L’Optimisation Topologique : une conception mécanique du futur déjà là !

Le CMQ Industrie du Futur est allé à la rencontre de Bruno Fabié, enseignant au Lycée La Découverte à Decazeville et de ses étudiants en Licence Pro CFAO pour nous faire découvrir un cours d’initiation à l’OPTIMISATION TOPOLOGIQUE. Il nous explique en quoi cela consiste et en quoi cette méthode a changé considérablement la manière de concevoir des objets dans l’Industrie.

Bruno Fabié et ses étudiants en Licence Pro CFAO du Lycée La Découverte à Decazeville – Aveyron © Myriam Albouy, Resp. Com’ du CMQ Industrie du Futur

Un peu d’Histoire…

C’est entre 1895 et 1904, qu’Henri Poincaré a fondé la topologie algébrique — alors appelée Analysis Situs. Il publie une série de 6 mémoires révolutionnaires qui entre autres, vont devenir des textes fondateurs dont l’ensemble représente un peu plus de 300 pages de mathématiques exceptionnelles !

Comme vous l’aurez compris, la topologie est une branche des mathématiques et est apparu à la fin du XIXè siècle.

Plus d’un siècle plus tard, le contenu de ces mémoires reste non seulement d’actualité mais constitue un passage obligatoire pour tout apprenti topologue. 

Pour aller plus loin, nous vous invitons à consulter le site, très bien documenté et expliqué d’Henri Paul de Saint-Gervais qui est le nom d’un collectif de mathématiciens. Ce collectif s’est réuni à plusieurs reprises pour étudier les textes de Poincaré relatifs à cette branche des mathématiques. >>>>>>>>>>>>

CONCRETEMENT, qu’est-ce que la TOPOLOGIE ?

Roland Lehouc, Astrophysicien au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives, nous éclaire sur le sujet :

Etudiants en Licence Pro CFAO – groupe de travail © Myriam ALBOUY

la topologie en licence pro C.F.A.O.

Le cours pédagogique que nous présentons aujourd’hui, consiste à sensibiliser les étudiants de Licence Professionnelle C.F.A.O. aux nouvelles modélisations et méthodologies de conception de pièces et d’ensembles en fabrication additive métallique appelé OPTIMISATION TOPOLOGIQUE.

Bruno Fabié explique que :

« Cette conception est en rupture par rapport à la conception classique dite fabrication soustractive. »

ZOOM SUR La fabrication additive : une révolution dans la conception de pièces !

Contrairement au processus soustractif d’enlèvement de matière d’une pièce plus grande, les procédés de fabrication additive ou d’impression 3D construisent des objets en ajoutant de la matière une couche à la fois, chaque couche successive étant liée à la couche précédente jusqu’à ce que la pièce soit complète.

Tout comme les outils de Commande Numérique par Calculateur (C.N.C.)1 soustractifs, les technologies de fabrication additive créent des pièces à partir de modèles de Conception et de Fabrication Assisté par Ordinateur (C.F.A.O.)1. La préparation des modèles pour l’impression 3D à l’aide d’un logiciel de préparation d’impression est généralement automatisée, ce qui facilite et accélère considérablement la configuration des travaux par rapport aux outils CNC.

« Ce genre de travail de conception consiste, pour un volume d’encombrement donné, de trouver la répartition optimale de la matière sous des contraintes mécaniques données. Cette méthode, en liaison avec la fabrication additive, permet de fabriquer pratiquement n’importe quelles géométries, de réduire de manière significative  la masse des produits. Cette conception  rappelle des structures synthétiques (Tour Eiffel, Sagrada Familia, etc.) et organiques (nids d’abeille, arbre, structure d’os, etc.), en forme de treillis ou dites structures lattices », précise Bruno Fabié.

Nids d’abeilles © DR
La Sagrada Familia de Antoni Gaudi © Myriam ALBOUY
La Tour de Gustave Eiffel © Myriam ALBOUY

Dans le cadre de cette initiation d’optimisation topologique d’un objet, l’enseignant propose une variété de travaux pratiques aux étudiants tout au long de l’année scolaire.

La vidéo ci-dessous illustre un cas d’étude pratique où les étudiants ont pour objectif de modéliser une chaise en version plane 2D et volumique 3D, en faisant évoluer certains paramètres : gain de matière, position et intensité des chargements mécaniques, zone passive, etc.

© Myriam ALBOUY

Les Industriels séduits par cette méthode de conception et de fabrication

« Cette nouvelle approche de fabrication en passant par ces méthodes de conception 2D (version plane) et 3D (version volumique) suscite ces dernières années l’intérêt croissant dans beaucoup de secteurs industriels (automobile, aéronautique, médical, loisirs,…) qui permet d’une part, de réduire les coûts de productions, d’autres part de développer des pièces plus légères et plus fonctionnelles. » (Bruno Fabié)

En effet, les nouvelles compétences à l’utilisation de logiciels dédiés a permis, par exemple, au constructeur de poids lourds et d’autocars Scania de « réduire de plus de 30 % le poids de ses pièces. De plus, ces simulations réalisées dès la phase de conception ont permis de réduire le temps de développement et d’améliorer la collaboration entre les équipes des services d’ingénierie, de tests et de développement. » © source : Revue technologie n°203 – Dossier spécial Réforme du collège p.18 de Lynda ALLOUACHE et Jonathan VAN RHIJN

Application dans l’univers de la chaussure (sport) © DR
Application dans l’univers de la mécanique © DR
Application dans l’univers de la parfumerie © DR

« Une édition limitée, avant-gardiste d’emballages Lancôme Jasmins Marzipane en impression 3D ».

Une nouvelle technologie qui allie l’excellence technologique et le savoir-faire artisanal. Découvrir l’étude de cas et vidéos associées >


POUR PERMETTRE Des Enseignements innovants et d’avenir pour les apprenants, le CMQ Industrie du Futur participe avec Mecanic Vallée (qui en est le coordinateur) et des partenaires Européens au Projet

3TIndistrie4.0.

IL a pour but de former les enseignants et les formateurs en entreprises aux nouvelles technologies émergentes DE L’industrie du futur.

Fort de son expertise, Bruno Fabié a participé à l’élaboration d’un des modules de formation du projet 3TIndustrie, consacré à l’Impression 3D : la modification topologique.


1 Dispositif de traitement de l’information utilisé pour la commande numérique de machines-outils.