Modélisation d'Ordre réDUit pour L'Optimisation des structures navales - Propagation des Incertitudes – MODUL'O PI

L’optimisation de forme et de masse peut rendre les structures immergées, tels les appendices de coque des navires et les constituants des systèmes d’énergie marine renouvelable (EMR), particulièrement sensibles aux sollicitations. Cette sensibilité affecte notamment les propriétés de fatigue et de discrétion acoustique. Les enjeux économiques associés (définition au juste besoin des marges de dimensionnement et réduction des probabilités d’avarie ou d’inconfort acoustique) concernent l’ensemble du secteur naval, civil et militaire. Le point crucial pour un dimensionnement fiable dans ces domaines réside dans la bonne appréciation de l’influence de chaque paramètre : intensité et orientation du courant, caractéristiques des matériaux et sollicitations mécaniques. Dans la pratique industrielle, la tenue des structures est néanmoins évaluée via l’exploitation d’un nombre très restreint de configurations, issues notamment de l’intuition et de l’expérience des concepteurs. Pour les structures optimisées ou les nouveaux concepts, ne bénéficiant pas de retour d’expérience, le risque d’un sous-dimensionnement est avéré.

Un dimensionnement adéquat nécessite la connaissance des paramètres influents et de l’impact de leur variabilité. Ces informations sont accessibles par exemple via la résolution de très nombreuses simulations numériques, en faisant varier les valeurs des paramètres. Dans un contexte industriel, cet objectif ne peut être atteint à l’aide de modèles complets ou fins, qui requièrent des temps de calcul prohibitifs. Il s’agit d’un verrou important, pouvant potentiellement être levé par le développement et l’exploitation de modèles d’ordre réduit (ROM) paramétriques, s’ils conjuguent rapidité, précision et fiabilité. L’enjeu du projet MODUL’O PI est de développer de tels modèles, adaptés aux difficultés en jeu (écoulements à grands nombres de Reynolds, structures complexes immergées en fluide lourd), et d’en amorcer le transfert vers les applications industrielles, relatives à la fatigue et la discrétion acoustique.

Il conviendra à cette fin de résoudre deux problèmes fondamentaux : (P1) l’influence sur le chargement hydrodynamique des incertitudes liées aux écoulements ; (P2) l’influence sur les niveaux vibratoires des incertitudes associées aux chargements et paramètres matériaux. Pour y répondre, le présent projet est divisé en trois tâches. L’obtention d’une représentation paramétrique de la pression pariétale hydrodynamique, problème (P1), fera l’objet des tâches 1 et 2. Un méta-modèle du champ de pression pariétale sera construit en tâche 1, par approximation basée sur des méthodes d’échantillonnage non-intrusives : techniques d’apprentissage statistique et utilisation de modèles multi-fidélité. En tâche 2, un ROM sera obtenu par méthode de Galerkin, et la variation des paramètres traitée par interpolation sur variétés grassmanniennes et enrichissement par un algorithme d’approximation de faible rang. D’une nature plus applicative, le problème (P2) orienté mécanique des structures immergées fera l’objet de la tâche 3. La difficulté technique provient de la grande dimension de l’espace paramétrique : la base réduite du ROM associé sera construite itérativement avec un nombre restreint d’appels au modèle complet, à l’aide d’un algorithme glouton guidé par un estimateur d’erreur a posteriori performant.

Ce projet a pour ambition de rendre utilisable à moyen terme des modèles d’ordre réduit en phase de conception d’un navire ou d’un système d’EMR. La prise en compte précise de variabilités paramétriques assurera une meilleure maîtrise des marges de dimensionnement ainsi qu’une réduction du nombre d’avaries. Les retombées technico-économiques concernent par conséquent la diminution du coût de fabrication et des coûts associés au maintien en condition opérationnelle, contribuant à la compétitivité des constructeurs navals et à la rentabilité des systèmes d’EMR.