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"Construction moderne légère" - la base fondamentale pour une efficacité de l'énergie dans l'avenir

En aout 2009, le gouvernement fédéral allemand adoptait un programme national de développement sur l'énergie électrique mobile construit sur des technologies appropriées qui doivent favoriser l'arrivée des véhicules à moteurs hybrides et tout électrique sur le marché de l’automobile. Pour survivre sur les marchés très concurrentiels, l'Allemagne doit devenir le leader sur le marché de l’électrique mobile. En particuliers, des efforts importants devront être portés sur les performances de stockage des batteries rechargeables pour permettre à l'industrie automobile allemande de maintenir voir même affirmer sa compétitivité dans le monde. L’objectif du gouvernement fédéral allemand est d’atteindre un million de véhicules électriques sur les routes allemandes d'ici 2010.

La société Fraunhofer a reconnu depuis longtemps l'importance de cette réalité. Dans le cadre d’un projet commun appelé "Fraunhofer Systemforschung Elektromobilität" (Recherche de système électro-mobilité Fraunhofer), 33 instituts Fraunhofer travaillent ensemble pour soutenir efficacement le changement vers une « économie tout électrique » durable.

Ici, le terme « Recherche de système » appréhende bien l'esprit du programme. Il signifie bien que toutes les étapes de la création de la valeur électro-mobilité sont à développer d’une manière coordonnée les unes avec les autres. Cela concerne aussi bien la génération de l'énergie, son transport, sa distribution au sein du réseau électrique que les interfaces entre le réseau électrique et le véhicule lui-même mais aussi le stockage de cette énergie grâce à  de nouvelles conceptions de véhicules avec une infrastructure innovatrice et de nouveaux concepts utilisation-bilan. C’est seulement par un développement simultané de tous les composants principaux que nous pourrons mettre en œuvre cette vision d'une société construite sur l'électro-mobile.

Un des domaines de recherche, abordé en premier lieu, est l’aspect légèreté de la construction. Dans un domaine d’activité, aussi innovant que l’électro-mobilité, il s’avère que mise à disposition de structures de véhicules légères est le principal défi pour garantir une autonomie suffisante.

Dans de très nombreuses secteurs d’applications, de nouvelles démarches dans la surveillance de la santé des structures (SHM : Structural Health Monitoring) jouent un rôle important dans la légèreté de construction. Dans ce but, des capteurs sont intégrés de manière permanente dans la structure de façon à obtenir un contrôle continu de son état de fonctionnement. Le concept SHM associe les capteurs classiques et ceux plus innovateurs avec un système d’analyse automatisée.

En général, la sûreté des structures légères, comme par exemple dans l'aviation, a été jusqu'ici suffisamment garantie par une inspection manuelle à intervalles réguliers. Pour cela les ingénieurs d’essais contrôlaient les points critiques par des méthodes d'essais non destructifs. Entre deux inspections, il était possible que des dommages potentiels ne puissent être détectés et durant la période d’utilisation on ne pouvait pas non plus quantifier les données et de vérifier ainsi si elles restaient sous les valeurs limites critiques.

La réduction du nombre d'inspections et l'augmentation des intervalles réduisent considérablement les coûts de maintenance et d’entretien. Par contre, afin d'empêcher des fissures potentielles pouvant atteindre des proportions critiques entre les inspections, il était  nécessaire d’avoir une structure plus largement dimensionnée. Dans le même ordre d’idée, une conception légère avec des intervalles réduits conduirait à des inspections manuelles plus fréquentes qui engendreraient alors une augmentation de coûts.

Ce dilemme peut être résolu par la mise en place de tests automatiques de la structure. Ainsi on pourra à la fois réduire les coûts et jouer sur le poids. Pour cela à intervalles plus réguliers, on obtient à l’aide des capteurs appropriés un enregistrement de l'image globale de l’état de la structure que l’on peut analyser.

Depuis quelques temps, HBM et Fraunhofer LBF coopèrent dans ce domaine important pour l’avenir à la mise au point de nouvelles méthodes pratiques. Il s’agit par exemple de l’utilisation de capteurs innovateurs comme les jauges de contrainte spécifiques pouvant être intégrées dans la structure elle-même ou bien les jauges de contrainte optiques particulièrement adaptées aux structures en composite. Les essais de résistance aux vibrations et les analyses correspondantes ont été déjà effectués avec ces types de capteurs. Sur l’exposition Testing Aerospace et au salon de l’aéronautique de Paris, une maquette d'aile d’avion, équipée de 18 jauges électriques et de 16 jauges optiques était présentée pour illustrer toutes possibilités d’applications.

Sur la base des données capteurs et avec l’utilisation des méthodes de durabilité, il est possible, pour l'avenir, de prévoir une estimation de la durée de vie restante d'une structure avec un historique individuel des sollicitations, des dégâts et des réparations tout au long de son existence. Cette évaluation d'un état de la structure est de permettre une meilleure planification des interventions d’entretien ou de réparation plus utiles et rapides.

La surveillance de structures légères avec des sondes intégrées et les prises de décisions reposent directement de la disponibilité et de la fiabilité des équipements d'essai. Cependant, la mise en place en série de cette technologie de mesure exige une adaptation appropriée dans le processus de fabrication de la structure composite garantissant alors une intégration parfaite des moyens de contrôle.

La surveillance de la santé structurale (SHM : Structural Health Monitoring) appliquée aux nouveaux matériaux sera dans l’avenir une des principales technologies clefs pour la conception de constructions légères à la fois fiables et bon marché. Toutes les branches de l’industrie, qui fournissent des produits destinés à une meilleure efficacité de l’énergie du futur, tireront avantage de ce développement.