Dans le cadre du CPER 2021-2027, Grenoble INP-UGA est porteur du projet d’acquisition d’un équipement exceptionnel : une sonde atomique tomographique. Premier équipement de nouvelle génération en France et deuxième en Europe, le modèle récent doté de nouvelles fonctionnalités sera installé au laboratoire de Sciences et ingénierie des matériaux et procédés (Simap) et géré par le Consortium des moyens technologiques communs (CMTC).

Le principe de sonde atomique est apparu dans les années 1990, notamment au sein du Groupe de physique des matériaux de Rouen (GPM), qui en a développé l’un des premiers modèles. Aujourd’hui, on en trouve quatre en France dans des laboratoires de Rouen et Marseille ainsi qu’au CEA de Grenoble et Saclay, dont certains de génération assez ancienne. Le projet grenoblois, qui regroupe Grenoble INP-UGA, le CEA, ainsi que d’autres laboratoires de la région AuRA, prévoit l’acquisition de deux équipements : une sonde atomique dernier cri dotée de nouvelles fonctionnalités, et l’équipement permettant de préparer les échantillons sous forme d’une petite pointe dont le rayon de courbure mesure quelques dizaines de nanomètres (FIB, focus ion beam).

Observer la distribution spatiale des atomes dans un matériau

La sonde atomique tomographique est une technique d’analyse tridimensionnelle de haute résolution, qui permet d’observer la distribution spatiale des atomes dans un matériau. Son fonctionnement repose sur l’évaporation, sous formes d’ions, des atomes présents à la surface d’un échantillon sous l’effet d’un champ électrique intense. « L’échantillon est en quelque sorte utilisé comme un paratonnerre qui attire la foudre, explique Alexis Deschamps, chercheur au Simap et enseignant à Grenoble INP-Phelma, UGA. Placé dans le vide à une température proche du zéro absolu, l’échantillon est soumis à un champ électrique qui s’intensifie à la pointe, et en arrache les atomes un à un. »

Le champ électrique étant appliqué sous la forme d’impulsions très courtes, l’échantillon est évaporé atome par atome, couche atomique par couche atomique. Les atomes ainsi ionisés (donc chargés) sont accélérés dans le champ électrique ambiant et collectés par un détecteur à deux dimensions. La nature chimique de chaque atome est déterminée en fonction du temps que met l’ion correspondant à atteindre le détecteur. En outre, la position d’origine dans l’échantillon de chaque atome est déterminée en fonction de l’endroit où l’ion arrive sur le détecteur par projection inverse. « On obtient ainsi une cartographie de la distribution des atomes dans l’échantillon avec une résolution atomique en trois dimensions. La machine permet une reconstruction de 10 à 100 millions d’atomes en quelques heures. »

La nouvelle version de la machine combine les impulsions d’un laser femtosecondes dans l’ultraviolet avec l’impulsion électrique. Cela permet d’analyser à peu près tous les matériaux, depuis les alliages métalliques jusqu’aux matériaux non conducteurs : roches, céramiques, semiconducteurs, nitrures, oxydes… voire des électrolytes liquides de batteries solidifiés par le froid. La longueur d’onde du laser, diminuée par rapport aux générations précédentes, permet de limiter l’échauffement de la pointe et donc de limiter le mouvement des atomes avant leur évaporation, améliorant la résolution de l’instrument. La combinaison des impulsions électriques et laser, qui sera unique en France, permettra une ionisation plus efficace dans les matériaux réputés difficiles à mesurer.

Des applications dans tous les domaines

La reconstruction 3D d’un échantillon peut être utile pour créer des matériaux architecturés à l’échelle nanométrique répondant à des propriétés spécifiques (mécaniques, électroniques…) en fonction des applications visées. Elle pourra, en outre, être mise à profit pour voir comment évolue un matériau pendant sa fabrication et son utilisation, afin de maîtriser sa durabilité.

