Les fûts des carter-cylindre des moteurs jouent un rôle fondamental dans la fonctionnalité du moteur et conditionnent ses performances. La texture des surfaces des fûts de carter représente, en effet, une surface " originale " à micro-échelle structurée de façon à répondre aux caractéristiques d'aspect de la surface et à ses propriétés d'anisotropie. Elle comprend des stries plateaux (régions portantes) et des vallées profondes pour retenir et transporter le lubrifiant. Ces surfaces sont générées par le process de rodage. L'objectif de cette thèse est de développer une méthodologie robuste pour l'analyse des caractéristiques des surfaces rodées en tenant compte des relations entre les mécanismes d'usure abrasive pendant l'opération de rodage et les modifications multi-échelles des signatures topographiques inhérentes. Ces modifications multi-échelles de la surface sont, par ailleurs, reliées aux conditions opératoires définies pour le rodage des surfaces en harmonie avec le besoin fonctionnel. Cette thèse expose les bases d'utilisation des transformées en ondelettes continues pour étudier la nature multi-échelle de la génération de la topographie de la surface pendant le process de rodage utilisé pour finir les fûts de carter cylindres. La nature multi-échelle du process de rodage est clairement démontrée et constitue un traceur ex situ pouvant expliquer la superposition des signatures inhérentes aux opérations consécutives de rodage. L'implémentation de cette approche multi-échelle dans un environnement de production en série permet de corréler la qualité fonctionnelle du produit et le process de génération des surfaces rodées. Une cartographie de la topologie de la surface est ainsi définie via des spectres d'évolution de la texture de la surface. Elle permet d'analyser l'évolution des modifications texturales induites à chaque étape de rodage et de définir les relations exactes d'enchaînement causes/conséquences de l'intervention des variables process. Différentes applications sont, dès lors, exposées pour la conception process/produit permettant d'analyser l'efficience du process en relation avec le produit et de définir de nouveaux paramètres process de productivité.

Le contexte global de ce travail de recherche concerne la structuration de l'innovation technologique en PME, pour la définition de procédés de fabrication. Cela passe par la mise en place d'un processus de conception basé sur la réutilisation des connaissances, ainsi que sur la recherche de concepts nouveaux. La méthodologie de conception et la base de connaissances proposées sont destinées à devenir un outil d'aide à la conception et à la mise en place de nouveaux procédés de montage ou d'assemblage. Toutefois, faciliter l'application du processus de conception, il a été nécessaire d'identifier des heuristiques permettant d'accompagner le concepteur. Par ailleurs, les méthodes actuelles de capitalisation de connaissances sont difficilement accessibles aux petites entreprises, du fait de leur manque de ressources et de la complexité des outils. Ainsi, nous avons développé une méthodologie et des outils d'utilisation simple et rapide, accessibles à un personnel non spécialiste de la conception, de la capitalisation ou de l'innovation. La structuration de la connaissance est proposée autour d'une logique fonctionnelle. La démarche de conception est également basée sur la décomposition fonctionnelle du système et intègre la simplification de l'architecture de système dès les premières phases du processus. A cette fin, des phases d'agrégation puis d'agencement sont proposées et sont guidées par des heuristiques. La capitalisation de la connaissance a été réalisée dans la PME MARQUET & Cie. La conception d'une machine automatisée d'assemblage de chaussons, illustre le processus global et les outils proposés.

Cette thèse s'inscrit dans la problématique de la maitrise de l'incertain / des variabilités en phase de conception de produit à denture / engrenage. Ces travaux ont porté plus particulièrement sur la maîtrise des variations géométriques et des incertitudes avec comme point central le modèle de spécification et comme objet d'étude les engrenages. En effet, la motivation des travaux, concernant la partie analyse, est la flexibilisation des approches pour supporter différentes représentations des modèles de spécification et la motivation des travaux concernant les incertitudes est la réduction de celles-ci en caractérisant et proposant des modèles de spécification. Concernant l'analyse des tolérances, deux formulations du comportement d'engrènement, deux modélisations discrète ou paramétrique de la géométrie et plusieurs méthodes de résolution ont été proposées et expérimentées. Elles permettent l'analyse de tolérances formulées d'une manière vectorielle, par zone ou hybride, par simulation de Monte Carlo. Concernant les incertitudes, une formalisation des incertitudes de corrélation a été proposée à partir de l'approche Axiomatic Design en définissant cette incertitude comme l'intervalle de confiance des coefficients de sensibilité de la matrice. Ainsi, plusieurs modèles de spécification ont été caractérisés au regard de ces incertitudes et celles de mesure afin d'avoir une vue globale des incertitudes entachant la prise de décision de conformité du produit.

