2013 - Free

FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : AOUSTIN Dany
Sujet : Comparaison des caractéristiques de l'embarcation et de l'ergomètre rameur
Sujet:Physique de l'aviron sur l'eau et sur ergomètre rameur
Introduction:
En aviron, sport de glisse olympique, le rameur utilise une machine appelée ergomètre sur
laquelle les mouvements effectués sont sensiblement les mêmes que ceux à bord de l'embarcation
afin de s'entraîner pour les compétitions sur l'eau. Bien que cela ne soit pas parfaitement similaire,
la machine et l'aviron sont similaires d'un point de vue dynamique et qu'ainsi, le rameur peut
espérer améliorer ses performances et la gestion de sa puissance sur l'eau en exploitant les
similitudes observées sur l'ergo en entraînement.
J'ai eu pour but de comparer les caractéristiques du mouvement du rameur sur l'eau à celles
observées sur ergomètre, permettant de définir les aspects fluctuants et invariants lorsque l'on
passe de l'embarcation réelle à la machine.
C'est pourquoi je me suis posé la question : Dans quelles mesures l'ergomètre rameur est-il fidèle à
l'aviron ?
Démarche:
Tout d'abord, je me suis intéressé au concept d'ergomètre en lien physique avec l'aviron. Une
approche énergétique m'a permis de déterminer l'adaptation de l'effort du rameur durant une
course.
J'ai entrepris de me documenter et de contacter des experts dans le milieu sportif, de recherche
aussi bien qu'industriel. J'ai alors compris que pour correspondre au thème imposé dans le domaine
de mes compétences, je devrais exploiter au maximum mes connaissances en mécanique et
dynamique pour offrir une comparaison entre bateau et ergomètre.
Enfin, j'ai mis au point divers protocoles expérimentaux exploités à l'aide d'Aviméca et de
l'interface de la machine. Ce qui a permis une comparaison entre la théorie et les observations
faites.
Plan:
I/ Comparaison globale entre aviron sur l'eau et ergomètre
1)Définition des deux systèmes étudiés
2)Mouvement du rameur
3)Caractéristiques mécaniques
II/ Modélisation dynamique et expériences
1)Justification des hypothèses simplificatrices utilisées
2)Les forces résistantes extérieures
3)Protocole expérimentale pour la puissance
III/ Résultats appuyés de théorie
1)Calcul de la puissance développée par le rameur
2)Optimisation de la puissance par le rameur, en entrainement et course
Conclusion:
Du point de vue théorique, la difficulté a résidé dans la mise en place des équations et des
approximations à réaliser.
Du point de vue expérimental, les mesures ont été relativement simples, la difficulté était
l'exploitation de celles-ci à l'aide de plusieurs logiciels.
Ce TIPE m'as permis d'adopter une démarche scientifique utile et de mener à bien des
expériences.
Bibliographie
Articles de recherche scientifique internationaux dont particulièrement
-RITCHIE A.C. Sports Technology, 2008, 1, No. 2-3, p. 110-116.
Articles d'internet
-www.sportquick.com/aviron.html
-http://avironplaisirpassion.free.fr/technique/reglages.htm
Ouvrages
-ZANANIRI, C. Sport et physique, collection La physique pour tous. Paris : Ellipses, 2002. 205p.
ISBN 2-7298-1188-5
Contact
Sophie BARRÉ, ingénieure de Recherche et Aide à la P erformance en aviron à l'ENVSN (Ecole
Nationale de Voile et des Sports Nautiques)
Entraîneurs et membres seniors du club nautique et athlétique de Rouen
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : BAVARD Pierre
Sujet : Le Slinky
Le slinky et un jeu datant des années 1940 conçu pour amuser des enfants. Il possède en effet
quelques propriétés intéressantes. La plus connue est la capacité à descendre des escaliers marche
par marche, mais on remarque également, que lors d'une chute libre à partir d'une configuration
étirée au repos, l'extrémité inférieure du ressort reste immobile tant que l'extrémité supérieure ne
la percute pas.
Comment expliquer et étudier ces phénomènes particuliers ?
Après avoir obtenu la documentation nécessaire et reproduit l'expérience de la chute libre, j'ai
cherché à valider une modélisation de la chute dans les escaliers grâce à Solidworks. Dans ce
cadre, la recherche des paramètres du système et des marches a été compliquée et est restée
parfois approximative.
Je me suis également demandé, dans le cadre de la chute libre, ce que peut changer l'ajout d'une
masse accrochée en bas du slinky, qui impose une contrainte supplémentaire au poids propre des
spires du ressort.
Cette démarche peut se résumer de la façon suivante :
I)Chute libre : expérience et interprétation
II)Chute dans les escaliers : modélisation
Bibliographie :
A simple model of a Slinky walking down stairs Ai-Ping Hu
Modeling a falling slinky R. C. Cross and M. S. Wheatland
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : BOSSUYT Élise
Sujet : Comparaison du mouvement du rameur sur l'eau et sur ergomètre rameur
Physique de l'aviron sur l'eau et sur ergomètre rameur
Présentation
En aviron, sport de glisse olympique, le rameur utilise communément l'ergomètre comme outil
d'entraînement régulier pour se préparer aux compétitions sur l'eau. Bien que "l'ergo" ne
reproduise pas parfaitement l'aviron sur un plan d'eau, nous avons voulu montrer que ces deux
moyens sont similaires d'un point de vue dynamique et qu'ainsi, le rameur peut espérer améliorer
ses performances et la gestion de sa puissance sur l'eau en exploitant les similitudes observées sur
l'ergo en entraînement.
