Flexibles et en même temps résistants: les systèmes compliants
Le matériel le plus intelligent cède
Les chercheurs de lEmpa sont persuadés que, grâce au systèmes compliants, ils pourront un jour construire des ailes qui se déformeront dune manière continue en fonction de la résistance à lécoulement de lair et qui se passeront ainsi de becs et de volets. Diverses branches de lindustrie sintéressent aux systèmes compliants car ils permettent de réaliser des produits demandant peu dentretien et de plus bon marché tels que des instruments chirurgicaux et des pinces pour les bras manipulateurs de robots.
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Ceux qui, à la fin du mois de janvier ont assisté au premier décollage depuis laéroport de Zurich du nouvel Airbus A380 sen sont rendu compte: lélégance ce nest pas tout à fait cela. Par contre une cigogne, par exemple, sélève dans lair comme en apesanteur et avec légèreté. Et cela pas seulement parce quelle est légère; elle utilise aussi autrement son «matériau»: pour gouverner, elle modifie sans cesse la géométrie de ses ailes. Flavio Campanile du laboratoire «Mechanics for Modelling and Simulation» de lEmpa est convaincu que les avions eux aussi pourraient voler plus élégamment et avant tout plus économiquement: «Un jour on pourra construire des ailes sans volets ni becs mobiles et ne comportant pas des milliers de pièces mais formées dun seul élément capable de se déformer continuellement.» Ces ailes biomimétiques autrement dit imitées de la nature sadapteront parfaitement aux écoulements de lair et possèderont une grande efficience énergétique tout en étant légères. | |||
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| Plan de construction dune aile, jamais produite, qui adapte sa forme aux écoulements de lair conçue selon la technologie de la construction mécanique conventionnelle. (US Patent, 26.01.1982, 4,312,486) | ||
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Pour réaliser son idée, cet ingénieur quest Campanile développe à lEmpa et à lEPF de Zurich des systèmes compliants (de langlais«compliant» qui signifie accomodant »), au départ comme «combattant isolé» mais entretemps avec un groupe de 12 collaborateurs. Mais ce chercheur ne soccupe pas seulement daéronautique, il désire aussi aider lindustrie à résoudre des problèmes très concrets avec ses ««compliant systems». Il est persuadé que partout où lon utilise des machines, les structures adaptives permettent dapporter des améliorations. Pour lui permettre de transmettre son enthousiasme à lindustrie, la fondation Gebert Rüf lui a apporté un soutien financier durant trois ans. | |||
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| Les systèmes compliants permettent de construire une structure portante dune aile composée dune seule pièce. | ||
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Des solutions pour lindustrie. Les systèmes compliants en polymères, en métaux ou en composites à base de fibres sont construits de manière à transmettre les forces sans articulations. Ils modifient leur forme non pas par glissement ou rotation déléments rigides mais par déformation élastique de leur matériau, ce qui réduit leur usure. Une pince pour les bras manipulateurs de robots développée par léquipe de Campanile ne comporte plus que trois pièces au lieu de 32; elle est 60% plus légère et dun coût de production de 98 % inférieur à celui dune pince de bras manipulateur conventionnelle. «Des chiffres qui devraient faire dresser loreille aux constructeurs automobiles et des ingénieurs en génie civil qui nutilisent jusquici guère de structures compliantes», commente Campanile. | |||
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| Les systèmes de matériaux intelligents adaptatifs permettent de produire des outils peu coûteux. La pince de préhension de ce bras de robot est fabriquée dune seule pièce. | ||
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Succès et prochaines étapes | |||
Flavio Campanile désire lui continuer à se consacrer à la recherche. «Les attentes des designers et des fabricants sont élevées et les solutions souvent fort complexes», explique-t-il. Actuellement deux de ses collaborateurs travaillent à leur thèse de doctorat à lEPF de Zurich dans le Centre de technologie des structures chez Paolo Ermanni. Lun deux recherche des voies permettant dutiliser les systèmes compliants en construction légère et lautre développe une aile active «aéroélastique» dont la forme sadapte aux écoulements de lair et qui ne nécessite presque plus dénergie externe. | |||
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