De la mise au point de vaccins antiviraux à la réduction des émissions de carbone, nombreux sont les laboratoires et chercheurs du monde entier qui repoussent les limites de la technologie pour résoudre les problèmes les plus complexes. De son côté, l'université Purdue travaille main dans la main avec l'industrie pour relever un défi qui pourrait être la solution à d'autres problématiques : optimiser la production de composites haute performance tout en réduisant les coûts.
Avec un ratio poids/résistance exceptionnel, les composites jouent un rôle essentiel pour de nombreuses technologies vertes capables de relever le défi du changement climatique. Les avions et voitures électriques neutres en carbone, par exemple, doivent être suffisamment légers pour parcourir des distances raisonnables à l'aide de batteries, d'énergie solaire ou d'hydrogène, mais aussi suffisamment solides pour être sûrs et durer sur le long terme. Il en va de même pour les équipements dédiés à la production d'énergies renouvelables. Prenons l'exemple des éoliennes : elles doivent être assez légères pour fonctionner à la moindre brise, mais suffisamment robustes pour tenir face aux fortes rafales de vent.
Pour cela, il est nécessaire de répondre à différents défis techniques. Certaines formes de composites – avec leurs couches complexes de fibres et de résines – impliquent des coûts de fabrication élevés et peuvent prendre plusieurs années avant d'être certifiées au sein d'industries hautement réglementées.
L'objectif du 3DEXPERIENCE Education Center of Excellence in Advanced Composites, officiellement rattaché à l'université Purdue depuis le 28 octobre 2020, est notamment d'aider les chercheurs à relever ces défis.
« Il n'existe aucun autre centre de recherche et de formation comme celui-ci dans le monde », déclare R. Byron Pipes, directeur de l'Indiana Manufacturing Institute, directeur exécutif du Composites Manufacturing & Simulation Center et directeur du nouveau 3DEXPERIENCE Education Center. « L'équipe d'experts et de chercheurs que nous avons mise en place est la meilleure qui soit à l'échelle internationale. »
IL FAUT LE VOIR POUR LE CROIRE
L'ouverture de ce centre marque un nouveau tournant dans le cadre du partenariat de longue date entre l'université Purdue et Dassault Systèmes. Il est notamment soutenu par l'industrie avec des sponsors tels que Boeing, Lockheed Martin et Volkswagen. « Cela fait huit ans que nous travaillons aux côtés de Dassault Systèmes. Avec l'inauguration de ce nouveau site, notre collaboration passe à un niveau supérieur », ajoute R. Byron Pipes.
Le centre est situé dans le Purdue Research Park à West Lafayette, dans l'Indiana. Il s'agit du plus grand complexe d'incubation technologique affilié à une université aux États-Unis. Les organisateurs ont célébré l'ouverture officielle du centre en présentant certaines des solutions digitales et virtuelles qui permettront aux chercheurs et aux ingénieurs d'imaginer des innovations durables et des techniques de fabrication de pointe pour les composites avancés.
« Même si cela paraît simple, c'est loin d'être le cas en réalité », explique R. Byron Pipes. « Il s'agit d'un grand pas en avant. Nous simulerons les processus de fabrication et les performances de produits fabriqués à partir de composites avancés en nous basant sur les connaissances que nous avons acquises par le passé. »
« En utilisant de nouvelles techniques de fabrication ainsi que les technologies digitales intégrées dont nous disposons, nous sommes convaincus que nous pouvons réduire de 50 % le délai de production des produits composites avancés. »
R. Byron Pipes
Directeur du 3DEXPERIENCE Education Center of Excellence in Advanced Composites
Parmi ses objectifs, le centre souhaite mieux comprendre les composites et leur comportement, mais également booster la recherche grâce à la modélisation et à la simulation virtuelles 3D. Pour ce faire, le centre utilisera la plate-forme 3DEXPERIENCE afin de gérer l'ensemble des processus et données nécessaires à la modélisation et à la simulation 3D, de faciliter la collaboration entre les chercheurs, et d'assurer le suivi complet des travaux et tâches restantes.
« Nous serons utilisateurs et ambassadeurs de cette plate-forme sur laquelle se trouve le fil digital – suivi virtuel d'un produit ou d'un processus tout au long de son cycle de vie – de la fabrication des composites et des performances du produit », explique R. Byron Pipes. « La plupart des laboratoires n'ont jamais simulé la fabrication ; ils n'ont testé que les performances du produit. »
DÉVELOPPER LES TALENTS DE DEMAIN
D'après R. Byron Pipes, le centre est en train de réaliser la vision que John Tracy, directeur de la technologie de Boeing désormais à la retraite, a présentée en 2003 lorsque l'entreprise a décidé de construire le premier avion de passagers entièrement composite au monde : le Boeing 787 Dreamliner. John Tracy et son équipe savaient que la construction d'un avion à réaction entièrement composite impliquerait de réels défis techniques et que pour les relever, cela nécessiterait non seulement une solution de conception et de développement digitale, mais également de toutes nouvelles compétences en ingénierie.
