I. LES ACTIVITES DE RECHERCHE SCIENTIFIQUE A l'EPMI

Objet

L’EPMI a vocation à développer des activités de recherche appliquée en polarité directe avec le monde de l’entreprise avec comme objectif de :

• Répondre aux besoins des entreprises et participer à leur développement ;
• Développer l’expertise métier de ses enseignants en les confrontant aux besoins de l’industrie ;
• Favoriser la production scientifique dans le cadre de programmes de recherche de haut niveau ;
• Préparer certains élèves-ingénieurs à la recherche dans le cadre de leurs projets de fin d’études et/ou de Masters.

Organisation et Moyens

Les activités de Recherche scientifiques menées au sein de l’EPMI s’articulent autour de :

- 27 enseignants - chercheurs permanents

- 4 axes de recherche :

• Electrotechnique
• Productique
• Eco-conception
• Hyperfréquences

- 3 Laboratoires partenaires par convention (2 UMR et 1 Equipe d’Accueil du Ministère)

• LNC :  Laboratoire de Neurophysiologie et Cognitive (Université d’Aix-en-Provence)
• SATIE:  Systèmes et Applications des Technologies de l’Information et de l’Energie (ENS)
• ECS :  Equipe Commande des Systèmes (ENSEA)

- 2 plateformes expérimentales en «Productique »  et « Technologies de l’Information » 

- 2 pôles de compétitivité :   « ASTECH »    et « MOVEO »

- 1 Pôle de Recherche et d’Enseignement Supérieur  (PRES Cergy University)

- 1 Ecole doctorale (Ecole doctorale de l’Université de Cergy-Pontoise)

- 1 Conseil Scientifique commun aux 4 écoles du Groupe ECAM.
 

Bilan des dix dernières années

Les activités de recherche et de développement au sein de l’EPMI ont fait l’objet de nombreuses publications et parutions scientifiques ces dix dernières années :

• 131 publications scientifiques, dont 27 articles dans des revues de rang A.
• 7  Ouvrages académiques et chapitres de livres
• 8  Thèses de doctorat
• 18  Masters de recherche
• 4  Brevets

Bilan de l’année académique 2009-10

• 4   Articles scientifiques dans des revues de rang A
• 17 publications dans des conférences internationales à comité de lecture
• 2 Ouvrages académiques
• 1  Chapitre de livre
• 1 thèse soutenue
• 3 thèses en cours
• 3 Masters de Recherche

II. TRANSFERT TECHNOLOGIQUE

L’EPMI est implantée en Ile de France, région française où se concentre la plus grosse présence d’entreprises dans les domaines de l’automobile, de l’aéronautique et des télécommunications : groupes industriels internationaux, systémiers et équipementiers, petites et moyennes entreprises partenaires et sous-traitantes, laboratoires publics et privés de recherche et technologie, prestataires.

Au-delà de sa participation active aux pôles de compétitivité ASTECH (aéronautique) et MOVEO (automobile), l’EPMI est porteuse du projet de plate-forme technologique vibratoire TREVISE. Celle-ci est associée à l’initiative régionale plus générale de « centre d’intelligence et des systèmes embarqués » CERISE auquel se rattache aussi la plate-forme mécatronique PROMISE. Cette plate-forme concrétise la mise en œuvre de l’activité de transfert de technologie vers les acteurs industriels.

III. IMPLICATION DES ELEVES DANS LES ACTIVITES DE RECHERCHE ET D’INNOVATION TECHNOLOGIQUE

Les élèves-ingénieurs sont préparés et sensibilisés à la recherche scientifique et à l’innovation technologique aussi bien par les projets de réalisation annuels qu’au niveau de leur stage de fin d’études qui peut se dérouler dans un des laboratoires partenaires de l’Ecole dans le cadre d’un Master de recherche.  Le but étant de leur donner le gout de la recherche et les outils leur permettant d’accompagner les mutations technologiques et les progrès de la science.

          
Figure 1 : Etudiants de l’EPMI  en laboratoire
 

IV. RESEAUX & PARTENARIATS

IV.1.  PARTENARIAT INDUSTRIEL

Le lien avec les entreprises découle naturellement du contexte historique de l’EPMI : Ecole créée par de grands groupes (EDF, PSA, Schneider, Philips) et de son ancrage industriel.

Les travaux de Recherche comme les activités de Formation initiale bénéficient du soutien d’importantes entreprises : EDF, Schneider, SAGEM, SUEZ, VINCI, Saint-Gobain, CISCO, 3COM, CAP-GEMINI, France Télécom, Bouygues Télécom, ETDE, Microsoft, IBM France, Thalès, EADS, Air France, DGA, SPIE, CEGELEC, ABB et une centaine de PME/PMI.