L'objet de ce travail est de proposer une étude métrologique visant à la maîtrise d'incertitudes de l'ordre de ±10 nanomètres sur une rectitude de longueur 300mm mesurée avec un pas constant. Une extension permet d'appliquer cette méthode au cas de la planéité. Le plan ainsi étalonné est destiné à constituer la référence verticale d'une table croisée de haute exactitude développée par le Laboratoire National de Métrologie et d'Essais. Une instrumentation basée sur une matrice carrée de 16 capteurs capacitifs distants de 20mm et une paire de niveaux électroniques a été développée. Les acquisitions sont réalisées avec un pas égal à la distance entre les capteurs. La redondance des mesures permet de séparer les défauts de mise en position du porte-capteur, les écarts de forme de l'élément à étalonner et les inconnues correspondantes à la connaissance des positions relatives des capteurs. La méthodologie proposée correspond à un processus dit de mesure par propagation. L'utilisation de l'hypothèse des petits déplacements conduit à la résolution d'un système linéaire surdéterminé. Nous montrons que le choix des unités des mesures provenant soit des indications des capteurs exprimées en unité de longueur soit des niveaux exprimés en unité d'angle a l'effet d'une pondération. C'est pourquoi nous mettons en œuvre une résolution au sens des moindres carrés pondérés. Nous étudions particulièrement les solutions dites extrêmes selon que les incertitudes des capteurs sont négligeables devant celles des niveaux ou réciproquement. Nous réalisons une étude métrologique du processus de mesure incluant la phase d'étalonnage sur la base d'un raccordement à un laser interférométrique. Nous simulons les incertitudes par une méthode de Monte-Carlo. Nous en déduisons deux méthodes conduisant à proposer une pondération optimale du système. Nous montrons une reproductibilité sur 10 acquisitions contenue dans une bande de ±5 nanomètres par rapport à la moyenne des profils mesurés.

Les évolutions des processus de conception tendent à l'intégration grandissante des outils numériques, notamment les simulateurs de conduite, dans les boucles de validation. Il est donc nécessaire de construire des méthodologies d'usages adaptées pour répondre à ces nouvelles contraintes et d'explorer les nouvelles possibilités que ces outils peuvent offrir. L'évaluation des prestations dynamiques de conduite est abordée ici dans le cas du contrôle de la trajectoire en virage soumis à des perturbations. L'objectif de ces travaux est de proposer une méthodologie d'évaluation subjective, sur simulateur, des prestations liées à la dynamique du véhicule et de l'appliquer pour la caractérisation d'un système de correction de trajectoire. Des études expérimentales sur simulateur, en présence et en l'absence de restitution inertielle du mouvement, ont été conduites pour valider une méthodologie d'évaluation et identifier les indices sensoriels mis en jeu. Une modélisation basée sur les relations psychophysiques classiques a été proposée pour relier les jugements subjectifs aux données objectives du comportement dynamique du véhicule. Enfin, l'utilisation de cette modélisation a été utilisée pour caractériser le déclenchement d'un système d'aide au contrôle de la trajectoire (ESC). Ces travaux ont été réalisés dans le cadre d'une thèse CIFRE (contrat ANRT n° 1181/2008) à RENAULT, Centre Technique de Simulation et à l'Institut de Recherche en Communication et Cybernétique de Nantes (IRCCyN), UMR 6597, sous la co-direction de MM. Jean-François Petiot (IRCCyN - Ecole Centrale de Nantes) et Andras Kemeny (RENAULT) et l'encadrement de M. Franck Mars (IRCCyN - CNRS).