Par ce travail, nous avons cherché à comparer les caractéristiques du mouvement du rameur et les
efforts mis en jeu sur l'embarcation réelle et sur la machine pour y examiner les similitudes et les
variations, dans le but d'optimiser l'entraînement ou les performances du sportif.
Démarche
Consciente que le sujet est marginal et ardu parce que la documentation qui lui est liée est rare
et se base souvent sur la biomécanique, j'ai tout de même choisi de traiter de l'aviron qui me
passionne. Je savais que j'aurais l'opportunité de réaliser mes expériences moi-même grâce à un
accès direct aux outils du rameur par le club nautique de ma ville.
Je me suis associée à un camarade et nous nous sommes documenté. Nous avons contacté des
experts dans le milieu sportif, celui de la recherche et de l'industrie. Pour nous adapter au thème
imposé et rester dans le champ de nos compétences, nous devions exploiter au maximum nos
connaissances en mécanique et dynamique et nos expériences propres pour offrir une
comparaison entre bateau et ergomètre.
Nous avons rapidement mis au point plusieurs protocoles et mis en oeuvre nos expériences à
l'aide d'un rameur volontaire. Nous les avons ensuite exploitées à l'aide du logiciel Aviméca. Puis
nous avons étudié les composants et les caractéristiques de la machine pour comprendre le lien
entre la mesure et l'observation faite. En dernier lieu, nous avons comparé nos observations à la
théorie pour conclure sur leur utilité pour le rameur.
Plan
Introduction
I/ Comparaison globale entre aviron sur l'eau et ergomètre
II/ Modélisation dynamique et expériences
III/ Comparatif entre théorie et expériences
Conclusion
Conclusion
J'ai pris beaucoup de plaisir à construire ce projet et à appliquer une démarche scientifique à ce
domaine. Ce TIPE m'a aussi permis de m'exercer à la réflexion et à l'expérimentation, et à mener
un travail en collaboration avec mon collègue de TIPE.
Bibliographie
- Articles de recherche scientifique internationaux
RITCHIE A.C. Dynamic modeling of ergometer and on-water rowing. Sport Technology, 2008,
1,No. 2-3, p.110-116.
HOLSGAARD-LARSEN A. JENSEN K. Ergometer rowing with and without slides. Internation
Journal of Sports Medicine, 2010, 31, p. 870-874.
BENSON A. ABENDROTH J. KING D. SWENSEN T. Comparison of rowing on a Concept 2
stationary and dynamic ergometer. Journal of Sports Science and Medicine, 2011, 10, p. 267-273.
NEVILL AM. BEECH C. HOLDER RL. WYON M. Scaling concept II rowing ergometer
performance for differences in body mass to better reflect rowing in water. Scandinavian Journal
of Medicine & Science in Sports, 2010, 20, p. 122-127.
- Ouvrages
ZANANIRI C. Sport et physique, collection La physique pour tous. Paris : Ellipses, 2002. 205p.
ISBN 2-7298-1188-5
- Thèses
COLLOUD F. Modélisation dynamique du rameur lors de d'exercices réalisés sur ergomètr es
d'aviron, Implications pour l'entraînement. Thèse de doctorat d'université.
Lyon : Université CLAUDE BERNARD-LYON 1, 2003, 210p.
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : BOULAIS Lilandra
Sujet : Ecoulement d'un silo à grains
Etude de la masse d'un milieu granulaire dans un silo
Les milieux granulaires font l'objet d'études vastes et complexes depuis quelques années
seulement. N'étant ni liquide ni solide, ils possèdent des propriétés spécifiques utilisées dans de
nombreux domaines pour les avantages qu'elles apportent. Cependant, leur stockage reste
problématique en particulier dans les silos, réserves importantes en agroalimentaire, où des effets
de voûtes se créent.
Ainsi nous nous sommes posés la question suivante: Quel est le comportement des matériaux
granulaires dans un silo?
Objectifs:
L'objectif de ce sujet est d'abord d'étudier le comportement en statique des grains, en
particulier le modèle de Janssen traduisant le phénomène de voûtes. Il s'agit ensuite de vérifier
expérimentalement ce modèle en faisant varier différents paramètres: le diamètre du silo, la
rugosité des parois ainsi que le type de grains.
Démarche
Nous nous sommes d'abord intéressés aux milieux granulaires et à leurs propriétés, puis nous
avons finalement choisi d'étudier les silos.
Nos recherches se sont dans un premier temps tournées vers ces milieux pour mieux connaître
leurs caractéristiques, puis vers la théorie de Janssen. Nous avons ensuite chercher un protocole
expérimental dans le but de vérifier cette théorie. Une fois le montage réalisé, nous avons procédé
à différentes expériences en faisant varier les paramètres du silo et le type de grains, mettant ainsi
en évidence des similitudes et des différences.
