Construction Navale
Numeca : « Tous les grands chantiers utilisent maintenant de la CFD »
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Numeca : « Tous les grands chantiers utilisent maintenant de la CFD »

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Finis les essais et maquettes. La CFD (pour computational fluid dynamics ou mécanique des fluides numériques) a remplacé la recherche en bassin d’essai de carènes lors de la dernière édition de l’America’s Cup, temple de la navigation sportive high-tech. Les règles de jauge ont imposé cette méthode qui consiste à étudier les mouvements d'un fluide, ou leurs effets, par la résolution numérique des équations régissant ce fluide. Objectif : économiser du temps et de l’argent.

Pour Numeca, spécialisé dans les logiciels de CFD, l’aventure America’s Cup a commencé en 2013, avec l’arrivée des AC72, des catamarans surpuissants à foils et aile rigide. L’entreprise, basée à Bruxelles et qui compte environ 150 salariés à travers le monde, a alors été sollicitée par Emirates Team New Zealand. « La CFD permet de tester des centaines, voire des milliers de configurations. On ne pouvait pas construire autant de prototypes, cela aurait été infaisable. La CFD est presque une boîte noire. On appuie sur un bouton et ça vous donne un résultat pour 1000 variations pour le bateau : vitesse, position, chargement… », explique Benoit Mallol, responsable des applications navales chez Numeca. Cette première expérience sur la Coupe de l’America « nous a demandé un énorme degré d’automatisation. Cela nous a permis de tester la robustesse du code. On n’avait pas le droit à l’erreur. Il a fallu que les guides de bonnes pratiques soient corrects et bien délimités. On a ainsi pu franchir un cap ».

De l’aéronautique au maritime

Loin du monde de la régate, Numeca a vu le jour il y a plus d’un quart de siècle, en Belgique. Fondé par le professeur Charles Hirsch, responsable du département de mécanique des fluides à l’Université Libre de Bruxelles, Numeca s’est d’abord penché sur les machines tournantes, comme les réacteurs d’avion ou les compresseurs des moteurs de voiture. Le professeur Hirsch « a commencé par écrire des codes de calcul pour simuler des machines tournantes via un ordinateur plutôt que d’avoir à les fabriquer à chaque fois pour les essayer », résume Benoit Mallol. Les logiciels de CFD permettent de modéliser un objet et de représenter l’écoulement des fluides (air, eau, gaz, liquides…) à l’intérieur ou autour de cet objet. Pour une voiture, par exemple, il est possible de simuler la trainée aérodynamique et ainsi optimiser le design de la voiture et améliorer son moteur.

 

(© : NUMECA)

(© : NUMECA)

L’entreprise s’est ensuite tournée, il y a 12 ans, vers le maritime. La CFD offre la possibilité d’observer dans des conditions variées, aussi bien les frottements du bateau dans l’eau et l’air, que la ventilation, l’importance de la pollution liée à une cheminée, ou encore de déterminer si la propulsion est adéquate. Pour développer un outil dédié à l’environnement maritime, Numeca a profité d’un partenariat avec l’École centrale de Nantes. Le travail pour concevoir la chaîne de simulation a été divisé. Numeca a apporté un « mailleur », pour « découper l’espace autour du bateau », décrit Benoit Mallol. Ensuite, il s’agit de résoudre des « équations dans chaque partie de ces espaces ». C’est là que Centrale Nantes intervient : « Ils avaient un solveur, c’est-à-dire un code qui résout des équations. Il s’est avéré que nos deux codes étaient très compatibles. L’un avait un mailleur, l’autre un solveur, on s’est dit qu’on allait travailler ensemble ».

Restait à développer l’interface avant de commercialiser le logiciel pour les architectes navals et ingénieurs marine. « Notre logiciel est facile à prendre en main », estime le responsable de Numeca. « Ce n’est pas un logiciel tous azimuts ou très généraliste qui permet de tout faire. Ensuite, tout le vocabulaire utilisé dans le logiciel et dans la documentation est dédié au marin. On a une vingtaine de personnes qui ne jurent que par le bateau, donc on parle le même langage ». Au final, il peut aussi bien être utilisé par des petits cabinets d’architectes que de grands chantiers de construction. Numeca compte compte parmi ses clients IXblue, CMN, A2V, LMG Marin, ShipST…

Résistances

La simulation numérique a-t-elle pour autant remplacé les éprouvés bassins d’essais de carènes ? « Tous les grands chantiers utilisent de la CFD de façon directe ou indirecte », répond Benoit Mallol. Une évolution logique, pour lui : « Je ne crois pas qu’il y ait de limite par rapport aux bassins d’essais classiques, je suis assez convaincu qu’on est capable de tout simuler au niveau de l’hydrodynamique navale ». D’autant, souligne-t-il, que les essais en bassins nécessitent la construction d’une maquette introduisant des incertitudes et que chaque modification du design prend du temps et des matériaux pour être testée. Sans compter les problèmes d’effets d’échelle. Or, « avec la CFD, pas de problèmes de dimensionnalité ».

 

(© : NUMECA)

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S’il estime le marché de la CFD « mature », il concède qu’il rencontre néanmoins des résistances. « Traditionnellement, dans les mentalités, on teste et c’est mieux, on ne fait pas confiance à un ordinateur, car on estime que ça a des bugs. On préfère les bassins, pourtant, l’humain fait aussi des erreurs et est moins rapide. Je crois que les gens aiment voir de leurs propres yeux ce qu’il se passe sur une maquette, même si ça ne correspond pas exactement à la réalité ». Mais il constate des évolutions. « On est en train de repousser le moment où on va utiliser le bassin. Pour la phase de pré-design, quand on regarde dans quelle direction aller, les bassins sont déjà hors question. On va immédiatement tester l’idée en CFD. Désormais, le bassin sert à valider ce que la CFD a réussi à démontrer en phase de design. On ne va pas changer les mentalités du jour au lendemain. Mais elles ont déjà beaucoup évolué, car pour rester compétitif, il faut être innovant ».

Reste cependant des progrès à faire pour la simulation numérique, notamment pour accélérer le calcul dans des situations très instationnaires, comme une mer désordonnée, par exemple. L’entreprise planche également sur le jumeau digital : « A bord, on peut faire une simulation et interroger ses bases de données pour savoir comment le bateau va se comporter par rapport au changement de météo, au chargement, à la vitesse ». Là encore, les champs d’application sont vastes : économie de carburant, amélioration du comportement du navire pour le confort des passagers, diminution des risques…

 

(© : NUMECA)

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