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N°984ccFÉVRIER 2016 - 16,50

www.industrie-techno.com

CINQ TECHNOLOGIES QUI VONT TRANSFORMER L’INDUSTRIE EN 2016

ÉNERGIE

À LA CONQUÊTE DES MERS

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UN HOMME, UNE TECHNO ccPAGE 4

Il détruit les cellules cancéreuses Laurent Lévy, créateur de Nanobiotix

CAHIER TECHNIQUE ccPAGE 49

Moteurs électriques pour l’automobile Tous leurs secrets dévoilés

A découvrir : la nouvelle référence mondiale !

VEGA, leader mondial dans la mesure de niveau radar, est sur le point de présenter une nouvelle étoile dans le ciel de l’instrumentation de process. Préparez-vous à la technologie d’avenir. Attendez-vous à une nouvelle génération de capteurs pleine de nouvelles possibilités.

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EDITO

Lame de fond

ccMURIEL DE VERICOURT RÉDACTRICE EN CHEF

THOMAS GOGNY POUR IT

mdevericourt@industrie-technologies.com

Contre vents et marées, l’investissement dans les énergies renouvelables se maintient. Malgré la baisse des prix des énergies fossiles. Entre 2004 et 2015, il a même été multiplié par cinq, atteignant 302 milliards d’euros, selon des chiffres publiés mi-janvier par le cabinet d’analyses Bloomberg New Energy Finance. Certes, c’est surtout la Chine qui tire ces investissements, plutôt revus à la baisse en Europe. L’information constitue toutefois une bonne surprise pour le secteur, et un présage plutôt rassurant pour l’avenir, alors même que les prix du pétrole sont au plus bas. C’est un témoignage que la transition énergétique n’est pas un phénomène conjoncturel, mais qu’il s’agit d’une lame de fond, appelée à modifier durablement à la fois nos modes d’ap- La transition provisionnement et nos usages. énergétique Ce changement de paradigme ne se fera n’est pas pas sans les industriels. Souvent pointés du doigt pour l’impact environnemental un phénomène de leurs activités, ils sont pourtant appe- conjoncturel. lés à être les pivots de la transition énergétique. La COP 21, dans le cadre de laquelle ils se sont massivement mobilisés, a été l’occasion d’en prendre conscience. C’est en effet à eux qu’il revient de mettre au point les technologies qui permettront de maîtriser l’impact de nos activités. Rien ne sert donc d’empiler les accords ou les législations si l’on ne soigne pas l’innovation.

Entre autres acteurs, le secteur des énergies marines a de l’énergie à revendre. Riche de ses 8 000 kilomètres de littoral, la France est bien placée pour en profiter. D’autant plus qu’elle possède une vraie avance dans un certain nombre de technologies permettant de tirer parti des différentes énergies (vent, vagues, courants, marées, différences de température des eaux) disponibles. Autant de raisons de prendre le large ! cm

FÉVRIER 2016ccN°984

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UN HOMME, UNE TECHNO

Il détruit les cellules cancéreuses Grâce à sa foi inébranlable dans la nanomédecine depuis 20 ans, Laurent Lévy développe aujourd’hui l’une des biotechs les plus prometteuses en France. Sa technologie NanoXray est en passe de révolutionner le traitement par radiothérapie du cancer.

aurent Lévy a toujours cru à l’usage des nanomatériaux dans un but thérapeutique.

Il est aujourd’hui à la tête d’une start-up d’une cinquantaine de personnes dont le produit NBTXR3 passe tous les tests avec succès et pourrait dès 2016 renouveler les pratiques de traitement du cancer par radiothérapie. C’est pourtant avec timidité que Laurent Lévy, 43 ans, prend la parole, dans les bureaux de Nanobiotix, dans un quartier discret du XIIe arrondissement. Il n’a pas la personnalité d’un grand orateur mais a toujours cru en ses capacités de scientifique. Tandis qu’il découvrait les potentialités des nanosciences en biologie, il a également su orienter son parcours pour développer les compétences qui lui permettent de déployer sa technologie vers le marché. Son post-doctorat dans l’université de Buffalo à Boston (États-Unis) est une étape déterminante dans son cursus personnel comme pro-

L

fessionnel : « Mon séjour à Boston a été fondamental, répond sans hésitation Laurent Lévy. Il m’a ouvert l’esprit. En Europe, notre culture et notre éducation est assez bridée. Aux États-Unis, il y a une liberté de penser et de tenter des choses inconnues que nous ne connaissons pas dans l’Hexagone. J’y ai appris à risquer et tester de nouvelles idées. » Dont l’une qui se révélera géniale. « Nous avons lancé une expérience pour savoir si l’on pouvait interagir avec une cellule de l’extérieur sans la toucher. J’ai injecté une particule magnétique dans une cellule.

Puis j’ai pris un aimant, grâce auquel j’ai pu faire tourner la cellule. Le concept fonctionnait. » cc Réussir

à faire tourner le noyau d’une cellule sans la toucher

Ce concept, c’est celui de nanoparticules activées par des champs externes et appliquées à la biologie pour la mise au point de nouveaux traitements. Nous sommes

cc des chevaux de Troie dans les Tumeurs La technologie NanoXray se base sur des nanoparticules d’oxyde d’hafnium injectées dans les cellules cancéreuses. Ces particules dotées d’une forte charge négative, vont adhérer à la surface des cellules cancéreuses, chargées positivement, s’y accumuler puis pénétrer à travers la membrane dans le cytoplasme.

Dès le deuxième jour, le patient sera exposé à des rayons X, aux mêmes doses qu’une radiothérapie conventionnelle.

En réalité, les nanoparticules captent les rayons X qu’ils réémettent en multipliant localement par neuf la dose initialement reçue, sans que les cellules saines autour n’accusent cette dose élevée.

Une fois la cellule cancéreuse détruite, les nanoparticules migrent vers une autre cellule.

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alors en 1999, les biotechnologies médicales sont naissantes. Pouvoir agir à distance sur les cellules grâce aux nanoparticules est une technologie totalement nouvelle. « Je savais que je tenais un quelque chose en faisant tourner le noyau de la cellule. Mais je n’avais aucune idée de comment développer un business. » Pour cela, Laurent Lévy travaille pendant trois ans chez Altran comme consultant. « J’étais assez libre, je n’ai réalisé que des projets qui avaient un lien avec ce que je voulais faire. J’ai pu travailler avec des entreprises pharmaceutiques et des entreprises de biotechnologies proches de mon domaine. » Ce passage chez Altran lui donne les compétences et la confiance nécessaires pour s’aventurer dans le développement de sa technologie, comme moyen de lutte contre le cancer. En 2003, il cofonde Nanobiotix avec Paran Prasad et Kader Moussaku, tous deux d’anciens collègues de Boston. « À l’époque, les gens nous ont pris pour des ovnis. Aujourd’hui près de 200 start-up travaillent dans le domaine aux États-Unis, près de 400 dans le monde. » Un véritable boom. Nanobiotix en aura été un précurseur, pourtant il faudra du temps pour trouver la voie vers la bonne technologie. En 2007, l’équipe abandonne l’idée de faire tourner les cellules cancéreuses pour améliorer les effets de la radiothérapie. Elle se dirige vers une utilisation plus prometteuse des nanoparticules qu’ils ont développées en parallèle. En radiothérapie, qui représente 60 % des traitements contre le cancer, une problématique majeure est le bon

D.R.

Laurent Lévy, créateur de Nanobiotix

LaureNt Lévy

P. Guittet PouR iNDuStRie et techNoLoGieS

avant de faire une thèse sur les nanobiotechnologies, Laurent Lévy a étudié la biophysique et la physique à eSPCI Paristech.

Lors de son post-doctorat à l’université de Buffalo à Boston (états-unis), il s’intéresse à l’usage des nanoparticules en biologie, puis travaille trois ans pour altran où il s’initie à l’entrepreneuriat, avant de créer Nanobiotix en 2003.

dosage des rayons X. Si la dose est trop forte, elle tue énormément de cellules cancéreuses, mais elle détruit également les cellules saines situées autour. Avant Nanobiotix, des molécules sont développées pour rendre les tumeurs plus sensibles aux rayons X. Mais ces composés biologiques ne sont pas optimaux, parce qu’ils sont dégradés par l’organisme ou bien interagissent également avec les tissus sains. « C’est un problème lorsque l’on fait de la science en santé, il existe de fortes probabilités de faire un produit qui ne fonctionne pas en raison de la complexité des réponses biochimiques. Notre technologie n’est pas confrontée à ce problème car elle s’appuie sur un concept purement physique. » L’équipe de chercheurs a l’idée d’utiliser des nanoparticu-

les denses en électrons qui peuvent amplifier les rayons X seulement au niveau de la tumeur. cc Pour

le traitement du sarcome des tissus mous

Huit ans après, le premier produit NBTXR3 en est à l’ultime étape avant son enregistrement comme produit labellisé CE et son industrialisation, pour le traitement du sarcome des tissus mous. De nouvelles études sont prévues en Europe et aux États-Unis, pour tester son efficacité sur d’autres types de cancers : le carcinome hépatocellulaire, le cancer du foie métastatique, le cancer de la prostate et le cancer de la tête et du cou. Aujourd’hui, Laurent Lévy n’a plus beaucoup le temps d’explorer les concepts scientifiques, mais

s’épanouit dans sa fonction de dirigeant. « C’est tout aussi stimulant intellectuellement. Dans les deux cas, cela nécessite de la persévérance et de trouver son chemin. Un bon scientifique doit être un bon entrepreneur. » Loin d’arrêter son activité à Nanobiotix, le scientifique a également repris la direction de la plateforme européenne de nanobiologie depuis 2006. Sa motivation pour s’engager ? « Si Nanobiotix veut gagner, c’est tout le secteur qui doit gagner. Quand il me reste un peu de temps, j’aide égalemenr des sociétés à se développer, je leur donne des conseils, sans trop de formalités, comme le ferait un grand frère. » cm cc PhiliPPe Passebon ppassebon@indutrie-technologies.com

février 2015ccN°984

SOMMAIRE

EN COUVERTURE

TENDANCES

MATÉRIAUX

La bouteille biosourcée va-t-elle détrôner le PET ? cc PAGE 8

ÉNERGIE

La cryogénie pour l’épuration du biogaz cc PAGE 10

OBJETS CONNECTÉS

Une microbatterie lithium-ion solide cc PAGE 11 RÉSEAU

L’Internet mobile pour piloter des drones cc PAGE 12

MATÉRIAUX

La fusion du verre par oxycombustion cc PAGE 13

CES 2016

Cinq technos qu’il ne fallait pas manquer cc PAGE 14

C’EST PAS NOUVEAU, QUOIQUE…

La Méhari réinventée par Citroën et Bolloré cc PAGE 16

ÉNERGIE

À la conquête des mers Les mers et les océans sont l’objet d’un nouvel eldorado : celui des énergéticiens, à la conquête d’une électricité propre et renouvelable, et à terme compétitive. Quand certains misent sur le gigantisme des machines, d’autres travaillent sur des concepts originaux, mais tous ont un seul objectif : dompter l’énergie du large. ccPAGE 20 PRODUCTION

MAINTENANCE

RECHERCHE

La compétitivité contre vents et marées

Anticiper les aléas pour ne plus les subir

Les innovations que concocte l’IRT Jules Verne

ÉNERGIES MARINES RENOUVELABLES

CONCEPTION

cc PAGE 22

cc PAGE 26

cc PAGE 34

INDUSTRIE-TECHNO.COM

AVIS D’EXPERT Les fuites de méthane amenées à se multiplier cc PAGE 18

Tout reste à faire cc PAGE 25

Les éoliennes flottantes ont le vent en poupe cc PAGE 28

FABRICATION

Les éoliennes XXL d’Alstom-GE cc PAGE 32

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N°984ccFÉVRIER 2016

HYDROLIEN

Entre robustesse et fiabilité cc PAGE 36

SOMMAIRE

Immeuble Antony Parc II 10, place du général de Gaulle BP 20156 92186 Antony Cedex Tél. : 01-77-92-92-92 Fax Rédaction : 01-77-92-98-51 Fax Publicité : 01-77-92-98-50 Une publication de Pour joindre vos correspondants, composez 01-77-92, suivi des quatre chiffres entre parenthèses indiqués après chaque nom.

Président Directeur général Christophe Czajka Directeur général Julien Elmaleh Directeur général délégué Paul Boursier Directeur du pôle industrie Pierre-Dominique Lucas

PRODUITS

EMBALLAGE

Sur les traces d’un produit cc PAGE 40

NOUVEAUTÉS

Notre sélection de produits classés en 4 secteurs de référence cc PAGE 44 à 48

RÉDACTION Directrice adjointe des rédactions Anne Debray (9251) Rédacteurs en chef Muriel de Vericourt (9957) et Guillaume Lecompte-Boinet Assistante de la rédaction Marielle Flèche (9425) Rédacteur en chef adjoint Jean-François Prevéraud (9458) (Bureaux d’études, design, CAO, lettre Web) Rédacteurs Juliette Raynal (9421) (Numérique, électronique, informatique), Philippe Passebon (9481)(Énergie, environnement, électrotechnique et sécurité) Didier Ragu (9435) (Nouveaux produits) ONT COLLABORÉ À CE NUMÉRO Baptiste Cessieux et Sophie Eustache RÉALISATION Secrétariat de rédaction Nicole Torras (9493), première secrétaire de rédaction Direction artistique Gérard Quévrin (9494) Service Photo Bernard Vidal (9490) Infographie Florent Robert (9495)

CAHIER TECHNIQUE

Les secrets des moteurs des voitures électriques De la physique à la réalisation industrielle cc PAGE 49

COMMERCIAL Directrice commerciale du pôle Industrie Béatrice Allègre (9362) Directrice de clientèle Flora Morel (9361) Directeur de clientèle Piero Tomassi (9578) Régions Thierry Borde, directeur (04-72-84-27-54) Est Clarisse Michel (03-88-84-36-06) Allemagne/Suisse/Autriche : Thomas Hugues (9536) Benelux : Huson International Media (Rodric Leerling) +31 (0) 229 841 882 Grande-Bretagne : Huson International Media (Stuart Payne) +44 (0) 1932 564 999 États-Unis : Huson International Media +1 212 268 3344 Espagne : B2B Communication (Juan Jose Bellod) +34 91 319 8177 Espace Industrie - Contact Industrie - Service publicité Flora Morel (9361) La direction se réserve le droit de refuser toute insertion sans avoir à justifier sa décision.

CONFÉRENCES-EVÉNEMENTS (9290) ADMINISTRATION-GESTION Directeur administratif et financier Stéphane Deplus (9402) Responsable juridique Mireille Monnier (9744) Directeur des affaires sociales Frédéric Sibille (9444) Directrice fabrication et achats Fabienne Couderc (9314) MARKETING, DIFFUSION-ABONNEMENTS Directeur Guillaume de Corbière Directrice Marketing direct et diffusion Laurence Vassor Marketing direct abonnements Carole Hardy Gestion abonnements Nadia Clément TARIFS ABONNEMENTS France (TVA 2,10 %) 1 an : 220 euros TTC Etudiant 51 euros TTC (sur justificatif) Etranger nous consulter Règlement à l’ordre d’Industrie et Technologies Pour l’UE, préciser le numéro de TVA intracommunautaire Librairie (vente des numéros déjà parus et des annuaires) Annuaires (TVA 5,5 % incluse) «L’Atlas des usines»: 230 euros TTC (papier) 650 euros (format xls)

LA MÉCANIQUE DES RÊVES

CLOUD Un nuage qui rend le ciel moins gris cc PAGE 58

CE NUMÉRO COMPORTE : - UN ENCART JETÉ INDUSTRIE DE 2 PAGES POUR L’ÎLE-DE-FRANCE - UN ENCART JETÉ CFIA DE 6 PAGES POUR TOUTE LA DIFFUSION CRÉDITS PHOTOS COUVERTURE : P. GUITTET ; D.R. SOMMAIRE : RÉA ; W. MAISY ; F. ROBERT ; D.R..

Numéro de commission paritaire : 0617 T 81775. Numéro ISSN: 1633-7107. Dépôt légal : à parution. Impression : Imprimerie de Compiègne, 60205 Compiègne. Industrie et Technologies est édité par Groupe Industrie Services Info SAS au capital de 38628352 euros. Siège social: 10 place du général de Gaulle 92160 Antony. RCS Nanterre 442.233.417. 10. Siret: 442 233 417 00041. TVA: FR29442233417. Principal actionnaire ETAI. Toute reproduction, représentation, traduction ou adaptation, qu’elle soit intégrale ou partielle, quels qu’en soient le procédé, le support ou le média, est strictement interdite sans l’autorisation de l’éditeur, sauf dans les cas prévus par l’article L.122-5 du code de la propriété intellectuelle. Seules sont autorisées les reproductions réservées à l’usage privé du copiste et non destinées à une utilisation collective et les analyses et courtes citations justifiées par le caractère scientifique ou d’information de l’œuvre dans laquelle elles sont incorporées. (loi du 11 mars 1957, art. 40 et 41, et code pénal, art. 425).

Copyright Groupe Industrie Services Info SAS. Tous droits réservés Directeur de la publication Christophe Czajka

10-31-1668 / Certifié PEFC / pefc-france.org

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TENDANCES

Matériaux La bouteille biosourcée va-t-elle détrôner le PET ?

Les géants de l’agroalimentaire, Coca-Cola en tête, courent tous après la bouteille biosourcée. Objectif: détrôner le roi polytéréphtalate d’éthylène (PET) qui compose l’immense majorité des bouteilles en plastique. Bien installé, il atteint lui aussi le 100% biosourcé. Mais seulement au prix de nombreuses transformations chimiques.

L

sourcée. Ce pourcentage correspond en fait à l’une des deux molécules qui compose ce copolymère, l’éthylène glycol. Sa fabrication à partir de sucre, et donc de betterave sucrière ou de canne à sucre, est connue depuis longtemps et est déjà en voie d’industrialisation. En 2012, JBF Industrie installait une usine à Sao Paulo capable de produire 500000 tonnes d’éthylène glycol chaque année. Le problème du PET vient plutôt de la molécule qui com-

L’usine des champs c Dans

bioplastique, il y a biomasse. Faire des plastiques à base de plantes éloigne les chimistes de leur fournisseurs habituels : les raffineries de pétrole.

L’industrie chimique pourrait ainsi se rapprocher

de sa nouvelle source de matières premières.

Et c’est déjà le cas aux Pays-Bas, sur le site de Suiker Unie.

Là, une raffinerie extrait le sucre des betteraves produites dans les champs et les serres alentour.

Une étape d’extraction

cc Les

à l’eau a été ajoutée pour pouvoir fournir les deux précurseurs du PEF à Avantium.

Et ce n’est que le début : 70 ha sont d’ores et déjà dédiés à l’installation de futures industries biosourcées.

Avantium se fournit sur le site de Suiker Unie pour produire son PEF.

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concurrents sont dans les starting-blocks

Le raisonnement qui vise à créer un PET biosourcé n’est pas le bon selon le chimiste. « On cherche à imiter les produits connus à partir d’une nouvelle source. L’idéal est plutôt de synthétiser de nouveaux polymères à partir des molécules offertes par la nature ». Et c’est exactement la stratégie utilisée par les deux principaux concurrents totalement biosourcés du PET. Celui qui semble le plus avancé est le polyéthylène furanoate (PEF). Développé par Avantium, une entreprise néerlandaise, depuis une dizaine d’années, ce bioplastique attire les investissements de Danone, d’Alpa et, bien sûr, de Coca-Cola. Comme son aîné, ce copolymère est issu de deux molécules dont l’une n’est autre que l’éthylène glycol. La partie facilement biosourcée du PET. Quant à la seconde, l’acide furanique (FDCA), il est également obtenu à partir de sucre en quelques manipulations chimiques. Le plastique

D.R.

ors de l’exposition universelle de Milan, Coca-Cola s’est offert un pavillon de 1 000 m2. But de l’opération : présenter sa nouvelle bouteille plastique en polytéréphtalate d’éthylène (PET) 100 % biosourcée. Une petite révolution qui tient plus de l’effet d’annonce que d’un véritable changement industriel. Seule 30 % de la masse du PET peut aujourd’hui être facilement bio-

pose les deux autres tiers de la masse de ce plastique: l’acide téréphtalique. Ce dernier peut également être synthétisé à partir de la biomasse mais seulement au prix de nombreuses transformations. « Économiquement c’est impossible, déclare formellement Franck Dumeignil, directeur adjoint de l’Unité de catalyse et chimie du solide de l’Université Lille 1. L’acide recherché contient un cycle aromatique. Cette particularité existe dans la biomasse mais uniquement sous forme de longue chaîne hétérogène. Il faut alors briser cette chaîne maillon par maillon pour récupérer les molécules intéressantes. Les coûts de la séparation puis de la sélection sont bien trop importants pour concurrencer le pétrole qui contient directement la bonne molécule. »

TENDANCES

LE MATCH PEF CONTRE PET PEF

PET

3

20

tonnes sont produites chaque année par Avantium.