Plan
I)Milieux granulaires: quelques propriétés
1)Définition
2)Caractéristiques
3)Loi de Beverloo
II)Aspect théorique: modèle de Janssen
1)Effet de voûtes
2)Modèle de Janssen
3)Lien avec la masse
III)Aspect expérimental
1)Description des expériences
2)Exploitation des résultats
3)Conclusion
Conclusion
Ce sujet nous a appris à mettre au point un système pour mesurer la masse sur la base d'un silo
et à s'en servir pour faire différentes expériences. Nous avons ainsi pu voir les coordinences avec
le modèle théorique.
Bibliographie:
Ouvrage:
CLAUDIN,P. La physique des tas de sable EDP Sciences,2006 ISBN : 2-86883-414-0
Ressources internet:
Modèle de Janssen http://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%A8le_de_Janssen (page consultée le
13/12/12)
BAUCHY M. Rapport de travaux pratiques ENS Cachan 2007 http://mathieu.bauchy.com
/bauchy-silo.pdf (page consultée le 20/02/13)
PERGE C. Contraintes et débit lors de la vidange d'un silo ENS Lyon 2011 http://perso.enslyon.fr/jean-christophe.geminard/FILES/cperge2.pdf (page consultée le 20/02/13)
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : CHANTRAN Pauline
Sujet : Etude des silos à grains
Pesée d'un matériau granulaire dans un silo
Introduction :
Un milieu granulaire désigne un matériau composé de grains indépendants, de tailles et de
formes diverses. Ces matériaux sont omniprésents dans notre vie quotidienne, mais ils possèdent
des propriétés particulières qui sont à l'origine de difficultés dans certains processus industriels :
bâtiment, agro-alimentaire, cosmétique... Je vais m'intéresser dans cette étude à un enjeu agricole :
le stockage des grains. Le problème principal de cet outil est la formation d'arcs de voûtes
pouvant provoquer l'éclatement des silos.
Objectif :
L'objectif de ce projet est de concevoir un modèle à échelle réduite d'un silo en statique afin de
mettre en évidence la surpression dans les silos. Cette étude porte donc sur l'évaluation des
paramètres définissant le silo et les grains dans le but d'éviter la rupture.
Démarche :
Après avoir recueilli diverses informations sur les comportements des matériaux granulaires
nécessaires à la compréhension de l'enjeu de cette matière qu'on ne peut comparer ni à un liquide,
ni à un solide, nous nous sommes orientés plus spécifiquement vers l'étude de silos à grains car elle
semblait pouvoir mener à de nombreuses expériences. J'ai étudié les phénomènes propres à la
géométrie d'un silo en statique c'est-à-dire l'effet de voûte et le modèle de Janssen.
Suite à de nombreuses tentatives nous avons réussi à réaliser une maquette montrant le
fonctionnement d'un silo et ses contraintes en statique. Une fois passée la difficulté de
l'élaboration du système, les manipulations ont été fastidieuses mais relativement simples. Le but
de cette expérience était de vérifier la théorie de Janssen mais aussi de mettre en évidence les
variations du phénomène de surpression par rapport aux paramètres variables du système comme
le matériau granulaire ou le diamètre du silo. J'ai ainsi pu comparer les résultats expérimentaux à
la théorie.
Plan :
I. Généralités sur les matériaux granulaires
- Etat granulaire
- Mécanique du solide
- Loi de Beverloo
- Compacité
II. Analyse théorique du système
- Effet de voûte
- Théorie de Janssen
III. Approche expérimentale et résultats
- Description du dispositif expérimental
- Réalisation des expériences
- Résultats
Conclusion :
Ce TIPE m'a permis d'entreprendre une première approche du monde de l'ingénierie à travers la
modélisation d'un système permettant ainsi de confronter des résultats expérimentaux avec une
étude théorique. Cette année passée à travailler pour ce TIPE m'a permis d'acquérir de nouvelles
aptitudes : la recherche et l'élaboration d'un système, le travail d'équipe, la création.
Bibliographie :
Thèse
RAHMOUN J. Modélisation du comportement des matériaux granulaires par des approches
discrètes et continues. Thèse de doctorat d'université.
Lille : Université de Lille 1, 2008, 140p.
Article
DURAN J. L'étonnante matière en grains. Bulletin de l'Union des Professeurs de Physique et
Chimie, 2005, 67-73pp.
Ressources internet
GEMINARD J.-C. Contraintes et débit lors de la vidange d'un silo de grains. Laboratoire de
physique de l'ENS de Lyon. Site disponible sur : http://perso.ens-lyon.fr/jean-christ ophe.geminard
/FILES/cperge2.pdf (page consultée le 06/12/2012)
DURAN J. Sables, poudres et grains. Introduction à la physique des matériaux granulaires. 1996.
