Création de la plateforme technologique PROMETEE

Création de la plateforme technologique PROMETEE
- PROgrammes et Moyens d’Essais pour les Transports,
l’Energie et l’Environnement -
PRESENTATION GENERALE DU PROJET
L’Université de Poitiers, l’ISAE-ENSMA et le CNRS s’associent pour créer une plateforme de
recherche dans le domaine des sciences physiques et de l’ingénierie sur la technopole du
Futuroscope. Les installations d’essais y sont conçues pour répondre aux enjeux sociétaux et
technologiques de l’industrie de l’aéronautique, du spatial et de l’énergie – développement de
moteurs et turbines plus économes, transition vers des carburants alternatifs, accroissement de
la durée de vie des matériaux et de leurs conditions d’utilisation aux hautes pressions,
températures et vitesses, réduction du bruit, augmentation de la fiabilité des moteurs
aéronautiques et des lanceurs spatiaux. Cette plateforme multidisciplinaire – matériaux,
mécanique du solide, mécanique des fluides, énergétique – constituera un pole de Recherche &
Technologie original au plan européen pour l’aéronautique et le spatial, et abritera la
plateforme d’essais et de recherche sur les nouvelles technologies de « Groupe Aéro
Propulseur » labellisée ‘Equipement d’Excellence’ (EQUIPEX GAP) par le programme des
Investissements d’Avenir. Son développement et les principales activités de recherche sont
menés en collaboration avec le groupe SAFRAN (Snecma, Turboméca, Hispano-Suiza, ASL…)
et le Centre National d’Etudes Spatiales (CNES).
Sept thèmes scientifiques de l’Institut Pprime, Unité Propre de Recherche du CNRS, seront
mis en œuvre sur la plateforme : aérodynamique haute vitesse, aéroacoustique, contrôle des
écoulements, endommagement et durabilité des matériaux en conditions extrêmes (haute
température ou haute pression), aérothermique, tribologie et lubrification, combustion
turbulente et détonique pour la propulsion.
La construction de la plateforme est programmée en deux tranches pour un investissement
total de 14 millions d’euros d’infrastructure abritant à terme près de 13 millions d’euros
d’installations d’essais. L’opération est soutenue par l’Etat, les collectivités territoriales (la
Région Aquitaine - Limousin - Poitou-Charentes, le Conseil Général de la Vienne, le Grand
Poitiers), les fonds structuraux européens FEDER, le programme d’Investissements d’Avenir,
SAFRAN et le CNES.
La première tranche de 2500 m2 sera inaugurée le 25 janvier 2016. Elle sera principalement
dédiée aux recherches en mécanique des fluides, tribologie et énergétique appliquées à la
propulsion aéronautique et spatiale. Les premiers bancs d’essais seront opérationnels pour la
fin de l’année. La construction de la seconde tranche est prévue en 2020 pour compléter les
installations en combustion et matériaux, avec une ouverture applicative vers le
développement de la filière énergétique hydrogène.
2
SOMMAIRE DU DOSSIER
1. Environnement technique et scientifique
4
2. Phasage de l’opération en deux tranches
5
3. Descriptif détaillé du projet immobilier de la 1ère tranche
6
4. Partenariats et développement technologique : aéronautique, spatial, énergie
8
5. Installations expérimentales et recherche scientifique
10
3
1. ENVIRONNEMENT TECHNIQUE ET SCIENTIFIQUE
Environnement technique : A terme, environ 5 000 m² de bâtiments techniques seront
construits sur un terrain de 5 hectares pour accueillir les installations expérimentales sur un
site sécurisé en termes de sureté pour garantir la confidentialité des recherches, de sécurité des
personnels et de protection de l’environnement. La plateforme aura pour particularité d’être
équipée :

d’un réseau d’air comprimé à haute pression (200 bar) et haut débit, nécessaire au
fonctionnement de plusieurs bancs d’essais, qui constituera un moyen unique en
Europe en milieu universitaire ;

de réseaux informatique haut débit en lien avec le méso-centre de calcul régional, d’eau
de refroidissement, d’électricité de forte puissance (3 MW) et de combustibles pour
alimenter les bancs d’essais ;

