Design de fitres à huile pour les voitures

Maths et Industrie

Ce billet fait partie d’une série sur les « Success stories » européennes liant Mathématiques et Industrie. Ces histoires ont été recueillies dans le cadre du projet intitulé Forward Look « Mathematics and Industry » coordonné scientifiquement par le Comité de Mathématiques Appliquées de l’EMS et financé par l’ESF. Nous les remercions, ainsi que les auteurs pour nous avoir autorisés à traduire ces textes en français. La traduction a été réalisée par Paul Vigneaux.

Auteur de la version originale : Oleg Illiev

Résumé

Le développement de modèles spécifiques au procédé, d’algorithmes et de logiciels permet de réaliser virtuellement le design et d’améliorer significativement les filtres. Ce, grâce à l’information détaillée fournie aux ingénieurs sur l’écoulement et le détail de la capture des particules dans un élément du filtre.

L’objectif

Certains résultats que nous avons obtenus ont été présentés lors d’une conférence sur la technologie des filtres et un contact a alors été noué avec IBS Filtran, une PME qui construit des filtres à huile de transmission pour l’industrie automobile. A cette époque, IBS cherchait un logiciel de simulation fiable pour les écoulements au travers des filtres. Ils avaient déjà été en contact avec différents groupes universitaires et des programmeurs d’outils commerciaux de simulation. Cependant, ces échanges n’avaient pas conduit à des résultats concluants pour tous les régimes d’écoulements, en particulier pour les régimes à froid. En commençant à construire une solution par eux-mêmes, en adaptant des outils commerciaux, ils ont ensuite réalisé qu’investir dans un logiciel propre pouvait être un investissement décisif et viable pour une PME, au regard des profits qu’ils pouvaient en tirer.

Mise en œuvre

Le point de départ a consisté en l’analyse des modèles et algorithmes existants. L’un des verrous technologiques était le traitement explicite d’un terme gouvernant l’écoulement dans le milieu poreux (filtrant). Un algorithme implicite a été développé et les résultats ont montré de très bonnes performances. De plus, nous avons porté une attention particulière à la prise en compte soignée de la discontinuité des coefficients de l’EDP à l’interface milieu continu / milieu poreux. Ceci a permis d’obtenir le niveau de précision demandé par l’entreprise. Ce projet, en particulier sa validation, a été réalisé en collaboration étroite avec les ingénieurs de chez Filtran.

Résultats

Après le premier projet, d’autres challenges ont été proposés par IBS Filtran. Une approche de résolution de sous-grille a été mise au point pour prendre en compte des géométries compliquées, par exemple pour des filtres perforés. Les simulations numériques ont permis la conception de nouveaux types de filtres et le dépôt de brevet. Des algorithmes adaptés au couplage écoulement / transport de particules ont été construits et adjoints de procédures d’identification de paramètres. Ceux-ci, et la plupart des autres développements, contiennent des composantes de recherche essentielles. Deux doctorats ont été soutenus et une dizaine d’articles ont été publiés dans des revues scientifiques ou dans des conférences.

Leçons apprises et reproductibilité

Durant 8 ans, l’entreprise a investi plusieurs centaines de milliers d’euros ; les contrats actuels durent jusqu’en 2012. Selon la compagnie, le temps de conception a été réduit par six (voir Figure 2) et la performance des filtres est grandement améliorée. Plusieurs designs sont allés en production sans réalisation d’un prototype et sur la seule base des simulations. L’entreprise pense que son marché très compétitif nécessite de nouvelles solutions innovantes et ils sont confiants dans la capacité des mathématiques industrielles à leur fournir, dans le futur, de telles solutions.

Contact

Pr. Oleg Illiev (iliev@itwm.fhg.de). http://www.itwm.fhg.de