IV.2. PARTENARIAT ACADEMIQUE NATIONAL

L’EPMI collabore avec de nombreux établissements d’enseignement supérieur nationaux :

• L’EPMI est membre fondateur du PRES Cergy University (Pôle de Recherche et d’Enseignement Supérieur), lieu d’émergence de projets, de développement des thématiques fortes du site et de mise en commun de moyens, pour un effectif de plus de 28.000 étudiants et 700 chercheurs dans différentes disciplines,
• L’EPMI et l’Université de Cergy ont signé en 2005 une convention de partenariat cadre en matière de recherche et d’enseignement supérieur.
• L’EPMI est membre du groupe d’écoles d’ingénieurs ECAM, l’EPMI met en commun avec les 3 autres écoles du groupe ses méthodes et les techniques enseignées. Un comité scientifique permet de coordonner la recherche de cet ensemble.
• L’EPMI est partenaire de plusieurs établissements nationaux, grandes écoles d’ingénieurs et universités (ENSEA, Sup’Elec, UVSQ, etc.) notamment en matière de formation par la recherche via les Master de recherche

IV.3. PARTENARIAT ACADEMIQUE  INTERNATIONAL
 
L’EPMI est engagée dans le développement d’échanges internationaux avec plus de 250 universités et laboratoires scientifiques dans le monde en vue d’accroître sa visibilité internationale et de promouvoir la mobilité des élèves et chercheurs.

• Accords de coopération académique mutualisés au sein du réseau FIUC  (Fédération Internationale des Universités Catholiques) : de part son rattachement à l’Institut Catholique de Paris, l’EPMI offre à ses élèves la possibilité d’effectuer un séjour d’études dans l’une des 200 universités membres de la FIUC.
• Accords de coopération académique mutualisés au sein du Groupe ECAM : Les écoles du Groupe mutualisent leurs efforts en matière d’accords internationaux au profit des étudiants. Le réseau international du Groupe ECAM compte aujourd’hui plus de 40 universités étrangères
• Accords de coopération scientifique : l’EPMI s’appuie sur le réseau international de ses laboratoires de rattachement (ECS, SATIE, LNC) qui comprend de grands établissements européens et américains, tels que Naval Postgraduate School de Monterey et Université du Colorado aux USA, Université de Nueva Leon au Mexique, Université de Rome en Italie, Université de Newcastle au Royaume-Uni, Université de  Bucarest en Roumanie.

Figure 2 : Accueil d’une Délégation chinoise par M. DARCHERIF, Directeur Général de l’EPMI 

Figure 3: Laboratoire de Génie Energétique (COSTIC)

V. TRAVAUX DE RECHERCHE SCIENTIFIQUE EN COURS

V.1. AXE ELECTROTECHNIQUE

Trois projets sont menés au sein de l’EPMI :

• Modélisation numérique des ouvrages de puissance – Conception et caractérisation
• Analyse vibratoire et tenue mécanique des matériels et équipements embarqués
• Optimisation de la traction et propulsion pour les véhicules hybrides

 
Illustration du projet 1 « Modélisation numérique d’ouvrages de puissance»

• Modélisation multi physique par la méthode des éléments finis 
• Calcul de champs, pression et température    
• Analyse électromagnétique, thermique et mécanique
• Conception de dispositif de protection anti-incendie et anti-explosion
• Optimisation
• Validation expérimentale

Figure 4 : Modélisation numérique par éléments finis d’un transformateur de puissance 

Illustration du projet 2 « Analyse Vibratoire de Matériel embarqué (TGV, Métro) »

• Modélisation numérique tridimensionnelle par la méthode des éléments finis 
• Calcul de stress et contraintes mécaniques  
• Analyse vibratoire et sismique
• Optimisation de structures
• Validation expérimentale

Figure 5 : Modélisation numérique par éléments finis d’un transformateur embarqué dans un TGV

 
Illustration du projet 3 « Véhicules électriques hybrides »

• Simulation numérique 
• Dimensionnement des chaînes d’alimentation et de commande
• Optimisation des commandes
• Stockage de l’Energie 
• Validation expérimentale

Figure 6 : Optimisation de la commande de la chaîne d’alimentation d’un véhicule hybride

V.2. AXE PRODUCTIQUE

Les travaux de recherche en Productique  traitent de l’optimisation de Plateformes de production et Systèmes logistiques complexes.