d’aménagements techniques spécifiques (isolations acoustique et vibratoire, moyens de
déplacement de pièces expérimentales lourdes, protection des opérateurs et de
l’environnement, connexions fluides).
Une équipe technique de 14 personnes est affectée à la plateforme par l’Université de
Poitiers et le CNRS en support aux équipes scientifiques pour la fabrication de pièces
mécaniques des bancs et maquettes d’essais (3), la chaudronnerie (2), la gestion du réseau
d’air HP (1), le Bureau d’Etudes (2), l’électronique (1), l’informatique (1), l’ingénierie
expérimentale (2) et l’administration (2).
Une plateforme d’appui à la Recherche intégrée au sein de l’Institut Pprime : Ce projet
s’inscrit dans le cadre des activités expérimentales de l’Institut Pprime, UPR 3346 du CNRS, en
partenariat avec l’ISAE-ENSMA et l’Université de Poitiers, et s’appuie sur :

le potentiel humain de l’Institut : 200 chercheurs et enseignants-chercheurs, 100
personnels techniques et administratifs, 160 doctorants et 40 personnels contractuels,
Pprime étant l’un des plus importants laboratoires de l’Institut des Sciences de
l’Ingénierie et des Systèmes du CNRS ;

des domaines d’expertise disciplinaires reconnus à la fois par la communauté
scientifique internationale (~250 publications par an) et les milieux industriels des
secteurs des Transports et de l’Energie (~4 M€/an de ressources contractuelles) :
→ dans le domaine des Matériaux : endommagement et durabilité des matériaux,
relations microstructures - propriétés mécaniques, matériaux sous sollicitations
extrêmes (pression, haute température, oxydation) ;
→ dans les domaines des Fluides, Thermique, Combustion : contrôle aérodynamique
(plasma et pneumatique), écoulements compressibles réactifs ou non, acoustique et
aéroacoustique, détonique (sécurité et propulsion), sécurité incendie, systèmes de
refroidissement ;
→ dans le domaine du Génie Mécanique : tribologie, étanchéité des turbomachines ;
4

des moyens de calcul et de métrologie avancée qui, associés aux bancs d’essais de la
plateforme, permettront aux équipes de recherche de l’Institut d’aborder des problèmes
complexes par des approches originales conjuguant expérience, caractérisation et
modélisation.
Structuration de la Recherche : La plateforme PROMETEE a vocation à terme à remplacer le
Centre d’Etudes Aérodynamiques et Thermiques (CEAT) créé dans les années 60, dont la
vétusté et l’agencement des bâtiments ne permettaient plus de développer et d’accueillir de
nouvelles installations expérimentales dans le respect des exigences environnementales et de
sécurité en vigueur. L’installation de cette nouvelle plateforme sur le site de la technopole du
Futuroscope, qui regroupe l’essentiel des chercheurs et enseignants-chercheurs et la plupart
des moyens de recherche de Pprime, offre l’opportunité de structurer de manière cohérente les
sciences physiques et pour l’ingénieur sur le site de Poitiers. Elle s’accompagne d’une stratégie
d’intégration des services de la plateforme au sein de l’Institut visant à une meilleure gestion
de moyens. Cette proximité géographique permettra ainsi de consolider cet outil d’appui à la
recherche dont l’efficacité réside dans le fonctionnement en interaction entre les chercheurs,
les ingénieurs expérimentaux et les services de conception (électronique, BE, informatique) et
de fabrication (atelier). Au sein de l’Institut Pprime, la plateforme est positionnée de manière
transversale à ses trois départements scientifiques et implique sept de ses axes de recherche.
2. PHASAGE DE L’OPERATION EN DEUX TRANCHES
La construction de la plateforme est programmée en deux phases.
Première phase (2012-2016) : création de la plateforme sur la technopole du Futuroscope,
fonctionnant en complément et en parallèle du « Centre d’Etudes Aérodynamiques et
Thermiques » de Poitiers-Biard. Elle intègre :

l’infrastructure d’accueil (sureté et sécurisation du périmètre, alimentation électrique,
fluides, réseaux de télécommunication et gestion technique des informations, voirie) ;

une salle informatique pour la gestion des flux et du stockage des données
expérimentales, celles-ci étant de plus en plus importantes avec le développement des
techniques de métrologie (PIV, contrôle temps réel, tomographie résolue en temps) ;

