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30 décembre 2020

Passer d'un concept cinquantenaire à une rupture technologique grâce au numérique

La réduction des émissions de carbone de nos véhicules (avions, automobiles, …) et de nos bâtiments passe par leur électrification. L’augmentation des longueurs de câbles et la densification des réseaux qui en découlent font apparaitre de nouveaux risques. Une nouvelle technologie de réflectométrie 100 % numérique permet de surveiller l’état de santé des réseaux et de contenir ces risques.


UNE FORTE TENDANCE À L’ÉLECTRIFICATION DES SYSTÈMES

Le secteur aéronautique est une belle illustration de la tendance à l’électrification de nos systèmes. Ce mouvement a d’abord été initié pour remplacer des systèmes pneumatiques ou hydrauliques par des actionneurs électriques (commandes de vol, freins, …) au service de la fiabilité et de la réduction de la masse et donc des consommations. Cette tendance additionnée à la nécessité de disposer de plus en plus de capteurs et de systèmes de communication occasionne une augmentation de la quantité de câbles embarqués. Aujourd’hui un avion peut contenir jusqu’à 500 km de câbles en longueur cumulée (A380) et les experts estiment que ce chiffre augmente d’environ 25 % tous les cinq ans (voir illustration ci-après).

Installation de câbles dans un avion

L’émergence d’aéronefs à propulsion hybride ou 100 % électrique (à base de batteries ou de pile à hydrogène) va également occasionner une augmentation des puissances embarquées et des nouveaux enjeux en matière de sécurité.

La connaissance de l’état de santé du réseau de câbles devient donc un enjeu fort.


DE LA TDR À LA MCTDR : NOUVEAU PARADIGME

Pour connaître l’état de santé d’un câble, WiN MS s’appuie sur un principe radar également appelé réflectométrie. Un capteur envoie une onde électromagnétique sur le câble. Cette onde va être partiellement ou totalement réfléchie lorsqu’elle rencontre des défauts. L’acquisition de l’onde réfléchie permet de détecter et de caractériser les défauts. La mesure du temps aller-retour de l’onde permet de localiser précisément ces défauts.

La technique initiale, la TDR (Time Domain Reflectometry), consiste à émettre une impulsion ou un échelon. La mise en œuvre de cette technique est aisée mais elle offre peu de flexibilité et émet un signal fréquentiel large bande.

La MCTDR (Multi Carrier Time Domain Reflectometry) consiste en l’émission d’un signal composé d’une somme de sinusoïdes. La reconstruction de la réponse équivalente à l’émission d’une impulsion (comme en TDR) est réalisée par une intercorrélation entre le signal réfléchi et le signal injecté. Il est possible au passage d’ajuster (voire d’annuler) l’amplitude de chaque sinusoïde et donc de maîtriser totalement le spectre occupé par les signaux. La surveillance de câbles pendant leur fonctionnement sans interférer avec les systèmes et dans le respect des normes environnementales devient possible (voir illustration suivante).
De plus, une mesure peut être réalisée chaque microseconde, offrant la possibilité de détecter et de localiser des défauts fugitifs ou intermittents qui ne l’étaient pas jusqu’alors.


Démonstration du respect de la norme aéronautique DO160. À gauche spectre d’un signal de réflectométrie classique, à droite spectre du signal MCTDR. Le gabarit de la norme DO160 est représenté en vert. Source : WiN MS


La mise en œuvre de la MCTDR ne serait pas envisageable sans une plateforme numérique temps réel pour le paramétrage, la génération du signal, son acquisition et ses traitements. Cette plateforme offre aussi la possibilité d’adapter les signaux «  à la volée » et offre une flexibilité (portée, résolution,…) inatteignable sans les technologies numériques.

Les technologies numériques sont encore mises en avant pour l’analyse des mesures issues du capteur. Des algorithmes logiciels permettent d’automatiser l’interprétation des mesures réalisées. (voir illustration ci-après). L’enregistrement de mesures régulières couplées à des algorithmes d’analyse de données permettent de révéler des défauts avant qu’ils ne deviennent critiques et de réaliser des actions de maintenance préventive.

Analyse automatique des données


UNE COUVERTURE DE L’ENSEMBLE DU CYCLE DE VIE PRODUIT POUR UNE PROPOSITION DE VALEUR ÉLARGIE

La MCTDR est une technologie unique capable de diagnostiquer et de surveiller l’état de santé d’un câble sur tout le cycle de vie du produit.

En production et en maintenance, l’utilisation de moyens d’essai à base de MCTDR offrent déjà la possibilité de diagnostiquer immédiatement et d’inspecter les réseaux de câbles. Les constructeurs et opérateurs d’aéronefs, en réduisant les temps de recherche de panne, bénéficient d’une amélioration de leur productivité et d’une réduction d’immobilisation de leurs appareils (l’immobilisation d’un avion coûte 20 k€ à 1 M€ par jour). (Voir illustration).


Valise de diagnostic immédiat
MCTDR – AERO Smart-R kit

L’intégration de capteurs MCTDR à bord va accroître ces gains en élargissant le périmètre aux pannes qui ne se produisent que pendant les phases de vol, les pannes dites intermittentes.


LA CONTRIBUTION À UNE AVIATION PLUS VERTE ET PLUS SÛRE

Les dernières avancées dans l’application de la MCTDR ont montré sa capacité à détecter les arcs électriques de façon plus fiable que les techniques actuelles. Le déploiement de capteurs embarquant la MCTDR pour les lignes d’alimentation électriques va contribuer à l’émergence d’aéronefs hybrides et 100 % électriques, moins émetteurs de CO2 ou neutre en carbone en phase avec la feuille de route du secteur aéronautique.

Au-delà des applications aéronautiques, la technologie a d’ores et déjà trouvé des débouchés dans le secteur de l’énergie, de l’automobile et du bâtiment.


À RETENIR

Les technologies numériques représentent une opportunité pour revisiter des concepts plus anciens, faciliter leur mise en œuvre, augmenter leur flexibilité, leur performance et élargir leur périmètre fonctionnel. Dans cet exemple, elles offrent la possibilité d’un niveau d’analyse plus fin de l’état de santé des câbles pour anticiper des pannes. Elles permettent également d’observer le câble pendant son fonctionnement ; ce qui n’était pas possible.

Ce sujet est aussi l’illustration parfaite de l’émergence d’une deeptech. Une technologie est issue de plusieurs années de recherche en laboratoire, elle est transférée à une start-up en essaimage qui va poursuivre sa maturation, démontrer sa performance et sa capacité à répondre à un besoin sur un premier marché (une niche). Cette start-up pourra dans un second temps assurer sa croissance en adressant des marchés plus grands, dans le cas présent en s’appuyant sur des partenariats avec des industriels de premier plan.



Arnaud PELTIER

CEO et Co-fondateur de WiN MS.
Arnaud a un diplôme d’ingénieur de l’IOGS / Université Paris-Saclay et un MBA ESADE-HEC. Arnaud a débuté sa carrière comme consultant en management de l’innovation chez ALTRAN puis il a rejoint Oliver Wyman comme Senior Associate en management et stratégie. Arnaud a co-fondé et dirige WiN MS, jeune entreprise experte des solutions de surveillance de l’état de santé des câbles, implantée à Paris-Saclay, aux États-Unis et à Singapour.
Arnaud est également Président du Board de La French Tech Paris-Saclay, Board member de La French Tech Grand Paris et administrateur de Réseau Entreprendre Essonne
arnaudpeltier

Auteur

Arnaud Peltier

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