En 2016, une nouvelle usine portera ce chiffre à

millions de tonnes de bouteilles en PET sont produites chaque année dans le monde

10 % du plastique utilisé

5 000

pour les nouvelles bouteilles sont issus du recyclage

tonnes/an

1,9 kg

Fait à base de sucre et de fibres de betterave

de pétrole

pour fabriquer

1 kg de PET« classique »

Selon Avantium, le PEF serait « compétitif » face au PET

1100 euros / t

Biodégradable

Même 100% biosourcé comme ici chez Coca-Cola,

le PET n’est pas biodégradable

La filière de recyclage n’existe pas

Dans le mach PET contre PEF, un point est très important : le recyclage.

D.R.

Intégrer un nouveau matériau dans la filière de recyclage est coûteux.

Moyen de détection, processus de recyclage, filière d’utilisation des produits obtenus…

Tout est à inventer. Et Eco Emballage ne peut se permettre un tel pari. obtenu se paie le luxe T h o m a s Sur ce plan, la confrontation tourne à l’avantage du PET… de posséder des Lefevre, directeur en attendant que le PEF caractéristiques phyde Nature Plast. Cela fasse ses preuves.

siques égales ou supérieures au PET, notamment de meilleures propriétés barrières. « Le PEF à une étanchéité à l’eau, au CO2 et à l’oxygène respectivement deux fois, trois fois et six fois supérieures à celle du PET», souligne Frank Roerink, directeur financier de la société. De quoi prolonger la durée de vie des produits contenus dans ces nouveaux emballages. Autre avantage du plastique néerlandais selon Avantium : son empreinte CO2. « Nous nous attendons à des économies d’énergie, le point de fusion du PEF étant plus bas que celui du PET, son extrusion est moins énergivore », complète Frank Roerink. Reste encore que l’industrialisation de la production ne s’est pas encore confrontée à la réalité. La pre-

mière usine, d’une capacité de 5 000 tonnes par an, devrait voir le jour en Europe en 2016. L’entreprise néerlandaise espère ensuite commercialiser ses premières bouteilles en PEF en 2018. cc Le

PLA pêche par ses propriétés physicochimiques insuffisantes

Un autre concurrent, l’acide polylactique (PLA), plus anecdotique est toutefois connu depuis plusieurs années. Il est déjà largement utilisé dans l’impression 3D personnelle. Ce plastique est malgré tout moins performant que le PET. « Il est plus poreux à l’oxygène, indique

se traduit par une durée de vie plus courte (environ 1 an) et une évaporation du contenu. On ne pourrait pas l’utiliser avec des boissons gazéifiées par exemple ». Autre problème : une moins bonne résistance à température élevée. Les deux problèmes peuvent néanmoins être résolus par l’ajout d’additif durant la fabrication comme cela se fait généralement dans l’industrie plastique. Mais de tels procédés doivent être étudiés et mis en œuvre de manières indépendantes pour chaque plastique.

Le PET semble avoir encore quelques années de répit. cm ccBAPTISTE CESSIEUX redaction@industrie-technologies.com

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TENDANCES

Médical Des nanorobots nageurs Le+ Biocompatible Samuel Sanchez, chercheur à l’Institut de bioingénierie de Catalogne, a mis au point des robots nageurs de taille nanométrique biocompatibles. Conçus à partir de silice mésoporeuse, ils peuvent se déplacer de manière autonome dans le corps grâce à la réaction catalytique de trois enzymes: la glucose oxydase, la catalase et l’uréase. Les nanomoteurs sont alors propulsés par les catalyses enzymatiques qui s’effectuent au contact de nanoparticules Janus (nanomatériaux comportant deux faces ayant des propriétés différentes). À terme, ces nanorobots pourraient permettre de délivrer des médicaments de manière extrêmement précise pour lutter contre le cancer. cm

30% Le Beluga XL, nouvelle version du célèbre avion cargo d’Airbus, est entré en production.

Dès 2019, il permettra de transporter 30 % de masse en plus que la précédente version, qui datait des années quatre-vingt-dix.

Conception Eikosim réinvente la simulation numérique La start-up francilienne Eikosim, fondée par Renaud Gras et Florent Mathieu, développe une technologie qui permet de faire converger la simulation numérique et les essais mécaniques.

Le+ Gain de temps

Cette technologie est issue du projet Medicine, développé en partenariat avec le laboratoire de mécanique et technologie (LMT), Eikosim u n i t é développe un algorithme mixte de qui permet recherche de l’ENS de ramener Cachan et du CNRS. Elle permet, la simulation au plus proche sur la base de corrélation d’images numériques, de caractériser les de l’essai. essais physiques afin de ramener la

Énergie La cryogénie pour l’épuration du biogaz Cryo Pur, filiale d’Engineering Research Innovation for Energy (Ereie) fondée en 2015, a développé une solution couplant purification et liquéfaction du biogaz par cryogénie. Le biogaz

issu de la méthanisation des déchets agricoles, industriels ou ménagers doit être purifié, principalement de son dioxyde de carbone. Il devient alors du biométhane, qui peut être liquéfié ou utilisé sous forme gazeuse, pour être injecté dans le réseau de gaz naturel. Le système de Cryo Pur se distingue des autres solutions car les étapes de prétraitement, d’extraction du CO2 puis de liquéfaction du biométhane obtenu utilisent le même système de cryogénisation. Cette synergie conduit à une économie d’énergie si ces trois étapes sont exploitées conjointement. Elle permet à la solution de Cryo Pur d’être compétitive face à des techniques d’épuration du biogaz sans liquéfaction, comme les procédés à membranes. Cryo Pur compte un démonstrateur industriel en fonctionnement depuis octobre 2015, qui traite 100 m3/heure de biogaz pour produire 60 m3/heure de biométhane liquéfié. cc P. P.

Sélectionné par le

d’Intelligence Technologique

www.industrie-techno.com/fit

10

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simulation numérique au plus proche de l’essai physique et d’optimiser les paramètres. La plate-forme logicielle permet de travailler sans mire de calibrage quelle que soit l’échelle, d’intégrer des données en 2D et en 3D en fonction des moyens d’imagerie, d’effectuer une corrélation globale entre essais physiques et simulation numérique et d’identifier les paramètres matériaux. In fine, la solution doit permettre aux industriels de gagner du temps lors des phases de conception et d’améliorer la qualité des produits.

EikoSim a récemment bénéficié d’un financement de la SATT Paris-Saclay pour industrialiser sa solution. Les premiers marchés visés sont ceux des industries des transports terrestres, aéronautiques et de fabrication d’équipements mécaniques.cc J.-F. P.

Le+ Économe

Un démonstrateur, traitant 100 m3/h de biogaz, équipe la station d’épuration de Valenton dans le Val-de-Marne depuis 2015.

AIRBUS ; D.R.

cc EN BREF

TENDANCES

Objets connectés Une microbatterie lithium-ion solide

cc EN BREF

Matériaux Une alternative au platine pour les détecteurs des diesels Le+ Résiste aux très

Le+ Grande capacité de stockage

La start-up lyonnaise I-TEN a mis au point une microbatterie lithium-ion spécialement dédiée à l’alimentation de secours des objets électroniques et, à terme, des objets connectés. Solide, la batterie

hautes températures

est composée de plusieurs couches empilées, chacune étant constituée d’une cathode et d’une anode séparées par un électrolyte solide en vitrocéramique.

L’absence d’électrolyte liquide ou polymère et d’anode en lithium rend la microbatterie résistante aux hautes températures, ce qui lui permet aussi d’être soudée sur les circuits. Cette technologie vise à concurrencer les piles bouton, peu puissantes et non rechargeables, et les super-condensateurs, puissants mais de faible autonomie ainsi que les récentes batteries solides planaires, qui présentent des capacités de stockage limitées.

Une première ligne de fabrication de la microbatterie est prévue pour la fin du semestre 2016 et la commercialisation courant 2017. cc P. P.

Ces microbatteries éviteront le remplacement des piles de pacemaker.

Spatial Un concours d’impression 3D Le+ Légèreté

D.R.

Thales Alenia Space, Altair et Poly-Shape ont donné le coup d’envoi du concours Make it Light. Objectif : concevoir le support

du prochain télescope spatial de Thales.

Cahier des charges : recourir à la fabrication additive pour obtenir le support le plus léger et le plus fiable possible. Une approche qui intéresse particulièrement le domaine spatial où chaque fabrication est quasiment unitaire et où chaque kilogramme mis en

orbite coûte en moyenne 15 000 euros. La compétition est ouverte aux étudiants ingénieurs, concepteurs architectes et designers de plus de 18 ans. Le vainqueur verra sa pièce produite par Poly-Shape, à partir de la technologie additive de lit de poudre. Elle sera également fabriquée comme prototype et étudiée par le service recherche et développement de Thales Alenia Space. Tous les projets doivent être déposés avant le 31 mars 2016 minuit. cc J.-F. P.

Le matériau est obtenu par laminage et co-cuisson de fines couches de céramique.

L’entreprise japonaise Kyocera espère mettre sur le marché d’ici 2017 un alliage composite qui remplacera les composants à base de platine, notamment les conducteurs présents dans les détecteurs de suies des véhicules diesel.

Le nouveau matériau, obtenu par laminage et co-cuisson de fines couches de céramique, résiste à des températures de plus de 500 °C sans entraver la détection.

Une première pour un matériau sans platine. cm

FÉVRIER 2016ccN°984

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TENDANCES

Réseau L’Internet mobile pour piloter des drones

cc EN BREF

Informatique quantique Google bat un record de vitesse Le+ Puissance de calcul

Une plate-forme Cloud permet de contrôler des drones à distance en utilisant les réseaux mobiles 3G et 4G.

Google s’est doté d’un ordinateur quantique le D-Wave 2X.

Le+ Vérification automatique

La start-up Defacto est née d’un constat : il y a trop de perte de temps dans les tâches répétitives et les allers-retours qu’il faut faire dans le processus de développement d’équipements. Les fondateurs de

la jeune pousse ont développé la suite logicielle, Factory 3D, qui permet de réduire d’un facteur 10 les délais pour gérer des modifications de configuration dans une maquette numérique. Leur première application concerne la gestion de configuration des cabines

500000 Sélectionné par le

d’avions. La plupart du temps, des modifications doivent être intégrées dans la maquette numérique, comme l’ajout d’un rang de sièges, lors du cycle de conception. Il faut donc revérifier que ces modifications s’intègrent bien dans l’ensemble. « Tout ce travail répétitif obéit à des règles explicites qu’on peut coder, ce que l’on a fait », explique Karim Tamarat, l’un des cofondateurs. La suite logicielle conçue par Defacto permet d’injecter ce code dans la maquette numérique en amont. De sorte que lorsque les ingénieurs veulent modifier un élément, la vérification se fait automatiquement, en moins de 5 minutes, et non de façon séquencée. cc G. L.-B.

C’est le nombre de pièces imprimées en 3D par Ford en 7 ans dans ses studios de design.

Sur la seule année 2015, 60 000 pièces ont été imprimées.

d’Intelligence Technologique

www.industrie-techno.com/fit N°984ccFÉVRIER 2016

nière zone où il sait que la couverture est bonne », explique Pierre Pelé, l’un des cofondateurs. Autre caractéristique : la solution est cryptée de bout en bout, grâce à une clé de 128 bits, afin d’assurer la protection des données, parfois critiques, récoltées par l’engin et d’éviter qu’une autre personne puisse prendre le contrôle du drone. cc J. R.

Conception Defacto automatise la configuration des cabines d’avions

La suite logicielle Factory 3D accélère la configuration des cabines d’avions.

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Équipé d’une carte SIM, ce drone peut être piloté en France depuis San Francisco.

D.R.

Google possède un ordinateur quantique D-Wave 2X. Développée par le canadien D-Wave, cette machine est dotée d’une puce sur laquelle on retrouve plus de 1000 bits quantiques, des qubits. La firme a récemment publié une étude comparative dans laquelle elle affirme que le supercalculateur D-Wave X2 serait parvenu à résoudre un problème d’optimisation impliquant 945 variables binaires, à une vitesse 100 millions de fois plus rapide qu’une machine classique dotée d’un simple cœur. cm

Avec ce développement, la start-up Uavia se distingue de la plupart des acteurs du marché, qui proposent un contrôle par les ondes radio. La solution permet, par exemple, de piloter un drone situé en France depuis San Francisco grâce à une application Web. Pour cela, le drone est équipé d’une carte SIM dotée d’un modem industriel qui répond à des normes plus strictes.

L’équipe a aussi développé une série d’algorithmes d’intelligence artificielle pour que le drone puisse détecter le plus rapidement possible la perte de connexion et prendre, par la suite, les bonnes décisions. « Le drone pourra alors atterrir dans une zone sûre ou bien retourner dans la der-

Le+ Pilotage sans contact visuel

TENDANCES

MatĂŠriaux La fusion du verre par oxycombustion Le+ Plus sobre et plus propre

D.R.

Air liquide a mis au point Heatox, une technologie de fusion du verre par oxycombustion. Cette opĂŠration vise

à rÊcupÊrer le CO 2 le plus concentrÊ possible, en rÊalisant la combustion avec de l’air très riche en oxygène, en cherchant à en Êliminer l’azote. Après la combustion, le CO2 produit n’est ainsi plus mÊlangÊ avec l’azote et ressort bien plus pur. Il est ainsi plus facile à valoriser.

Heatox se distingue des autres solutions existantes car elle inclut le prÊchauffage à haute tempÊrature de l’oxygène et du gaz naturel en amont. Grâce au prÊchauffage, Heatox augmenterait de 10 % les performances de l’oxycombustion. Elle permet de diminuer les Êmissions de CO2 et de NOx et la consommation de gaz naturel. cc P. P.

La solution Heatox d’Air liquide permet de rÊduire les Êmissions de gaz à effet de serre.

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Conception Airbus imprime une cloison bionique Le+ Poids diminuÊ de 45 % La cloison est un assemblage de 116 pièces imprimÊes en 3D.

cc EN BREF

ENNN

Airbus et Autodesk ont utilisĂŠ des algorithmes inspirĂŠs de la croissance osseuse et l’impression 3D pour diminuer de 45% le poids d’une cloison d’un A320. Grâce aux algorithmes bio-inspirĂŠs, des dizaines de milliers d’itĂŠrations ont ĂŠtĂŠ gĂŠnĂŠrĂŠes pour trouver la bonne conďŹ guration selon les contraintes ĂŠtablies. On parle de conception gĂŠnĂŠrative. La cloison bionique, qui sera testĂŠe en vol dès 2016, repose sur un assemblage de 116 pièces imprimĂŠes en 3D. cm

TENDANCES

CES 2016 Cinq technos qu’il ne fallait pas manquer Voitures électriques, drone « véhicule », patch connecté, écran enroulable…

Zoom sur cinq technologies qui ont particulièrement marqué la 49e édition du CES de Las Vegas.

R

endez-vous incontournable de l’électronique grand public, le Consumer Electronics Show (CES) s’est tenu du 6 au 9 janvier dernier à Las Vegas (états-Unis).

Le cru 2016 a apporté son lot d’innovations plus ou moins réalistes. Il a notamment été marqué par la forte présence des constructeurs automobiles, qui n’ont pas attendu le salon de Détroit pour présenter leurs derniers prototypes.

La rédaction d’Industrie & Technologies a sélectionné cinq technologies prometteuses présentées à Las Vegas. cm

La start-up qui veut concurrencer Tesla Motors

Fondée en mai 2014, la start-up californienne Faraday Future entend bien concurrencer Tesla Motors dans le domaine des véhicules électriques haut de gamme. La jeune pousse, qui compte déjà 750 collaborateurs, a développé une voiture électrique hors normes. Le prototype, aux allures de Batmobile, a été présenté pour la première fois au CES. Selon la start-up, le véhicule afficherait une vitesse de pointe supérieure à 320 km/h et pourrait atteindre les 60 miles par heure (environ 96 km/h) en moins de trois secondes.

La commercialisation des premiers modèles est prévue pour 2018. ccJ.-F. p.

Le premier drone « véhicule »

Le constructeur sud-coréen LG a présenté, à l’occasion du CES de Las Vegas, un écran Oled de 18 pouces d’une définition de 1 200 x 810 pixels, qui s’enroule comme une feuille de papier. LG affirme qu’il est capable de reproduire cette technologie sur un écran de 55 pouces. Le sud-coréen n’a pas divulgué de détails techniques autour de cette innovation, ni de date de commercialisation.

L’objectif était plutôt de démontrer les possibilités offertes par l’électronique souple, une technologie qui pourrait révolutionner de nombreux domaines, du secteur médical à l’industrie automobile en passant par l’affichage publicitaire. ccJ. R.

L’entreprise chinoise Ehang a dévoilé au CES un drone électrique autonome : le Ehang 184. Sa spécificité ? Il est assez grand pour accueillir un passager à bord. L’entreprise, basée à Guangzhou, le présente d’ailleurs comme le premier véhicule personnel aérien autonome. Dédié aux vols de moyenne distance, l’engin serait capable de voler 23 minutes en toute autonomie. En effet, d’après le constructeur, le drone est capable de décoller automatiquement, de voler en évitant seul les obstacles et d’atterrir. En cas de problème, un expert pourrait reprendre les commandes à distance. L’entreprise prévoit de commercialiser les premières unités dès cette année mais certains experts pointent déjà du doigt plusieurs barrières technologiques et réglementaires. ccJ. R.

Sélectionné par le

D.R.

L’écran Oled hyperflexible

d’Intelligence Technologique

www.industrie-techno.com/fit

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N°984ccFÉVRIER 2016

TENDANCES

Le patch connecté anti-coup de soleil L’Oréal a levé le voile sur My UV patch. Ce patch permet à son utilisateur d’être informé en temps réel de son exposition aux rayons ultraviolets (UV).

Cette innovation, dont la commercialisation est prévue dès cet été, a été développée au sein de l’incubateur californien de L’Oréal en partenariat avec la start-up MC10, spécialisée dans l’électronique ultrafine. Il s’agit d’un circuit électronique de 50 micromètres d’épaisseur imprimé sur un film souple et transparent qui adhère à la peau. Le circuit intègre des colorants photosensibles qui jouent le rôle de dosimètres : la couleur change en fonction de la dose d’UV reçue. Le tout est relié à une application mobile dédiée. ccJ. R.

D.R.

Le combi Volkswagen version électrique Popularisé par les hippies californiens dans les années soixante, le célèbre Combi a fait un retour remarqué au CES 2016 sous la forme d’un concept car de véhicule électrique connecté : le Budd-e.

Il préfigurerait la mobilité électrique que Volkswagen entend proposer à ses clients avant la fin de la décennie : 600 km d’autonomie et une recharge à 80 % de la batterie en 15 minutes, avec en prime une forte connectivité. Entièrement configurable par le conducteur, le véhicule est divisé en trois zones : Drive, pour la conduite du véhicule (vitesse…), Control pour la gestion du voyage (itinéraire, état du véhicule…) et Consume, pour les informations annexes.

Budd-e embarque également une technologie de reconnaissance de gestes. ccJ.-F. p.

FÉVRIER 2016ccN°984

1

TENDANCES

cc JEAN-FRANÇOIS PREVÉRAUD jfpreveraud@industrie-technologies.com

La Méhari réinventée par Citroën et Bolloré a Méhari lancée en mai 1968 par Citroën était un des multiples avatars de la famille 2CV, puisqu’elle reprenait la plate-forme de la Dyane et l’ensemble moteur et boîte de vitesses de l’Ami 6. Le tout étant habillé par une carrosserie modulaire originale réalisée en ABS thermoformé et teinté dans la masse.

C’était un véhicule atypique et polyvalent, à la fois ludique et professionnel. Adepte des plages et de la campagne, on le retrouva aussi chez les gendarmes et dans l’armée. La Méhari restera au catalogue de Citroën jusqu’en 1987. Plus de 150000 exemplaires ont été fabriqués et elle n’a pas été remplacée.

D’autres constructeurs s’y sont essayés tel ACL/Teilhol, qui a travaillé sur base Renault 4 et 6 pour ses modèles Rodéo, puis sur base Citroën 2 CV pour la Tangara. Citroën est même revenu sur le sujet en 2003 avec sa C3 Pluriel aux arches de toit démontables, puis en 2015 avec le concept car Cactus-M. Un concept qui préfigurait la eMéhari que la marque au double chevron vient de présenter. Une «voiture plaisir» qui reprend l’esprit de son ancêtre, mais pas la lettre, car la eMéhari est en fait une BlueSummer de Bolloré La eMéhari au style revu à l’aune de celui du Cactus. C’est veut reprendre l’esprit donc une voiture électrique dotée d’un «voiture plaisir» moteur de 35 kW et d’une batterie lithium de son ancêtre. métal polymère d’une capacité de 30 kWh, qui lui donne une autonomie de l’ordre de 200 km en cycle urbain et 100 km en cycle extra-urbain, à 110 km/h maxi. Seul point commun la carrosserie en ABS thermoformé teinté dans la masse.

Loin d’une approche low-cost, cette eMehari devrait être commercialisée aux environs de 15000 euros, prime véhicule électrique déduite, tandis que la batterie sera louée mensuellement au client.

Mais Citroën entend surtout commercialiser ce véhicule via un loyer global mensuel permettant de mettre plus facilement en avant son gain d’usage.

Et ça, c’est nouveau ! cm

L

Retrouvez chaque mardi la chronique de Jean-François Prevéraud en vous abonnant à notre newsletter www.industrie-techno.com

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Algorithmes Les Google Glass au service de l’autisme Le+ Prédiction des crises

et apprentissage personnalisé

Des Google Glass customisées pour s’adapter aux besoins des enfants autistes. C’est ce qu’a

imaginé la start-up américaine Brain Power, fondée Le dispositif testé 200enfants devrait être par le professeur Ned par suivi d’essais cliniques.