L’objectif étant de développer des méthodes de modélisation et de Commande, de concevoir des algorithmes permettant de faire du contrôle prédictif  (Diagnostic) et d’optimiser de systèmes de production

Ces travaux mobilisent des moyens de calcul (outils mathématiques et logiciels de GPAO) et pratiques (Plateforme expérimentale).

Parmi les travaux récents on peut citer

• Développement d’un nouveau modèle de réseaux de Petri (systèmes logistiques).
• Nouvelles techniques d’analyse de sensibilité des SED 
• 2 contrats industriels (AIRBUS ;  SUEZ)
• Publication de deux ouvrages scientifiques et 30 articles dans des revues et conférences internationales

Figure 7.a : Simulation numérique s’un système de production 

              
Figure 7.b : Laboratoire de Productique  

V.3. AXE HYPERFREQUENCES

Deux projets sont menés au sein de l’EPMI :

• Modélisation et Dimensionnement de radars bipolarisation en bande X
• Traitement du signal par ondelettes appliqué à la détection de pathologies neurophysiologiques 

Illustration du projet 1 « Radars bipolarisation en bande X » 

Actuellement avec les radars météo standards mono-polarisation, la mesure du taux précipitant se fait avec une grande incertitude de l'ordre de 50%. Un radar bipolarisation terrestre, en cours d'essai, permet de réduire cette incertitude à (5 – 10) % et permet la cartographie interne (scan) des nuages.

L'enjeu est d'embarquer ce type de radar bipolarisations sur des aéronefs.

Les études portent sur des antennes réseau bipolarisation embarquées sur des aéronefs et sur les modifications à apporter au radar sol. L’exploration des solutions permettra de définir une antenne bipolarisation embarquée répondant au cahier des charges et réalisable à un faible coût d’industrialisation et de mise au point pour des applications civiles. Ces études font l’objet de validation théorique au moyen de modélisation et de simulation. Les solutions une fois validées feront l’objet d’un ou de plusieurs brevets.    
 

 

Figure 8 : Radars bi-polarisation sol

Figure 8.b : Radars bi-polarisation pour  l’aviation civile

Illustration du projet 2 « Détection de pathologies neurophysiologiques »

L’estimation et le filtrage des signaux individuels est un problème difficile à cause du manque d’informations sur les caractéristiques du signal et le faible rapport signal sur bruit des enregistrements. Nous avons proposé une méthode qui peut être appliquée sans à priori. Cette méthode utilise le transformée en ondelettes. Pour filtrer le signal, on applique un critère de seuillage sur les coefficients d’ondelettes. Ce seuil, est déterminé par le coefficient de variation. Les travaux montrent que, la méthode des ondelettes est plus efficace que la méthode du filtrage numérique passe bas dans l’estimation des signaux individuels

Les travaux ont permis le développement d’un algorithme rapide basé sur le filtrage adaptatif pour éliminer les interférences dues, dans notre cas, aux mouvements oculaires dans les enregistrements neurophysiologiques.
 

 

Figure 9 : Simulation de stimulus  de cerveau humain

V.4. AXE  ECO-CONCEPTION & DEVELOPPENT DURABLE

Nous expliciterons dans ce présent paragraphe deux de nos études récentes afférentes au Développement Durable et Traitement de déchets susceptibles :

• Séparation Aluminium - Titane  suite au démantèlement d’AIRBUS
• Optimisation de la collecte des déchets urbains

Illustration du projet 1: « Séparation Aluminium - Titane  suite au démantèlement d’AIRBUS »
Les travaux portent sur la séparation de l’Aluminium du Titane des échantillons comprenant des rivets et résultant du démantèlement d’une cellule d’un avion AIRBUS par la société SITA Solving.

Deux types d’alliages d’aluminium séries 2000 (Al + Cu + Mn + Mg) et séries 7000 (Al + Zn +Mg + Cu) comprenant des rivets en titane ont été traités. La séparation des rivets des tôles en alliage d’Aluminium a été effectuée par un procédé de fusion rendue possible en raison de la différence des températures de point de fusion des deux métaux : environ 750°C pour l’Aluminium  et 1500°C pour le Titane.
 
L’objectif de la prestation a été de valider la faisabilité de la séparation du titane de l’aluminium, de manière théorique et expérimentale, de vérifier le résultat de la fusion et de proposer une expertise des résultats obtenus. Ceci dans le cadre d’une revalorisation des métaux et alliages issus de la filière récupération.