une station de compression, de stockage et de distribution d’air comprimé 200 bar ;

des bancs d’expérimentation d’aérodynamique transsonique et supersonique (T200,
S150, TR250) ;

une soufflerie d’étude du contrôle temps réel des écoulements (CHEX) ;

une soufflerie anéchoïque pour l’étude du bruit de jets (Bruit&Vent) ;

une soufflerie aérothermique pour l’étude des techniques de refroidissement des
parties chaudes des moteurs aéronautiques (BATH, Equipex GAP) ;

un prototype de chambre de combustion par détonation rotative (RDE, Equipex GAP) ;

trois bancs d’essais tribologiques pour l’étude de la lubrification et de l’étanchéité des
composants tournants (TRILOGIE, Equipex GAP).
5
Deuxième phase (2017-2020) : développement de nouvelles installations et rapatriement
progressif des bancs expérimentaux restants sur le site du CEAT. Les installations
restantes du CEAT seront progressivement déménagées ou reconstruites sur le nouveau
plateau, ou abandonnées. Il s’agit :

du banc MAAT-RE (refroidissement et durabilité des matériaux et composants des
parties chaudes des turboréacteurs) ;

des bancs HYCOMAT (essais mécaniques sous pression H2 et CO2) ;

du banc ORACLES (foyers aéronautiques ; combustion, refroidissement et tenue des
matériaux à haute température) ;

du banc MARTEL (aéroacoustique de jets chauds à haute vitesse) ;

des installations de détonique : casemate, propulsion par détonation pulsée,
décompression explosive H2.
Le développement de nouvelles installations est également prévu au cours de cette seconde
phase dans les domaines de la combustion haute vitesse, de la sécurité incendie et des
matériaux sous hydrogène.
3. DESCRIPTIF DETAILLE DU PROJET IMMOBILIER DE LA 1ERE TRANCHE
Maitrise d’ouvrage :
Université de Poitiers représentée par son Président, M. Yves Jean
Conduite de l’opération : Direction de la Logistique et du Patrimoine Immobilier (DLPI) de
l’Université de Poitiers
Gestionnaire de l’ouvrage : Université de Poitiers
Utilisateur au plan de la recherche : Institut PPRIME
Planning de réalisation

AMO Programmation juin 2011

Pré-programme année 2012

Concours mars 2013

Attribution marché concours juin 2013

Etudes architecte et bureaux d’études
2ème septembre 2013 à avril 2014 avec
APS, APS1, APS2, PRO

Appel d’offre travaux juillet 2014 et
attribution des lots septembre 2014

Début des travaux octobre 2014

Livraison janvier 2016
Plan de masse
6
Détail des surfaces
S.U. net bâtiment (m2)
Local
Soufflerie haute température (Equipex, BATH)
90
Bancs de propulsion par détonation (Equipex, RDE)
123
Souffleries haute vitesse (COMPRESSIBLES)
484
Soufflerie anéchoïque de jets libres (BRUIT & VENT)
348
Hall TURBULENCE
267
Bancs de tribologie (Equipex, TRILOGIE)
385
Souffleries supersoniques ENSMA
259
Station de production d’air comprimé 200 bar
109
Locaux de vie (WC, douches) et SSI
38
Total Surface Utile
Surface Pondérée
SHON
2 103 m2
2 446 m2
2 611 m2
Vues extérieures du bâtiment
Financement de l’infrastructure, hors équipements de recherche
UNIVERSITE DE POITIERS
5 535 000 €
ISAE-ENSMA
250 000 €
CNRS
500 000 €
CPER 2007-2013 - UNIVERSITE DE POITIERS / ISAE-ENSMA
 Etat
 Région Poitou-Charentes
 Conseil départemental 86
 Grand Poitiers
Sous-total CPER
Fonds Européens FEDER, hors CPER
 Projet PROMETEE
 Projet PERGOLA* (construction) – ISAE-ENSMA / CNES
TOTAL
90 000 €
806 200 €
92 300 €
294 000 €
1 282 500 €
130 000 €
450 000 €
8,15 M€
(*) Pour des impératifs de programmation avec le CNES, la construction du bâtiment PERGOLA
a été réalisée en avance de phase du reste de l’opération.
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4. PARTENARIATS TECHNOLOGIQUES : AERONAUTIQUE, SPATIAL, ENERGIE
Enjeux sociétaux et technologiques : Les enjeux – environnement, fiabilité, sécurité – dans
les secteurs des Transports et de l’Energie requièrent des avancées technologiques
significatives en aérodynamique, acoustique, thermique, combustion, tribologie et matériaux.
Les recherches engagées sur les bancs d’essais de la plateforme auront pour objectifs :