T Sahin. Grâce à un logiciel spécifique, l’outil les encourage à établir un contact visuel avec leur entourage et les aide à comprendre les émotions. Il peut même détecter en amont l’arrivée d’une crise, grâce à l’analyse en temps réel des données issues de différents capteurs qui mesurent les basculements de l’enfant, le clignement de ses yeux ou encore sa respiration. Enfin, le logiciel apprend à comprendre le comportement de son utilisateur et évolue en fonction de ses progrès grâce à des algorithmes de machine learning. Pour l’heure, le dispositif a été testé par environ 200 enfants. Les premiers essais cliniques débuteront dans le courant de l’année. Une campagne de financement participatif sur la plateforme Kickstarter est également prévue pour 2016. cc J. R. cc EN BREF

Aéronautique La tête dans les nuages Le+ Vue panoramique

Une verrière en forme de goutte pour agrandir le champ visuel.

L’américain Windspeed Technologies a récemment présenté le projet Skydeck, qui vise à proposer aux passagers une vue panoramique sur le ciel.

Pour agrandir leur champ de vision, l’entreprise s’appuie sur le concept de la verrière des tourelles de mitrailleurs qui équipaient le dos des bombardiers durant la seconde guerre mondiale. Selon l’entreprise, un grand avionneur envisagerait déjà d’offrir cette verrière en forme de goutte à ses clients. cm

D.R.

QUOIQUE…

TENDANCES

Mesure Des nanocapteurs pour la maintenance prĂŠdictive

cc EN BREF

CybersĂŠcuritĂŠ Trustinsoft scrute les failles des logiciels Le+ FiabilitĂŠ

D.R.

Des chercheurs de l’universitÊ de Swansea (Grande-Bretagne) sont parvenus à imprimer directement sur une Le+ Robustesse aube de rÊacteur d’avion des capteurs optiques de force et de dÊformation. Ils se sont appuyÊs sur le procÊdÊ

Aerosol Jet Technology, mis au point par l’entreprise Optomec. Celui-ci permet de dÊposer du matÊriau conducteur sur une pièce au cours de son impression. Cette approche, basÊe sur l’aÊrodynamique, permet de dÊlivrer une combinaison de liquide et de nanomatÊriaux sur mesure. Une fois l’encre conductrice dÊposÊe sur le substrat, elle subit un traitement thermique pour finaliser ses propriÊtÊs mÊcaniques, sa conduction Êlectrique et son adhÊrence. La technologie a permis aux chercheurs d’imprimer un film Êpais de seulement 10 nm. Grâce à cette technique, ils ont pu mesurer et dÊterminer le degrÊ de uage

subit par la pièce avec une prĂŠcision de 10 nm. Cette approche s’inscrit directement dans une logique de maintenance prĂŠdictive et permettrait de surveiller en temps rĂŠel l’Êtat des aubes, aďŹ n d’augmenter leur rĂŠsistance Ă des tempĂŠratures ĂŠlevĂŠes et d’amĂŠliorer l’efďŹ cacitĂŠ ĂŠnergĂŠtique du moteur. cc J. R.

Un ďŹ lm de 10 nm d’Êpaisseur surveillera en temps rĂŠel l’Êtat des aubes.

La PME Trustinsoft a dĂŠcrochĂŠ le prix spĂŠcial du jury, organisĂŠ dans le cadre du Forum international de la cybersĂŠcuritĂŠ 2016.

CofondĂŠe en 2013 par Fabrice Derepas, l’entreprise a notamment mis au point la solution Trustinsoft Analyzer. Elle permet de garantir mathĂŠmatiquement la conformitĂŠ Ă une spĂŠciďŹ cation, l’absence de dĂŠfauts et l’immunitĂŠ de composants logiciels aux cyber-attaques les plus courantes. cm

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Sur notre site Internet, le meilleur de la R&D en temps réel Avis d’expert Les fuites de méthane amenées à se multiplier

Depuis le 23 octobre, d’énormes fuites de méthane s’échappent d’un puits de gaz en Californie, provoquant des dommages environnementaux et humains. La faute à une canalisation de gaz éventrée à 2,5 km sous terre.

Quelque 79 000 tonnes de méthane, au pouvoir réchauffant 80 fois supérieur au CO2, ont déjà été émises. Des centaines d’habitants ont dû quitter leur domicile. La société SoCal Gas, responsable du puits, estime qu’il lui faudra encore deux ou trois mois pour colmater la fuite.

Selon Stéphane Sainson, spécialiste dans le domaine de l’amont pétrolier, ce genre d’incident pourrait se multiplier car les sites de stockage de gaz sont souvent implantés sur d’anciens gisements productifs.

Or les canalisations ne sont pas conçues pour durer aussi longtemps… cm Méthane

Dossier Les 20 robots préférés de la rédaction

Industrie, logistique, médical, militaire, recherche, service…

La rédaction a identifié 20 robots qui ont marqué l’actualité cette année, sur des critères d’agilité, de diversité des capteurs, de capacité d’interaction, sur leurs facultés d’apprentissage et leur polyvalence.

Une sélection exclusive de machines qui partagent aussi la particularité d’être autonomes et non téléguidées.

Découvrez-les vite sur notre site Internet. cm 20 robots

Interview «Les deux moteurs de la robotique industrielle sont la Chine et la cobotique» c Arturo Baroncelli, président

de la fédération internationale de robotique, décrypte les tendances du secteur.

Baroncelli

Prospective Les cinq technos qui vont transformer l’industrie

c Selon une étude menée par

le conseil de compétitivité des États-Unis et Deloitte, l’industrie deviendra 4.0 grâce à l’analyse prédictive, à l’Internet des objets, aux matériaux avancés, aux simulations et aux puissances de calculs XXL. Industrie 2016

Portrait chinois L’innovation dans la peau

Reportage Les grands chantiers de l’IoT Valley

Implantée à Labège, en banlieue toulousaine, l’IoT Valley est bien décidée à devenir « la » capitale européenne de l’Internet des objets industriels.

La structure abrite, entre autres, le Connected Camp, un nouvel accélérateur de start-up spécialisées dans l’Internet des objets industriels.

Il s’apprête à accueillir sa première promotion de start-up et pour attirer davantage de pépites étrangères, le Connected Camp travaille à créer son propre fonds d’investissement. À terme, l’objectif est de faire sortir de terre un véritable village regroupant industriels, écoles et start-up. cm

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cofondateur et directeur technique de la start-up Criteo, nous présente sa vision de l’innovation.

Niccoli

Réseaux @IT_technologies La communauté de l’innovation hub Industrie & Technologies IndustrieTechno

d’Intelligence Technologique Des chercheurs du laboratoire HRL ont mis au point un procédé permettant d’imprimer par stéréolithographie un matériau céramique, capable de résister à des températures de 1700 °C. Une innovation qui pourrait trouver ses applications dans le spatial et l’aéronautique.

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D.R.

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IoT Valley

c Romain Niccoli,

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Production

La compétitivité contre vents et marées

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énergies marines renouvelables

Tout reste à faire

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maintenance

Anticiper les aléas pour ne plus les subir

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concePtion

Les éoliennes flottantes ont le vent en poupe

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fabrication

Les éoliennes XXL d’Alstom-GE

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recherche

Les innovations que concocte l’IRT Jules Verne

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hydrolien

Entre robustesse et fiabilité

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EN COUVERTURE

Énergie À la conquête des mers Les mers et océans sont l’objet d’un nouvel eldorado : celui des énergéticiens, à la conquête d’une électricité propre et renouvelable, et à terme compétitive. Quand certains misent sur le gigantisme des machines, d’autres travaillent sur des concepts originaux, mais toutes ont un seul objectif : dompter l’énergie du large.

oliennes, hydroliennes, centra- Y installer des machines coûte cher, et les les marémotrices… Les projets maintenir en état presque autant. Pour dimide centrales électriques instal- nuer les coûts de production de l’électricité, lées au large déferlent sur la les consortiums industriels vont chercher mer. À la perspective de ces les vents et les courants les plus importants immenses fermes de machines, les énergéti- pour lesquels ils vont privilégier les machines les plus grosses possible ciens de tous les pays ont les pour faire des économies océans dans leur viseur. Les lEs ExigENCEs d’échelle, tandis que des jeumers offrent en effet d’iné- dU miliEU maRiN nes pousses privilégient des puisables ressources bienve- sONT TRès fORTEs : concepts originaux « low nues pour décarboner les iNsTallER maChiNEs cost ». Les opérations en mer mix énergétiques des pays dEs EN mER développés. Il existe pour COûTE ChER, sont optimisées et les matériaux rendus plus résistants cela de nombreuses filières ET lEs maiNTENiR pour réduire les coûts d’inscomplémentaires : les éolien- EN éTaT pREsqUE aUTaNT. tallation et de maintenance. nes pour les sites fortement Les industriels misent aussi ventés, les hydroliennes résolument sur l’emploi des pour les baies aux courants très importants, les centrales thermiques capteurs et des données numériques pour pour les eaux chaudes du sud, auxquelles il prédire les défaillances des machines. Prefaut encore ajouter les machines marémo- nant le pas de ses voisins, la France – en trices, houlomotrices, et osmotiques. Les retard dans ce domaine – s’est engagée résofilières éoliennes et hydroliennes sont les lument dans l’aventure des énergies marines plus avancées industriellement, particuliè- et devrait voir sortir de l’eau ses premiers rement en Europe, où les sites en mer du projets d’ici 2020. Une nouvelle conquête des Nord sont investis par les éoliennes depuis mers totalement en phase avec l’un des prinvingt ans. Mais toutes les filières sont cipaux défis de notre XXIe siècle : la maîtrise confrontées aux exigences très fortes du d’une énergie renouvelable propre à assurer milieu marin : salinité, violence des élé- l’ensemble des besoins énergétiques de l’huments, colonisation des organismes marins. manité. cm

Avec ses vents du large, la force de ses vagues et de ses courants profonds, la mer déborde d’énergie, renouvelable de surcroît.

Ici des éoliennes en mer du Nord.

réa

é

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EN COUVERTURE

GLOSSAIRE

cLE WATT (W) désigne une capacité de production. cLE WATTHEURE (WH) désigne une quantité d’énergie produite.

Réputées capables de décarboner l’électricité des pays développés, les énergies marines renouvelables se développent tous azimuts.

Mais pour parvenir à un prix du kilowattheure (kWh) compétitif, les industriels doivent coupler performance des systèmes et réduction des coûts de maintenance.

C

onquérir et convertir en électricité l’énergie des mers, c’est le défi que se sont lancé les énergéticiens. Ils s’appuient sur la volonté des pays développés d’intégrer plus d’énergies renouvelables à leur mix énergétique. En contrepartie de son potentiel, la mer est exigeante et agressive : corrosion due au sel, force des courants et des tempêtes, présence d’organismes « encroûtants ». Les océans représentent un potentiel immense en énergie, mais sont aussi un environnement à risque ! En outre, les opérations de maintenance, nécessaires aux performances des machines, coûtent vite très cher.

Aussi les industriels doivent jongler entre recherche de performance et réduction des coûts. « L’enjeu principal des énergies marines renouvelables (EMR) est le coût de l’électricité produite, explique Nicolas Serrie, directeur offshore Wind France pour General Electric. Nous devons sortir

l’éolienne la plus compétitive possible, travailler sur des solutions d’installation et de maintenance moins coûteuses, car les machines ne représentent que 40% des coûts d’un projet et il faut également travailler sur les 60% restants. » cc Éolien

offshore et hydrolien en première ligne

Les différents types d’EMR n’ont pas les mêmes niveaux de maturité. L’éolien offshore est clairement le plus avancé avec un coût du kilowattheure (kWh) relativement compétitif, même s’il est encore près de trois fois supérieur à l’électricité nucléaire, les inconvénients de la mer sont compensés en partie par des vents plus forts et plus constants que sur terre. Dans le cadre de la transition énergétique, la France a prévu d’installer une capacité de 15000 MW d’ici 2030. Une évolution à marche forcée puisque l’Hexagone ne compte encore aucune éolienne offshore. La filière profite de l’ex-

périence des parcs installés en mer du Nord et en mer baltique depuis les années 1990 mais s’oriente aujourd’hui vers des solutions de fondations flottantes pour conquérir les autres côtes. La filière hydrolienne produit ses premiers électrons à partir des courants marins depuis moins d’une dizaine d’années. Sans impact sur les autres activités marines, les hydroliennes, d’une hauteur équivalente à des immeubles de plusieurs étages –jusqu’à 20 mètres– sont cependant loin d’être simples à manœuvrer ! La France possède des gisements importants, pour un total de 3 à 5 GW, sur lesquels des fermes d’hydroliennes pourraient produire l’équivalent de la production de deux réacteurs EPR. Les centrales marémotrices exploitent quant à elles la différence de hauteur de l’eau due à la marée (le marnage). La France est un des leaders mondiaux avec son usine de la Rance (Bretagne) qui profite d’un marnage exceptionnel et produit 550 GW par an depuis 1966. Mais son impact environnemental bloque le développement de cette technologie mature et aux coûts de production bas. La Corée du Sud construit cependant des centrales et la Grande-Bretagne,

lEs sOlUTiONs pOUR RéCUpéRER l’éNERGiE ET lEUR pOTENTiEl mONdial ÉOLIEN OFFSHORE Énergie cinétique du vent

22

HYDROLIEN Énergie cinétique des courants marins

MARÉMOTRICE Différence de niveau entre pleine et basse mer

ÉNERGIE THERMIQUE DES MERS Différence de température entre surface et profondeur

Industrialisé

En voie d’industrialisation

industrialisation

R&D

supérieur à 10 000 TWh/an

Entre 300 et 400 TWh/an

380 TWh/an

10 000 TWh/an

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MEYGEN ; LOCKHEED MARTIN ; D.R.

Production La compétitivité contre vents et marées

c1 WH correspond à la production d’une machine de 1 W pendant 1 heure.

éNERGiEs maRiNEs

LES ÉNERGIES MARINES RENOUVELABLES : DES OPPORTUNITÉS…

…ET DES DÉFIS

LOCKHEED MARTIN ; D.R.

c Les EMR ont plusieurs avantages. Elles sont abondantes, prévisibles (hydroliennes) ou plus productives que sur terre (éoliennes).

qui dispose d’un potentiel important, a annoncé vouloir construire un lagon artificiel dans la baie de Swansea (Pays de Galles). L’énergie houlomotrice, qui exploite l’énergie des vagues, fait l’objet de nombreux projets, mais n’a fait la preuve ni de sa robustesse, ni de sa capacité à faire baisser ses coûts. L’énergie thermique des mers exploite quant à elle la différence de température entre la surface et les profondeurs de l’océan. Les acteurs industriels dans ce

HOULOMOTEUR Énergie de la houle

c Pour tenir les coûts, les industriels visent le zéro maintenance et rendent les machines réactives à leur environnement.

domaine spécifique sont rares. On y trouve notamment l’Américain Lockheed Martin, mais aussi le français DCNS. Ce dernier prévoit la mise en service d’un prototype à échelle 1 en 2020 en Martinique, Nemo.

Enfin, l’énergie osmotique exploite la différence de salinité entre l’eau de mer et l’eau douce pour générer une différence de pression et faire tourner une turbine. Elle est potentiellement exploitable par tout pays disposant d’embouchures de fleuves

OSMOTIQUE Différence de salinité entre eau de mer et eau douce

R&D

R&D

Entre 2000 et 8000 TWh/an

1700 TWh/an

mais est limitée à ce jour par les performances des membranes semi-perméables. Des projets plus originaux proposent même de coupler différents types d’énergie. C’est le cas du projet M-Liner, porté par la société basée à Saint-Nazaire, Geps-Techno, visant à concevoir une plate-forme maritime combinant quatre sources d’énergies sur le flotteur: éolien, solaire, hydrolien et houlomoteur, pour une puissance totale de 50 à 60 MW. Mais plus généralement, à chaque type de gisement son type d’énergie. Et la mer regorge de diversité! «En Martinique, ou aux Caraïbes, où les mers sont chaudes et l’électricité déjà très chère, l’énergie thermique des mers s’avère intéressante, même avec un prix du kWh dix fois supérieur à celui du continent», confirme Frédéric Le Lidec, directeur des énergies marines renouvelables chez DCNS. De son côté, l’hydrolien est très intéressant au Raz Blanchard où les courants de la Manche sont forts, tandis qu’en mer Méditerranée, où les courants sont faibles, l’on préférera l’éolien.

Les acteurs des EMR peuvent s’appuyer sur les acquis dans le domaine du pétrole offshore ou plus généralement la filière navale. « Des grands noms du pétrole sont présents dans l’éolien offshore ou l’hydroFÉVRIER 2016ccN°984

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EN COUVERTURE

WindKeeper est un navire à forte tenue à la mer, pour les opérations de maintenance, de sécurité, et de sûreté des champs éoliens offshore.

c Les opérations

d’installation et de maintenance synonymes de sortie en mer sont très coûteuses. D’où les besoins de les réduire au minimum et d’aller vite. Principaux responsables de la montée des coûts, les bateaux font l’objet d’adaptations spécifiques. Le projet de navire Windkeeper permet ainsi de doubler la capacité

d’intervention annuelle sur les éoliennes et d’augmenter ainsi sensiblement leur production électrique.

Il s’appuie notamment sur des supercapacités, et un système de positionnement dynamique et de stabilisation du navire.

Pour les hydroliennes, l’opération de pose

ne peut se faire que lors de la renverse des courants qui dure moins de 2 heures, le courant étant trop fort sinon.

Le projet Pile & Tide s’attaque au développement d’une pelle de 300 kW qui travaille rapidement et économiquement dans ces conditions pour creuser les fondations.

lien, témoigne Daniel Averbuch, respon- ouverts aux grands comme aux petits sable du programme « énergies marines » porteurs de projets. à l’IFP Energies nouvelles (Ifpen). Ainsi, Outre la R&D effectuée sur les machines Statoil s’apprête à construire le premier elles-mêmes, la simulation numérique est parc éolien en mer d’Écosse. Repsol et essentielle pour la conception des projets.

Shell travaillent, eux, sur des éoliennes «Il est impossible d’avoir des mesures in flottantes au large du Portugal. Ils profi- situ partout en mer, explique Jérôme Cuny, tent de leur expérience et de leurs ingénieur chez Open Ocean, spécialisé dans connaissances en hydrodynamique, la modélisation numérique des projets maritimes. Nous mettons mécanique des structures en mer et leurs connaissan- la simUlaTiON en équation la dynamique EsT des mers à partir de donces du milieu marin. » Tou- NUméRiqUE EssENTiEllE pOUR nées issues de différentes tefois, les besoins de R&D la CONCEpTiON sources, telles que l’Ifremer, restent importants pour dEs pROjETs. pour en tirer des images en chercher la compétitivitédeux ou trois dimensions coût. Pour preuve, les centres de R&D sortent de terre un peu par- des courants marins et des vagues aux instout dans le monde depuis un ou deux tants voulus dans un historique». Pour l’éoans. L’américain General Electric à Nantes lien offshore –ou la production de pétrole et le français DCNS au Brésil, ou encore offshore–, les simulations permettent, au Adwen, co-entreprise entre Areva et l’es- niveau du kilomètre, d’évaluer les aléas de pagnol Gamesa, près de Rouen. Les sites la mer auxquels seront contraintes les insd’essais en mer aussi se multiplient, tallations et de concevoir les opérations

24

N°984ccFÉVRIER 2016

d’installation et de maintenance en conséquence. Pour l’hydrolien ou l’énergie houlomotrice, la mer n’est plus une contrainte mais la source d’énergie elle-même. Dans le cadre du projet de ferme pilote d’hydrolienne d’Engie au large du Raz Blanchard, les simulations effectuées sur des résolutions de 50 mètres évaluent l’influence de chaque machine sur le courant environnant et donc sur les autres machines du site. La performance peut alors être améliorée de plusieurs points en jouant sur l’espacement et l’alignement des rangées d’éoliennes. Pour la filiale d’EDF, Réseau de transport d’électricité (RTE), la simulation permet aussi d’évaluer l’agitation due aux courants marins, afin de choisir les routes et les protections les plus appropriées pour les câbles électriques.

Reste la question centrale de la maintenance. Une fois mises à l’eau, les installations doivent durer 20 à 25 ans, tout en minimisant les coûts d’entretien. La maintenance prédictive et le développement de matériaux adéquats doivent y contribuer.