Site disponible sur : http://www.espci.fr/usr/jduran/deapl.pdf (page consultée le 07/03/2013)
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : DEMARETS Romain
Sujet : Caractéristique d'absorption des chocs
Propriétés et modélisation d'une structure en mousse d'aluminium.
Introduction :
Les mousses métalliques sont devenues, depuis quelques décennies, des matériaux très
intéressants de par leur faible masse et leur capacité d'absorption d'énergie principalement.
Parmi ces mousses, la mousse d'aluminium est l'une des plus développées à cause de sa masse
volumique très faible, et s'adapte parfaitement à l'utilisation principale de ces mousses : la sécurité
automobile. Elle vient compléter la structure déjà existante, afin de diminuer les dégâts des chocs.
La problématique que je me suis fixé est donc de comprendre l'apport de la mousse d'aluminium
dans l'absorption de choc.
Déroulement du TIPE :
L'idée du sujet m'est venu d'un ADS présentant la réalisation et les caractéristiques générales de
la mousse d'aluminium. Cependant, l'étude directe était difficile pour différentes raisons : la
mousse est difficile à se procurer et chère, le contact avec des entreprises automobile est difficile
et, surtout, les énergies déployées pour les expériences étaient hors de ma portée.
Je me suis donc ramené à trouver une structure semblable à ma portée, avec dans l'idée d'étudier
l'apport de la mousse à l'intérieur même d'une structure solide. J'ai donc utilisé, pour mes
expériences, des canettes en aluminium, vidées, puis remplies de mousse de polyuréthane. Moins
résistant, elles me permettaient ainsi d'étudier la réelle différence d'absorption entre une structure
vide ou pleine de mousse.
J'ai tout d'abord mis en place une première expérience en quasi-statique pour analyser la
déformation de la structure, qui m'a permis de confirmer les paliers de déformation des solides.
Par la suite, j'ai procédé à une expérience dynamique afin d'étudier l'effet d'un choc sur la canette.
En mesurant l'énergie absorbée par celle-çi lors d'un choc (réalisé par la chute d'une masse fixe),
on peut analyser la différence entre l'énergie absorbée par la canette vide et celle par la canette
remplie de mousse : cela permet de comparer les propriétés d'absorption de nos structures par
rapport à la déformation de ces mêmes structures.
Conclusion :
Ce TIPE m'a tout d'abord permis de réaliser l'intérêt du développement de nouvelles structures
dans de nombres domaines tel que l'automobile. Mais il m'a surtout permis de comprendre la
difficulté du développement et de l'utilisation d'une maquette expérimentale d'un ordre de
grandeur différent afin d'étudier une structure ou même un phénomène souhaité.
Sources :
Site :
http://www.ergaerospace.com/Energy-Absorbtion.html
Thèse :
BLAZY J.S., "Comportement mécanique des mousses d'aluminium : caractérisation
expérimentales sous sollicitations complexes et simulations numériques dans le cadre de l'élastoplasticité compressible", 2003, pp6-9
ADS filière PT, "Des mousses métalliques comme éléments de structure : une grande lég èreté et
une remarquable capacité d'absorption des chocs rapides", 2011
Documentation autre :
MONFORT-WINDELS F., Les mousses métalliques, Le Journal des Ing énieurs, N°108, 2007.
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : FLOCH Alan
Sujet : Déplacement sur un rail magnétique
Modélisation et commande d'un robot mobile.
INTRODUCTION:
Les robots mobiles sont devenus au fil des ans plus que de simples machines. Équipés de moyens
de perception et de locomotion, ils peuvent aujourd'hui interagir avec leur environnement de
manière intelligente et sont dotés d'un réel pouvoir de décision. Souvent là pour remplacer les
hommes dans les tâches répétitives en milieu hostile, ils sont désormais capables d'agir sans
intervention d'un opérateur. Cependant, l'élaboration d'une commande permettant au robot mobile
d'être autonome reste un défi pour les ingénieurs chargés de mettre au point de tels systèmes. C'est
pourquoi nous avons décidé d'étudier un robot à deux roues motrices utilisé au laboratoire
GREAH de l'université du Havre.
OBJECTIF:
En automatique, la conception de lois de commande performantes repose sur l'élaboration d'un
modèle. Le plus
souvent en robotique mobile, un modèle cinématique est utilisé. Ce modèle simple est invariant
mais présente
peu de similitudes avec le robot mobile réel. Il ne peut donc pas convenir pour certaines
applications. Le modèle dynamique que nous proposons repose sur l'application du principe
fondamental de la dynamique. Il présente
de nombreuses similitudes avec le robot mobile réel mais n'est pas invariant. L'objectif est
d'utiliser ce modèle pour concevoir des lois de commande adaptées aux caractéristiques du robot
mobile pour la réalisation de tâches spécifiques.
DÉMARCHE:
Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au modèle cinématique couramment utilisé
en robotique mobile malgré ses limites. Nous avons ensuite élaboré un modèle dynamique
(présentant davantage de similitudes) ce qui nous a permis de concevoir des commandes
(correcteurs) adaptées aux caractéristiques (invariantes) du robot mobile. Enfin, nous avons
intégré ces commandes dans le processeur du robot mobile pour vérifier la validité de notre
travail.
