Dynamique de composants tournants
Modélisation dynamique et vibratoire des moteurs à combustion interne

Même si les nouvelles technologies motrices, essentiellement l'énergie électrique, gagnent du terrain et attirent les investissements en Recherche et Développement après l'accord de Paris sur le climat, l’avenir des moteurs à combustion interne a encore une marge de progrès technique et un avenir commercial dans plusieurs secteurs industriels, notamment la production de l'électricité. L’insuffisance des infrastructures de recharge et de stockage ainsi que l’impact environnemental du recyclage des piles à combustibles restent des enjeux techniques majeurs pour que l'énergie électrique soit utilisée dans le cadre de l'industrie minière par exemple. Les autres énergies alternatives émergentes comme l'énergie éolienne, solaire ou géothermique sont limitées par l'intermittence et la variabilité de l'énergie produite. Elles ne peuvent donc être utilisées qu'en complément d'une autre source d'énergie. Cette diversification et complémentarité des énergies aura des conséquences importantes sur l'industrie de demain ainsi que sur les coûts d'investissements.

Issu de la succession de combustions de plusieurs cylindres, le couple généré par un moteur à combustion interne est non uniforme lors d'un cycle moteur 2-temps ou 4-temps. À ce phénomène d'acyclisme naturel s'ajoute la dynamique de ses composants majeurs comme le vilebrequin et le bloc moteur. C'est ce qui fait de ces moteurs une machine de nature vibrante. Dans l’article [BM 2 610], un choix approprié des paramètres d'architecture des moteurs à combustion interne en V afin de réduire à la source leurs différents types de vibrations a été détaillé. S'inscrivant dans une démarche d'optimisation de l'ordre d'allumage, le but de cette maîtrise dynamique est d'éviter tout vieillissement prématuré des composants et les pannes à répétition. Pour quelques situations critiques et selon l’avancement du projet, des solutions techniques ont été également proposées. Cette deuxième partie du travail explique comment la modélisation multi-corps, se basant sur la synthèse modale, représente un candidat idéal pour prédire la dynamique des moteurs à combustion interne ainsi que de leurs composants. Ceci couvre toutes les pièces, rotatives et statiques, de ces moteurs avec une représentation de plus en plus fidèle à la réalité des différentes sollicitations mécaniques. Les normes internationales en vigueur seront également mentionnées.

Le but essentiel de cet article n'est pas de présenter l'état de l'art des méthodes de sous-structuration dynamiques, mais plutôt d’initier le lecteur au principe de cette approche et d'introduire cette méthodologie dans un contexte de développement et d'évaluation vibratoire des moteurs à combustion interne. C'est dans cette idée que s'inscrit la première section, avec un rappel des notions de base de la synthèse modale. Ensuite, l'application de la sous-structuration dynamique est décrite dans un premier temps pour les pièces tournantes (attelage mobile), et pour les parties statiques (bloc moteur, échangeurs, pompes) dans un second temps. Dans les deux cas, une analyse des excitations en jeu est également expliquée.