Depuis plusieurs années, le « structural health monitoring » (SHM) permet au moyen de capteurs de remonter en permanence les informations sur l’état de santé des éoliennes et leur environnement: les endommagements, la fatigue, le «fouling» (les organismes marins qui prolifèrent sur les matériaux) ou encore la corrosion. Sur les hydroliennes comme sur les éoliennes, le SHM permet de réduire les surdimensionnements des machines –et donc leur coût– souvent prévus «au cas où», pour la rafale du siècle par exemple. Les matériaux continuent de faire l’objet de recherches actives, tout comme les revêtements antifouling et anticorrosion. « Ils tiennent difficilement 20 ans et doivent en outre s’adapter aux réglementations Reach, explique Nathalie Baclet, directrice adjointe des programmes et des projets à l’IRT Jules Verne. D’autres projets visent à mixer fibres de verre, peu coûteuses, et fibres de carbone, plus résistantes pour les pâles. Ils illustrent les efforts des industriels pour coupler performance et solutions d’ingénierie à faibles coûts, et ainsi dompter les coûts de production de l’électricité marine. cm cc PhiliPPe Passebon ppassebon@industrie-technologies.com

D. R.

Réduire à leur minimum les interventions de maintenance

ÉNERGIES MARINES

ÉNERGIES MARINES RENOUVELABLES

Tout reste à faire Une énergie encore peu exploitée…

Parmi les énergies renouvelables, les énergies marines (EMR) sont les moins utilisées alors que la Terre est couverte à

MONDE 2013

Hydraulique 73,8 %

Production totale

22127 TWh

550,7 TWh

Énergies renouvelables

Éolien 15,5 % Biomasse 6,1% Solaire 4,6 %

18,5%

EMR 0,8 %

77,9%

Hydraulique 73,4 %

Production totale

Éolien 13 % Biomasse 8,1% Solaire 3 % Géothermie 1,3 %

22,1%

Nucléaire et énergie fossile

FRANCE 2013

70% par des océans.

EMR 0,4 %

81,5% Nucléaire et énergie fossile

Énergies renouvelables

Part des énergies renouvelables dans la production d’électricité totale Répartition de ces énergies nouvelles Consommation d’électricité mondiale : 17 800 TWh /an

Énergie naturelle dissipée par les seules marées : 25 000 TWh /an

… coûteuse… Énergie Éolien offshore c Énergie des courants c Houlomotrice c

Facteur de charge (productivité)

Puissance installée en Europe en 2014

Coût de production

40 %

120 GW

150 € /MWh

40 %

5000 kW

180 – 220 € /MWh

30 à 50 % (projection)

4 800 kW

200 – 300 € /MWh

75 %

127 GW

59,8 € /MWh 15 – 20 € /MWh

Nucléaire c Hydraulique c Éolien terrestre c Photovoltaïque c

57 %

220 GW

24 %

117 GW

82 € /MWh

15 %

2,5 GW

229 € /MWh

… mais prometteuse

6 leaders européens de l’éolien offshore 1301 Royaume-Uni

6 parcs (≈ 600 éoliennes)

Allemagne 182 Belgique 124 Pays-Bas 91 Suède

C’est ce que représente la part, de la maintenance de l’éolien offshore, dans le coût de production

3,4 GW

seront mis en place en

Énergie raccordée au réseau

2015

Danemark 258

C’est sous cette barre que les EMR doivent descendre pour être compétitives.

20 %

Le potentiel du gisement français de l’hydrolien est de

La France entre dans la course

2023 20 23 3000MW 513

100 € /MWh

Ouessant uessant (Sabella) OBJECTIF 20 30 2030 15000 MW

2018

1,1 MW

Raz-Blanchard (General Electric)

Paimpol Bréhat

19,6 MW

2 MW

Nombre d’éoliennes par pays SOURCES : IFPEN, ENEA CONSULTING, JRC, EDF, NREA, RET, REN21

cc SOPHIE EUSTACHE redaction@industrie-technologies.com

cc INFOGRAPHIE GÉRARD QUÉVRIN gquevrin@industrie-technologies.com

FÉVRIER 2016ccN°984

25

EN COUVERTURE

Maintenance Anticiper les aléas pour ne plus les subir Les coûts faramineux liés à la maintenance des parcs éoliens offshore ont poussé les acteurs du secteur à développer de nouvelles briques technologiques. Objectif: prévenir les risques et, in fine, diminuer les coûts de production de l’énergie.

L

a maintenance prédictive ? Chez EDF Énergies nouvelles ce n’est pas nouveau. L’énergéticien a déployé son premier programme dans ce domaine dès 2009. « Mais le développement des éoliennes offshore, et leurs conditions d’accès très restrictives, nous imposent d’aller encore plus loin » explique Thierry Muller, directeur général d’EDF EN Services. En effet, même s’il est difficile d’évaluer le coût moyen d’une heure de maintenance sur une éolienne offshore, on peut facilement comprendre que celui-ci peut très vite s’envoler : location du bateau avec équipage, mobilisation des techniciens, héliportage sur la nacelle, dimension plus importante des pièces et manque à gagner

provoqué par l’arrêt de la machine. « Le coût est très variable selon que le parc se situe à une dizaine de kilomètres des côtes ou à 100 km », ajoute-t-il. Tout l’enjeu consiste donc à anticiper les aléas pour ne plus les subir et pouvoir minimiser le nombre de sorties en mer et les programmer au moment le plus opportun ; un jour sans vent par exemple. cc Des

algorithmes font parler des montagnes de données

Pour parvenir à cet objectif, EDF EN Services a noué des partenariats avec les sociétés Acoem et Cornis afin de surveiller respectivement les signaux vibratoires de tous les systèmes mécaniques et l’évolution de l’état des pales par imagerie numérique. Le

groupe utilise également des compteurs pour détecter les particules de métal dans l’huile du multiplicateur. Ces différents outils permettent d’enregistrer des données qui doivent ensuite, et c’est là tout le défi, être analysées. «Toutes les éoliennes que l’on exploite en Europe sont raccordées à un centre de supervision situé à Colombiers (Hérault). Les données sont collectées et archivées sur des serveurs grâce au logiciel PI d’Osisoft» détaille Thierry Muller. Pour détecter les signaux faibles parmi ces centaines de millions de données, le groupe développe et améliore en interne ses propres algorithmes de machine learning (apprentissage automatique). Grâce à l’analyse de ces big data, EDF EN a remplacé par anticipation 35 roulements de génératrice en 18 mois et a planifié une trentaine de réparations de pales.

Schneider Electric, lui aussi, veut faire parler les montagnes de données des éoliennes

Un banc d’essai pour tester le logiciel Astrion extraire un maximum d’informations indépendamment des données constructeur. L’analyse va permettre d’identifier des motifs spectraux particuliers. Et si un motif présente une caractéristique énergétique qui évolue c’est qu’il y a une anomalie.

Le logiciel intègre ensuite la cinématique de la machine, de manière à associer une anomalie à un composant et ainsi localiser le défaut.

La chercheuse planche

Le Cetim teste sur son banc d’essai la suite logicielle Astrion qui doit permettre de prévoir les défaillances des éoliennes.

à présent sur un nouveau projet et des fondations pour détecter les défauts pour l’offshore mais aussi des pales, des pylônes pour l’hydrolien.

D. R.

c A Senlis, le Cetim a mis en place un banc d’essai éolien qui a permis de tester le logiciel Astrion. Il vise à calculer la durée de vie résiduelle de l’éolienne grâce à des algorithmes d’analyse spectrale capables d’extraire de l’information issue des signaux vibratoires.

«Nous nous sommes intéressés aux composants mécaniques et électriques» précise Nadine Martin, chercheuse au CNRS et coordinatrice du projet.

Les algorithmes vont d’abord

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N°984ccFÉVRIER 2016

ÉNERGIES MARINES

DES ÉOLIENNES INTELLIGENTES L’éolienne peut être contrôlée en temps réel grâce à la solution Wise Control.

Celle-ci fonctionne en 3 étapes et permettrait de réduire de 90 % la fatigue du mât et de 25 % les charges extrêmes des pales.

1. ANTICIPER LA VITESSE DU VENT c Le faisceau laser d’un Lidar flashe une masse d’air située à 200 mètres en amont de l’éolienne.

L’écart de fréquence entre le faisceau envoyé et le faisceau retour permet de déduire la vitesse du vent.

2. VISUALISER EN 3D LE VENT c Un logiciel permet de filtrer et d’interpréter les mesures brutes captées par le Lidar pour reconstruire en 3D le champ du vent.

3. ÉVITER LES ÉVÉNEMENTS VIOLENTS c Ces données fournissent une consigne aux actionneurs de l’éolienne pour qu’elle puisse se mettre en drapeau de façon à laisser passer un événement générant une trop grande fatigue ou destructeur.

nouvelles et l’entreprise francilienne Leosphere, pourrait bien répondre à cette quête. Elle repose sur une partie logicielle et sur un Lidar, qui permet de mesurer la vitesse du vent à 200 mètres en amont des pales. Grâce à cette capacité d’anticipation, il est alors possible d’optimiser en temps réel le système d’orientation de l’éolienne pour améliorer son alignement face au vent et ainsi augmenter ses performances. Par le même procédé, l’éolienne peut éviter les événements violents et ainsi réduire ses charges, donc les coûts de maintenance et, in fine, augmenter sa durée de vie. « L’objectif, à terme, est d’intégrer nativement cette solution dès la conception de l’éolienne », explique Florian Rebeyrat chez Leosphere. Dimensionnée au plus juste, la structure pourrait alors être moins robuste et donc coûter moins cher en matières premières. Leosphere travaille actuellement avec plusieurs industriels, dont General Electric qui a mis au point son propre logiciel de contrôle. cm ccJULIETTE RAYNAL jraynal@industrie-technologies.com

D. R.

qu’il équipe. «Nos systèmes de télémetrie mesurent jusqu’à 1000 points par minute, soit 6 Mo de données par éolienne et par jour», précise Régis Martin, responsable de l’offre télégestion chez Schneider Electric.

L’industriel a ainsi racheté, en 2014, l’entreprise InStep, à l’origine du logiciel d’intelligence artificielle (AI) Avantis Prism. À partir des données historiques de la machine, des données constructeur, des données acquises en temps réel et des données météorologiques, le modèle d’AI apprend seul à reconnaître des motifs laissant présager une future panne. «Nous pouvons alors privilégier la maintenance de tel équipement parce qu’il nous a envoyé un signal faible. Cela nous donne le temps de planifier l’opération dans une bonne fenêtre météorologique et d’optimiser le stock des pièces de rechange», explique Régis Martin.

«Plus l’équipement que nous surveillons coûte cher, plus nous devons aller loin dans le niveau de maintenance», conclut-il.

Le Graal consiste alors à rendre les éoliennes « intelligentes », pour qu’elles puissent s’adapter de manière autonome à leur environnement. La solution Wise Control, développée par l’IFP Énergies

FÉVRIER 2016ccN°984

27

EN COUVERTURE

Pour se développer dans les espaces maritimes plus profonds, les porteurs de projets de fermes éoliennes offshore se tournent vers des technologies de fondations flottantes. Une démarche qui les contraint à repenser l’intégration des éoliennes avec les fondations, dont la conception diffère d’un projet à l’autre.

D

u haut de ses 107 mètres, l’éolienne qui se dresse à 20 kilomètres au large de Fukushima depuis août 2015 a comme un air de revanche sur la mer. Elle est capable selon les porteurs du projet MHI, Hitachi et Nippon Steel, de résister à des vagues de vingt mètres de haut ou un tsunami de 10 mètres ! Sa capacité de 7 MW la classe parmi les plus puissantes. Mais l’éolienne présente une dernière originalité de taille. Elle ne s’élève pas au-dessus des flots à partir du sol sous-marin mais est fixée à un flotteur. Une voie prometteuse pour l’éolien offshore qui ne

demande qu’à conquérir toutes les mers.

La profondeur d’eau, la distance à la côte et l’acceptabilité sont des facteurs déterminants pour les projets. Selon l’IFP Énergies nouvelles (Ipfen), le coût de l’éolienne et de sa fondation augmente d’environ 35 % entre 10 et 40 mètres de profondeur ! Au-delà de 50 mètres, ce coût n’est plus viable. cc Pour

les zones d’eaux profondes

Ces contraintes poussent depuis une dizaine d’années les industriels à se tourner vers l’éolien flottant. L’éolienne ne

Une plateforme au large des côtes françaises en 2016

La Pièce de transition Cette pièce métallique est étudiée pour transférer les efforts de l’éolienne à la fondation.

La Piscine Les ballottements de l’eau contenue dans l’ouverture s’opposent au mouvement du flotteur provoqué par la houle.

Le Pont Protégé par des gardes corps pour garantir la sécurité des hommes lors des opérations de maintenance Le matériau La fondation de 9,5 mètres de hauteur dont 7 immergés est en acier ou en béton selon les marchés locaux de construction.

La fondation Idéol rompt avec les classiques avec sa forme de barge qui allie compacité et stabilité.

La première construction est prévue au centre d’essais SEM-REV au printemps 2016.

28

N°984ccFÉVRIER 2016

s’appuie plus sur une fondation posée mais sur une fondation flottante, ancrée au sol sous-marin par des câbles. L’éolien offshore flottant s’avère particulièrement pertinent dans les zones d’eau profondes, jusqu’à 200 mètres profondeur, voire 700 selon certains porteurs de projets ! Il ya un potentiel énorme au Japon, en Angleterre et près des îles en général, mais aussi sur les côtes continentales où les planchers marins plongent rapidement. En France, un appel à projets pour des fermes pilotes d’éoliennes flottantes a été lancé pour trois zones en Méditerranée et une en Bretagne. Au contraire des éoliennes offshore posées, les éoliennes et leurs fondations flottantes sont généralement directement assemblées en zone portuaire, limitant ainsi les opérations en mer, très coûteuses. La maintenance ou le démantèlement des machines sont aussi facilités : les éoliennes sont remorquées à terre pour une intervention ou leur démontage. Enfin, plus éloignées des côtes, les éoliennes flottantes ont un impact visuel négligeable sur le paysage côtier. « Nous croyons à l’éolien comme manière d’aller chercher des vents plus forts et constants au large, explique Daniel Averbuch, responsable du programme Énergies marines à l’IFP Énergies nouvelles qui travaille sur un projet de fondations flottantes. « Il nous permettrait aussi d’aller vers une certaine standardisation et donc une baisse des coûts.

Dans l’éolien posé, les fondations dépendent beaucoup de la géotechnique et de ce qu’on va trouver comme type de sol.

L’éolien flottant est moins sensible aux spécificités de chaque site. » La standardisation n’est toutefois pas pour aujourd’hui. Plusieurs projets de fondations flottantes, dont les premiers sont nés il y a dix ans, sont en concurrence. La très grande diversité des solutions techniques en lice est le signe qu’il

D. R.

Conception Les éoliennes flottantes ont le vent en poupe

éNERgiEs maRiNEs

Trois solutions pour faire flotter les éoliennes

1

La pLateforme avec ancrage à Lignes tendues

2

Le spar, ou « bouée crayon »

3

La pLateforme semi-submersibLe

selon certaines études, un angle de 5 à 8 degrés ! Ce système très épuré permet d’économiser acier et coûts d’ancrage.

Pour réduire les coûts, d’autres concepteurs prévoient de monter plusieurs turbines sur une seule et unique plateforme flottante semi-submersible. C’est le cas d’Hexicon, dont la plateforme est aussi conçue pour absorber et rediriger les vagues pour rester stable. cc résister

au renversement et à la gîte

stabilité est obtenue grâce à un flotteur maintenu sous la surface de l’eau par des lignes qui le tirent vers le fond. Les lignes d’ancrage verticales se tendent ou se détendent en fonction du mouvement de la houle. L’Allemand Gicon testera en 2016 une plateforme de ce type – la Gicon SOF - en Mer du Nord et en mer Baltique.

Selon lui, elle peut être déployée à des profondeurs entre 18 et 700 mètres.

D. R.

c La

c Un

flotteur vertical élancé est lesté au fond par des câbles caténaires disposant d’une certaine souplesse. L’équilibre est assuré par le poids du flotteur immergé sur une grande hauteur, jusqu’à 80 mètres. Ce concept s’envisage si la profondeur d’eau est suffisante, supérieure à 100 mètres en général. C’est le principe adopté pour la construction du pilote Hywind au large de l’écosse, par le Norvégien Statoil avec les éoliennes de Siemens de 6 MW.

existe encore beaucoup d’incertitudes à lever. Les prochaines années devraient voir un tri se faire entre les différents projets, dont les coûts de construction – et donc le volume et la nature des matériaux – seront bien sûr déterminants. Il existe trois grandes catégories de fondations flottantes, toutes trois dérivées de concepts déjà utilisés dans la production de pétrole en mer : la bouée-crayon, semisubmersible ou avec ancrage à lignes ten-

cà

l’image d’un catamaran, le flotteur est stabilisé par sa forme qui comporte des volumes immergés.

Les lignes d’ancrage caténaires doivent seulement résister aux efforts de dérive.

C’est le cas de la fondation française Winflo conçue par DCNS et Nass & Wind, qui fera partie des fondations concourant pour les projets de parcs éoliens flottants français.

dues. Il faut rajouter à ces types toutes les fondations originales qui s’en approchent de près ou de loin, à l’instar de la fondation française Idéol ou du système Sway, sûrement l’un des concepts les plus originaux. Il fonctionne sur le même principe de balancier que celui d’une bouteille à moitié pleine qui flotterait. Le balancement de l’ensemble repose sur un centre de gravité situé très en dessous du centre de flottabilité et pourrait atteindre,

Les premières fondations sont testées depuis 2008-2009. Par ailleurs, un premier parc de cinq éoliennes flottantes avec des turbines de 6 MW de Siemens devrait être construit à partir de 2016 par Statoil, au large de l’Écosse. Avec 6 ou même 7 MW de puissance pour l’éolienne japonaise de MHI, ces machines font partie des plus grosses sur le marché, de plus de 500 tonnes et 100 mètres de hauteur. Ces dimensions hors normes les rendent d’autant plus confrontées à la gîte et au moment de renversement généré par le vent. Or les éoliennes offshore classiques sont peu tolérantes à ces nouvelles contraintes, d’où les besoins de flotteurs à mouvements limités ou de turbines acceptant les mouvements et les accélérations. Pour les pallier, l’éolienne de MHI possède une fondation très large fixée sur le fond marin par quatre ancres de 20 tonnes, délestées afin que la structure puisse se déplacer librement sans être endommagée. « Les efforts qui sont dus à la houle sont aussi sollicitants pour l’éolienne que ceux dus aux vents, confirme Daniel Averbuch. Par ailleurs, les mouvements induits pas le flotteur peuvent perturber l’intelligence de l’éolienne si elle n’est pas adaptée. » L’Ifpen a fait évoluer son logiciel Deeplines utilisé dans l’industrie du pétrole et gaz pour simuler les forces de renversement des plateformes et des ancrages. La modélisation multiphysique couplant aérodynamique, hydrodynamique et mécanique lui donne la capacité d’évaluer les efforts et les mouvements sur les éoliennes flottantes. DeeplinesWind a été notamment utilisé dans la conception de la ferme pilote Hywind 2 afin de mettre en place des stratégies de contrôle des FÉVRIER 2016ccN°984

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EN COUVERTURE

La naceLLe 360 tonnes.

Elle abrite la boîte de vitesse, à seulement deux étages pour éviter les casses sur les engrenages.

Les PaLes 88 mètres.

Elles mixent fibres de carbone et fibres de verre pour allier solidité et bas coûts.

Le rotor 215 tonnes. Il tourne sous des vents compris entre 11 km/h et 108 km/h.

pales intégrant les mouvements du mât. À moins de mettre un flotteur très large, donc très coûteux, comme au large de Fukushima, l’intégration de l’éolienne avec le flotteur est primordiale. Dans le cadre du projet Sea Reed, DCNS et General Electric (GE) travaillent spécifiquement à l’adaptation de l’éolienne de 6 MW de GE, l’Haliade 150, dont la mise en mer sur un flotteur est prévue pour 2017. Stéphane Jedrec, directeur stratégie de Nass & Wind, qui conçoit avec DCNS l’éolienne flottante Winflo détaille la voie suivie pour son développement. « C’est un juste milieu entre deux approches, l’une consistant à concevoir un flotteur générique destiné à recevoir n’importe quelle éolienne terrestre, et l’autre consistant à développer une éolienne flottante indissociable. » Les concepts successifs ont été testés sous forme de maquettes dans les

30

N°984ccFÉVRIER 2016

L’ éolienne d’Adwen (Areva-Gamesa) de 8 MW devrait être testée à terre en 2016, certifiée en 2017 et produite en 2018 au Havre.

L’aérodynamisme et la longueur des pales permettent de produire plus d’électricité en améliorant la prise au vent, si bien que l’éolienne devrait tourner 90 % du temps, et fonctionner à pleine puissance 40 % de l’année.

bassins d’essais de l’Ifremer à Brest, pour simuler leur tenue à la houle. cc des

innovations pour faire face aux assauts du vent

Les ancres elles-mêmes sont l’objet de nombreux développements. Pour travailler sur sa fondation Winflo, DCNS s’appuie sur sa filiale Principia, spécialisée dans les ancrages dans le pétrole offshore. « Nous travaillons sur la nature des ancres elles-mêmes pour qu’elles soient faciles à installer et avec des matériaux adaptés, du type polyester ou nylon, qui puissent résister aux mouvements de la mer. Les zones d’ancrages sont également préparées en amont pour que l’accrochage se fasse au dernier moment et nous travaillons sur des systèmes de mise en tension rapide des ancres pour aller vite dans l’installation », précise Frédéric Le Lidec, directeur énergies mari-

nes renouvelables chez DCNS. Non sujettes aux contraintes de corrosion, les fibres synthétiques (PET ou nylon) sont en outre produites industriellement à plus faibles coûts que les traditionnels câbles en acier. En revanche leur faible densité leur donne moins de résistance pour limiter le déplacement des fondations.