Les partenaires du projet ont d’ores et déjà des ambitions dans les domaines de la métallurgie, de la microélectronique, des nanosciences et ou encore de la géologie. « Parmi les utilisations possibles, citons le recyclage des matériaux, indique Alexis Deschamps. Quand on recycle, on mélange les matériaux et on se retrouve avec des espèces chimiques indésirables qui se logent dans les défauts cristallins. La sonde atomique peut aider à comprendre la nocivité éventuelle de ces défauts. Autre exemple en géologie, où la technique est utilisée pour réaliser des mesures isotopiques, pour des datations par exemple, ou encore pour étudier les déformations, les mélanges, et au final l’histoire de la roche. »

Pour être analysables, les échantillons doivent être préparés sous forme de pointes nanométriques à l’aide d’un FIB dédié, qui est en cours d’acquisition dans le cadre du même CPER. Les deux équipements, représentant un investissement d’un montant total de 4,2 millions d’euros, seront hébergés au Simap et gérés par le CMTC dès le mois de mai 2023, et accessibles aux partenaires industriels et académiques de l’établissement, et plus largement de la communauté de recherche de la région AuRA.

Engie Solutions, Siemens Energy, Centrax, Arttic, le Centre Aérospatial Allemand (DLR) et quatre universités européennes, réunis au sein du consortium Hyflexpower, ont annoncé le 15 décembre dernier avoir réussi la première étape de leur démonstrateur. L’objectif du projet Hyflexpower est de démontrer clairement que l’hydrogène vert peut servir de moyen flexible de stockage d’énergie qui peut ensuite être utilisé pour alimenter une turbine industrielle de forte puissance.

L’hydrogène est produit sur place avec un électrolyseur et utilisé dans une turbine à gaz avec un mélange de 30 % d’hydrogène et de 70 % de gaz naturel en volume pour la production d’électricité. Le projet marque la mise en œuvre de la première démonstration de Power-to-H2-to-Power à l’échelle industrielle au monde avec une turbine de pointe à haute teneur en hydrogène. En 2023, les essais se poursuivront pour augmenter le taux d’hydrogène jusqu’à 100 %.

Alors que la disponibilité de l’hydrogène vert est encore loin, les membres du consortium se concentrent sur la vision au-delà de 2030 et sur l’expérimentation de nouvelles technologies, telles que l’hydrogène, aujourd’hui. Ce projet permettra aux partenaires de comprendre la faisabilité technique de l’utilisation de l’hydrogène tout en préservant une grande partie de l’infrastructure énergétique existante. Le succès de ce démonstrateur ouvrirait d’importantes perspectives pour l’industrie.

Ce projet hautement innovant implique une collaboration importante entre plusieurs industries, organismes universitaires et instituts de recherche. Le projet s’inspire du rapport de la Commission européenne (CE) intitulé Une stratégie de l’hydrogène pour une Europe climatiquement neutre. Celui-ci décrit le rôle essentiel que l’hydrogène jouera dans le cadre de l’initiative de neutralité carbone et de transition énergétique du Green Deal européen.

Des fonds provenant essentiellement de l’UE

Annoncé pour la première fois en 2020, le projet implique un financement important de la Commission européenne, les deux tiers des 15,2 millions d’euros d’investissement provenant du programme-cadre de recherche et d’innovation Horizon 2020 de l’UE. Les prochains essais du projet Hyflexpower sont prévus à l’été 2023.

Commentant la fin de la phase de test initiale, Gaël Carayon, directeur du projet chez Engie Solutions, a déclaré : « Des projets ambitieux comme celui-ci nécessitent de faire passer les partenariats au niveau supérieur et d’être unis dans une mission commune pour faire de la décarbonation une réalité. L’hydrogène jouera un rôle crucial dans l’interaction entre les énergies renouvelables et le stockage et la production d’électricité. ENGIE Solutions est fier de participer à ce projet unique. »

Le Dr. Ertan Yilmaz, directeur mondial Hyflexpower chez Siemens Energy, a déclaré : « Avec le projet Hyflexpower, nous montrons qu’une alimentation électrique neutre en carbone et fiable est possible, même pour les industries énergivores. Les turbines prêtes pour l’hydrogène joueront un rôle décisif dans l’énergie climatiquement neutre. Il est donc très excitant d’attendre avec impatience la prochaine phase de test. »

Assystem, société internationale d’ingénierie, de services digitaux et de gestion de projet, a acquis 100% des parts d’Oreka Ingénierie, entreprise française spécialisée dans les technologies de visualisation et de simulation 3D et de jumeaux numériques. Oreka Ingénierie intervient dans le domaine de l’optimisation des outils de production, l’amélioration des conditions de travail et les outils d’E-learning et génère un chiffre d’affaires annuel d’environ 1,3 million d’euros.