PROBLÈMES RENCONTRES:
-Pour implanter les commandes dans le robot mobile, il nous a fallut apprendre quelques notions
du langage « C » .
-Les hypothèses adéquates permettant de simplifier au mieux notre modèle n'ont pas été simples à
choisir car ce dernier doit rester acceptable.
-La théorie de l'échantillonnage sort du cadre classique des Systèmes Linéaires Continus et
Invariant.
-Les non-linéarités (saturation des actionneurs) apparaissent rapidement (dans le cas d'une
consigne de
position trop élevée par exemple) et sont difficiles a prendre en compte dans des schémas blocs.
PLAN:
I Modèle cinématique et ses limites
II Modèle dynamique et commande du robot mobile
III Commande du robot mobile
a) commande proportionnelle et à avance de phase. S imulations sous DID'ACSYDE. Résultats
expérimentaux
b) commande optimale bang-off-bang. Résultats expérimentaux
IV Conclusions
BIBLIOGRAPHIE ET CONTACTS:
M. Guérin, maître de conférence à l'université du Havre (GREAH équipe Commande et Sûreté de
Fonctionnement des Systèmes) nous a guidé tout au long de notre recherche et a mis a notre
disposition son robot mobile et certains de ses résultats.
Springer Handbook of Robotics, Editors: Bruno Siciliano Prof., Oussama Khatib Prof. ISBN:
978-3-540-23957-4 (Print) 978-3-540-30301-5 (Online)
"Dual Adaptive Control for Trajectory Tracking of Mobile Robots" - M.K.Bugeja and S.G. Fabri, Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA'07,
pp. 2215-2220, Rome, Italy, April 2007.
"Commande conjuguée d'un robot mobile, modélisation dynamique et vision artificielle" F.Guérin - Thèse de
doctorat de l'université du Havre (UFR sciences et techniques - GREAH) - Editions Universitaires
Européennes - ISBN 978-613-1-54896-3 & - 2004
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : FRANÇOIS Thomas
Sujet : Les effets du vent sur les ponts à grande portée
L'impact du vent sur la stabilité des tabliers de ponts.
Durant de longues années, jusqu'à l'effondrement du pont de Tacoma aux Etats-Unis en 1940, les
seules considérations du vent dans le génie civil sont statiques. La catastrophe de Tacoma a obligé
les ingénieurs à considérer le vent d'une manière différente et à prendre en compte les
phénomènes aéroélastiques. Les ingénieurs ont en particulier observé qu'à partir d'une certaine
vitesse, le tablier des ponts à grande portée devenait instable.
Position du problème : Peut on déterminer la vitesse du vent à partir de laquelle le tablier d'un
pont devient instable ?
Démarche :
Initialement, nous avions décidé de concentrer nos études sur le pont Gustave Flaubert de Rouen.
Cependant il nous a été conseillé d'étudier les ponts à grande portée, comme le pont de
Normandie. Il existe de nombreux types d'instabilités des tabliers de ponts. Cependant nous nous
sommes intéressés uniquement au mouvement de torsion seul, à un degré de liberté, et aux
mouvements couplés de torsion et de flexion du tablier, à deux degrés de liberté, afin de
déterminer la vitesse critique dans chacun des cas. Nous avons alors consulté un ouvrage
spécialisé sur les ponts, ainsi qu'un cours de l'école Polytechnique, pour obtenir dans les deux cas
les équations du mouvement d'un tablier de pont soumis à l'action du vent. Ces équations de
mouvement nous ont ensuite permis de déterminer les vitesses critiques. Pour tester les formules
obtenues, nous avons réalisé une expérience qui consistait à vérifier la relation de proportionnalité
entre la vitesse critique du vent sur une planche de carton et sa largeur. L'expérience étant peu
concluante, nous avons alors décidé d'utiliser le logiciel de modélisation SolidWorks.
Plan du TIPE :
1) Comparaison des deux méthodes permettant de calculer la vitesse d'apparition de l'instabilité
dans les cas d'une divergence en torsion et d'un couplage entre torsion et flexion du tablier d'un
pont
2) Comparaison des vitesses critiques du vent et courbes
3) Compte rendu de l'expérience et étude du mouvement par S olidWorks.
Bibiographie:
- Hémon Pascal, Vibrations couplées avec le vent, école Polytechnique, département de
mécanique, LadHyX, octobre 2004, France. S ite disponible sur : http://www.offladhyx.polytechnique.fr/people/pascal/pdf/poly-aeroelasticite.pdf
- Gimsing Niels J., Georgakis Christos T., Cable Supported Bridge-Concept and Desing ( Third
edition) Editions Wiley, 2012. 512p. ISBN 978-0-470-66628-9
- Andrianne Thomas. Identification des coefficients de couplage aéroélastiques d'une section
de pont en soufflerie. Travail de fin d'études présenté en vue de l'obtention du grade
d'Ingénieur Civil Electricien-Mecanicien. Université de Liège, Faculté des Sciences
Appliquées. 2004/2005, 96p
Nous remercions Monsieur BERTHIER et Monsieur METGE du groupe Vinci Construction pour
l'aide qu'ils nous ont apportée.