En parallèle au développement de l’éolien flottant, les machines deviennent de plus en plus grandes. Tandis que les premières fermes éoliennes de 6 MW sont tout juste installées, Vestas ou Adwen prévoient déjà l’expérimentation de versions de 8 MW et d’autres travaillent sur des machines de 10 MW. Comme le projet Européen Life50+, Idéol réfléchit à adapter sa fondation à ces éoliennes XXL. Pourquoi une telle course au gigantisme ?

Pour assurer la rentabilité des parcs éoliens posés ou flottants, les constructeurs privilégient des machines deux à trois fois plus puissantes qu’à terre. Chaque éolienne profite de plus de vent, en fonction de la surface qu’elle balaie avec ses pales. Elle produit ainsi plus d’électricité tout en en baissant le coût. Avec 150 mètres de diamètre, l’Haliade affiche alors un rendement supérieur de 15 % à celui des éoliennes en mer standard de 2 ou 3 MW. Une telle envergure – chaque pale est plus longue que l’envergure d’un Airbus A 380 ! – ne va pas sans risques de casse. À la pointe d’une pâle de 73,5 mètres, la vitesse atteint 90 mètres par secondes ! Pour faire face aux assauts du vent, les constructeurs cherchent à assouplir les pales.

De son côté, Siemens a misé sur le poids: sa turbine pèse « seulement » 200 tonnes contre 250 à 400 tonnes habituellement.

Une légèreté toute relative atteinte grâce à un procédé de fabrication des pales en un seul bloc, sans point de jonction. En outre, la vitesse élevée impose une charge importante au niveau du rotor. Pour limiter le risque de casse, les constructeurs privilégient des transmissions à entraînement direct ou à deux étages, prenant le contre-pied des multiplicateurs traditionnels à trois ou quatre étages. MHI a même fait le choix d’un système de transmission hydraulique à la place des engrenages.

En outre, gigantisme des éoliennes et éolien flottant incitent les industriels à se

D. R.

Adwen : en route vers le 8 MW

ĂŠNERgiEs maRiNEs

Une double ĂŠolienne verticale pour augmenter la rĂŠcolte du vent

La Twinfloat, avec ses deux ĂŠoliennes contrarotatives sur un mĂŞme flotteur devrait arriver sur le marchĂŠ en 2021. c La

Twinfloat de la sociĂŠtĂŠ Nenuphar, une start-up lilloise fondĂŠe en 2006 comprend deux ĂŠoliennes contrarotatives Ă axe de rotation vertical posĂŠes sur une seule plateforme flottante. Plusieurs avantages en dĂŠcoulent.

Chacune des Êoliennes profite de l’effet de sillage gÊnÊrÊ par l’autre Êolienne. L’ensemble gÊnère ainsi entre 10 et 20 % d’augmentation du coefficient de puissance, le rendement de conversion vent-ÊlectricitÊ. Les contraintes de dimensionnement sur le flotteur sont aussi rÊduites car les turbines à axe horizontal sont moins sensibles à la gÎte que leurs homologues verticales.

Enfin, le vent retrouve rapidement sa pleine vitesse après les Êoliennes à axe vertical, si bien que la densitÊ des machines de la ferme peut être augmentÊe. Une machine à la puissance supÊrieure à 5 MW devrait être mise sur le marchÊ à partir de 2021.

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D. R.

tourner vers des matĂŠriaux plus lĂŠgers.

L’IRT Jules Verne travaille sur des aciers HLE (haute limite Êlastique) pour remplacer les aciers inox-carbone standard.

Ils acceptent des contraintes supÊrieures tout en permettant de diminuer l’Êpaisseur et le poids. L’Êolien ottant n’en est qu’à ses dÊbuts.cm

&RQWDFWH] QRXV 6LHPHQV 6$6 /DERUDWRLUH 9ROWHF 5XH GH OD 1pYD *UHQREOH &HGH[ 7pO YROWHF IU#VLHPHQV FRP

cc PhiliPPe Passebon ppassebon@industrie-technologies.com

VLHPHQV IU HQHUJLH YROWHF FÉVRIER 2016ccN°984

31

EN COUVERTURE

Fabrication Les éoliennes XXL d’Alstom-GE

D

ans la vaste nef de 24 mètres de haut, le calme règne encore. L’usine de 19000 m2 située à 1,5 kilomètre à vol d’oiseau des chantiers navals de Saint-Nazaire et construite par Alstom –dont le rachat par General Electric (GE) a été bouclé en novembre 2015 – monte progressivement en régime. Quelques techniciens s’affairent autour d’une machine entièrement assemblée, avec sa nacelle et sa turbine. Une pièce imposante jaugeant près de 430 tonnes et dont la turbine fait huit mètres de diamètre. Pour atteindre certains éléments, les opérateurs doivent monter dans un chariot élévateur.

Ici, on fait dans l’énorme. Le premier site d’assemblage d’éolienne offshore jamais construit en France va produire l’une des plus puissantes machines du marché, l’Haliade 150 qui développe 6 MW et dont le rotor a un diamètre de 150 mètres. cc

L’assemblage est réalisé sur une « moving line »

L’usine, située sur la commune de Montoir-de-Bretagne, et qui a nécessité un investissement de 80 millions d’euros, assemble les nacelles et les générateurs de l’éolienne. Les pales et les mâts proviennent respectivement du Danemark et d’Espagne. Mais à terme, deux autres sites seront ouverts par GE à Cherbourg (Cotentin) pour fabriquer ces éléments. L’organisation de l’usine nazairienne, même si elle a été pensée du temps d’Alstom, est digne de son actionnaire américain : l’assemblage des différents éléments composants la nacelle, pièces de fonderies, armoires électriques, composants mécaniques internes, etc. est réalisé sur une « moving line », c’est-à-dire que les éléments avan-

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100 machines par an, le « takt time » sera de deux jours et demi par station.

Actuellement, le site est en rodage avec seulement 80 personnes. «Mais nous intégrons et formons cinq nouveaux opérateurs cent d’un cran à chaque opération au lieu par semaine », note Séverin Husson. À d’être assemblés sur poste fixe. De même terme, l’usine emploiera 300 personnes, pour l’assemblage final générateur- auxquelles s’ajouteront 500 salariés à Cherbourg. Le site nazairien, qui a nacelle.

Le bâtiment est séparé en d’ailleurs la norme haute quatrois grandes parties, avec lité environnementale (HQE), a produit deux machines prototout d’abord le hall dédié à la préparation du génératypes, tandis que six autres teur : il faut monter les sont à divers stades d’assemaimants dans le rotor, puis blage. Ces éoliennes sont livraréunir ce dernier avec le stables d’ici mai 2016 à l’un des tor, pour former une pièce clients d’Alstom-GE, l’allemand pesant près de 170 tonnes.

Merkur Offshore qui a acheté 66 Haliade 150 en juillet derEnsuite, l’ensemble est basculé verticalement grâce à nier. L’autre grand client est une machine spéciale afin EDF Énergies nouvelles, avec de le brancher à un autre 238 commandes, qu’il va insgénérateur, et le faire tourtaller à partir de 2017 dans ses ner pour vérifier que les spétrois champs de Courseullescifications de puissance sur-mer, Fécamp et Saintcc l’Haliade 150 en cHiffres sont respectées. À l’opposé Nazaire. c Une puissance dans l’usine se trouve le hall « L’un de nos défis est d’améde 6 MW, capable d’assemblage des corps de liorer la productivité du site », d’alimenter nacelles et du nez. Et au note Séverin Husson. L’orga5 000 foyers. milieu, la ligne où l’on réunisation des postes de travail c Le rotor à aimant permanent nit le générateur et la avec les méthodes du lean est mesure 150 mètres nacelle, puis le nez, et où en cours, avec la mise en de diamètre, dont 73,5 m pour place d’un système de picking l’on effectue les finitions et chaque pale. les tests électriques et le plus optimisé possible pour c Le mât fait d’étanchéité. Quand la les composants à assembler.

100 mètres de haut.

Les panneaux d’outils sont machine est complète, elle est déplacée grâce à un déjà en place afin que chaque étrange véhicule multiroue. Les grands opérateur ait à sa disposition le bon outil éléments de fonderie, qui peuvent peser au plus près et ainsi limiter les déplaceentre 30 et 60 tonnes, sont eux déplacés sur ments. De même, un important travail de coussins d’air et progressent tout au long formation des opérateurs est en cours. Ici du process d’assemblage. « Au total, il pas de doute, on est bel et bien chez GE, faut compter une quinzaine de stations de le champion du lean. cm travail», résume Séverin Husson, responsable du process nacelle. Quand l’usine attein- cc Guillaume lecompte-Boinet dra sa cadence prévue, soit environ redaction@industrie-technologies.com

D. R.

C’est à deux pas de Saint-Nazaire que vont être produites les premières éoliennes offshore « made in France ». Ce site d’assemblage ultramoderne, organisé avec les méthodes du lean manufacturing, va fabriquer les nacelles et les générateurs de la plus grande éolienne marine du monde, l’Haliade 150. Visite guidée.

éNERgiEs maRiNEs

c Une fois le générateur assemblé avec le rotor et ses aimants, et le stator, il est mis à la verticale pour être branché à un autre générateur afin de vérifier les spécifications de puissance.

L’ensemble pèse la bagatelle de 170 tonnes.

c Cet étrange véhicule, le « multiwheeler », est capable de déplacer une machine complète entre les différents postes de montage de la moving line.

PaSCaL GUittet PoUR iNDUStRie et teCHNoLoGieS

c L’organisation de l’usine obéit aux principes du lean : moving line, 5S, Kanban… Afin d’être prête à assurer une cadence de 100 machines par an d’ici 2017.

c La chaîne de montage (moving line) nécessite au total une quinzaine de stations. Chaque élément avance d’un cran tous les deux jours et demi.

c Le déplacement de certains éléments d’un poste à un autre se fait aussi sur coussin d’air.

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EN COUVERTURE

Recherche Les innovations que concocte l’IRT Jules Verne

J

ouxtant l’énorme site d’Airbus de Bouguennais, dans la banlieue sud de Nantes, se trouvent des bâtiments qui ressemblent plus à une usine qu’à un laboratoire de R&D industriel. Bienvenue à l’IRT Jules Verne, le technocampus dédié à quatre secteurs principaux : l’automobile, l’aéronautique, le naval, et, de plus en plus, les énergies marines renouvelables (EMR). « Notre sujet principal à l’IRT, c’est l’élaboration et l’industrialisation de structures de grandes dimensions.

Il est donc logique que les EMR fassent

partie de nos domaines d’intervention », lance Stéphane Cassereau, directeur général de l’IRT. ccAu

cœur des projets: l’automatisation et la robotique

Le technocampus nantais travaille avec la plupart des industriels du secteur, de DCNS à GE-Alstom en passant par STX Europe ou Adwen (Areva-Gamesa). Ici des projets d’études sont en cours sur le vieillissement des structures composites, la tenue face à la corrosion ou l’encrassement (biofouling), l’allégement des matériaux, l’automatisa-

Un technocampus dédié au maritime c Cette plateforme de recherche

mutualisée pour les énergies marines et la filière navale a ouvert ses portes le 15 octobre 2015 sur 18000 m2, à Bouguennais, au sud de Nantes.

Et déjà, les surfaces sont quasiment pleines. DCNS, l’IRT Jules Verne et le CEA Tech Pays de la Loire se sont adjugé la part du lion.

Plusieurs écoles ou laboratoires sont également présents. Les objectifs de ce nouveau technocampus, qui a nécessité 40 millions d’euros d’investissement, sont multiples: développements de nouveaux alliages métalliques, de nouvelles méthodes d’assemblage

et de soudage, utilisation croissante de la simulation numérique, amélioration de la durabilité des structures métalliques.

Et, comme toujours dans les technocampus, l’un des objectifs est de favoriser la fertilisation croisée. En l’occurrence entre le naval et l’aéronautique.

Le technocampus Ocean est dédié aux procédés métalliques et aux structures en mer.

tion et la robotique. « Dans les EMR, la majorité des projets concernent la conception intégrée des produits ou process », ajoute Herveline Robidou, directrice des programmes et projets de l’IRT. Exemple, un groupe de PME emmené par la société Loiretech travaille sur la mise au point de procédés pour fabriquer des matériaux composites à faible coût. Cela passera par plus d’automatisation, et par un procédé unique de pales creuses, avec des renforts internes pour leur tenue mécanique. Ce projet, baptisé Hobit, doit déboucher mi2017 sur un procédé automatisé pour la grande série.

L’automatisation et la robotique sont souvent au cœur des projets. Comme pour l’automobile ou l’aéronautique, les industriels de l’EMR vont de plus en plus souvent utiliser des cobots. C’est l’objet du projet Mascot, qui vise à aider les opérateurs à visser les grandes brides via une plate-forme mobile et un bras articulé. Un autre projet, développé par des ingénieurs de l’IRT au sein du technocampus, vise à évaluer les capacités des robots parallèles à câbles (Acrobot). Ces machines transportent par exemple un outil (à peinture ou à grenaillage). Ils se déplacent dans l’espace un peu comme les caméras des stades de football. Toute la difficulté est de modéliser le positionnement et le système d’attache des câbles pour que le robot puisse évoluer dans toutes les directions, et soit reconfigurable. Un petit prototype a été construit à l’IRT, mais à terme, le démonstrateur fera 7 mètres de long et 4 mètres de large. Rendez-vous début 2017 pour voir cette merveille. cm ccGUILLAUME LECOMPTE-BOINET redaction@industrie-technologies.com

Une vidéo sur le robot à câbles industrie-techno.com

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Acrobot

D. R.

C’est à Nantes, au sein de l’Institut de recherche technologique (IRT) Jules Verne, que la filière française des énergies marines renouvelables (EMR) est en train de plancher sur plusieurs innovations. Ce pôle nantais vient de s’enrichir du technocampus Ocean entièrement dédié aux EMR.

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EN COUVERTURE

Pour maîtriser les flots et les transformer en électricité deux voies se profilent depuis 15 ans : l’hydrolien pour les courants sous-marins et l’houlomoteur pour les vagues. L’hydrolien s’impose aujourd’hui mais une question reste en suspens : faut-il privilégier la robustesse ou la productivité ?

A

u large d’Ouessant une hydrolienne de 17 mètres de haut est posée à plus de 30 mètres sous le niveau de la mer. À cette profondeur, la pression s’élève à quatre bars et le courant file à une vitesse de quatorze kilomètres heure. C’est très lent par rapport aux dizaines de mètres par seconde subies par les éoliennes mais la puissance apportée par les courants marins est sans commune mesure. Avec une densité 832 fois supérieure à celle de l’air, l’eau impose des contraintes énormes, même à faible vitesse. Cette force s’applique à toute la structure et entraîne les pales de 5 mètres de haut du rotor. Ainsi mises en branle par la puissance de l’eau, les ailes sous-marines font tourner la génératrice cachée dans la nacelle de l’hydrolienne baptisée D10 (pour 10 cm de diamètre). À première vue, une hydrolienne ne semble pas bien différente d’une éolienne : un couple stator/rotor pour générer l’électricité, des pales pour capter un fluide en déplacement et un mat pour soutenir le tout.

Cette constatation de « terriens » a coulé neuf projets sur dix selon JeanChristophe Allo, responsable du développement commercial de Sabella, l’entreprise quimpéroise qui a « posé » le géant des mers au large d’Ouessant. « Au Royaume-Uni par exemple, on voit se développer des éoliennes sousmarines high-tech sans prendre en compte la problématique de la résistance au milieu marin, renchérit

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Jean-Christophe Allo. Nous, nous travaillions déjà dans le secteur maritime avant de nous lancer dans l’hydrolien. » Résultat : une approche plus compréhensive de la violence de la mer.

L’hydrolienne n’est encore qu’un démonstrateur fournissant une puissance maximale de 1,1 MW. Cela représente tout de même 10 à 15 % de l’électricité de l’île d’Ouessant. Elle est également la première hydrolienne à être raccordée à un réseau électrique français. Une première qui semble donner raison à cette vision purement mécanique, éliminant les hautes technologies superflues. cc Les

mêmes contraintes qu’une plate-forme pétrolière

« Les pales sont symétriques et peuvent prendre le courant dans les sens de la marée descendante et ascendante, explique Jean-Christophe Allo. Le sens de rotation de la génératrice synchrone change mais cela ne modifie pas la transforma-

La première hydrolienne de Sabella D10 a été immergée en juin 2015. Raccordée au réseau, elle alimentera Ouessant.

tion électrique. » Une approche utilitaire éloignée des technologies plus fondamentales, portées par les universités.

Résistance à l’usure et diminution des coûts de maintenance sont au cœur des réflexions des entreprises qui ont mené à bien un projet hydrolien. C’est cette même vision « marine » qui prévaut chez OpenHydro. L’entreprise, rachetée par DCNS en 2013, a mis à flot sa première hydrolienne en 2011 sur le site de Paimpol-Bréat (Côtesd’Armor). Entre décembre 2015 et le printemps 2016, ce ne sont pas moins de quatre hydroliennes de deux mégawatts, toutes rigoureusement identiques, qui seront mises à l’eau. Deux sont aujourd’hui sur le site de Paimpol-Bréat et les deux autres sont installées au large du Canada.

La technologie utilisée est certes différente de celle de Sabella (voir encadré), mais la priorité reste la même : poser au fond de l’eau des monstres marins les plus robustes possibles et ne plus s’en occuper pendant cinq ans (10 ans pour Sabella).

Pour répondre à ce cahier des charges, les deux entreprises françaises, mais également General Electric (GE) à travers son projet Océade prévu pour 2017 au large de la presqu’île du Cotentin, utilisent des principes fondamentalement similaires qui se différencient dans leurs mises en œuvre. Premier échelon : les matériaux. L’armature n’est pas de haute technologie, rien n’est bien différent de ce qui se fait déjà pour soutenir les plates-formes pétrolières off-shore. En France, GE, DCNS et Sabella ont tous fait le choix de « poser » leurs hydroliennes au fond de l’eau.

Comme 90 % des hydroliennes aujourd’hui installées, elles sont lestées,

D. R.

Hydrolien Entre fiabilité et robustesse

éNERgiEs maRiNEs

Bien plus qu’une éolienne sous-marine

DcnS

c Une éolienne c’est un rotor qui tourne autour d’un stator. Une hydrolienne c’est pareil mais sous l’eau. L’eau ayant une densité bien plus forte que l’air, la poussée d’Archimède permet pourtant des structures bien différentes.

L’hydrolienne d’OpenHydro, filiale de DnSc, ressemble plus à une turbine qu’à une éolienne et cette forme est parfaitement adaptée aux courants sous-marins.

Pour augmenter la force du courant, elle est dotée de chaque côté d’un venturi, sorte d’entonnoir amenant l’eau au centre de la turbine en l’accélérant. Les pales se placent dans le sens du courant qui change en fonction des marées. Enfin, malgré ses 1 200 tonnes, ce monstre est parfaitement mobile dans l’eau et peut être posée jusqu’à 50 mètres de profondeur avec une précision d’environ 5 mètres grâce à une barge dédiée.

Le tout en 30 minutes. La clé de l’exploit ?

Faire simple et penser « marin ».

parfois fixées, mais jamais ancrées à la manière d’une plate-forme pétrolière ou de certaines éoliennes. La structure fait la part belle à l’acier et aux plastiques tandis que les pales des rotors lorgnent les matériaux composites développés par l’industrie navale. Au menu : fibres de carbone pour la résistance et la légèreté et fibres de verre, pour son rapport qualitéprix. Un problème se pose tout de même à la jonction entre la partie fixe et la partie mobile : comment assurer un mouvement régulier durant plusieurs années sans aucune intervention ? Pour l’hydrolienne D10 de Sabella la solution réside en un mince filet de 5 millimètres d’huile coincé entre le rotor et son axe. Selon le constructeur, la différence de pression entraîne une perte de moins d’un litre d’huile par an et cela ne nécessite pas d’intervention avant l’entretien, tous les dix ans. D’autres, comme OpenHydro, choisissent de laisser passer l’eau de mer, la vitesse du courant permettant d’empêcher la stagnation de l’eau entre les différentes parties de la structure. Le reste de

Cette hydrolienne d’openHydro, filiale de DnSc, dispose d’une forme parfaitement adaptée aux courants sous-marins.

l’hydrolienne est pourtant soumis aux contraintes de la mer mais, encore une fois, rien n’est ici vraiment spécifique à l’hydrolien. Comme n’importe quelle structure immergée, les hydroliennes sont revêtues de couche anticorrosion ou de cathode sacrificielle. « Un jour on pourra peut-être utiliser l’électricité produite par l’hydrolienne pour créer une différence de potentiel sur la structure et ainsi la protéger de la corrosion, s’enthousiasme Yann-Hervé De Roeck, directeur de l’institut France énergies marines.

LEs points forts dEs HydroLiEnnEs

c 50 % de rendement c La puissance produite reste constante c Un entretien tous les 5 à 10 ans

Mais les recherches s’orientent plutôt vers l’optimisation de l’utilisation des courants pour l’instant. » cc Poser

la structure : un coût critique

L’autre moyen de limiter les coûts de l’énergie hydrolienne est de se passer de bateau. Un bateau spécial et polyvalent est en effet nécessaire pour apporter les structures de plusieurs centaines de tonnes au fond de l’eau. Coût de l’opération : plus de 100 000 euros la journée. Les Bretons de Sabella s’accommodent de cette dépense car leur hydrolienne est dédiée aux réseaux insulaires. La maintenance décennale est leur argument phare. Le projet Océade de GE fait, quant à lui, le choix d’une hydrolienne flottante à remorquer sur le site d’ancrage. D’autres projets de ce type existent mais l’idée la plus décalée est celle d’OpenHydro. La filiale de DCNS profite de l’expertise de sa société mère pour développer une barge dédiée uniquement à la pose de leur drôle d’hydroFÉVRIER 2016ccN°984

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EN COUVERTURE

L’énergie houlomotrice garde la tête sous l’eau que des courants. Il y a aussi des vagues et cette manne énergétique représenterait plus de 15 GW en France.

