Un code pour simuler la fissuration du bois

Matthieu Noel, doctorant en mécanique au MSME, Université Gustave Eiffel

Dans le cadre d’une collaboration entre l’Institut technologique FCBA et le laboratoire MSME, le doctorant Matthieu Noel a conçu un code de modélisation et de simulation de fissures dans le matériau bois notamment. Il le partage volontiers avec les industriels de l’ameublement, mais aussi ceux du génie mécanique ou civil.

Avant toute mise sur le marché, l’industrie du meuble doit opérer des tests standardisés sur ses produits afin d’en certifier la sécurité et la bonne conformité aux normes de commercialisation édictées par le CEN (Comité européen de normalisation). C’est par exemple le cas avec la norme EN 747 qui s’applique aux lits superposés et aux lits surélevés. Parmi les entreprises concernées par ces réglementations, certaines se tournent vers le FCBA (Foret Cellulose Bois-construction Ameublement), un institut technologique qui réalise des tests de validation du matériau bois et de ses dérivés en matière de solidité, de durabilité et de stabilité afin de détecter les modes de détérioration fréquents dans l’ameublement ou les constructions en bois.

Dans le cadre de sa thèse en collaboration avec cet institut, Matthieu Noel a mis au point un logiciel de modélisation et de simulation de l’endommagement par fissuration des matériaux bois notamment. Sa conception a fait suite à une série d’essais de compression uni-axiale réalisés sur des échantillons d’épicéa. Ils ont permis de mesurer la force critique à la rupture, d’identifier les propriétés élastiques et d’endommagement de l’épicéa ainsi que d’identifier un critère de rupture pour prédire la résistance à la jonction dans une partie du meuble. Cette approche numérique devrait contribuer à réduire la durée et les coûts des tests expérimentaux nécessaires à la commercialisation des meubles.

D’autres secteurs de l’industrie pourraient bénéficier de ce code. Dès la phase d’élaboration du projet, Matthieu Noel a cherché à ce que les domaines d’application de son logiciel ne se limitent pas à l’ameublement. « Basé sur la méthode des éléments finis (MEF), mon code permet de réaliser des simulations qui peuvent s’avérer utiles en ingénierie mécanique ou en génie civil. » Inspiré par la philosophie de RDM6, un logiciel libre que Matthieu Noel utilisait quand il était étudiant à l’IUT du Mans, son code se veut « souple, robuste et permissif pour la recherche ». Il peut par exemple être utilisé pour enseigner la MEF aux étudiants ou pour faire du prototypage rapide de composants pour les ingénieurs. « À la différence des autres codes disponibles sur Python pour réaliser des simulations par éléments finis, il est accessible pour le commun des mortels car il fait abstraction des notions mathématiques complexes » assure le doctorant qui entend proposer des tutoriels sur YouTube après avoir fini sa thèse.

Le jeune chercheur a également travaillé à rendre son code simple d’usage : « Il était primordial pour moi que des utilisateurs qui n’auraient pas de connaissances expertes en matière de programmation et en mathématiques puissent y avoir recours. » Un aspect didactique que Matthieu Noel a mis en pratique dès la création de son code. En effet, en parallèle de son travail de thèse, il enseigne à ESIEE Paris où il intervient auprès d’élèves ingénieurs en première année de génie mécanique : « Le code m’a servi pour fournir des vidéos d’exemples pédagogiques dans le cadre de mes cours. En contrepartie, ce contact avec les étudiants m’a permis de répondre à des problématiques rencontrées lors de la conception du code. »

Le futur docteur nourrit un intérêt de longue date pour la science ouverte, car il en apprécie les valeurs de reproductibilité, de gratuité et de partage collaboratif : « Ce sont là pour moi les valeurs caractéristiques fondamentales d’une “vraie” science. La science ouverte ne met jamais sous le tapis les erreurs éventuelles et est toujours ouverte à la réfutation. Elle autorise l’accès à l’historique des versions dans un esprit didactique et collectif »poursuit-il.

Matthieu Noel souhaiterait que la création de logiciels soit une activité davantage reconnue par le milieu académique. « Même si, et nous l’avons vu avec le Covid, les avancées permises par le partage des données scientifiques sont de plus en plus considérées, il reste encore à faire pour que le monde de la recherche valorise pleinement le travail informatique et la création de logiciels comme une production scientifique. »

Versionnage : possibilité pour les utilisateurs de suivre les différentes versions d’un logiciel qui sont sauvegardées. Le versionnage offre une photo à l’instant T du logiciel. Il s’avère utile pour avoir des points de contrôle, la correction d’erreur et permet de restaurer les versions précédentes si besoin.

Analyse par éléments finis (FEA) : méthode de résolution numérique utilisée pour résoudre des équations aux dérivées partielles. Ces équations permettent de simuler le monde physique et sont fréquemment utilisées par les ingénieurs et les scientifiques dans des problématiques de structure, d’acoustique, de science thermique ou de biomécanique.