d’envisager de nouveaux carburants et modes de propulsion moins polluants ;

d’assurer un refroidissement efficace des moteurs et structures pour réduire la
consommation et augmenter la durée de vie des systèmes ;

de mieux contrôler les jets propulsifs des turboréacteurs, en particulier pour réduire les
nuisances sonores ;

d’améliorer les performances des turbomachines utilisées à la fois dans les secteurs de
l’Aérospatial et de l’Energie ;

d’étudier de nouveaux modes de production et vecteurs énergétiques, comme
l’hydrogène, notamment afin d’en garantir la sécurité du stockage et l’utilisation ;

de mieux maîtriser la durabilité des matériaux et structures en conditions extrêmes ;

et d’évaluer les impacts des Transports et de l’Energie sur l’Environnement.
A cette fin, les moyens d’essais et les programmes de recherche de la plateforme sont
développés en collaboration avec le Centre National d’Etudes Spatiales, cofinanceur des bancs
PERGOLA et MARTEL, et le groupe motoriste aéronautique SAFRAN, avec qui un accord de
partenariat couvrant l’ensemble des domaines d’étude de la plateforme a été mis en place en
2014. Sur la base de ces collaborations, le projet d’ ‘Equipement d’Excellence’ (EQUIPEX GAP,
plateforme d’essais et de recherche sur les nouvelles technologies de « Groupe Aéro
Propulseur ») ainsi que deux chaires industrielles avec le groupe SAFRAN (CAPA,
Combustions Alternatives pour la Propulsion Aérobie, et OPALE, Optimisation des propriétés
mécaniques d'alliages aéronautiques par le contrôle de la microstructure issue de la mise en
forme) ont été labellisés par l’ANR en 2012 et 2014.
Financement des équipements de recherche : Les installations existant au CEAT qui seront
déplacées sur la nouvelle plateforme ont été financées au travers des programmes
institutionnels (ANR, Europe, CPER, FUI…) et de contrats de collaboration industrielle. Le
montant de l’investissement réalisé par le passé est de l’ordre de 7 M€.
Installations existantes
BALAFRE :
tournantes
tribologie,
Principales collaborations
étanchéité
machines
Investissement
CNES, SAFRAN, EDF,
Alstom
2 M€
MAAT-RE : matériaux, soufflerie pour étude aubes
turbine à Haute Température
SAFRAN
1 M€
HYCOMAT : matériaux, essais mécaniques sous
Haute Pression (H2, CO2)
Air liquide, IFP, CEA
0,5 M€
ORACLES : combustion foyer aéronautique
SAFRAN
0,5 M€
SOUFFLERIES compressibles, anéchoïque Bruit &
Vent (jet froid), de contrôle des écoulements
CNES, Airbus, SAFRAN,
ONERA
1,5 M€
MARTEL (aéro jet chaud)
CNES, SAFRAN, ONERA
1,5 M€
8
Leur transfert s’accompagne de plusieurs améliorations techniques afin que ces installations
soient mieux adaptées aux besoins actuels de recherche. De nouveaux bancs d’essais seront
également développés sur la plateforme PROMETEE. Leur financement a été principalement
engagé sur le projet d’Investissements d’Avenir EQUIPEX GAP et sur le programme Transports
des CPER-FEDER 2007-2013 et 2014-20 :
ANR, Investissements d’Avenir – EQUIPEX GAP
CNES (PERGOLA)
Fonds Européens FEDER P.O. 2007-13, hors CPER
