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L’INP Toulouse sera l’hôte de la Royal Society dans le cadre de ses recherches sur le Morphing

L’INP Toulouse sera l’hôte de la Royal Society dans le cadre de ses recherches sur le Morphing
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L'Institut National Polytechnique de Toulouse a été invité à venir présenter ses dernières innovations de recherche cette semaine, à l'occasion du Summer Science Exhibition

Du 1er au 6 juillet, une seule Université française participe à la Summer Science Exhibition, un événement organisé à Londres par la Royal Society : l’INP Toulouse. Équivalent anglais de notre Académie des Sciences, la Royal Society organise cette exposition pour donner de la visibilité aux recherches les plus prometteuses. La participation française à cet événement prestigieux atteste du rayonnement croissant de la Recherche de l’INP Toulouse à l’international.

Avions avec des ailes d’oiseaux

A Londres, enseignants-chercheurs de l’INP Toulouse et chercheurs du CNRS des laboratoires Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse et LAPLACE exposeront leurs recherches sur le Morphing électroactif des ailes d’avions. Ils travaillent en effet à la conception d’ailes et ailerons d’avions déformables, inspirés des ailes des oiseaux de grande envergure, et qui auront des qualités exceptionnelles de manœuvrabilité et de furtivité.

Pour Marianna BRAZA, Chercheur au CNRS, qui dirige ces travaux de recherche : « Avec la technologie du Morphing, qui utilise des matériaux électro-actifs intelligents, on augmente les performances aérodynamiques et on atténue les turbulences tout en réduisant le bruit généré par les bords de fuite de l’avion. On se rapproche en réalité de la configuration et des mouvements des ailes d’oiseaux ».

Ces travaux de recherche bénéficient aux étudiants de l’INP-ENSEEIHT: cours dédiés, missions réalisées dans les entreprises partenaires (AIRBUS, DGA, Dassault, Rolls Royce…). « Ce sont également ces étudiants qui ont réalisé la maquette qui sera exposée début juillet à Londres. Elle sera ensuite utilisée pour les mesures et les lois de commande en soufflerie, au sein du projet en partenariat entre l’INP Toulouse et AIRBUS. » explique Jean-François ROUCHON, Professeur des Universités à l’INP-ENSEEIHT.

Attractivité internationale

Cette visibilité internationale est une preuve supplémentaire de l’attractivité de l’INP Toulouse au-delà de l’hexagone. 25% des étudiants, et près de 50% des doctorants sont originaires d’un pays étranger. L’INP Toulouse entretient par ailleurs 285 accords de coopération avec des Universités étrangères (dans 60 pays).En matière de Recherche, les laboratoires des écoles de l’INP Toulouse sont régulièrement récompensés :

– Prix Aerodays de la Commission Européenne (2011) de meilleur travail d’étudiant attribué à M. Gual-Skopek, sous la direction de Marianna Braza – IMFT, pour ses simulations numériques des instabilités et de la turbulence autour des supports de train d’atterrissage d’avion.

– Prix Racquel Legeros Award (2013) de l’International Society for Ceramics in Medicine (ISCM) à Christophe Drouet, chercheur au CIRIMAT. Cette distinction lui a été remise pour sa contribution à la recherche sur les phosphates de calcium.

– Prix Pfeil Award (2013) pour Claude Estournes, Directeur de recherche CNRS au sein de l’équipe Nanocomposites et Nanotubes de Carbone du CIRIMAT aux côtés de Rachman Chaim et Rachel Marder, du Department of Materials Engineering, Technion – Israel Institute of Technology, et du professeur Zhijian Shen du Department of Materials and Environmental Chemistry de l’Université de Stockholm.

Ce prix récompense ces chercheurs pour leurs travaux publiés dans le domaine du frittage par Spark Plasma Sintering de céramiques nanocristallines. Le Morphing repose sur l’utilisation de matériaux électroactifs intelligents.

3 classes de matériaux intelligents pour répondre à 3 échelles de problèmes et de temps différentes :

→ La 1ère classe : les matériaux dits à Alliage à Mémoire de Forme (AMF). Ces matériaux permettent d’obtenir de grandes déformations de l’aile ou de l’aileron, mais dans une échelle de temps très lente (de l’ordre d’un Hertz). Dans ce cas, c’est un phénomène thermique (l’effet Joule) qui, transformé en électricité, agit pour déformer la structure solide.

→ La 2nde classe : les piézo actuateurs intelligents (PZT). Ici, c’est le phénomène de piézo-électricité qui est capable d’induire des petites vibrations à plus haute fréquence (de l’ordre de la centaine d’Hertz) : l’échelle de temps est beaucoup plus rapide, mais les capacités de déformation sont beaucoup plus modestes, de l’ordre du millimètre.

→ La 3ème classe : 3 méthodologies scientifiques complémentaires : expérimentale, théorique et simulation numérique. Les polymères électroactifs intelligents (les PVDF). Ils se présentent comme des petites lamelles souples et flexibles de matériau sensible, et sont capables de se déformer et de vibrer très facilement, comme les petites plumes d’oiseau à l’extrémité de leurs ailes. En installant ces matériaux en bord de fuite de l’aileron, on peut ainsi se rapprocher du mouvement de ces plumes que l’oiseau actionne savamment pour augmenter ses performances aérodynamiques et lorsqu’il veut atténuer son bruit et ainsi optimiser sa furtivité.

Une approche double :

→ Sur le plan expérimental, des maquettes de modèles d’ailes ou ailerons ont été instrumentées par les différentes classes de matériaux, et étudiées en soufflerie en utilisant des moyens de mesures optiques avancés.

→ Sur le plan théorique

– D’une part, l’étude des matériaux intelligents et, notamment, leur relation force/déformation est menée au sein du laboratoire Laplace.

– D’autre part, l’étude de l’interaction fluide/structure et les effets du morphing sur l’aérodynamique est menée par l’Institut de Mecanique des Fluides de Toulouse (IMFT).

L’originalité de l’approche : l’hybridation

→ En simulation numérique, les deux laboratoires produisent des modèles numériques qui permettent de calculer les forces exercées sur la surface de l’aile ou de l’aileron, et la déformation obtenue activement lors de l’interaction avec le fluide.

Il s’agit d’associer ces différentes classes de matériaux pour obtenir simultanément de grandes déformations et des hautes fréquences, qui confèrent aux ailerons un comportement permettant d’accroître les performances aérodynamiques et de manœuvrabilité, et de réduire le bruit. En aval du bord de fuite, différentes instabilités provoquent des tourbillons. Les matériaux intelligents son capables, tout comme les oiseaux, d’éclater ces tourbillons et ainsi d’atténuer le niveau de turbulence. On parle alors de contrôle de la turbulence.

Bio inspiration mais pas bio mimétisme !

En effet, les chercheurs s’inspirent de la structure et du fonctionnement des ailes d’oiseaux, notamment de celles de grands prédateurs capables de manoeuvrabilité et de furtivité exceptionnelles. Dans le cas des ailes d’avion, la vitesse et les dimensions de surface portante sont beaucoup plus grandes que dans le cas des oiseaux : si l’on peut s’inspirer de la configuration et des mouvements des ailes d’oiseaux, jusqu’aux petites plumes à leur extrémité, on ne peut cependant pas les transposer directement au cas des ailes et ailerons des avions. Projet Morphing Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse et Laboratoire LAPLACE (CNRS – INPT –UPS).

Communiqué