Monnalisa : la simulation numérique au service de l’avion du futur

Une collaboration franco-italienne de haut vol

« Mener un projet à l’échelle européenne présente de nombreux avantages, expose Pietro Congedo, responsable de l’équipe-projet Platon au centre Inria Saclay Île-de-France. D’une part, cela permet d’interagir avec des communautés scientifiques variées et donc de faire émerger de nouvelles idées. D’autre part, c’est une occasion de créer un réseau scientifique ainsi qu’un réseau d’étudiants et des passerelles pour que ces derniers circulent d’un pays à l’autre. Enfin, l’Europe offre des financements plus importants que l’échelle nationale, qui permettent de travailler confortablement. » Ainsi le projet Monnalisa, qui associe Politecnico Di Milano (Italie), l’équipe Platon d’Inria et l’entreprise italienne Metaltech, vient de décrocher un financement de 895 000 euros sur trois ans (de janvier 2021 à mars 2023) dans le cadre de l’initiative technologique conjointe européenne CleanSky.

Celle-ci rassemble des partenaires privés et l’Union européenne pour financer des technologies de pointe en avionique et aéronautique qui permettront de réduire les consommations d’énergie du secteur. Et Monnalisa s’inscrit parfaitement dans cette optique. Comment ? En ayant pour objectif d’améliorer le caractère prédictif des simulations numériques visant à tester les profils d’aile des futurs avions.

Simuler, oui, mais avec quelle qualité ?

« Imaginons que l’on se pèse, illustre Pietro Congedo. Le poids affiché contient une tolérance, c’est-à-dire qu’il est précis à quelques grammes près. Cette tolérance peut être interprétée comme une incertitude sur la mesure. Et notre spécialité au sein de l’équipe Platon est de savoir prendre en compte cette incertitude pour chaque paramètre utilisé dans une simulation numérique afin de pouvoir estimer la qualité de celle-ci. » Une expertise qui va donc s’appliquer à la simulation des caractéristiques aérodynamiques des profils d’aile d’avion.

Concrètement, Inria et ses partenaires, sous la supervision d’un directeur de projet d’Airbus, vont générer une centaine de modèles de profils d’ailes numériques en 3D. Puis appliquer sur ceux-ci un solveur numérique, c’est-à-dire un code de calcul prenant en compte de nombreux paramètres (angle de balayage, rapport d'aspect, rapport de conicité, angle dièdre, forme du bord d'attaque et présence de glace) et leur incertitude pour réaliser une simulation des caractéristiques aérodynamiques de chaque profil et connaître avec précision la qualité de cette simulation. Ils pourront ainsi identifier les candidats qui permettraient de réaliser les plus grandes économies d’énergie.

Ces heureux élus (un ou deux) seront ensuite construits par MetalTech et testés en soufflerie. Et les résultats des tests viendront à leur tour améliorer la fiabilité des simulations numériques. « Au final, nous aurons une base de données unique au monde, qui offrira, en libre accès, des données issues à la fois de simulations numériques précises et d’expérimentations », anticipe le chercheur. Un outil précieux pour l’aéronautique, qui, sans celui-ci, doit se baser sur des simulations numériques qui ne prennent pas assez bien en compte les incertitudes… ou sur des expérimentations qui exigent la coûteuse fabrication de prototypes. 

Un enjeu écologique majeur

Monnalisa va permettre l’embauche d’un postdoctorant chez Inria pendant deux ans et d’autres postdoctorants à Politecnico Di Milano, qui travailleront étroitement les uns avec les autres et avec les chercheurs des deux organismes. Ceux-ci sont d’ailleurs coutumiers de ce genre de collaboration : jusqu’en janvier dernier, Politecnico Di Milano et Inria étaient déjà partenaires au sein d’un autre projet européen, nommé Utopia. Celui-ci, qui a duré quatre ans, a financé l’échange de doctorants entre les deux organismes. « Nous avons alors déjà travaillé sur les questions d’optimisation et de prise en compte des incertitudes, mais avec Monnalisa, nous entrons dans l’application de ces premières recherches. »

L’enjeu est de taille : le transport aérien représente actuellement environ 2% des 36 milliards de tonnes de CO₂ générées chaque année par les activités humaines. Et la demande d’avions augmente de plus de 4% par an, avec un besoin estimé de 40 000 nouveaux appareils au cours des 20 prochaines années. Or CleanSky vise notamment une réduction de 75% des émissions de CO₂ des avions européens d’ici à 2050… Pouvoir imaginer et tester numériquement dans un premier temps les solutions technologiques les plus économes en énergie pour les futurs appareils est donc un impératif.