CPER 2014-2020 – PROMETEE / EQUIPEX GAP
Etat, CNRS, Région, Conseil départemental, Grand Poitiers, FEDER
TOTAL
2 000 000 €
500 000 €
1 900 000 €
1 850 000 €
6,25 M€
9
4. INSTALLATIONS EXPERIEMENTALES ET RECHERCHE SCIENTIFIQUE
Les enjeux technologiques s’accompagnent de nouveaux défis scientifiques et techniques
inhérents aux contraintes de plus en plus sévères à prendre en compte en termes de vitesse, de
température, de pression, de débit et de taille. Pour y répondre, les bancs expérimentaux qui
seront installés sur la nouvelle plateforme permettront des essais dans des conditions réalistes
d’applications industrielles. Ils seront de dimension intermédiaire entre les installations de
recherche universitaire classiques et les grands moyens d’essais industriels, permettant ainsi de
conduire des recherches scientifiques et de développement « pré-technologique » à des coûts
raisonnables en milieu académique. Adossés aux moyens de calcul et aux techniques de
métrologie dont elles disposent, les équipes de l’Institut Pprime pourront y mener des travaux
fondamentaux sur les phénomènes physiques concernés, dont la compréhension est essentielle
pour le développement de nouvelles technologies. Sept thèmes de recherche seront mis en
œuvre sur la plateforme.
4.1. AERODYNAMIQUE HAUTE VITESSE
Installations d’essais :
SOUFFLERIE SUPERSONIQUE, S150
0.8 < Mach < 2.8 ; Pression génératrice ≤ 40 bar
Ex. Etude de l’instationnarité du décollement de tuyère
d’un lanceur spatial, collaboration CNES – Champ de
vitesse mesuré par métrologie laser PIV.
SOUFFLERIE TRANSSONIQUE JETS COAXIAUX, T200
Jet secondaire subsonique à transsonique (0.5<M<1.3) ; max=200 mm ; Pgen≤3 bar
Jet primaire transsonique à supersonique - Pgen≤150 bar
Photo : FRESILLON, Cyril /  CNRS Photothèque
Ex. Etude du bruit de choc dans un jet
supersonique en sortie d’un turboréacteur (Airbus)
– Visualisation strioscopique et mesures LDV.
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Thématiques de recherche
Contrôle des jets (mélange, vectorisation),
Interactions ondes de chocs–turbulence (couche limite, couche de mélange),
Ecoulements décollés (tuyère),
Instabilités aérodynamiques des écoulements de culot.
-
Enjeux scientifiques et industriels
Compréhension de l’origine aérodynamique de vibrations intenses générées sur les
lanceurs spatiaux en phase de vol transsonique,
Compréhension des mécanismes de génération de bruit de jet choqué en champ
proche,
Effet de la compressibilité sur la turbulence,
Effet de la compressibilité sur les stratégies de contrôle,
Compréhension des mécanismes de génération de bruit de jet choqué,
Analyse de la structure transversale instationnaire du décollement de jet dans les
tuyères sur-détendues (lanceurs),
Réduction de la signature infra-rouge des avions de combat,
Augmentation de la manoeuvrabilité des drones furtifs.
-
4.2. AEROACOUSTIQUE DES JETS
Installations d’essais :
SOUFFLERIE ANECHOIQUE, Bruit & Vent
Soufflerie continue dédiée à l’étude des jets simples et coaxiaux:






