27 secteurs, découpés 791 locaux répartis géographiquement sur 143 lieux distincts. Les équipements principaux possèdent des « fiches de vie » qui tracent l’historique des interventions et leurs caractéristiques techniques. Sur l’arborescence fonctionnelle, les équipements sont découpés en 59 activités, 391 fonctions et 940 sous ensembles fonctionnels ;
  • les travaux: en 2009, 2185 ordres de travaux (OT), 2447 bons de travaux (BT) ont été enregistrés et  285 DDIS (Demandes de mise à disposition) ont été enregistrés ;
  • la planification: le logiciel fournit un planning de co-activité établi à partir des DDIS. Il permet de disposer d’une vision globale et simultanée de l’ensemble des travaux pouvant impacter plusieurs services. Son niveau de détail permet d’optimiser la gestion des travaux en lieu et en temps, en tenant compte de plusieurs paramètres, notamment les services impactés selon la nature de travaux (par exemple le dépotage de produits chimiques) ;
  • le suivi des occupations sur les chantiers des 6 ateliers (mécanique, automatisme, électricité, métallerie, travaux d’eau, entretien des bâtiments) ;
  • les demandes d’achats qui ne concernent à ce jour que les pièces détachées stockées dans le magasin.
  • 7200 articles stockés dans le magasin principal. Ces articles sont constitués pour moitié par des pièces réservées au réseau de distribution et pour moitié par des pièces destinées aux ateliers. Les demandes de fourniture de pièces faites par 320 personnes sont gérées dans le logiciel CARL Master par les magasiniers.
La GMAO, un outil fédérateur
Dans le cadre de la réorganisation de l’organisation des services techniques de la régie de l’Eau, la GMAO est perçue comme un outil fédérateur entre les techniciens de maintenance et les techniciens de production. En effet, ceux-ci gèrent ensemble leurs interventions sur le logiciel CARL Master et disposent d’une vision commune et concertée des chantiers de maintenance. Outil central du système d’information, le logiciel est également exploité par 105 utilisateurs de différents services de la Régie de l’eau (exploitation, distribution, clientèle, études spécifiques, services généraux, service QSE…) qui émettent des demandes de travaux, consultent ses indicateurs…La GMAO contribue ainsi à l’amélioration de la prise en compte de ces demandes et à la qualité du service rendu par le service maintenance. Les techniciens sensibilisés aux bénéfices apportés par la mise en place d’un outil de GMAO ont bien adhéré à son utilisation. Les agents s’appuient à présent sur CARL Master pour valoriser leur savoir faire technique et disposer d’une vision plus globale de leur contribution sur le bon fonctionnement des équipements.Cette année, l’exploitation de CARL Master sera renforcée par :
  • une interface avec le logiciel de gestion des temps « Temptation » de Nantes Métropole afin de communiquer à CARL Master les informations personnelles des agents (congés,  maladies, RTT, formations…) afin de faciliter la planification mensuelle des agents ;
  • le déploiement des fiches de données de sécurité et les fiches de procédure indexées sur CARL est également en cours de réalisation. Il s’agit de fiches d’évaluation des risques selon le poste de travail (par exemple la dangerosité des équipements, l’utilisation de produits chimiques en magasin, les précautions à prendre…) ;
  • l’intégration des  relevés de mesure et les relevés de temps de fonctionnement des équipements grâce au lien avec le logiciel de supervision.
La Régie de l’eau s’appuiera également sur certains indicateurs de CARL pour marquer l’évolution de la démarche qualité vers une méthode ABC. eT Des chantiers de modernisation de l’Usine de la Roche qui est certifiée ISO 9001 depuis 2001, sont prévus entre 2013 et 2016 sur ce site qui restera l’usine de production d’eau potable la plus importante et stratégique de Nantes Métropole.

Quand une résine copolymère permet de repenser les volants

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Les volants se composent généralement d’une armature en magnésium ou en aluminium moulé sous pression, surmoulée à l’aide de mousse uréthane souple. Cela crée une section solide sans espace permettant l’intégration de composants électroniques. En outre, le polyuréthane rend difficile la fixation structurelle de composants. Cette approche limite également les possibilités de design novateur telles que formes sophistiquées et nouveaux éléments esthétiques.  » Il est grand temps de prendre une nouvelle orientation dans la conception des volants. SABIC Innovative Plastics a pris un virage à 180 degrés avec sa conception moulée par injection en deux pièces qui utilise notre résine copolymère polycarbonate Lexan « , affirme V. Umamaheswaran, directeur des produits et du marketing chez SABIC Innovative Plastics. En fait, SABIC Innovative Plastics a développé deux conceptions : une conception moulée par injection en deux pièces avec enveloppe en cuir en tant que solution haut de gamme et une armature monobloc moulée par injection avec surmoulage en polyuréthane. Ces deux conceptions se fixent sur le volant à l’aide d’un moyeu en métal. Il a été démontré qu’elles réduisent les coûts de la fonction de près de 20 % et la masse de près de 40 % par rapport à un volant en alliage de magnésium ou d’aluminium.Ces deux conceptions procurent également d’autres avantages :

  • dans la conception en deux pièces, l’espace créé par la cavité permet d’intégrer des technologies d’amortissement et de détection, des interrupteurs de commande, le câblage et d’autres fonctions à l’intérieur du volant ;
  • la résine en copolymère polycarbonate-siloxane Lexan EXL chargé fibres de verre moulée par injection est un processus plus écologique que l’alliage en magnésium moulé sous pression car elle réduit considérablement les émissions de dioxyde de carbone (CO2). Par rapport au moulage sous pression de 1,1 kg d’alliage de magnésium, qui génère près de 70 kg de dioxyde de carbone, la fabrication de 1kg de résine copolymère Lexan EXL génère seulement 7,6 kg, soit environ un dixième des émissions ;
  • une plus grande liberté de conception permettant de créer de nouvelles formes et configurations ergonomiques ;
  • de nouvelles options de style telles que couleurs et effets spéciaux ;
  • une  intégration de la fixation de l’airbag conducteur, du mécanisme de l’avertisseur, etc. ;
  • une fabrication simplifiée grâce à la réduction du nombre de procédés secondaires ;
  • une meilleure gestion de l’énergie pour les chocs au niveau de la tête et du torse.
La faisabilité technique du nouveau concept de volant a été testée. Des pièces prototypes ont été construites et une validation complémentaire des équipementiers sur les véhicules est en cours.