La réalisation de ces prestations s’effectue suivant trois phases :

- Phase Analyse amont :     

• Modélisation du processus de fusion et de séparation Aluminium-Titane. La modélisation a été faite au moyen d’un logiciel de calcul éléments finis.
• Des analyses bibliographiques et un état de l’art ;

- Phase expérimentale : différentes séries de fusion ont été effectuées:

• Approvisionnements et préparations des  échantillons
• Tests de Fusion,
• Analyse spectrométrique et ou chimique

- Phase d’analyses et d'expertises intervenant après chacune des différentes fusions.

Ces travaux permettent de répondre à plusieurs interrogations :

• Composition de l’aluminium obtenu après fusion ?
• Les pièces de titane après fusion sont-elles libres d'aluminium et notamment sur les surfaces d'écrasement ?
• Quel est le bilan de masse, obtenu par la méthodologie mise au point ?, sachant que les contraintes futures seront de récupérer prés de 95% des matières premières
• Quel est le bilan énergétique, obtenu par la méthodologie mise au point ? sachant que le démantèlement de tout système complexe devra se faire en minimisant le coût énergétique et en optimisant le bilan CO² 

Figure 10.a :   Modélisation et Maillage du Four de séparation : creuset et pièces à séparer (Enveloppe rendue invisible)

Figure 10.b : Maillage des pièces à séparer (Aluminium – Titane)    et   Isothermes au bout de 5 h (f=2,6kHz – Ispire=900Aeff)

Figure 10.c : Partie expérimentale

Illustration du projet 2 « Optimisation de la collecte des déchets urbains »

Dans le cadre de la réduction de la consommation de carburants, du rejet du CO2, de l’amélioration des conditions de travail, le trajet de la collecte des déchets urbains peut être modélisé et optimisé. Cette modélisation nécessite la prise en compte de toutes les contraintes liées à cette collecte. De manière non exhaustive nous pouvons répertorier :    

• Une collecte définie sur un réseau de rues découpé en secteurs
• Une rue définie comme un tronçon de rue entre deux carrefours
• Une rue à sens unique, à double sens, étroite, large, …
• Une rue à contraintes : interdiction de tourner, faire demi tour, horaire,
• Une rue à type de collecte : quantité, type, à un coté, à deux cotés ?  Avec un passage ou deux passages, à droite, à gauche, (bilatérale, en tricot, en zig zag, …)
• Un cycle de collecte : 5,6 ou 7 jours/semaine,
• Une pré connaissance des quantités, des couts de ramassage, de la traversée haut le pied, de la masse salariale chargée, des couts de fonctionnement (carburants, entretiens, …), de l’amortissement, ….
• Une  flotte de véhicule, les différents types, les autonomies (liées à la consommation, aux heures maximales effectuées, au document unique, …)
• Des contraintes liées au gabarit du camion (largeur, hauteur, masse, rayon de braquage, …)
• Une tournée de collecte: ex un camion part du dépôt, effectue un ou plusieurs tours, vide sa benne (exutoire), revient au dépôt.
• Mais il peut y avoir plusieurs exutoires (par ex pour les différents types de déchets, avec différentes capacités de stockage, …

Par exemple nous pouvons considérer ce quartier type avec ses contraintes afférentes

Figure 11.a : Modélisation par réseaux de Petri de la collecte de déchets dans un quartier

A ces contraintes topographiques, nous pouvons rajouter d’autres liées aux matériels disponibles, à la réglementation, tel que par exemple :  

• Ne faire qu’une seule tournée,
• Faire plusieurs tours ou multi tour,
• Les camions doivent collecter toutes les rues ayant une quantité non nulle de déchets. Toute rue à collecter doit être traité par un seul camion et lors d’un seul tour. Par contre, toute rue peut être traversée plusieurs fois en haut le pied par un même camion ou par des camions différents.

L’objectif de la modélisation est de calculer, par exemple, un ensemble de tournées collectant toutes les rues, en minimisant le coût total, avec par exemple un nombre de camions imposé, ou être plafonné ou être une variable de décision à par exemple minimiser.

Toutes les contraintes sont traduites sous formes de graphes, par exemple avec le codage suivant des rues

Figure 11.b : Codage suivant les rues

Nous obtenons le graphe interne, ci-dessous, dans lequel les arcs en gras sont à collecter : 

Figure 11.c : Modélisation par réseaux de Petri de la collecte de déchets: Graphes internes

Dans un contexte d’aide à la décision, il paraît intéressant de pouvoir proposer comme résultat final plusieurs configurations de solutions et de pouvoir prendre en compte les contraintes spécifiques à chacune des collectes.

Les algorithmes travaillent en parallèle sur un ensemble de solutions et offrent au décideur tout un panel de scénarios répondant aux contraintes spécifiques.