Jet principal et/ou secondaire : Mach =0.2 - 1.4 / Pg 3.5 bar / Débit 2 kg/s
Jet d’entrainement et effet de vol : 60 m/s -  600 mm
T° fonctionnement : ambiante à 100°c
Chambre anéchoïque : 10 x 12 x 6 m3 / fréquence de coupure 150 Hz
Caractérisation aérodynamique - système 3 axes dédié, métrologie PIV
Métrologie acoustique - antennes polaires et azimutales champs proche et lointain
(50 microphones)
Ex. Caractérisation du jet
par métrologie laser PIV.
Ex. Etude de technique de réduction du bruit de jet de turboréacteur
par injection fluidique par plug tournant, collaboration SAFRAN.
11
BANC D’ETUDE DE JETS CHAUDS SUPERSONIQUES, MARTEL (Tranche 2)






Jet propulseur : Mach = 3 / Pg 30 bar / Débit 1.5 kg/s / T°max 1800°C
Jet transitoire « Onde de souffle » : Froid [200 bar, T°amb]
Chaud [90 bar, 2200 °C] - déflagration Air-CH4
Montage Bi-flux : primaire [4 bar, 700 °C, 1 kg/s] ; secondaire [3 bar, 75 °C, 2,5 kg/s]
Hall d’essais semi-anéchoïque ouvert
Caractérisation aéro de l’écoulement - métrologie PIV
Métrologie acoustique - antennes polaires et azimutales (50 microphones)
Config. Propulseur – essais de dimensionnement
acoustique du pas de tir Ariane 6, CNES.
Config. Onde de Souffle - essais
sur maquette dynamique CNES-ASL
représentative du lanceur Ariane 5.
Ex. Etude de l’impact de jet ; mesures PIV des
champs de vitesses instantanée et moyenne, CNES.
Thématiques de recherche
Ecoulements libres et jets transsoniques ou supersoniques, établis ou transitoires, et leur
interaction environnementale. En particulier :
- Bruit de jets : caractérisation, compréhension, modélisation physique et d’ordre bas
- Contrôle de jets : mélange, vectorisation, bruit,
- Conditions amont, génératrice : influences couches limites, turbulence, forme lèvre, …
- Actionneurs : test d’actionneurs ad hoc, nouvelles stratégies,
- Effet de compressibilité ; effet de température ; effet d’installation (interaction jet-aile),
- Jets impactants, jets léchants, jets non adaptés,
- Couplage aéro-matériaux.
Enjeux scientifiques et industriels
-
Réduction du bruit des moteurs aéronautiques au décollage ou en croisière,
Etude des charges induites par le rayonnement acoustique des jets propulseurs et de
l’onde de souffle au décollage ; protection du lanceur spatial et de la charge utile,
Dimensionnement acoustique du pas de tir des lanceurs spatiaux et développement de
techniques de réduction du bruit (ex. injection d’eau),
Ablation de matériaux composites sous impact de jets supersoniques chauds.
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4.3. AEROTHERMIQUE
Installation d’essais :
 Banc AéroThermique BATH (Equipex GAP)
Soufflerie haute température proche des conditions de fonctionnement des turboréacteurs
(température, pression, composition des gaz brulés) pour l’étude des phénomènes thermiques





Flux primaire : 200 à 1000 g/s / 1200°C (kérosène) / 10 bar
Flux secondaire (pour étude film cooling) : 0 à 400 g/s / 500°C (élect.) / 10 bar
Chambre de combustion air-kérosène < 15 bar instrumentée avec accès optiques
Chambre tranquillisation -> maitrise des conditions limites thermiques et aéro
Veine d’essais double flux :  = 120 mm / L = 500 mm / H1 = 120 mm ; H2 = 40 mm
Vue d’ensemble du banc en conception (gauche) et de la chambre de combustion (droite).
Ex. Etude de la protection des parois
chaudes de chambres de combustion
par « film cooling »
Thématiques de recherche
-
-
-
Étude du refroidissement par « film cooling »
o Technique de refroidissement par multi-perforation : influence des paramètres
géométriques (diamètre, angle d’inclinaison, positionnement des injections) dans
des conditions proches de l’usage (hautes Pression et Température),
o Étude phénoménologique des échanges pariétaux dans des conditions limites
maîtrisées en aérodynamique et en thermique.
Études thermiques fondamentales à hautes T° et P
o Transferts thermiques autour d’obstacles,
o Épaisseur de couche limite thermique.
Études des transferts thermiques aux parois en régime d’écoulement pulsé
o Ecoulement secondaire pulsé → régime instationnaire de T° aux parois.
Comportement mécanique et endommagement de matériaux composites
Enjeux scientifiques et industriels
-
Augmenter la T° des gaz brulés pour augmenter la poussée et diminuer les CO2,
Protéger les parois des chambres de combustion et les aubes de turbine,
13
Optimiser les techniques de refroidissement par transfert de chaleur en convection
forcée : film cooling (état de surface, modélisation de la rugosité, effet de la giration de
l’injection dans le cadre des multi-perforations) ; impact de jet ; rayonnement
(couplage turbulence/rayonnement, rayonnement des gaz).
-
4.4. CONTROLE DES ECOULEMENTS
Installation d’essais :
 Soufflerie CHEX - démonstrateur contrôle de couche de mélange
Soufflerie continue dédiée à l’étude des couches de mélange plane
 gamme de vitesse 1 à 15 m/s
 veine 1m x 1m - long. 3m
 température régulée par climatisation du hall d’essais
 parois adaptées aux mesures optiques
 caractérisation aérodynamique - système 2 axes dédié, métrologie PIV
Fig. : Montage expérimental ; visualisation par métrologie laser de la couche de mélange.
Thématiques de recherche
- Démonstrateur pour contrôle de couches de mélange planes, actionneurs, stratégie,
- Modélisation d’ordre bas, apprentissage automatique.
Enjeux scientifiques et industriels
- Contrôle en temps réel en boucle fermé d’écoulements turbulents.
4.5. DURABILITE DES MATERIAUX EN CONDITIONS EXTREMES
Installations d’essais :
 Banc HYCOMAT – essais mécaniques sous pression de H2 et de CO2 (Tranche 2)
Essais de traction, fatigue, fissuration
sur matériaux métalliques et polymères