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : GUERIN Christophe
Sujet : Modelisation et commande des robots mobiles à roues.
MODELISATION ET COMMANDE D'UN
ROBOT MOBILE
INTRODUCTION :
Les robots mobiles sont devenus au fil des ans plus que de simples machines. Equipés de
moyens de perception et de locomotion, ils peuvent aujourd'hui interagir avec leur environnement
de manière intelligente et sont dotés d'un réel pouvoir de décision. Souvent là pour remplacer les
hommes dans les tâches répétitives en milieu hostile, ils sont désormais capables d'agir sans
intervention d'un opérateur. Cependant, l'élaboration d'une commande permettant au robot mobile
d'être autonome reste un défi pour les ingénieurs chargés de mettre au point de tels systèmes. C'est
pourquoi nous avons décidé d'étudier un robot à deux roues motrices utilisé au laboratoire
GREAH de l'université du Havre.
OBJECTIF :
En automatique, la conception de lois de commande performantes repose sur l'élaboration d'un
modèle. Le plus souvent en robotique mobile, un modèle cinématique est utilisé. Ce modèle
simple est invariant mais présente peu de similitudes avec le robot mobile réel. Il ne peut donc pas
convenir pour certaines applications. Le modèle dynamique que nous proposons repose sur
l'application du principe fondamental de la dynamique. Il présente de nombreuses similitudes avec
le robot mobile réel mais n'est pas invariant. L'objectif est d'utiliser ce modèle pour concevoir des
lois de commande adaptées aux caractéristiques du robot mobile pour la réalisation de tâches
spécifiques.
DEMARCHE :
Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au modèle cinématique couramment
utilisé en robotique mobile malgré ses limites. Nous avons ensuite élaboré un modèle dynamique
(présentant davantage de similitudes) ce qui nous a permis de concevoir des commandes
(correcteurs) adaptées aux caractéristiques (invariantes) du robot mobile. Enfin, nous avons
intégré ces commandes dans le processeur du robot mobile pour vérifier la validité de notre
travail.
PROBLEMES RENCONTRES :
-Pour implanter les commandes dans le robot mobile, il nous a fallut apprendre quelques notions
du langage « C » .
-Les hypothèses adéquates permettant de simplifier au mieux notre modèle n'ont pas été simples à
choisir car ce dernier doit rester acceptable.
-La théorie de l'échantillonnage sort du cadre classique des Systèmes Linéaires Continus et
Invariant.
-Les non-linéarités (saturation des actionneurs) apparaissent rapidement (dans le cas d'une
consigne de position trop élevée par exemple) et sont difficiles a prendre en compte dans des
schémas blocs.
PLAN :
I Modèle cinématique et ses limites
II Modèle dynamique et commande du robot mobile
III Commande du robot mobile
a) commande proportionnelle et à avance de phase,
Simulations sous DID'ACSYDE et résultats expérimentaux
b) commande optimale bang-off-bang et résultats expérimentaux
IV Conclusions
BIBLIOGRAPHIE ET CONTACTS :
-Le laboratoire GREAH de l'universite du Havre (équipe Commande et Sûreté de Fonctionnement
des Systèmes) nous a guidé tout au long de notre recherche et a mis a notre disposition son robot
mobile et certains de ses résultats.
-Springer Handbook of Robotics, Editors: Bruno Siciliano Prof., Oussama Khatib Prof.
ISBN: 978-3-540-23957-4 (Print) 978-3-540-30301-5 (Online)
-Dual Adaptive Control for Trajectory Tracking of Mobile Robots - M.K.Bugeja and S.G. Fabri, Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA-07,
pp. 2215-2220, Rome, Italy, April 2007.
-A.ALLOUM-"Modelisation et commande dynamique pour la série de conduite"-thèse de
doctorat de l'université de Compiègne-1994.
-JP.LAUMOND-"La robotique mobile"-Hermes Sciences-2001
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : LELONG Corentin
Sujet : Capacité d'absorption des chocs
Introduction :
La mousse d'aluminium est un matériau connu depuis les années 50, mais il n'a été utilisé dans
l'industrie que ces 15 dernières années, à cause de son coût de fabrication longtemps trop élevé.
Elle absorbe très bien les chocs et a une faible masse, deux propriétés qui en font un matériau
intéressant pour les pare-chocs de voitures où elle est utilisée dans les crash box.
J'ai voulu étudier le rôle de la structure des crash box dans la capacité d'absorption des chocs,en
travaillant sur une maquette.
Déroulement du TIPE :
Le principal problème que présentait la mousse d'aluminium était le dimensionnement : les
efforts à développer pour l'étudier directement étaient trop importants au regard du matériel dont
je disposais. J'ai donc cherché a réaliser une maquette présentant une structure semblable à celle
d'une crash box mais sans mousse d'aluminium.
Il a d'abord fallu déterminer quelle particularité permettait à cette structure d'absorber aussi bien
les chocs. Le sujet d'ADS m'a permis de comprendre que l'association de mousse et d'une carcasse
métallique absorbait bien mieux l'énergie lors d'un choc que la mousse ou la carcasse seule ou
même que les deux en même temps mais séparées. J'ai choisi d'utiliser des canettes de soda
remplies de mousse de polyuréthane.