Cette opération vise à renforcer l’expertise digitale d’Assystem dans le domaine des jumeaux numériques ainsi qu’à développer l’offre de formation du Groupe à travers les outils de formation numériques 3D.

Avec l’acquisition d’Oreka Ingénierie, Assystem intègre des spécialistes des outils d’e-learning et de serious game. Ces outils numériques de simulation sont déployés avec des casques immersifs ou des lunettes de réalité augmentée qui révolutionneront la formation en particulier dans le secteur du nucléaire où les besoins seront nombreux dans le cadre de la construction des futurs EPR2.

Accéder aux principaux projets d’énergie bas-carbone

En rejoignant Assystem, Oreka Ingénierie aura la possibilité d’accéder aux principaux projets d’énergie bas-carbone dans lesquels Assystem est pleinement engagé, notamment dans les domaines du nucléaire, de la fusion, des énergies renouvelables et des infrastructures d’hydrogène et de transport.

Christian Jeanneau, vice-président en charge des activités digitales d’Assystem, a être « ravis d’accueillir Oreka Ingénierie dans la grande famille d’Assystem. Cette acquisition ajoute une brique précieuse à nos activités de jumeaux numériques qui représentent un levier de performance et de compétitivité. La simulation 3D devient aujourd’hui essentielle à la gestion de projet mais également aux formations afin d’immerger les utilisateurs dans un environnement virtuel qui simule le réel. La formation sera un enjeu crucial dans le secteur du nucléaire pour délivrer les nombreux projets à venir. Avec cette acquisition nous confirmons notre volonté d’accélérer le développement de l’énergie nucléaire pour lutter contre le dérèglement climatique. »

Didier Duffler, Pascal Pommier et Nathalie Michel, fondateurs d’Oreka Ingénierie ont déclaré que « c’est avec enthousiasme que nous rejoignons Assystem avec la volonté de partager nos savoir-faire et expertises dans le domaine des technologies numériques 3D immersives. C’est une chance pour nos équipes de pouvoir se confronter à des projets ambitieux, avec pour dessein de créer avec Assystem un véritable pôle d’excellence numérique au service de la performance industrielle. »

SystemX, l’Institut de recherche technologique (IRT) dédié à l’ingénierie numérique des systèmes du futur, annonce la nomination de Yannick Bonhomme au poste de directeur Recherche et Technologies. Dans le cadre de ses nouvelles fonctions, il pilotera l’ensemble des équipes de recherche et coordonnera la valorisation des actifs de l’institut. Il occupait jusqu’à présent les fonctions de directeur du programme Confiance.ai, piloté par SystemX, et de responsable de la valorisation au sein de l’institut.

Titulaire d’un doctorat de Philosophie – Technologies de l’information (université de Montpellier) et d’un Executive MBA (Université Paris Dauphine), Yannick Bonhomme, 46 ans, compte quatre ans d’expérience dans le développement de partenariats industriels (CEA List) et plus de dix-huit ans d’expérience en R&D, notamment au sein du CEA, dont cinq années de management dans le domaine des systèmes numériques et embarqués. Il avait rejoint l’IRT SystemX en janvier 2020 pour devenir responsable de la valorisation et directeur de Confiance.ai, le plus grand programme R&T de la stratégie nationale en intelligence artificielle lancée en 2018.

Pour Paul Labrogère, directeur général de SystemX, « le poste de directeur Recherche et Technologies requiert à la fois un profil de chercheur ayant occupé des fonctions managériales et la capacité à optimiser le transfert et la valorisation des actifs technologiques et méthodologiques émanant des travaux de recherche de l’IRT dans une logique de créer de l’impact au service de la société. La nomination de Yannick Bonhomme à ce poste était naturelle car il dispose de cette double compétence au travers du programme Confiance.ai ».

À l’occasion de sa nomination à la présidence de l’Association pour le développement des sciences et techniques de l’environnement, David Delaux, interviewé par le magazine Essais & Simulations, détaille sa stratégie pour faire de l’ASTE une point d’entrée incontournable dans le monde des essais.

David Delaux, depuis quand êtes-vous membre de l’ASTE ? Quelles grandes évolutions avez-vous pu constater depuis vos débuts ?