Traction-compression : ±20 kN
Pression max : 400 bar
Température max : 150°C
14
Enjeux scientifiques et industriels
ENERGIE SUBSTITUTIVE : HYDROGENE
- Stockage : innovation : nouveaux réservoirs composites / liner,
- Endommagement des interfaces composites-liner sous contrainte (cloquage
à
l’interface),
- Transport : pipe-line acier (300-400bar), fragilisation par l’hydrogène (propagation de
fissures),
- Distribution : réseau de distribution polymère (30bar), tenue long-terme sous pression
d’hydrogène :
o des structures actuelles pour le gaz naturel,
o innovation : nouveaux tubes fonctionnels.
TRANSPORT ET STOCKAGE DU CO2
- Tenue sous pression de CO2 et fiabilité de joints d’étanchéité élastomères.
FIABILITE DES INSTALLATIONS PETROLE
- Durabilité des pipe-lines : fragilisation par l’hydrogène de la paroi métallique
(fissuration).
 Banc MAAT-RE – fatigue thermomécanique haute température (Tranche 2)
Essais mécaniques à très hautes températures (fluage, fatigue oligocyclique, fatigue
thermomécanique) sous atmosphère de gaz brûlés et sous gradients thermiques
Ex. Tests sur éprouvettes ‘aubes de turbine’ : écaillage de la barrière thermique après essai de
fatigue thermomécanique entre 500 et 1000°C, collaboration SAFRAN.
15
Thématiques de recherche
-
Evolutions microstructurales et modélisation du comportement et de
l’endommagement à haute température des superalliages monocristallins,
Endommagement des barrières thermiques aéronautiques : étude des modes
d’endommagement à chaud en fatigue, fluage et fatigue-fluage ; fatigue isotherme et
thermomécanique en présence de gradients thermiques.
Enjeux scientifiques et industriels
-
-
-
-
Optimisation des microstructures pour augmenter la durée de vie des alliages d’usage
ou des systèmes alliages et revêtements, en fluage / fatigue / fatigue-fluage, fatigue
thermomécanique, et dans des conditions de température représentative de l’usage,
Caractérisation et modélisation du comportement mécanique des alliages métalliques
en relation avec les procédés d’élaboration/réparation, avec les évolutions
microstructurales (très hautes températures),
Ouverture vers de nouvelles nuances d’alliages et de nouveaux procédés pour les
applications aéronautiques afin d’augmenter les caractéristiques mécaniques, la gamme
de fonctionnement en température et alléger les structures,
Ouverture vers de nouvelles solutions matériaux : vers les très hautes températures
et/ou de plus hautes propriétés spécifiques.
4.6. TRIBOLOGIE ET LUBRIFICATION DES MACHINES TOURNANTES
Installations d’essais : Plateforme de bancs d'études de tribologie et lubrification (TRILOGIE)
prenant en compte des fluides de différentes natures (air, eau ou huile).
 Banc d’essais A LAmes Fluide à haut Reynolds, BALAFRE (Equipex GAP)










Fluide : eau
Gamme de Températures : 5 -> 50 °C
Circuit haute pression : 15 MPa max
Circuit basse pression : 5 MPa max
Vitesse de rotation : 50 -> 6000 rpm
Diamètre du composant testé : 100 -> 350 mm
Jeu radial : jusqu’à 1mm
Déplacements d’excitations de l’arbre : ±100µm
Fréquences d’excitations : 20 -> 200 Hz
Capacité de la balance de force : 20kN par axe
 Banc d’essais STRIBECK (Equipex GAP)