Une étude quasi-statique m'a permis de voir la résistance de la structure pendant et après le
fluage.
Une étude dynamique m'a montré que pour une même déformation, les canettes remplies de
mousse absorbent beaucoup plus d'énergie que les canettes vides ou la mousse seule ou que les
deux ensemble.
Conclusion :
Ce TIPE m'a permis avant tout de me rendre compte des aléas des expériences : j'ai modifié mon
protocole expérimental au fur et à mesure des difficultés que je rencontrais. Il m'a donc permis de
me rapprocher du travail de l'ingénieur qui doit pouvoir faire face aux différentes difficultés
inattendues.
Sources :
Sites :
http://www.ergaerospace.com/Energy-Absorbtion.html
Thèse : BLAZY J.S., « Comportement mécanique des mousses d'aluminium : caractérisations
expérimentales sous sollicitations complexes et simulations numériques dans le cadre de l'élastoplasticité compressible », 2003, pages 6-10
ADS filière PT, « Des mousses métalliques comme éléments de structure : une grande lé gèreté et
une remarquable capacité d'absorption des chocs rapides », 2011
MONFORT-WINDELS F., Les mousses métalliques, Le Journal des ingénieurs, N°108, 2007
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : PERIER Clément
Sujet : ecoulement des materiaux granulaires dans un silo
Sujet: Etude des surpressions dans un silo à grains
introduction
Les matériaux granulaires présentent des caractéristiques différentes de celles des liquides et des
solides, ce qui est à l'origine de problèmes comme l'apparition de voûtes dans les silos. Malgré les
nombreuses applications industrielles de ces matériaux, comme les talus ou les ballastes de trains,
l'étude approfondie des matériaux granulaires est assez récente.
objectifs
L'objectif de ce projet est d'étudier les surpressions dans un silo, et de vérifier ainsi la théorie
proposée par Janssen. Dans un second temps il s'agit de déterminer selon quels paramètres du silo,
ainsi que des grains utilisés, la surpression dans les silos varie.
Démarche adoptée
Le choix du sujet s'est rapidement porté sur les matériaux granulaires, nous avons ensuite décidé
d'étudier les silos. Je me suis d'abord intéressé à la bibliographie concernant les matériaux
granulaires, puis mes recherches ont porté sur l'application aux silos. J'ai alors étudier la théorie de
Janssen. Dans l'optique de valider cette théorie, nous avons cherché une expérience faisant varier
les paramètres du silo ainsi que le type de grain. Il a alors fallu trouver le montage permettant de
réaliser cette expérience. Puis nous avons réalisé plusieurs mesures pour mettre en avant
l'influence du silo ainsi que du type de grains utilisés.
Plan
I Mécanique des matériaux granulaires
-Loi de Beverloo
-Différence avec les liquides et les solides
II Statique du silo
-Effet de voûtes
-Théorie de Janssen
III Etude expérimentale et résultats
-Description de l'expérience
-Influence des paramètres du silo
-Influence des paramètres des grains
Conclusion
Ce projet m'a appris à trouver les expériences qui valideraient la théorie développée sur les silos.
Les principales difficultés ont été de fabriquer le montage permettant de réaliser les mesures à
partir du matériel à notre disposition. Cependant, cette difficulté passée, les expériences
s'accordent bien avec la théorie de Janssen et montrent l'influence du silo et des grains.
Bibliographie-Webographie
- Rapport de stage de PERGE Christophe, Master recherche 2nde année, 2010-2011 :
"Contraintes et débit lors de la vidange d'un silo de grains"
- Pour la science, numéro 273 juillet 2000, Coussot Philippe - Van Damme Henri - Ancey
Christophe : "Des solides coulants"
- Ecole des mines d'Albi : nte.enstimac.fr
- Wikipedia : http://fr.wikipedia.org/wiki/Mod%C3%8le_de_Janssen
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : PÉRON Quentin
Sujet : modélisation et commande d'un robot mobile
Modélisation et commande d'un robot mobile
INTRODUCTION :
Les robots mobiles sont devenus au fil des ans plus que de simples machines. Equipés de moyens
de perception et de locomotion, ils peuvent aujourd'hui interagir avec leur environnement de
manière intelligente et sont dotés d'un réel pouvoir de décision. Souvent là pour remplacer les
hommes dans les tâches répétitives en milieu hostile, ils sont désormais capables d'agir sans
intervention d'un opérateur. Cependant, l'élaboration d'une commande permettant au robot mobile
d'être autonome reste un défi pour les ingénieurs chargés de mettre au point de tels systèmes. C'est
pourquoi nous avons décidé d'étudier un robot à deux roues motrices utilisé au laboratoire
GREAH de l'université du Havre.