Le centre s'est fixé un autre objectif : former les chercheurs et les ingénieurs d'aujourd'hui et de demain afin qu'ils saisissent pleinement les opportunités que leur offrent la modélisation et la simulation dans leur travail.
« Développer les talents de demain a toujours été l'une de nos principales missions envers la société », déclare R. Byron Pipes. « Nous faisons directement le lien entre la salle de laboratoire et la salle de classe. C'est le moyen le plus rapide de transmettre des informations et des connaissances, afin que les étudiants puissent agir en conséquence. »
La vision de R. Byron Pipes s'inscrit dans la lignée de celle de John Tracy. Est-ce qu'un jumeau virtuel – réplique virtuelle scientifiquement précise d'un produit, d'un système ou d'un processus qui existe déjà ou sera créé dans le monde réel – est capable de reproduire le processus d'ingénierie complexe nécessaire à la création d'un produit composite ? Le cas échéant, est-ce que les ingénieurs peuvent utiliser ce jumeau virtuel – également connu sous le nom de jumeau numérique car les données sont affichées sous forme de modèle 3D dynamique – afin d'optimiser le développement d'un produit, mais aussi de réduire les coûts ?
« C'est là que nous intervenons », dit-il. « À l'université, nous formons des talents et développons leurs connaissances pour cela. La technologie nous fournira les informations nécessaires pour répondre aux questions restées en suspens en matière de fabrication de systèmes composites avancés. Valider un jumeau virtuel constitue un défi de taille. Mais en utilisant de nouvelles techniques de fabrication ainsi que les technologies digitales intégrées dont nous disposons, nous sommes convaincus que nous pouvons relever le défi et réduire de 50 % le délai de production de produits composites avancés. »
D'après R. Byron Pipes, le centre est le partenaire idéal pour les fabricants qui souhaitent relever leurs défis techniques et recevoir l'aide dont ils ont besoin en matière de composites avancés. Grâce à notre aide et à la capacité de la plate-forme à maintenir un fil digital de bout en bout, les gens comprennent facilement le 'pourquoi' et le 'comment' de leur projet.
NE PAS PERDRE DE VUE SES OBJECTIFS
Hexcel, l'un des principaux fabricants de matériaux composites, de renforts en fibres de carbone et de systèmes de résine, a proposé au centre de relever l'un de ses premiers défis en matière de recherche : mettre au point un nouveau composite thermoplastique qui pourrait aider Hexcel à se développer sur le marché de la mobilité aérienne urbaine, des systèmes aériens sans pilote, et des plates-formes aéronautiques civiles et militaires. L'objectif de l'entreprise est de créer un ensemble de données digitales pour son nouveau composite, en développant et en documentant toutes les informations nécessaires à la conception d'une structure – via l'utilisation de matériaux Hexcel – et à l'analyse virtuelle de celle-ci.
« Si nous voulons renforcer notre présence sur les marchés existants et pénétrer de nouveaux marchés, il est essentiel que nous soyons en mesure de pré-qualifier les données pour notre nouveau système », déclare Bob Yancey, directeur du développement chez Hexcel. « En offrant aux concepteurs la possibilité de tester virtuellement de nouveaux matériaux, de nouvelles formes de matériaux et de nouveaux processus de fabrication, nous pourrons booster l'innovation et créer de nouveaux systèmes. »
« En offrant aux concepteurs la possibilité de tester virtuellement de nouveaux matériaux, de nouvelles formes de matériaux et de nouveaux processus de fabrication, nous pourrons booster l'innovation et créer de nouveaux systèmes. »
Bob Yancey,
Directeur du développement chez Hexcel
Les thermoplastiques ne représentent qu'un petit pourcentage du marché actuel des composites. Leur potentiel est donc énorme. « Notre objectif est de fournir à tous les clients qui souhaitent utiliser nos nouveaux composites thermoplastiques des ensembles de données qui leur permettent de concevoir virtuellement une structure et de développer sereinement le processus de fabrication », ajoute Bob Yancey.
Avec des projets comme celui d'Hexcel, R. Byron Pipes est déjà en train de penser à l'étape d'après.
« Pour réussir, il est essentiel selon moi d'impliquer tous les membres de la chaîne d'approvisionnement dans l'aventure, de les former à l'utilisation des technologies et de les sensibiliser à l'importance du fil digital », conclut R. Byron Pipes. « La plate-forme 3DEXPERIENCE est la solution idéale pour saisir cette opportunité. »