Fluide : huile
Diamètre d’arbre de 150 mm à 400 mm
Vitesse de rotation de 2 tr/min jusqu’à 4000
tr/min (80 m/s pour un arbre de 400 mm)
Pression spécifique jusqu’à 3,55 MPa ( =
charge de 500 kN pour le palier de 400 mm)
Vitesse de rotation maximale : 12 000 rpm
Température d’alimentation : 20…80 °C
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 Banc d’essais MISTRAL (Equipex GAP)





Fluide : air
Vitesses de rotation 0…100 000 tr/min,
diamètres 50 …100 mm, températures
20°…500°C,
Pressions d’alimentation : 1…200 bar
Possibilité d’appliquer des charges dynamiques
avec des fréquences autour de 100 Hz
Possibilité de simuler des contacts ou des
impacts et situations accidentelles
Thématiques de recherche
-
-
Comportement
non-linéaire
des
lubrifiants
dans
les
contacts
ThermoElastoHydroDynamiques (couplage film mince / matériau en présence de
gradient de température),
Caractéristiques dissipatives des contacts (amortissement des vibrations),
Frottement anisotropes dans les surfaces textures,
Comportement dynamique des étanchéités dans les systèmes tournants.
Enjeux scientifiques et industriels
-
-
Identification des coefficients dynamiques de composants fluides (joints d’étanchéités
annulaires, paliers, rouets et volutes) selon la similitude de Reynolds (BALAFRE),
Atteindre des conditions de fonctionnement des paliers et des butées très sévères en
terme de vitesse linéaire (écoulement turbulent dans le fil mince) et de pressions
spécifiques (STRIBECK),
Etude des paliers, butées et étanchéités lubrifiés à l’air dans des conditions proches de
celles rencontrées dans les moteurs et turbomachines (MISTRAL).
4.7. COMBUSTION TURBULENTE ET DETONIQUE POUR LA PROPULSION
Installation d’essais :
 Banc PERGOLA
Banc d’essais de combustion d’ergols non cryogéniques pour la propulsion spatiale.




pression (50 bars),
température (2500°C),
débit (800 g/s),
poussée (1000 Newtons)
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 Banc RDE (chaire CAPA & Equipex GAP)
Banc d’étude de la propulsion par détonation rotative



Injection continue côté fermé,
Rotation continue perpendiculairement
à la direction de déplacement,
Expansion latérale et éjection des
produits côté ouvert.
 Banc ORACLES (Tranche 2)
Cette
installation
expérimentale
est
constituée de deux canaux rectangulaires,
suffisamment longs (plus de 3 mètres) pour
obtenir
une
turbulence
pleinement
développée. Ces deux canaux peuvent être
alimentés par des mélanges propane-air de
richesses identiques ou différentes et
débouchent sur un double élargissement
brusque au niveau de la chambre de
combustion permettant la stabilisation
d'une flamme. Les conditions opératoires
obtenues dans ce banc d'essais en termes de conditions aux limites, de multiplicité des
régimes de combustion (stables ou instables, prémélangés ou stratifiés en richesse) en ont
fait un cas test de référence pour la communauté internationale de combustion turbulente.
Le banc offre des perspectives d’études pour les écoulements turbulents au sens large, i.e.
non réactifs, aux plus particulières pour analyser et caractériser les instabilités et couplages
thermo-acoustiques dans une géométrie académique.
Thématiques de recherche
-
-
Combustion, Turbulence, Acoustique, Simulation numérique, Modélisation Physique,
Métrologie (vitesse, scalaire, pression),
Etude de l’initiation, la propagation et l’extinction des ondes de détonation dans des
mélanges à forts gradients de composition et température ; les effets propulsifs de la
détonation d’une charge réactive,
Etude de la combustion d’ergols sous pression : allumage, stabilité de combustion,
rendement propulsif.
Enjeux scientifiques et industriels
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Combustion en mode PPP (Prévaporisée, Prémélangée, Pauvre),
Combustion et performances de nouveaux couples d’ergol liquides stockables en vue
du remplacement des hydrazines pour la propulsion spatiale,
Evaluation de potentiel de nouveaux modes de combustion en vue d’application aux
moteurs aéronautiques.
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