OBJECTIF :
En automatique, la conception de lois de commande performantes repose sur l'élaboration d'un
modèle. Le plus souvent en robotique mobile, un modèle cinématique est utilisé. Ce modèle
simple est invariant mais présente peu de similitudes avec le robot mobile réel. Il ne peut donc pas
convenir pour certaines applications. Le modèle dynamique que nous proposons repose sur
l'application du principe fondamental de la dynamique. Il présente de nombreuses similitudes avec
le robot mobile réel mais n'est pas invariant. L'objectif est d'utiliser ce modèle pour concevoir des
lois de commande adaptées aux caractéristiques du robot mobile pour la réalisation de tâches
spécifiques.
DEMARCHE :
Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés au modèle cinématique couramment utilisé
en robotique mobile malgré ses limites. Nous avons ensuite élaboré un modèle dynamique
(présentant davantage de similitudes) ce qui nous a permis de concevoir des commandes
(correcteurs) adaptées aux caractéristiques du robot mobile. Enfin, nous avons intégré ces
commandes dans le processeur du robot mobile pour vérifier la validité de notre travail.
PROBLEMES RENCONTRES :
-Pour implanter les commandes dans le robot mobile, il nous a fallut apprendre quelques notions
du langage « C » .
-Les hypothèses adéquates permettant de simplifier au mieux notre modèle n'ont pas été simples à
choisir car ce dernier doit rester acceptable.
-La théorie de l'échantillonnage sort du cadre classique des Systèmes Linéaires Continus et
Invariant.
-Les non-linéarités (saturation des actionneurs) apparaissent rapidement (dans le cas d'une
consigne de position trop élevée par exemple) et sont difficiles a prendre en compte dans des
schémas blocs.
PLAN:
I Modèle cinématique et ses limites
II Modèle dynamique et commande du robot mobile
III Commande du robot mobile
a) commande proportionnelle et à avance de phase
Simulations sous DID'ACSYDE, Résultats expérimentaux
b) commande optimale bang-off-bang
Résultats expérimentaux
IV Conclusions
BIBLIOGRAPHIE ET CONTACTS :
M. Guérin, maître de conférence à l'université du Havre (GREAH équipe Commande et Sûreté de
Fonctionnement des Systèmes) nous a guidé tout au long de notre recherche et a mis a notre
disposition son robot mobile et certains de ses résultats.
Springer Handbook of Robotics, Editors: Bruno Siciliano Prof., Oussama Khatib Prof.
ISBN: 978-3-540-23957-4 (Print) 978-3-540-30301-5 (Online)
"Dual adaptive controle for trajectory tracking of mobile robots" - M.K.Bugeja and S.G. Fabri, Proceedings of the 2007 IEEE International Conference on Robotics and Automation ICRA'07,
pp. 2215-2220, Rome, Italy, April 2007.
"Commande conjuguée d'un robot mobile, modélisation dynamique et vision artificielle" F.Guérin - Thèse de doctorat de l'université du Havre (UFR sciences et techniques-GREAH) Editions Universitaires Européennes-ISBN 978-613-1-54896-3-2004
FICHE SYNOPTIQUE
Candidat : SELLIER Armand
Sujet : Montre mécanique - Entretien de périodes temporelles
Isochronisme d'une montre mécanique
La mesure du temps est un problème central de la vie courante ,de l'industrie et de la
recherche.Pour répondre à ce problème de nombreux système ont été inventé depuis la clepsydre
jusqu'à l'horloge atomique.Ce TIPE a pour but d'étudier le fonctionnement d'une montre
mécanique, instrument de mesure du temps très courant.Cette étude se concentrera en p articulier
sur les organes de régulation permettant une mesure précise ,pour qu'une seconde mesurée soit
bien toujours égale à une seconde.
Déroulement du projet
L'intention initiale de ce TIPE était de modéliser le système balancier, ancre et roue
d'échappement à l'aide de Solidworks puis de simuler une journée de vie de la montre lorsque
celle-ci est portée au poignet.Pour cela j'ai donc contacté le laboratoire de biomécanique des Arts
et Métier de Paris qui n'avait malheureusement pas les enregistrement que je souhaitait.J'ai donc
cherché à acquérir ces données moi-même, mais le matériel disponible ne me le permis pas.Puis
suite à ma lecture du traité de construction horlogère j'ai souhaité parvenir à isoler les différentes
causes pouvant engendrer des variations de la période et à les mesurer expérimentalement par
méthode acoustique.Malheureusement les variations instantané de période ne se distingue pas des
erreurs de mesure.
L'étude s'est donc recentrée sur les variations de la période due au mauvais équilibrage du système
de régulation et la réponse qu'apporte le système de tourbillon supposé supprimer ces variations.
Présentation du TIPE
La présentation de ce TIPE comprendra les parties suivantes:
Une présentation générale du fonctionnement d'une montre
La théorie régissant le mouvement du balancier,de l' ancre et de la roue d'échappement
La présentation des résultats obtenu par modélisation S olidWorks du système mal équilibré avec
et sans le tourbillon
Bibliographie
"Traité de construction horlogère" M.Vernot,P.Bovay,D.Prongué,S.Dodor, presse polytechniques
et universitaires romandes
"Théorie generale de l'horlogie",L.Defossez
Webographie
Forum Horloger, www.horlogerie-suisse.com/forum/