Encore faut-il pouvoir l’utiliser.

La technique est d’utiliser des matériaux piézoélectriques ou de faire tourner une génératrice entraînée par une bouée ou n’importe quel autre objet se mouvant au gré des vagues.

Des centaines de concepts s’élaborent depuis 50 ans.

Peu atteignent la mer. « Une fois sorti du laboratoire, il y a beaucoup de casse, de réparation, de location de bateaux...

Les contraintes de la mer sont fortes, surtout si l’on cherche à utiliser la houle avec des technologies complexes, explique Paolino Tona, chercheur à l’IFP énergies nouvelles. cette énergie coûte aujourd’hui 200 à 400 euros le MWh. Il faudrait qu’elle atteigne 70 euros le MWh pour être intéressante.

oyster est un clapet sous-marin rabattu par les vagues. Il actionne des pistons qui refoulent l’eau vers une turbine posée sur le rivage.

Le Wavebob est une structure flottante qui absorbe l’énergie en se soulevant au rythme des vagues.

Le serpent Pelamis produit 750 kW en se tortillant.

L’énergie est conduite par un câble sous-marin jusqu’à la côte.

lienne. Un choix audacieux qui permettra taine), la topographie des fonds marins de limiter les coûts en consacrant une et la force des courants sont étudiés pour barge par ferme hydrolienne. L’idée poser l’hydrolienne au meilleur endroit. s’avère payante selon Christophe Cha- Des start-up comme Open Ocean propobert, directeur d’OpenHydro France. « En sent des logiciels permettant d’extraire rapidement (en quelplus des quatre hydroques minutes) liennes installées, RésisTaNCE à l’UsURE nous faisons des étu- ET dimiNUTiON et de croiser ces données pour faciliter des préliminaires sur dEs COûTs le déploiement de 900 MW de projets en dE maiNTENaNCE sONT aU CœUR Écosse, dans les îles dEs RéflExiONs projets.

Mais pour utiliser anglo-normandes, au dEs ENTREpRisEs. l’énergie des couCanada, en Irlande du rants en dehors des Nord et en France. » Ces projets étonnamment ciblés peuvent quelques spots de France métropolitaine, étonner si on les compare avec la prolifé- il faut changer de technologie. Oublier ration des projets d’éoliennes off-shore. les hélices inexistantes dans la nature. « Les courants intéressants sont parfaite- Faire place au biomimétisme. Une memment délimités, explique Christophe Cha- brane ondulante a par exemple été mise bert. Lorsqu’on en trouve un il faut l’ex- au point par la start-up EEL Energy dans ploiter. » Une fois le « spot » révélé (au le bassin de l’Ifremer. L’idée ? Un voile de nombre de trois en France métropoli- 15 mètres sur 15 mètres traînait dans

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l’eau en ondulant dans le courant. Ce «serpent de mer» pourrait utiliser des courants de 3 à 10 kilomètres heure. « Cela représente mille fois plus d’emplacements potentiels» se réjouit Franck Sylvain, directeur financier d’EEL Energy. D’autres technologies voient le jour comme des ailes sousmarines entraînant la rotation d’une génératrice à la manière d’un cerf-volant tractant son pilote. Développé par Minesto et capable de travailler à des courants de 5 kilomètres heure, cette aile marine, comme la membrane ondulante, devrait rester anecdotique dans un premier temps. Première mise à l’eau pour ses hydroliennes non-hélicoïdales: 2017. D’ici là, les hélices sous-marines auront déjà injecté leurs premiers mégawatts dans le réseau électrique français. cm ccBAPTISTE CESSIEUX redaction@industrie-technologies.com

D. R.

c dans la mer, il n’y a pas

Tous les papiers se recyclent, alors trions-les tous.

Un peu de simplicité dans un monde complexe.

La presse écrite s’engage pour le recyclage des papiers avec Ecofolio.

ProDUITS

EmballagE

Des produits suivis à la trace Quel que soit le secteur industriel, chaque produit doit pouvoir être tracé.

De nombreuses solutions existent pour permettre de suivre un produit de sa conception à sa commercialisation : RFID, marqueurs chimiques, encodage par jet d’encre… à chaque besoin, sa solution.

P

mis en place, –avec la société Cogit spécialisée dans la gestion d’emballage plastique, le fabricant d’emballages Euro Pool System et le spécialiste des puces Inotec– des bacs identifiés par RFID. Pour ce projet, deux types de conditionnement ont été choisis, à savoir un bac gerbable pour le bœuf et un autre pliable pour le porc. L’enjeu: rendre les composants électroniques résistants aux chocs, aux variations de température et aux lavages à haute pression. «Pour protéger le tag, nous utilisons des autocollants spéciaux plastifiés dont nous adaptons la résistance à l’utilisation», explique Gilles Raluy, directeur général de Cogit. En plus de la protection mécanique, l’encodage de la puce est aussi très important. La solution retenue par Auchan et ses collaborateurs obtient ainsi un taux de lecture de 99%.

Aujourd’hui, 150000 bacs dits intelligents

sont en circulation chez le distributeur, ce qui permet de suivre la viande de bout en bout et d’optimiser les flux. cc Combiner

RFID et NFC pour élargir le spectre de lecture

La facilité d’intégration explique l’engouement des fabricants d’emballages pour la puce RFID. Abzac, société spécialisée dans la fabrication de tubes carton et de fûts kraft (emballage industriel servant au stockage et au transport de produits secs, pâteux ou liquides), a ainsi intégré une puce lors de la production de ses fûts. « À l’origine, un client nous a demandé d’intégrer une RFID dans le tube, ce que nous sommes parvenus à faire. Nous avons ensuite voulu proposer ce savoir-faire plus largement. La puce est intégrée dans le corps du fût, entre les couches de fibres, le client est ensuite libre d’en-

D.R.

rotéger de la contrefaçon, optimiser la logistique, protéger le produit transporté, l’emballage est la chevillière de la traçabilité. «L’emballage est un vecteur de traçabilité incontournable», insiste Bruno Siri, délégué général du conseil national de l’emballage. «Les obligations réglementaires concernant le suivi de la vie des emballages sont nombreuses; l’emballage doit donc être traçable pour luimême mais aussi pour le produit qu’il contient.» Et cela concerne tous les secteurs industriels, de l’agroalimentaire à la pharmacie en passant par le luxe, la viticulture et l’automobile. Souple, peu coûteuse, facile à sécuriser, la puce RFID (identification par radio fréquences) est une des technologies les plus prisées pour assurer cette traçabilité. Ainsi pour tracer sa viande, Auchan a

LES TroIS AXES DE LA TrAÇABILITÉ

ENCODER EN TOUTE DISCRÉTION

SURVEILLER LA CHAÎNE DU FROID

c Abzac, société spécialisée dans la fabrication de tubes en carton

c La société Cryolog propose une pastille thermosensible microbiologique

qui change de couleur en cas de rupture de la chaîne du froid.

La technologie Topcryo permet de tracer des produits dans une zone de température allant de 2 à 12 °C. Si la chaîne du froid n’a pas été respectée, la pastille passe du vert au rouge. Elle peut être apposée sur le conditionnement mais aussi directement sur le produit.

D.R.

et de fûts en kraft, a intégré une puce RFID dans ses fûts en kraft.

Les utilisateurs sont libres d’encoder la puce selon leurs besoins, qui vont de la gestion des stocks à la traçabilité de l’emballage.

La puce est invisible, puisqu’intégrée fibres. entre les couches de fibres.

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N°984ccFÉVRIER 2016

Fiabiliser ses livraisons grâce à la RFID

c Le groupe DHL utilise sur son site d’Émerainville en Seine-et-Marne des portiques

à identification automatique par fréquence radio (RFID) sur ses plateformes.

Il livre ainsi sans aucune erreur tous les magasins de son client, le distributeur Metro.

coder la puce selon son besoin: géolocalisation, inventaire… », explique Danièle Grechi, directrice marketing chez Abzac.

Pour la traçabilité des bouteilles de vin, la start-up WID a aussi opté pour une solution RFID-NFC. Alors que la contrefaçon de grands crus se développe, la start-up normande a mis en place une étiquette électronique que les viticulteurs peuvent apposer sur le col de leurs bouteilles. «On fournit

des bobines d’étiquettes qui intègrent la technologie RFID-NFC, le producteur n’a plus qu’à habiller ses bouteilles. La technologie RFID est à mon sens la plus sûre, la plus facile à intégrer et la plus évolutive», témoigne Alexandre Mongrenier, président et co-fondateur de WID. Plusieurs niveaux de sécurité ont été embarqués sur les composants électroniques, dont la reconnaissance du couple unique: identifiant et clé

ÉVITER LA CONTREFAÇON

W. MAISY ; D.R.

c La start-up normande WID, issue de Biolog-ID, a développé

une étiquette électronique RFID-NFC sécurisée. Elle est posée sur le col des bouteilles via une étiqueteuse automatique qui répond aux exigences de l’industrie viticole.

Cette technologie permet de lutter contre la contrefaçon, de gérer des stocks, de sécuriser la supply-chain mais aussi d’apporter une valeur ajoutée auprès du consommateur fi nal, final, grâce à la technologie NFC couplée avec une application smartphone.

de sécurité privée. «Nous avons combiné la technologie RFID avec la NFC (communication en champ proche) pour avoir un spectre de lecture plus large. La NFC s’adresse davantage à l’utilisateur final –le consommateur et le vendeur– tandis que la RFID permet avant tout de sécuriser la supply-chain», explique-t-il. Pour assurer le suivi des grands crus, WID a mis en place plusieurs outils d’identification, notamment un lecteur mobile, et un tunnel logique qui permet de lire à travers les caisses.

Ces technologies permettent d’obtenir un taux de lecture de 100%.

Les technologies RFID et NFC sont aussi prisées pour surveiller la chaîne du froid.

Chronopost a ainsi apposé des puces RFID sur ses caisses pour suivre la température des produits frais jusqu’à leur livraison. Il existe également des marqueurs chimiques permettent aussi de suivre le respect des températures. Les étiquettes à base de micro-organisme par exemple changent de couleur en cas de rupture de la chaîne du froid et ce, grâce à la réaction biologique d’une flore bactérienne intégrée à l’éti-

FÉVRIER 2016ccN°984

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ProDUITS

EmballagE Vidéo quette. L’objectif: bloquer le produit avant la vente, en rendant le code-barres illisible ou permettre au consommateur de déterminer la fraîcheur d’un produit. La société Cryolog propose une pastille thermosensible microbiologique. Un changement de couleur du vert au rouge révèle une hausse de la température impropre à la conservation des produits.

Marqueurs chimiques, étiquettes biologiques, encres sensibles à l’oxygène, les solutions de traçabilité ne se limitent en effet pas à intégrer des composants électroniques. Pour authentifier l’origine du bois de chêne des tonneaux, des chercheurs de l’Inra Bordeaux-Aquitaine ont utilisé le génotypage dans le cadre du projet Oaktrack. «Le bois des fûts du vin de Bordeaux doit être français. L’Inra a donc développé un marqueur génétique qui garantit que le bois utilisé répond bien à cette contrainte»,

livraison express de produits frais Chronopost a lancé Chronofresh, un service de livraison de produits frais et surgelés, ce qui oblige la société à mettre en place des équipements pour respecter la chaîne du froid et des technologies de traçabilité.

Chronofresh

industrie-techno.com

explique Bruno Siri. En utilisant ce test ADN, basé sur de la spectrométrie, les acteurs de la filière bois peuvent vérifier la conformité de l’espèce et de l’origine géographiques des grumes. Une technologie bienvenue dans un secteur où les tensions sur le marché génèrent des risques de dérives: bois étrangers déguisés en bois français, manque de traçabilité… cc La

traçabilité doit intégrer la recyclabilité

Mais face à l’intégration de ces technologies de traçabilité se pose la question de la recyclabilité des emballages. La baisse des coûts a en effet démocratisé l’utilisation des puces RFID et NFC pour le suivi des emballages.

«Il y a dix ans, on n’aurait pas imaginé pouvoir mettre une puce RFID dans du carton», témoigne Bruno Siri. Mais l’intégration d’un composant électronique dans un

ProDUITS

cc Réginald dESROUSSEaUX Appro-orgAnisAteur Métiers de Bouche et Logistique ALiMentAire chez AuchAn

«nos bacs en plastique sont tous équipés d’une puce RFid » « Avec l’aide d’un industriel de la viande bovine, nous avons été conduits à travailler avec des bacs en plastique car les bacs métalliques que nous utilisions posaient trop de problèmes: non conformes au format logistique, lourds, difficiles à manipuler et encombrants à stocker. Autre inconvénient: le suivi de l’emballage devait se faire manuellement. D’où le projet mis en place en collaboration avec Cogit, Euro Pool System et Inotec, d’un système de logistique. Il se compose de trois éléments: un chariot dolly, un bac plastique et un couvercle. Les bacs sont équipés d’une puce RFID. À chaque réception sur une plateforme, les opérateurs scannent la puce à l’aide d’un PDA. Le parc de bacs est géré par Cogit, qui connaît à tout moment leurs positions, et peut ainsi anticiper les besoins des industriels. Il y a beaucoup moins de pertes, tout est contrôlé par logiciel. Dernier avantage de la puce RFID: on pourrait ajouter des informations concernant le contenu. Cogit travaille déjà dessus pour la logistique des fruits et légumes.»

emballage carton ou plastique entre en conflit avec leur recyclabilité. Dans un document intitulé «Traçabilité et emballage des produits», le Conseil national de l’emballage rappelle: «Les traceurs introduits dans l’emballage ne doivent donc pas, en théorie, complexifier ce dernier, sous peine de dégrader sa recyclabilité. En ce sens, les filigranes, qui mettent en jeu un simple marquage par pression de la surface papier-carton, sans encrage ni apport d’autres matières, représentent un mode de traçage sans impact sur le recyclage de l’emballage concerné.» Pour les fabricants, qui comme Abzac proposent une valeur ajoutée en intégrant une technologie RFID, il faudra trouver un compromis entre traçabilité et recyclabilité. cm ccsophie eustache seustache@industrie-technologies.com

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notre sélection de produits

classés en 4 secteurs de référence cc Composants méCaniques cc HyDrAuLique

Électrotechnique cc PAGE 46

tuyaux de haute pression

Équipements de production cc PAGE 47 logistique emballage cc PAGE 48

Renforcés par quatre ou six nappes, ces tuyaux Multispiral ParLock R50TC/R56TC résistent à des pressions allant jusqu’à 56 MPa. Leur robe extérieure en caoutchouc synthétique leur confère une résistance exceptionnelle à l’abrasion.

Leur rayon de courbure est inférieur à la spécification pour tuyau R15. Ils sont destinés à des applications dynamiques intensives, avec mise en œuvre d’embouts à dénuder. Des essais d’impulsions avec un million de cycles de sollicitations ont été effectués avec succès à 120% de la pression de service. La gamme est homologuée pour une utilisation avec des brides 8000 psi, dans des applications très intensives, en configuration droite, 45° et 90°.

Fournisseur parker hannifin

robinets aux normes ansi

Vous trouverez en page 48 un lexique des unités utilisées dans cette rubrique.

Vous PouVez adresser Vos informations de presse concernant de nouveaux produits par e-mail (en joignant une photo) : produitsnouveaux@ industrie-technologies.com

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N°984ccfévrier 2016

Les gammes de robinets Sicca et Zts ont été enrichies pour répondre à la demande mondiale en robinetterie aux normes Ansi/Asme pour centrales électriques. Elles comportent des robinets à soupape et à opercule, des robinetsvannes, et des clapets anti-retour à battant en acier au carbone. Proposés dans des diamètres nominaux de 1/2 à 32 pouces, ces robinets acceptent des pressions jusqu’à Ansi classe 4500.

Ils supportent des températures de service jusqu’à 650 °C et des pressions maximales jusqu’à 600 bar (8700 psi.). Les aciers forgés et moulés utilisés sont conformes à la norme ASTM. Ces robinets sont conçus pour le sectionnement ou la régulation d’eau d’alimentation de chaudière, de vapeur et de condensats.

Fournisseur Ksb sas

cc méCAnique

doigts de gant antivibrations

Destinés aux applications process avec débits élevés, ces doigts de gant ScrutonWell, dotés 3 filets hélicoïdaux, sont proposés en version monobloc ou soudée sur un doigt de gant standard. Ils réduisent de plus 90% les contraintes à l’origine des vibrations et autorisent un meilleur temps de réponse.

Les montages démontages sont tout aussi faciles que ceux d’un doigt de gant standard. Les ScrutonWell sont recommandés lorsqu’un doigt de gant ne satisfait pas aux calculs de contraintes selon l’ASME PTC 19.3 TW-2010 et lorsque d’autres types d’optimisation, tube plus court ou renforcé ou encore équipé d’un collier support, ne sont pas envisageables.

Fournisseur WiKa instruments

motoréducteur pour engins de chantier

Cette solution intègre un réducteur série 600 destiné aux contrôles de roues motrices d’engins de 7 à 20 tonnes, avec un moteur électrique BPD. Ainsi la puissance et le couple disponibles sont toujours efficacement liés aux roues.

Un dispositif centralisé de gonflage/dégonflage des pneus, qui évite les pertes de rendement dues à une pression incorrecte, peut y être inclus. La pression des pneus est optimisée en fonction des travaux à effectuer.

Fournisseur bonfiglioli transmissions

cc PneumAtique

Groupe à vide

Sur ce groupe de vide, Hibox One, l’accent a été mis sur l’autonomie et la connectivité. Il est doté d’un automate et d’un variateur de fréquence régulant la vitesse de la pompe et recueillant les informations envoyées par les différents capteurs. Le débit varie de 20 à 4500 m3/h couvrant les besoins de vide jusqu’à 30 mbar abs. L’intelligence embarquée permet au groupe de s’autocontrôler et d’adapter ses paramètres de fonctionnement selon les informations mesurées ou les paramètres programmées. L’automate est pilotable directement par sa tablette tactile, ou depuis un ordinateur ou un smartphone, relié au réseau de l’entreprise.

L’opérateur a ainsi accès à de nombreuses données telles les derniers relevés ou alarmes. Il peut aussi décider de modifier le point de fonctionnement ou encore les niveaux d’alarme. Le groupe bénéficie d’un dispositif de tension automatique de courroies et d’un ballon séparateur gaz/fluide efficient sur l’ensemble de la plage de fonctionnement de la pompe. Il dispose d’un collecteur modulable permettant la mise en série de plusieurs groupes, ainsi qu’une connexion facilitée aux tuyauteries.

Fournisseur ertp hibon

cc dEscriPtion

référence Hibox One Caractéristiques Pompe à anneau

liquide autonome, économe et entièrement connectée.

cc Points forts

- Autonome et connectée - Tranquillise et sépare gaz/fluide quel que soit le point de fonctionnement - Assure une tension automatique de courroie

D. R.

composants mÉcaniques cc PAGE 44

Produits

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rouleaux de convoyage et de renvoi

DestinÊs aux Êtiqueteuses et machines d’emballage du secteur agroalimentaire, ces rouleaux de convoyage et de renvoi se composent d’un tube en aluminium anodisÊ ÊquipÊ de deux roulements à billes en polymère xirodur B180 sans entretien. L’utilisateur configure sa solution en ligne en choisissant le diamètre intÊrieur, le diamètre extÊrieur et la longueur du tube. Le Xirodur B180 est matÊriau standard Êconomique rÊsistant aux produits chimiques et supportant des tempÊratures de - 40 à + 80 °C. Il autorise un fonctionnement à sec avec un faible coefficient de frottement. Ce roulement à billes en polymère accepte des vitesses de rotation ÊlevÊes, allant jusqu’à 1 800 tr/min.

cc PneumAtique

Conçue pour placer et positionner des plaques de cuisson dans l’industrie de la boulangerie, cette ventouse pneumo-magnÊtique fonctionne à l’air comprimÊ. Elle est disponible en 70 ou 100 mm de diamètre, avec respectivement une force d’arrachement magnÊtique de 360 ou 1 300 N et une force de levage de 120 ou 435 N avec un coefficient de sÊcuritÊ de 3. Ces deux modèles disposent d’une hauteur d’intÊgration de 71 mm. Cette ventouse est commandÊe par une soupape 5/2 ou 5/3 qui la maintient en place même en cas de coupure d’air comprimÊ. Elle reste opÊrationnelle jusqu’à 120 °C. Elle ne requiert qu’un entretien minimum et bÊnÊficie d’une durÊe de vie de plus de 1 million de commutations.

Fournisseur goudsmit magnetic systems

D.R.

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Électrovannes miniatures haut dÊbit

tresse pour pompes pour applications difficiles

Fournisseur latty international

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Fournisseur igus

Cette tresse permet d’augmenter le temps de bon fonctionnement des pompes à boues de phosphate qui sont très abrasives. Elle est Êgalement efficace dans tout environnement difficile. ProtÊgÊe par des fils composites phÊnoliques imprÊgnÊs de PTFE, son âme en fils de graphite lui confère une excellente reprise Êlastique. Une imprÊgnation à cœur rÊalisÊe pendant le tressage rÊduit le frottement.

