Modélisation par bond graph - Éléments de base pour l'énergétique

Les procédés énergétiques possèdent un comportement fortement non linéaire dû principalement à l’interaction mutuelle de plusieurs phénomènes de natures diverses et associant des composants technologiques qui mettent en œuvre des énergies de natures différentes (mécanique, chimique, thermodynamique, etc.). Le comportement dynamique de ce type de système est décrit généralement par des équations différentielles non linéaires. La démarche classique basée sur les équations du premier principe (consistant à étudier les échanges en stationnaire ou en transitoire) devient compliquée en raison du caractère multiénergie et non stationnaire de ce type de procédé.

L’outil bond graph (graphe de liaison ou graphe à liens) à vocation pluridisciplinaire permet justement, par sa nature graphique, à l’aide d’un langage unifié, d’afficher explicitement la nature des échanges de puissance dans le système, tels que les phénomènes de stockage, de transformation et de dissipation d’énergie et de mettre en évidence la nature physique et la localisation des variables d’état. Par ailleurs, le modèle bond graph est évolutif, ce qui permet aisément d’affiner le modèle (en fonction des hypothèses de modélisation retenues) par simple ajout de nouveaux éléments (perte thermique, effet d’inertie, etc.) sans avoir à reprendre la démarche depuis le début. La méthode est adaptée à l’obtention de modèles intégrés, c’est pourquoi l’intérêt de la modélisation par bond graph des phénomènes rencontrés en génie énergétique et en génie des procédés est évident.

L’outil bond graph a été défini initialement en 1959 au MIT (Boston, USA) par Paynter  , puis introduit en Europe uniquement vers les années 1970. Cette démarche de modélisation est très pédagogique pour la compréhension et l’analyse de la dynamique des systèmes. La méthodologie a été développée à partir de 1996 principalement par Karnopp, Rosenberg et Thoma