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Le 05.07.2012

De l’art de couper les cheveux en quatre...

Pour nos dictionnaires, l’expression « couper les cheveux en quatre » a le sens de « compliquer les choses inutilement ». Pour l’équipe Bipop, c’est une excellente méthode pour décrire les mouvements d’une chevelure abondante - ce qui intéresse beaucoup l’industrie cosmétique ! Mais cette méthode de prototypage virtuel permet aussi de concevoir une montre de luxe, prévoir le déplacement d’un tas de gravier, créer la puce d’un téléphone mobile...
Prototype virtuel pour le calcul de frottement des cheveux - © Inria

« En découpant chaque cheveu en une multitude de petits segments articulés, on arrive à décrire les frottements et les frictions à l’intérieur de la chevelure. Typiquement, des milliers de points de contacts à traiter en même temps », explique Bernard Brogliato. Dans l’équipe Bipop qu’il dirige, chez Inria (Grenoble), on se passionne ainsi pour un drôle d’univers, celui des systèmes dynamiques non réguliers, et pour l’optimisation non lisse.

Cet univers évoque un inventaire à la Prévert. On y trouve, pêle-mêle, du sable et des graviers, des rouages mécaniques, des circuits électriques, des robots bipèdes, des disjoncteurs anti-foudre, des algorithmes de feedback robustes... et bien sûr des chevelures ondulantes. « D'un point de vue mathématique et physique, tous ces objets ont des points communs, ce qui permet de prévoir leurs comportements à partir d’une base logicielle identique. De nombreux industriels utilisent les résultats de nos recherches », poursuit Bernard Brogliato.

Parmi eux on trouve « L’Oréal », numéro 1 mondial des cosmétiques. Et des acteurs moins connus comme « ANSYS » qui propose des outils logiciels à l’industrie horlogère suisse : « une montre mécanique est un objet très complexe pour lequel il faut des outils de conception très sophistiqués », précise Bernard Brogliato. En effet, ces logiciels vont bien au-delà d’un simple programme de CAO, seulement utilisé pour dessiner l’objet. « Sur ordinateur, nous faisons fonctionner ces objets, de façon très réaliste. Nous prenons en compte les formes, les poids, les cinématiques... mais aussi les frottements et les chocs : c’est le prototypage virtuel ».

En collaboration avec Schneider Electric, l’équipe étudie le comportement d’un disjoncteur. « Quand la foudre tombe, il se crée un bref déclic et une coupure de courant. La question ici est de savoir ce qui se passe exactement au moment du clic ! En fait, dans le disjoncteur, il n’y a qu’une quinzaine de pièces mais elles vont entrer en mouvement, et forcément produire des frottements et des chocs entre elles. »

Autre domaine d’analyse, celui des matériaux granulaires, comme le sable ou le gravier. « Ces matériaux sont très particuliers : ce ne sont ni des solides, ni des liquides, ni des gaz... Nous venons de démarrer une collaboration avec Trasys-Space, une filiale de Trasys, entreprise de consulting Belge, spécialisée dans la conception de robots tels que celui qui a exploré Mars. L’objectif est de mieux connaître le contact roue-sol, pour éviter l’ensablement », précise Bernard Brogliato. Dès lors, comment résumer tout l’ensemble de ces travaux et résultats ? Disons que les outils qui coupent les cheveux en quatre empêcheront peut-être de futurs robots de s’enliser sur Mars...

Prototypage virtuel : des logiciels puissants et génériques

« Il est important de souligner la généricité des outils logiciels que nous développons dans l’équipe de recherche Bipop », explique Bernard Brogliato. « Ils permettent de faire du prototypage virtuel : au lieu de construire des maquettes et des prototypes, puis de les soumettre à des campagnes d’expérimentations coûteuses et longues, les industriels préfèrent les simuler sur ordinateur. Cela multiplie à l’infini les possibilités de tests, juste en changeant quelques paramètres. »

Le principe général paraît simple mais « en amont, ça peut être difficile à mettre au point... Nos travaux font intervenir du calcul scientifique, de la modélisation, des maths, de la mécanique, de la physique, des équations différentielles, de l’analyse numérique, de l’automatique... ». Au final, les systèmes logiciels ainsi élaborés répondent à des problématiques très différentes.

Le principal logiciel développé par l’équipe s’appelle Siconos (a software for modeling and simulation of nonsmooth dynamical systems). C’est un logiciel libre (open source), qui s’apparente à un moteur de calcul central, générique, sur lequel on ajoute à la demande des applications spécialisées (pour les cheveux, les circuits électriques, les granulaires, etc.).

« Notre souhait aujourd’hui est de faire mieux connaître et utiliser cet ensemble logiciel dont l’interface, il est vrai, est assez basique. Pour exemple, on commence à utiliser ce logiciel pour les TP aux étudiants en master de Maths appliquées à Limoges ». A signaler enfin, l’ouverture d’une école d’été consacrée aux systèmes mécaniques non-réguliers avec une formation à Siconos, qui se tiendra à Aussois en Savoie, du 10 au 14 septembre 2012.

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