J’ai intégré l’association il y a environ vingt ans. Ce que j’ai pu constater, c’est que l’ASTE est passée d’un club d’experts à une communauté capable de capitaliser et de normer. L’association s’est donc considérablement transformée pour devenir une classe qui réfléchit à des méthodes et les inscrit dans le marbre à travers des normes. De là s’est créée une multitude de commissions qui ont fait de l’ASTE non plus seulement un lieu d’échange mais de construction.

Il en est de même pour les thématiques : si autrefois l’ASTE se focalisait uniquement sur la mécanique, aujourd’hui, elle a intégré les dimensions climatique (Méca-Clim), thermique (Thermique et Techniques connexes) mais aussi – et bientôt – l’estimation des risques, étape nécessaire dans la qualification d’un produit au niveau de sa conception et du design.

Enfin, l’entre-soi a laissé la place à une communauté d’experts travaillant dans un esprit collaboratif, via notamment des échanges avec d’autres organisations telles que Nafems, le Centre français de fiabilité (CFF) et la Société des ingénieurs de l’automobile (SIA) ou encore l’IRT Saint-Exupéry… Je salue à ce titre le formidable travail de Daniel Leroy, mon prédécesseur à la présidence de l’ASTE, afin de mettre l’association au coeur de la dynamique de l’hydrogène.

Cette position de pilote de l’ASTE fait en effet partie de vos ambitions…

Tout à fait. L’ASTE doit désormais donner le la en jouant le rôle d’interface entre la road-map de l’État et les entreprises. Par exemple, l’ASTE doit permettre aux entreprises industrielles de concevoir et fabriquer des produits plus durables, répondant ainsi aux attentes du gouvernement en matière de réduction de l’empreinte carbone. C’est le cas aussi de la simulation dont l’un des rôles est de mieux gérer le cycle de vie d’un produit.

L’association doit en outre ne plus être un représentant des mécaniciens mais des mécatroniciens, et donc s’élargir à l’aspect « software ». C’est déjà le cas grâce aux travaux de Joseph Merlet, ancien président de l’ASTE, puis Daniel Leroy.

Quelles actions mènera l’ASTE en 2023 ?

Outre les journées techniques et l’organisation d’Astelab (qui devient un événement annuel), nous allons renforcer les relations avec nos partenaires existants. Un gros travail est actuellement mené par Patrycja Perrin et Christophe Marcadet pour mutualiser nos listes de nouveaux et anciens adhérents. L’objectif est aussi d’augmenter le nombre d’adhésions en attirant notamment des acteurs de l’hydrogène, de l’inspection ou encore de la décarbonation.

Enfin, au niveau des formations, nous allons davantage les ouvrir au big data et à la gestion et l’analyse de données complexes ; à ce titre, j’ai le plaisir de vous annoncer que le catalogue de formations de l’ASTE va accueillir six modules de SAFI (Statistical Analysis For Industry), un campus d’enseignement qui a déjà formé pas moins d’une centaine d’ingénieurs dans le monde et que je préside au sein de l’université de Bradford.

Dans le cadre du développement d’un nouvel équipement électrique, la simulation numérique permet de valider sa conformité aux normes applicables en matière de conception mécanique (EN-1993 1:9, IW Document, IEC 61373…).

Plus précisément, l’objectif visé par le client final est triple :

• Valider la résistance mécanique des composants critiques à différents cas de chargements statiques ou dynamiques
• Assurer la durée de vie de l’équipement en regard de la fatigue vibratoire en opération
• Analyser les points bloquants lorsque les critères à respecter ne sont pas validés, pour pouvoir proposer des solutions incluant éventuellement des modifications de conception.

Le prototypage numérique se déroule en deux étapes. Tout d’abord, Metravib réalise la modélisation par éléments finis de l’équipement électrique. Cette première étape est primordiale, elle consiste à représenter la physique de l’équipement au plus juste sur le logiciel de simulation numérique.

La seconde étape consiste à réaliser une analyse globale de la réponse de la structure sous sollicitation opérationnelle, analyse comprenant plusieurs types de simulations : application de cas de charges statiques, puis dynamiques. 

Les contraintes dans l’équipement et les marges de sécurité associées sont calculées. Une analyse des soudures et des éléments de visserie peut également être conduite en complément de la prestation de base. Les résultats obtenus permettent de valider le design de l’équipement électrique avant sa mise en production.

En savoir plus