Souple et robuste, elle se monte facilement, ne nÊcessite que peu de resserrage après son installation.

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Ventouse pneumomagnĂŠtique

Avec un dÊbit ÊlevÊ allant jusqu’à 100 l/min, un temps de rÊponse compris entre 10 et 15 ms et une durÊe de vie de plus d’un milliard de cycles, ces Êlectrovannes compactes bidirectionnelles 2/2 sont adaptÊes pour de nombreuses applications dans les domaines scientifiques, mÊdicaux et dentaires. Elles sont alimentÊes en 12 ou 24 V. Elles sont peu Ênergivores car elles ne consomment que 1,9 W. Compatibles air ou gaz, elles fonctionnent dans une plage de tempÊratures comprise entre 0 et 82 °C. Montables sur embase, elles existent aussi en version cartouche, avec un diamètre d’alÊsage de 19 mm. Ses joints d’ÊtanchÊitÊ standard sont en nitrile ou bien, en option, en FKM, EPDM ou silicone.

Fournisseur citec

fÊvrier 2016ccN°984

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Produits

cc ÉLECTROTECHNIQUE

et appareillages Connexions de puissance

Destiné aux applications automobiles, électroménager et autres, ce système de connexion au pas de 7,5 mm supporte 34 A par broche et résiste à des températures de 125 °C (classe 3 de la norme Uscar-2). Optimisé pour les fils de jauge 10 à 12 AWG, il utilise la technologie à lames multiples et existe en configuration fil à fil et fil à carte. Le système de connexion de puissance Super Sabre utilise des bornes à haute conductivité recouvertes d’argent et des contacts dotés de 4 points indépendants qui offrent des trajets de courant secondaire redondants. Il est compatible avec les procédés de brasage sans plomb par refusion et à la vague et dispose d’un système de verrouillage qui prévient l’arrachement des contacts.

cc entraînements

Variateurs ultracompacts

Destinés au marché de l’automatisation industrielle, ces servovariateurs mono et multiaxes sont les plus compacts du marché. Ils s’intègrent dans un système équipé du bus de terrain EtherCAT et disposent d’un système de rétroaction avec câble unique (retour d’information dans le câble d’alimentation) qui réduit les coûts d’installation.

Les variateurs PSD comportent le modèle PSD-S, monoaxe connecté directement au secteur et le système multiaxes PSD-M composé d’une alimentation commune et de plusieurs modules pouvant piloter jusqu’à 3 servomoteurs. Le variateur est disponible avec des puissances de 2 à 30 A et dispose de 4 entrées et 2 sorties numériques par axe.

Fournisseur Parker Hannifin

Motorisation sans balais

Équipés du contact de fibre optique LuxCis ARIN 801 intégré dans une garniture à faisceau dilaté à 2 ou 4 canaux, ces connecteurs sont disponibles en diverses configurations rondes ou rectangulaires. Ils sont destinés aux environnements hautement contaminés et aux applications difficiles nécessitant une maintenance simple (avionique, radar, guerre électronique…).

La gamme de connecteurs EX-LuxCis inclut actuellement des modèles à interface MIL-DTL38999 et EN4165. L’un de ses avantages est la possibilité d’utiliser jusqu’à 4 assemblages de câble LuxCis Arinc 801 standard, ce qui simplifie et réduit la maintenance.

Elle est compatible avec les fibres monomodes et multimodes et avec différents diamètres de câbles.

Fournisseur Radiall

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N°984ccfévrier 2016

Disponibles dans la plage de 7,5 à 22 kW, ces deux gammes de moteurs répondent à un certain nombre de critères environnementaux. Ils correspondent à la classe de rendement IE3 (la meilleure) selon la norme CEI 60034-30 et satisfont les exigences d’écoconception des moteurs électriques établies par le Parlement européen (directive 2005/32/CE). Les moteurs BX/MX offrent une solution économique à haut rendement, proposent une protection IP65 et incluent une protection thermique par bilame ou CTP. Ils incluent la possibilité de recevoir un codeur (incrémental ou absolu) et un système de purge anti-condensation.

Fournisseur Bonfiglioli Transmissions

Démarreurs progressifs basse tension

Fournisseur Molex France

Connecteurs optiques pour milieu difficile

Moteurs à haut rendement

D’un faible encombrement, la série BMU de motorisations sans balais offre des plages d’asservissement de vitesse de 80 à 4 000 tr/min et des puissances nominales de 30, 60, 120 et 200 W. Elle est protégée IP65 et sa faible consommation IE4 traduit son rendement élevé. Des réducteurs d’un rapport de 5 à 200 la complètent selon la taille du moteur. Un bouton permet d’inverser le sens de rotation des moteurs, par ailleurs peu sensibles aux variations de charge, même en fonctionnement.

Fournisseur Oriental Motor (France)

Conçus pour les pompes et diverses machines, ces systèmes de 18 à 200 A (7,5 à 110 kW sous 400 V) optimisent les séquences de démarrage et d’arrêt des moteurs, permettent des gains de productivité, des économies d’énergie, une réduction de la maintenance et une protection des moteurs. Ils couvrent la gamme de 18 à 1 600 A (7,5 à 850 kW sous 400 V AC).

Les séries XB et XBm, sont simples à configurer et sont compatibles avec des systèmes de connexion du moteur en triangle.

La série XL est disponible de 23 à 1600 A (11 à 850 kW) et intègre un système numérique avec clavier, afficheur et trois menus de réglage. Elle propose différents profils d’accélération et décélération selon l’application et dispose de plusieurs interfaces de communication (USB, Modbus, Ethernet, etc.).

Fournisseur GE Industrial Solutions

cc Composants

et appareillages Alimentations ACDC à triple sortie

Cette gamme d’alimentations AC-DC 75 W de type circuit imprimé à triple sortie, est 64% plus petite, plus légère et plus efficace que la génération précédente, la série JWT75. Avec un rendement pouvant atteindre 85 %, la série CUT75 se destine aux marchés du matériel médical et des équipements industriels généraux. Fonctionnant sur une entrée universelle d’une tension de 85 à 265 V, elle comprend deux modèles standard. Le 522 offre des sorties de 5 V et ±12 V avec convertisseur indépendant, assurant une bonne régulation, sans aucune charge minimale. En raccordant en série les sorties +12 V et -12 V, il peut servir d’alimentation à double sortie de 5 et 24 V. De la même manière, le modèle 5FF offre des sorties + 5 V et ± 15 V, et peut être utilisé comme un module double de 5 V et 30 V. La série CUT75 à refroidissement par convection présente une vaste plage de température de fonctionnement, comprise entre - 20 et + 70 °C. La protection contre les surintensités et les surtensions figure parmi les fonctionnalités standard.

Fournisseur TDK-Lambda France

cc description

Référence Série CUT75 Carctéristiques Cette série

d’alimentations AC-DC 75 W triple sortie comprend deux modèles CUT75-522 et CUT75-5FF. cc points forts

- Cette série est 64 % plus petite, plus légère et plus efficace que la série JWT75 de génération précédente.

- Les deux modèles sur la vaste plage de température comprise entre -20 °C et +70 °C.

D.R.

cc Composants

Produits

cc ÉQUIpEmENTs dE pROdUCTION cc maChines

Centre d’usinage 5 axes à portique

AdaptÊ à l’usinage de pièces de grandes dimensions, MCR-C est un centre d’usinage 5 axes à portique de 45 kW, avec une course X allant de 4050 à 6550 mm. Le large portique mesure 4650 mm entre les colonnes, pour 4000 mm de hauteur. La fonction Thermo-Friendly rÊduit les variations dimensionnelles à moins de 20 ¾m sur la totalitÊ de la surface d’usinage de la table, pour un changement de tempÊrature de 8° dans l’atelier. D’autre part, les temps de cycle sont aussi rÊduits de plus de 20% grâce à la fonction qui assure le rÊglage automatique de la meilleure vitesse de coupe selon le poids de la pièce.

Plus plate que la plupart des imprimantes 3D de bureau, la Beethefirst mesure seulement 400 x 400 x 140 mm pour 9,5 kg.

Elle utilise la technologie de fusion de filament et accepte des matÊriaux sous forme de filament de PLA de 1,75 mm de diamètre, dans de nombreuses couleurs. Elle offre un volume d’impression de 190x135x125 mm, avec des couches d’une Êpaisseur de 50 ¾m. La tempÊrature de fonctionnement se situe entre 15 et 30 °C. Elle traite des fichiers 3D STL.

Station vide-sac

Ces stations sont destinÊes à la vidange totale, en toute sÊcuritÊ, de tous types de produits conditionnÊs en sacs. Elles intègrent, si besoin est, une grille de tamisage ou un sÊparateur mÊtallique pour Êliminer les Êventuels corps Êtrangers. Elles peuvent être ÊquipÊes d’un dispositif de dÊpoussiÊrage automatique, ou raccordÊes à une centrale d’aspiration. Elles se connectent à une Êcluse, un doseur, ou tout type de transport pneumatique. Ces stations sont ÊquipÊes d’une porte d’accès montÊe sur vÊrins à gaz et d’une grille de protection en conformitÊ avec la Directive Machine. Pour les applications  propres , des versions avec soudures continues et absences de corps creux ou zones mortes sont proposÊes.

Fournisseur Gericke

Fournisseur RS

cc outils-outillages

Meuleuses angulaires Ă freinage magnĂŠtique

Ces meuleuses une main ÊquipÊes d’un frein magnÊtique autorisent un travail prÊcis et une protection ÊlevÊe. Cinq modèles sont disponibles tous dotÊs des systèmes de sÊcuritÊ, dÊmarrage progressif et antidÊmarrage. Deux d’entre eux ont un interrupteur de type homme mort. Le frein magnÊtique fonctionne de manière fiable même en cas de coupure de courant. Il immobilise le disque de l’outil 70% plus vite qu’une meuleuse classique.

Fournisseur Bosch

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D.R.

Fournisseur Codem - Okuma

Imprimante 3D de prototypage rapide

Produits Les unitÊs de mesure du système internAtionAL

cc Logistique -

mAnutention Solution de levage par aspiration

DotĂŠs de poignĂŠes de contrĂ´le manuel ÂŤtout en unÂť, ces manipulateurs sont des ĂŠquipements de levage industriel par aspiration.

Ils reprÊsentent une solution ingÊnieuse pour la manipulation rÊpÊtitive de charges lÊgères. Avec les Light Lift Ergo, l’utilisateur maÎtrise en même temps une manette de commande de levage avec la visualisation d’un manomètre pour le niveau de vide et un bouton de remontÊe automatique pour libÊrer la charge sans aucun effort.

Transpalettes ĂŠlectriques lithium-ion

Pour transporter des charges jusqu’à 1,8 t, ces transpalettes Êlectriques sont dotÊs d’une batterie lithium-Ion. La durÊe de vie en est amÊliorÊe par rapport à une batterie plomb ouvert. Il suffit d’une heure trente pour le recharger et en 30 minutes, une batterie dÊchargÊe retrouve presque 60 % de son autonomie.

Ils apportent un gain Êvident en termes d’hygiène sÊcuritÊ et environnement.

Fournisseur Fenwick-Linde

Fournisseur Manut.lm

ampère ampère par mètre becquerel degrÊ Celsius coulomb candela cd par mètre carrÊ farad heure henry hertz joule kelvin kilogramme lumen lux mètre mètre carrÊ mètre cube mètre par seconde m/s par seconde minute newton nanomètre pascal radian seconde picoseconde tesla

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PREMIUM

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ENJOY SAFETY MADE IN SOLINGEN

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D.R.

cc Logistique embaLLage

A A/m Bq °C C cd cd/m2 F h H Hz J K kg lm lx m m2 m3 m/s m/s2 min N nm Pa rad s ps T

cahier technique Les secrets des moteurs des voitures électriques ccréalisé par

ccFranck Le GaLL Docteur et agrégé en ScienceS PhySiqueS, enSeignant en StS electrotechnique et à l’eSiee

D. R.

Il participe également à une formation sur les moteurs et les véhicules électriques pour les ingénieurs et techniciens de Renault. Il est par ailleurs rédacteur en chef de la revue 3EI (Enseignement de l’Électrotechnique et de l’Électronique Industrielle) éditée par l’association SEE (Société de l’électricité, de l’électronique et des technologies de l’information et de la communication).

’arrivée de la voiture électrique dans nos rues concrétise un vieux rêve dont les premières réalisations remontent déjà à la fin du XIXe siècle.

En effet, la « Jamais contente », bolide propulsé par deux moteurs Postel-Vinay de 25 kW, fut en 1899 le premier véhicule à dépasser les 100 km/h. Mais il faudra tout de même attendre plus d’un siècle pour voir arriver la démocratisation et la diffusion à plus grande échelle des voitures électriques et ceci dans de nombreux segments, de la Twizy biplace de Renault à la berline de luxe de Tesla-Motors. Cet intérêt pour la traction électrique automobile est principalement dû aux performances des moteurs électriques (fort rendement, réversibilité, maîtrise du couple…), qu’il s’agisse des technologies classiques (MCC, MS et MAS) ou plus confidentielles (RV). cm

L

FÉVRIER 2016ccN°984

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cahier technique

éjà reconnus depuis plus d’un siècle pour leur très bon rendement et pour leur réversibilité énergétique, les machines électriques tournantes possèdent une autre propriété très intéressante pour l’application à la traction automobile : la facilité de maîtrise de leur couple sur une très large plage de vitesses. En effet, dans le domaine de la traction automobile, que la motorisation soit thermique, électrique ou hybride, on souhaite disposer à basse vitesse d’un couple maximal, puis au-delà du point de fonctionnement nominal, on doit pouvoir augmenter le régime, tout en gardant la puissance constante (Fig. 1).

Alors que ces propriétés, et particulièrement la première à basse vitesse, sont très contraignantes pour un moteur thermique, elles apparaissent comme presque « naturelles » pour les moteurs électriques. Pour comprendre cet « avantage concurrentiel », il est primordial de savoir comment on génère un couple moteur à partir de l’énergie électrique.

D

1. La Machine à courant continu La caractéristique de la traction idéale La première approche est basée sur la découverte de Pierre Simon de Laplace (1749-1827) concernant la production d’une force mécanique par interaction entre un courant électrique et un champ magnétique (Fig. 2). Cette force de Laplace permet de comprendre le fonctionnement des machines à courant continu (MCC).

Les MCC sont constituées d’un stator portant le circuit inducteur (un bobinage parcouru par un courant ou un aimant permanent) qui génère le champ magnétique

50

N°984ccFÉVRIER 2016

F. ROBERT

Si tous les moteurs électriques se ressemblent, les choix de technologies et d’architectures de conception conduisent à des différences notables en fonction de l’application envisagée. De plus, les critères de coût de fabrication et de fiabilité ont un impact fort sur les solutions développées par les constructeurs automobiles.

Le besoin de couple des roues d’un véhicule

On peut donner au moteur électrique une courbe couple/vitesse qui corresponde exactement au besoin de la propulsion des véhicules automobiles, ce qui n’est pas le cas pour les moteurs thermiques (essence et diesel), mais ce sont les capacités de stockage embarqué de son énergie qui en limite pour le moment l’usage.

Fig. 2

La loi de Laplace

F. ROBERT

Les moteurs électriques de la physique à la réalisation industrielle

Fig. 1

Tout conducteur parcouru par un courant électrique placé dans un champ magnétique est soumis à une force électromagnétique tendant à le déplacer. Un moyen mnémotechnique pour s’en rappeler est «la règle des trois doigts de la main droite».

Cette force est dite Force de Laplace s’exprime par la formule F = il ∧ B .

C’est cette force qui est à la base du couple des moteurs électriques.

constant, d’un rotor sur lequel est bobiné le circuit induit parcouru par le courant et d’un système balais-collecteur permettant l’inversion du courant (Fig. 3). L’effet du champ magnétique sur chacune des spires de l’induit crée des couples de forces entraînant sa rotation. C’est la somme des moments des couples de forces qui constitue le moment du couple électromagnétique (Ce) de la MCC. Celui-ci s’exprime par la formule Ce=KΦi où: K est un coefficient de proportionnalité qui dépend du nombre de paires de pôles magnétiques, du nombre de conducteurs, et du nombre de voies d’enroulement; Φ est le flux magnétique créé par l’inducteur, il est donc constant lorsque l’inducteur est à aimant permanent et dépend du courant d’excitation lorsque l’inducteur est bobiné; i est l’intensité du courant traversant l’induit. Une seconde relation,

Moteurs éLectriques

Fig. 3

Le fonctionnement du moteur courant continu

F. ROBERT

La simplicité du pilotage de la vitesse des MCC a naturellement été exploitée dans les premières applications industrielles de traction électrique (automobile, ferroviaires…). Toutefois, deux handicaps majeurs ont rendu cette technologie obsolète. Tout d’abord, le système balais-collecteur est le siège d’arcs électriques d’autant plus importants que la puissance de la machine augmente. Il est par ailleurs fragile et limite la vitesse de fonctionnement de ces moteurs. De plus, la puissance de ces machines étant principalement liée à l’intensité des courants d’induit, une augmentation de la puissance implique un accroissement de la masse de cuivre et donc du poids du rotor. La puissance massique de la MCC est donc beaucoup plus faible que celle de ses concurrentes directes, à savoir, les Machines synchrones (MS) et asynchrones (MAS).

Le courant passe, via le balai B2 et la lame B, au travers du circuit induit porté par le rotor pour ensuite revenir par l’intermédiaire de la lame A et du balai B1. L’interaction du champ magnétique et du courant traversant les portions axiales du circuit induit, produit un couple de forces responsable de la rotation du rotor dans le sens anti-horaire. Lorsque le rotor à fait un demi-tour, le courant entre par la lame A et ressort par la B, mais la position de la spire ayant été inversée, le couple de force produit entraine toujours le rotor dans le sens anti-horaire.

E=KΦΩ, permet de manière symétrique de lier la force électromotrice (tension à vide) E à la vitesse de rotation angulaire du rotor Ω. Ces deux relations permettent de comprendre pourquoi les moteurs électriques conviennent pour décrire la caractéristique de traction idéale. En effet, pour obtenir le fonctionnement à basse vitesse (voire nulle), il «suffit» de maîtriser le champ magnétique inducteur d’une part (et donc le flux), et l’intensité du courant induit d’autre part pour obtenir le couple voulu et ceci indépendamment de la vitesse du rotor qui est pilotée par la tension d’alimentation. En haute vitesse, on peut aussi travailler à puissance constante en diminuant le flux inducteur. En effet, si E est maintenu constant, une diminution du flux Φ entraîne une augmentation de la vitesse angulaire Ω. On parle alors de défluxage.

cc Ce qu’il faut retenir

c Les motorisations automobiles actuelles font appel aux machines synchrones, performantes, et asynchrones, économiques et robustes. c Outre les caractéristiques électro-mécaniques, le prix de revient et la fiabilité sont des critères déterminants pour le choix d’une technologie de moteur. c Les constructeurs automobiles conçoivent simultanément le moteur, son électronique de commande et d’interconnexion avec la batterie, ainsi que le réducteur associé, formant le groupe moto-propulseur.

2. Les Machines à courant aLternatiF Les machines synchrones et asynchrones triphasées sont les plus fréquemment utilisées dans les applications de traction électrique moderne que ce soit en mode tout électrique (Twizy, Zoé, Leaf, e-Golf …) ou hybrides (Prius, BMW i8, Mercedes-Benz S500 Plug-In Hybrid…). Le couple électromagnétique est obtenu par l’interaction d’un champ inducteur généré dans le stator par un système de courants triphasés et d’un champ magnétique porté par le rotor qui peut être soit constant (machine synchrone à rotor bobiné ou à aimant permanent), soit induit (machine asynchrone).

a. Obtention du couple dans une machine synchrone La génération du couple dans une machine synchrone peut se comprendre simplement. Plaçons un aimant de moment magnétique M, libre de tourner autour d’un axe, dans un champ magnétique uniforme B. Le moment magnétique est alors soumis à un couple électromagnétique dont le moment est Ce = M∧B (Fig. 4).

On peut alors déduire aisément que: le moment du couple électromagnétique est maximal pour a=p/2, le champ magnétique est alors perpendiculaire à l’axe magnétique de l’aimant; si la direction de B est fixe, l’aimant s’aligne sur la direction de B et le mouvement s’arrête; pour entraîner l’aimant en rotation continue, il faudra produire un champ magnétique tournant. Si de plus on veut conserver le couple constant il faudra conserver l’angle a constant, autrement dit: l’aimant et le champ tournant doivent tourner à la même vitesse.

Dans un moteur synchrone (Fig. 5), le rotor porte des aimants permanents (MSAP) ou un inducteur bobiné (MSRB) et tient le rôle de l’aimant dans l’expérience précédente. Le stator porte trois bobines décalées de 2p/3 dans l’espace et alimentées par trois courants triphasés équi– FÉVRIER 2016ccN°984

51

cahier technique

Fig. 4

Le principe d’un moteur synchrone

F. ROBERT

Le moment magnétique M de l’aimant placé dans un champ magnétique uniforme B est soumis à un couple électromagnétique dont le moment est Ce = M∧B. C’est le moment magnétique tournant qui entraîne l’aimant en rotation. Pour conserver le couple constant, il faut que l’angle a soit constant, autrement dit que l’aimant et le champ tournant tournent à la même vitesse.

