La REM, formalisme multiphysique de commande de systèmes énergétiques

La représentation énergétique macroscopique (REM) est un formalisme graphique qui permet la représentation de systèmes énergétiques. Elle a été développée dans les années 2000 par le laboratoire d'Électrotechnique et d'Électronique de Puissance (L2EP) de Lille  :

• représentation car la REM permet de définir une organisation synthétique et graphique d'une modélisation mathématique pour les systèmes complexes ;

• énergétique car la REM met en évidence les interactions et les échanges énergétiques des éléments qui composent un système multiphysique ;

• macroscopique car la REM permet de décrire un système sans avoir une lecture graphique trop riche.

L'approche REM est fondamentalement basée sur une démarche systémique au sens où les sous-systèmes d'un système sont étudiés, non pas séparément mais ensemble, dans une relation de dépendance réciproque (interaction).

« Tout ce qui arrive (ou commence d'être) suppose quelque chose à quoi il succède, d'après une règle ». Cette citation d'Emmanuel Kant pourrait résumer le principe de causalité qui est un des principes fondateurs de la REM. La REM est basée de manière sous-jacente sur ce principe, autrement dit sur la causalité intégrale, qui sous-tend la notion d'énergie. L'utilisation exclusive de la causalité intégrale dans la REM permet la déduction systématique d'une structure de commande. Une méthodologie d'élaboration a ainsi été mise en place afin de faciliter le développement de la commande de nouveaux systèmes de plus en plus complexes et multiphysiques. La REM constitue ainsi une aide pour guider l'ingénieur afin d'organiser de manière physique sa modélisation en vue de l'obtention de la commande.

Divers établissements universitaires enseignent cette nouvelle approche , aussi bien en France avec l'université Lille 1, Arts & Métiers Paris Tech centre de Lille, Polytech'Lille, l'université de Franche-Comté, l'université de Paris VI, qu'à l'international à l'instar de l'université de Québec Trois Rivières (UQTR-Canada), l'École polytechnique fédérale de Lausanne (EPFL-Suisse), l'université polytechnique de Catalogne (Espagne), l'université de Technologie de Graz (Autriche), l'université de Coimbra (Portugal)… L'outil REM peut apporter une contribution significative dans le travail collaboratif : facilitation des dialogues entre ingénieurs de disciplines différentes, capitalisation et échange de modèles entre différents domaines techniques… C'est la raison pour laquelle elle commence à être utilisée dans les services recherche et développement des entreprises (PSA Peugeot Citroën , Siemens Mobility , SNCF , Valeo …) pour la représentation de la modélisation et la commande de leurs systèmes multidisciplinaires. Depuis sa création, la méthode a été appliquée à de nombreux travaux de recherche et d'ingénierie : traction ferroviaire, systèmes éoliens, véhicules hybrides, machines polyphasées, émulations temps réel, systèmes à transport de bande, systèmes à stockage pour les transports…

L'objectif de cet article est de présenter les fondements de la REM et de les appliquer sur un exemple simple. Dans une première partie, les notions de base ainsi que les éléments constitutifs de la REM seront présentés. On y trouvera également la démarche qui permet d'élaborer une structure de commande par l'inversion de la REM d'un système. Dans une deuxième partie, l'exemple d'un ascenseur à traction électrique sera traité. On y construira pas à pas sa REM et l'exemple ainsi formalisé sera mis en confrontation avec la représentation par fonction de transfert et celle par Bond Graph [BE 8 280] [D 3 064] [D 3 970] [D 3 971] [S 7 222]. En effet, dans les sciences de l'ingénieur, les fonctions de transfert sont d'usage courant et le Bond Graph, autre formalisme graphique transdisciplinaire, est de plus en plus utilisé. La structure de commande sera par la suite déduite de la REM et des résultats de simulation illustreront les performances du système ainsi contrôlé.