La réalisation de formes complexes comme les moules ou les prothèses médicales nécessite l'utilisation d'opérations de super finition pour obtenir de faibles défauts géométriques, pouvant aller jusqu'au poli-miroir. Ces opérations de prépolissage et de polissage sont encore régulièrement réalisées manuellement. En effet, malgré des avantages en termes de répétabilité, de productivité et de qualité géométrique, les méthodes de polissage automatique sont peu utilisées, car elles nécessitent une mise au point importante. Les travaux de recherche présentés dans ce mémoire participent à la maîtrise du procédé de polissage automatique tout en contrôlant la qualité géométrique des pièces. Pour parvenir à cette maîtrise, un outil de simulation de l'enlèvement de matière est mis en place. Cet outil permet de simuler l'enlèvement de matière au cours d'une opération de prépolissage réalisée sur centre d'usinage 5 axes. Il se base sur un modèle du contact obtenu entre l'outil de pré-polissage et la pièce, ainsi que sur un modèle du pouvoir abrasif intégrant l'usure et l'encrassement du disque. Cette simulation permet de vérifier la régularité de l'abrasion sur une surface et d'identifier les zones pouvant faire apparaitre des défauts macro-géométriques importants. Une méthode est également proposée pour compenser les variations du pouvoir abrasif au cours du temps. La compensation s'effectue en optimisant les consignes de vitesse d'avance et/ou de fréquence de broche le long de la trajectoire. Cette méthode de pilotage permet d'obtenir un taux d'enlèvement de matière plus constant et ainsi de réduire les défauts géométriques générés pendant une opération de prépolissage.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la manipulation submicronique (de 100nm à 10µm). Les spécificités de cette échelle (absence de vision temps réel etde mesure d'efforts) ont conduit l'ISIR à envisager ces thématiques autour de deux plateformes. La première, NanoMAD, dédiée aux objets de 500nm et plus sous microscope optique. Elle est dotée d'un préhenseur monodigital et d'une mesure des efforts normal et latéral, via un système laser/photodiode. La seconde, issue du projet européen NanoRAC est dédiée à la manipulation/caractérisation de nanotubes de carbone sous SEM. Elle est dotée d'une micropince sans capteur d'effort. Pour y remédier, elle est couplée à un environnement virtuel et à une interface haptique afin d'appliquer des déplacements et de ressentir des efforts recréés à partir de différents modèles. Ces plateformes permettent d'étudier différentes méthodes de calibration, de manipulation/caractérisation dynamiques, de comparer le ressenti d'efforts réels ou simulés.

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Dans un contexte de la révolution de l'information numérique, les entreprises doivent proposer dans un temps court un système innovant de qualité et à moindre coût, et ce défi ne peut être relevé qu'avec des acteurs qui soient motivés et qui collaborent ensemble. Les présents travaux de recherche visent donc à faciliter cette collaboration et le travail à valeur ajoutée, en contribuant à la continuité des flux d'informations et de connaissances. Au sein du LISMMA, nous avons décliné ces travaux sur trois axes. Le premier axe vise à assurer les flux par l'interopérabilité des systèmes d'information par la médiation et l'unification à base de standards. Le deuxième axe se focalise sur la gestion des connaissances permettant aux flux d'être compris et interprétés par les acteurs. Enfin, nous avons proposé l'utilisation des ontologies pour assurer la cohérence des informations transitant dans les flux. Ces travaux ont donné lieu au développement de démonstrateurs, testés sur des cas industriels et/ou in-situ dans une entreprise.

Les impacts environnementaux dans la production des matériaux métalliques et leurs procédés de transformation sont en augmentation rapide et critique. Ils peuvent être réduits, dans une certaine mesure, par le développement soit d'un matériau de fonction ou par la mise en œuvre d'un nouveau processus de fabrication éco-durable. Dans cette optique, l'émergence récente de fonte " bainitique " (ADI -Austempered Ductile Iron-) peut être considéré comme un saut technologique important répondant à la demande croissante pour les matériaux à hautes caractéristiques mécaniques avec un coût de fabrication maîtrisé. La présente étude traite le développement d'une approche de couplage procédé par l'intégration du processus de coulée, de traitements thermiques et d'usinage de la fonte ductile ADI dans une optique de développement durable. Ce procédé innovant de fabrication de pièces en fonte ADI dit " dans la chaude de coulée " consiste à réaliser les traitements thermiques directement à la suite de la coulée en moule métallique en relation avec l'usinabilité induite. L'analyse des influences des paramètres de ce procédé intégré sur la microstructure et les propriétés mécaniques de l'ADI a été étudiée expérimentalement. Une approche méthodologique sur la coulabilité de la fonte a été développée, puis validée par simulation. Elle utilise les caractéristiques thermiques du métal en fusion pour corréler l'effet combiné du transfert de chaleur à l'état fondu, à l'interface moule/métal, et pendant l'écoulement au travers des sections critiques du moule afin de prédire les défauts de coulée. Enfin, l'usinage de la fonte ADI est étudié expérimentalement dans le cas du perçage à sec et en micro-lubrification (MQL), en lien avec les caractéristiques microstructurales, les mécanismes d'usure d'outil, de formation des copeaux et de la qualité de surface usinée. L'approche corrélative du couplage procédé visent essentiellement à (i) comprendre l'influence des caractéristiques microstructurales de cette nouvelle fonte ADI sur ses propriétés mécaniques, (ii) démontrer l'influence des caractéristiques thermophysiques sur la coulabilité de la fonte ductile dans un moule permanent, et (iii) mettre en corrélation les paramètres de perçage de cette nouvelle fonte ADI avec sa microstructure et ses paramètres de fabrication.