D’où le nom de machine synchrone.

Fig. 5

F. ROBERT

Le fonctionnement d’un moteur synchrone

Le rotor a un moment magnétique représenté en noir, le stator porte des bobinages triphasés qui créent un champ tournant représenté en vert dans l’entrefer de la machine.

La vitesse de rotation dépend de la fréquence des courants statoriques et du nombre de paires de pôles magnétiques de la machine.

Fig. 6

L’autopilotage d’une machine synchrone

librés qui créent un champ tournant dans l’entrefer de la machine. Ce champ tourne à la vitesse ns (en tr.min-1) imposée par la fréquence des courants statoriques f et dépendant de p, nombre de paires de pôles magnétiques de la machine (f = p.ns/60).

En régime permanent, l’expression du moment du couple électromagnétique (Ce) est alors très proche de celle donnée précédemment pour une MCC : Ce = KΦIcosψ. Le coefficient K dépend des caractéristiques de la machine (nombre de paires de pôles magnétiques) ; Φ représente le flux magnétique produit par l’inducteur. Il est proportionnel à l’aimantation M de l’expérience précédente ; I correspond à la valeur efficace en régime permanent du courant dans une phase du stator. I permet de modifier l’amplitude du champ magnétique tournant au stator ; ψ est relié à l’angle a précédent par la relation ψ = p/2-a.

Un couple souhaité est alors obtenu, comme pour la MCC, en fixant : la valeur du champ magnétique créé par la roue polaire grâce au courant qui traverse son enroulement (dans le cas d’aimants cette valeur n’est pas réglable) ; la valeur du courant dans les enroulements statoriques ; la valeur de l’angle entre le rotor et le champ magnétique tournant (a ou ψ). La réalisation de cette dernière condition est confiée à l’autopilotage (Fig. 6). Un capteur de position est placé sur le stator pour repérer la position du rotor et provoquer l’alimentation des bobines qui convient afin de conserver le champ tournant statorique à la même distance angulaire du champ rotorique. Ce modèle d’autopilotage est limité au fonctionnement en régime permanent ou lentement variable. Pour piloter la MS dans les régimes transitoires, il faut adopter un formalisme plus complexe mettant en jeu les transformations de Park.

Le stator est alimenté en courant alternatif par l’intermédiaire d’un onduleur (convertisseur continu-alternatif). Le rotor est alimenté directement en courant continu (excitation). Le capteur de position permet de connaître la position instantanée du champ rotorique. La consigne de fréquence permet d’imposer la vitesse de la MS. La boucle d’autopilotage constituée du capteur de position et de la commande de l’onduleur assure un angle d’autopilotage a ou ψ constant nécessaire pour la maîtrise du couple électromagnétique.

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Le stator d’une machine asynchrone a la même structure que celui d’une machine synchrone. Les grandeurs statoriques sont alternatives, soit sinusoïdales, soit en forme de créneaux (alimentation par convertisseur). Lorsque les trois courants sont sinusoïdaux, ils créent un champ tournant à la vitesse nS (en tr.min-1), avec nS = f.60/p où f est la fréquence des courants statoriques et p le nombre de paires de pôles. Le rotor peut être à cage (Fig. 7) ou bobiné. Il est constitué d’un circuit de conducteurs en aluminium ou en cuivre court-circuités sur eux-mêmes et d’un circuit magnétique réalisé par un empilement de tôles magnétiques. Le champ tournant statorique crée des courants induits dans les conducteurs du rotor. Ces courants interagissent avec le champ statorique pour créer un couple qui tend à s’opposer à la cause qui lui a donné naissance (loi de Lenz). Le rotor est donc entraîné à la poursuite du champ statorique.

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b. Obtention du couple dans une machine asynchrone

Moteurs éLectriques

Fig. 7

Le moteur asynchrone à cage d’écureuil

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3. anaLyse Des LiMites et optiMisation Du renDeMent Les pertes dans les machines

Le champ magnétique tournant créé par les bobinages du stator induit un courant dans les conducteurs de la cage d’écureuil du rotor.

Ceux-ci sont alors soumis à des forces créant le couple moteur.

Le rotor est entraîné à la poursuite du champ du stator avec un certain glissement. D’où le nom de machine asynchrone.

En fonctionnement le rotor tourne à une vitesse n<ns. Si on entraîne le rotor de la machine asynchrone à la vitesse ns, il n’y a plus de courants induits rotoriques et donc plus de couple. La machine asynchrone est à induction. Son couple moteur ne peut exister que si n ≠ns. On définit alors son glissement comme l’écart relatif des vitesses g=(ns-n)/ns. Il est de l’ordre de quelques pour-cent dans les machines de traction automobiles. L’existence du glissement et le fait que la MAS ne soit alimentée que par le stator compliquent son pilotage en vitesse et en couple. Toutefois, en utilisant le formalisme de Park comme dans le cas de la MS, et moyennant une mesure directe ou indirecte de la vitesse, on arrive à piloter le fonctionnement de la MAS en régime transitoire. Comme précédemment, il est possible de décrire le plan couple-vitesse optimal.

Fig. 8

F. ROBERT

Les pertes dans un moteur électrique

Le rendement d’un moteur électrique est le ratio de la puissance électrique absorbée diminuée des différentes pertes sur la puissance électrique absorbée. Les valeurs absolues et relatives des différentes pertes varient avec la nature des moteurs et leur taux de charge.

En régime permanent, les rendements des moteurs électriques sont généralement très bons (supérieurs à 80 % pour les puissances supérieures à quelques dizaines de kW utilisées dans la traction automobile). Un effort constant est tout de même mené pour continuer à améliorer ces rendements dans toutes les phases de fonctionnement en diminuant les sources de pertes et en optimisant le refroidissement (Fig. 8). Les pertes dans les machines sont de trois natures : pertes par effet Joule provoquées par la circulation des courants dans le stator et/ou le rotor ; pertes magnétiques qui sont dues aux courants de Foucault (induit) et au phénomène d’hystérésis ; pertes mécaniques dues aux frottements.

A. Pertes Joule

Les pertes Joule dans les conducteurs électriques dépendent de la densité surfacique de courant, de la résistivité du conducteur considéré (cuivre ou aluminium), mais aussi de la géométrie de la section du conducteur.

Lorsqu’on souhaite augmenter la puissance d’une machine, on en vient rapidement à augmenter l’intensité du courant qui traverse ses bobinages. Il devient alors très intéressant d’optimiser la densité de courant admissible dans chaque conducteur.

Dans le cas des machines synchrones et asynchrones, la chaleur produite par effet Joule dans les conducteurs du stator se transfère essentiellement par convection et rayonnement au travers de la surface de l’entrefer et dans une moindre mesure par conduction au travers des matériaux constituants le stator. Au niveau du rotor, le transfert de chaleur se fera lui aussi par l’entrefer ou par conduction au travers de l’arbre moteur. L’augmentation de la densité de courant admissible dans les conducteurs sera directement liée à la capacité à évacuer efficacement l’énergie produite au travers de l’entrefer ou par conduction à l’intérieur des matériaux.

La forme du conducteur est plus au moins propice à l’augmentation de la densité de courant admissible. En effet, plus la surface d’évacuation sera importante, plus le refroidissement sera aisé. Ainsi, si l’on souhaite augmenter le courant dans un conducteur cylindrique, il est préférable d’utiliser un grand nombre de petits conducteurs qu’un seul conducteur de section plus importante. Ce choix est conforté si l’on doit tenir compte de l’effet de peau qui apparaît lorsque la fréquence des courants atteint quelques kHz (automobile). D’autre part, on montre que la densité de courant atteignable dans des conducteurs de section rectangulaire très aplatie (circuits imprimés) est beaucoup plus importante que pour les conducteurs à section cylindrique. La diminution des pertes par effet FÉVRIER 2016ccN°984

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cahier technique Moteurs éLectriques

Fig. 9

Les différentes technologies de moteurs électriques de traction

dépendant de la fréquence, l’utilisation de la ferrite, caractérisée par une forte résistivité à haute fréquence, limite ces pertes que l’on retrouve aussi dans les aimants permanents.

Suivant le type de prestations que l’on attend du moteur de traction, il faut adapter le type de technologies retenu, notamment dans les zones extrêmes d’utilisation.

Joule passe aussi par l’optimisation de la longueur active des bobines. Une bonne géométrie des pôles du rotor de la MS augmente le rapport entre longueur active et totale du conducteur. On définit le coefficient global de remplissage des encoches par le rapport de la surface de cuivre (surface active) sur la surface de l’encoche (classiquement 40 à 50%). L’augmentation de la valeur du coefficient de remplissage a deux effets. D’une part, les pertes Joule augmentent car la concentration du bobinage n’est pas optimale; d’autre part, l’évacuation de la chaleur est plus difficile. Enfin, les propriétés thermiques des isolants électriques présents dans les encoches joueront un rôle important dans l’évacuation des pertes par effet Joule.

B. Pertes mAgnétiques

Les pertes magnétiques regroupent les pertes par courants de Foucault qui résultent de la circulation de courants induits dans le matériau magnétique et les pertes par hystérésis dues à l’effet mémoire du matériau magnétique qui entraîne des pertes énergétiques lors des cycles magnétiques. Les premières sont directement liées à la variation temporelle du champ magnétique, c’est-à-dire au phénomène d’induction. Un feuilletage des tôles magnétiques limite la circulation des courants induits. L’épaisseur de ces tôles est très importante car elle intervient au carré dans l’expression des pertes. Les pertes par hystérésis sont elles aussi dépendantes de la fréquence et de la variation d’amplitude du champ magnétique. À titre d’exemple, pour des tôles usuelles de Fe-Si à 3 % à grains non orientés, et une épaisseur de tôle de 0,5 mm, on obtient sous une amplitude maximum de 1,5 tesla, à 50 Hz, des pertes fer de 6,5 W.kg-1.

Par comparaison, des tôles de Fe-Ni (50-50), de 0,1 mm d’épaisseur limiteront dans les mêmes conditions ces pertes à 0,84 W.kg-1. On notera aussi que ces pertes

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N°984ccFÉVRIER 2016

D. évACuAtion des Pertes

Les pertes Joule et magnétiques sont à l’origine d’échauffements à l’intérieur même des matériaux composants les moteurs. Pour un même matériau, les petits systèmes auront une plus grande capacité à accepter une plus forte densité de pertes. En effet, si par exemple on soumet un matériau magnétique (fer silicium) à un échauffement de 5 K entre le cœur et la surface extérieure, il sera capable d’évacuer un flux thermique de 2 kW.m-2 si la distance cœur-surface est de 20 mm, alors que ce transfert ne sera que de 90 W.m-2 pour une distance 5 fois plus grande. Cette limitation de la capacité à accepter des pertes volumiques importantes entraînera une limitation de la dimension de la machine ou la nécessité de modifier les conditions de refroidissement en surface.

L’évolution du moteur de traction

115 ans d’évolution séparent les deux moteurs Postel-Vinay de 25 kW (à gauche) qui ont permis à la Jamais contente de Camille Jenatzy d’être la première voiture électrique à dépasser les 100 km/h en 1899 et le groupe motopropulseur R240 de 65 kW qui équipe la Renault Zoé.

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F. ROBERT

C. Pertes méCAniques

Les frottements mécaniques dans les machines tournantes sont principalement causés par les points de contacts mécaniques localisés au niveau des systèmes collecteurbalais, bagues-balais ou des paliers.

Les pertes aérodynamiques sont, elles, dues à la rotation du rotor. Pour fixer les idées, on peut en estimer l’importance dans le cas de l’air avec un entrefer de 5 mm. Alors que pour une vitesse périphérique de 100 m/s, on trouve des pertes aérodynamiques de 660 W par m2 d’entrefer, pour une vitesse trois fois plus élevée, ces mêmes pertes atteignent 13,7 kW.m-2. Les pertes aérodynamiques, à très grande vitesse, peuvent donc être responsables d’échauffements très importants. La saillance éventuelle du rotor accroît bien entendu ce type de pertes. On peut diminuer ces pertes aérodynamiques en remplaçant l’air par un fluide caloporteur mono ou multiphasique.

E. limites en vitesses

La vitesse de rotation des moteurs est limitĂŠe par leur vitesse pĂŠriphĂŠrique maximale qui dĂŠpend principalement de la gĂŠomĂŠtrie et de la nature des matĂŠriaux utilisĂŠes (cuivre, aluminium, acierâ&#x20AC;Ś). On peut calculer les ordres de grandeurs des vitesses pĂŠriphĂŠriques maximales pour les principaux constituants des machines classiques. Ainsi, on trouve que le collecteur des MCC possède la vitesse pĂŠriphĂŠrique la plus faible (80 m/s), que les MS Ă aimants permanents voient cette vitesse beaucoup varier en fonction du mode de pose des aimants sur le rotor (de 100 m/s pour des aimants tuiles collĂŠs Ă 230 m/s pour des aimants frettĂŠs collĂŠs en surface), et les vitesses pĂŠriphĂŠriques maximales (300 m/s) sont atteintes avec des MAS Ă cage dâ&#x20AC;&#x2122;ĂŠcureuil Ă encoches fermĂŠes et des machines Ă reluctance variable Ă rotor massif.

Cette frontière de la vitesse pĂŠriphĂŠrique maximale limitera dâ&#x20AC;&#x2122;autant plus la vitesse de rotation du moteur que le diamètre du rotor sera grand.

Ć&#x2018;Ć&#x201D; Ć?Ć?Ć?

7omm;Â&#x2020;uv 7Ä˝ou7u;v Ć&#x201D;Ć? CŃ´bŕŁ?u;v u;ruŕŁ?v;m|ŕŁ?;v

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4. Les DiFFĂŠrentes technoLogies Des problèmes de vibrations rĂŠdhibitoires Une comparaison des performances relatives des diffĂŠrentes technologies de moteur peut ĂŞtre synthĂŠtisĂŠe dans le plan couple-vitesse issu de la thèse dâ&#x20AC;&#x2122;Aiman Nouh (UTBM, 26 mars 2008) (Fig. 9). Il apparaĂŽt que, du point de vue des rendements, la MSAP est la plus performante en basses et moyennes vitesses. Elle atteint ses limites pour les hautes vitesses car son dĂŠďŹ&#x201A;uxage est dĂŠlicat. Ă&#x20AC; lâ&#x20AC;&#x2122;inverse, du fait de la facilitĂŠ de dĂŠďŹ&#x201A;uxage, la MSRB est, elle, plus performante Ă haut rĂŠgime.

En comparaison, la MAS obtient des performantes moins intĂŠressantes sur tous les rĂŠgimes. Elle reste tout de mĂŞme très apprĂŠciĂŠe par les industriels car câ&#x20AC;&#x2122;est la moins chère et la plus robuste des machines.

Seule la machine à rÊluctance variable (MRV) semble rÊunir toutes les qualitÊs pour convaincre les industriels. Elle allie la robustesse et le faible de coÝt de la MAS aux bonnes performances de la MS. Toutefois, les recherches se heurtent à des problèmes de vibrations trop importants qui sont rÊdhibitoires pour en faire le moteur des voitures Êlectriques modernes.

Mais la vraie limitation de la traction tout ĂŠlectrique pour lâ&#x20AC;&#x2122;automobile rĂŠside aujourdâ&#x20AC;&#x2122;hui dans la faible autonomie liĂŠe aux technologies actuelles des batteries. Et dans le cas des motorisations hybrides, les contraintes de dimensionnement sont encore plus sĂŠvères dâ&#x20AC;&#x2122;un point de vue thermique et de la compacitĂŠ, car ces moteurs doivent fonctionner dans lâ&#x20AC;&#x2122;environnement proche dâ&#x20AC;&#x2122;un moteur thermique. cm FĂ&#x2030;VRIER 2016ccN°984

Ć&#x2013; r-u1oÂ&#x2020;uv |;1_moŃ´o]btÂ&#x2020;;v

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ŃľĆ? Ć?Ć?Ć? lŃš 7Ä˝;Â&#x160;rovbŕŚ&#x17E;om

cahier technique Moteurs éLectriques

POUR ALLER PLUS LOIN Livres Quelques ouvrages de référence

La littérature électrotechnique aborde souvent les moteurs électriques, mais peu dans le domaine de la traction automobile. Alors saluons le livre de François Badin, Les véhicules hybrides : des composants au système, aux Editions Technip qui traite du véhicule, des composants, de leur association et de leur contrôle, ainsi que des bilans globaux établis sur la vie du véhicule. Outre les usages et la comparaison des différentes architectures possibles, cet ouvrage aborde aussi dans le détail les principes et les différents types de motorisations thermiques et électriques, les systèmes embarqués de stockage de l’énergie, les composants spécifiques, ainsi que la gestion de l’énergie dans ces véhicules. Une analyse globale de différentes motorisations, en cycle de vie (ACV), coûts totaux et disponibilité en matériaux sensibles, est aussi présentée.

On pourra aussi trouver de nombreuses informations sur les moteurs électriques en général dans l’ouvrage Electrotechnique Industrielle, de Guy Séguier et Francis Notelet aux Éditions Tec & Doc. cm

Vocabulaire professionnel c

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Découvrez dans cette vidéo le principe du moteur à courant continu et les astuces de conception nécessaires pour le rendre performant.

N°984ccFÉVRIER 2016

Nombre de rotations effectuées par un moteur par unité de temps.

C’est donc la vitesse de rotation du moteur exprimée en tour.min-1.

MOTEUR À RELUCTANCE VARIABLE Moteur dont le rotor

c

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DÉFLUXAGE Le défluxage

d’une machine tournante consiste à diminuer le flux inducteur pour augmenter sa vitesse au-delà de sa valeur nominale sans augmenter la tension d’alimentation.

Le couple maximal de la machine s’abaisse donc mais le fonctionnement à iso-puissance reste possible.

GROUPE MOTOPROPULSEUR ÉLECTRIQUE :

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D.R.

au cœur des moteurs courant continu

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RÉGIME MOTEUR

Le GMPE est de regroupement dans une unité compacte du moteur électrique et du réducteur associé, ainsi que de l’électronique de commande et de puissance gérant à la fois le fonctionnement du moteur, son interconnexion avec la batterie et la recharge de celle-ci, via le moteur agissant en frein ou le secteur.

Vidéo

Moteur

en Weber et souvent noté Φ, c’est une grandeur physique mesurable liée à l’intensité et à la répartition spatiale du champ magnétique.

Ce flux est par définition le produit scalaire du champ magnétique par le vecteur surface qu’il traverse.

se positionne dans la direction de plus faible reluctance, c’està-dire d’inductance la plus élevée.

Il se rapproche de la machine synchrone (MS) par le mode de pilotage et de la machine asynchrone (MAS) par ses qualités de robustesse.

Événements Une série de salons très moteurs

S’il est un salon où le moteur électrique sous toutes ses formes est mis en avant, c’est bien Coil Winding, Insulation & Electrical Manufacturing Exhibitions (Cwieme). Après Chicago en octobre 2015 et Istanbul en novembre 2015, ce sera à Berlin de recevoir la prochaine manifestation du 10 au 12 mai en attendant Shanghai en juin 2016. Outre les fabricants de moteurs on y retrouve tous les fournisseurs de matériaux et de machines nécessaires à la fabrication et à l’assemblage des moteurs, ainsi que des ingénieristes capables de prendre en charge le développement complet de solutions de motorisation pour les applications les plus diverses. cm

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LA MÉCANIQUE DES

RÊV

E

S

c L’outil techno 6 000 ampoules à incandescence.

c La démarche Une sculpture rendue

interactive par des cordons permettant d’illuminer telle ou telle partie du nuage. c L’actu Cloud a été exposé dans le monde entier. En janvier 2016, c’est dans le ciel d’Helsinki qu’on a pu l’apercevoir.

Cloud Un nuage qui rend le ciel moins gris À l’heure où les ampoules à incandescence jettent leurs derniers feux, deux artistes canadiens leur donnent une seconde vie dans une sculpture interactive représentant un nuage lumineux. Une façon d’évoquer la mutation des technologies et la transition énergétique.

Vidéo

A

près avoir arpenté des cieux variés, du Canada à la Pologne en passant par les Pays-Bas, la République tchèque, le Portugal, la Slovaquie, Singapour ou Jérusalem, l’installation Cloud a pris place, en janvier, à Helsinki (Finlande). Ce drôle de nuage qui rend le ciel plus lumineux a été réalisé par les artistes Caitlind Brown et Wayne Garrett à l’aide de 6000 ampoules à incandescence recyclées. Celles-ci s’allument et s’éteignent au gré de l’humeur des visiteurs, grâce à un système de cordons que chacun peut actionner à volonté. Alors que les ampoules à incandescence sont sur le point de disparaître dans l’Union européenne et dans de nombreuses parties du monde, le travail des deux artistes évoque l’évolution des technologies, et la transition énergétique. cm

Découvrez sur notre site comment cette sculpture interactive prend vie au gré de l’inspiration de ceux qui la découvrent.

Nuage

Retrouvez chaque semaine notre rubrique « La mécanique des rêves » sur notre site web

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D.R.

cc MURIEL DE VÉRICOURT, GÉRARD QUÉVRIN redaction@industrie-technologies.com

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› 15 septembre 2016

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