La simulation numérique, un outil de compétitivité

Dans le domaine de l'énergie, quelque soit la technologie concernée, de multiples questions se posent au niveau de la conception, de la fabrication et de l'utilisation. La simulation numérique est devenue un outil indispensable pour y répondre.

La simulation numérique est un outil de prototypage virtuel accélérant les processus de création et d’optimisation. Que cela concerne le contrôle de l’épaisseur du film de silicium pour la fabrication de cellules photovoltaïques, la mise au point d’une batterie pour un nouveau marché, un regard plus pointu sur l’acoustique d’une éolienne ou les risques de fuite dans un stockage longue durée de déchets nucléaires. Avec une prise en compte toujours plus grande des interactions entre physiques parce que le monde est … multiphysique.

Éviter la fusion des pales d’une turbine à gaz implique de mettre en place un circuit de refroidissement et de prendre en compte la thermo-dilatation au niveau des contraintes de fatigue, notamment le long des soudures. Étudier la pérennité d’un stockage profond de déchets nucléaires conduit à simuler les fuites radioactives en cas de fracture dans la roche. Adapter une batterie ou une pile à combustible à une nouvelle application nécessite de tester la fiabilité des cycles de charge/décharge au cours de l’utilisation. Et placer des éoliennes off-shore conduit à se poser la question de l’ancrage dans un sol parfois instable !

Pour analyser un procédé ou un produit, il est courant de se focaliser sur un aspect des phénomènes en jeu (une seule physique). Avec l’hypothèse que les autres physiques n’ont pas ou peu d’influence (température, fatigue, attaques chimiques, vibrations, humidité, écoulement par exemple). C’est souvent correct : on est dans un régime où c’est le cas (pièce métallique à telle température de fonctionnement). Mais de moins en moins du fait de l’intégration de plus en plus poussée des dispositifs, de la miniaturisation, de la recherche de performances optimales. Et c’est d’ailleurs le but des prototypes de vérifier l’adéquation entre les objectifs initiaux et le résultat concret.

La simulation intervient à ce niveau parce que c’est un outil inégalable pour rester compétitif. Véritable laboratoire virtuel, l’outil idéal s’insère dans la chaine de conception et s’adapte à la problématique. Il doit incorporer les géométries issues des logiciels de CAO et les données matériaux. Bien plus, il doit être capable de simuler une physique particulière, ou plusieurs avec leurs couplages en fonction de l’évolution des idées à tester. La paramétrisation totale du modèle (géométries, matériaux, physiques) est nécessaire pour déterminer l’optimum de fonctionnement. Enfin, l’interface s’adapte à des utilisateurs de niveaux différents, du néophyte à l’expert, pour faciliter la coopération et les échanges.

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