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Bernard Brogliato, Christophe Castro - 5/07/2012

De l’art de couper les cheveux en quatre...

cheveux 3D Prototype virtuel pour le calcul de frottement des cheveux - © Inria

Pour nos dictionnaires, l’expression « couper les cheveux en quatre » a le sens de « compliquer les choses inutilement ». Pour l’équipe Bipop, c’est une excellente méthode pour décrire les mouvements d’une chevelure abondante - ce qui intéresse beaucoup l’industrie cosmétique ! Mais cette méthode de prototypage virtuel permet aussi de concevoir une montre de luxe, prévoir le déplacement d’un tas de gravier, créer la puce d’un téléphone mobile...

« En découpant chaque cheveu en une multitude de petits segments articulés, on arrive à décrire les frottements et les frictions à l’intérieur de la chevelure. Typiquement, des milliers de points de contacts à traiter en même temps » , explique Bernard Brogliato. Dans l’équipe Bipop qu’il dirige, chez  Inria (Grenoble), on se passionne ainsi pour un drôle d’univers, celui des systèmes dynamiques non réguliers , et pour l’optimisation non lisse.

Cet univers évoque un inventaire à la Prévert. On y trouve, pêle-mêle, du sable et des graviers, des rouages mécaniques, des circuits électriques, des robots bipèdes, des disjoncteurs anti-foudre, des algorithmes de feedback robustes... et bien sûr des chevelures ondulantes. « D'un point de vue mathématique et physique, tous ces objets ont des points communs, ce qui permet de prévoir leurs comportements à partir d’une base logicielle identique. De nombreux industriels utilisent les résultats de nos recherches  » , poursuit Bernard Brogliato.

 Parmi eux on trouve L’Oréal,  numéro 1 mondial des cosmétiques. Et des acteurs moins connus comme ANSYS  qui propose des outils logiciels à l’industrie horlogère suisse : « une montre mécanique est un objet très complexe pour lequel il faut des outils de conception très sophistiqués » , précise Bernard Brogliato. En effet, ces logiciels vont bien au-delà d’un simple programme de CAO, seulement utilisé pour dessiner l’objet. « Sur ordinateur, nous faisons fonctionner ces objets, de façon très réaliste. Nous prenons en compte les formes, les poids, les cinématiques... mais aussi les frottements et les chocs : c’est le prototypage virtuel . »

En collaboration avec Schneider Electric , l’équipe étudie le comportement d’un disjoncteur. « Quand la foudre tombe, il se crée un bref déclic et une coupure de courant. La question ici est de savoir ce qui se passe exactement au moment du clic ! En fait, dans le disjoncteur, il n’y a qu’une quinzaine de pièces mais elles vont entrer en mouvement, et forcément produire des frottements et des chocs entre elles. »

Autre domaine d’analyse, celui des matériaux granulaires, comme le sable ou le gravier. « Ces matériaux sont très particuliers : ce ne sont ni des solides, ni des liquides, ni des gaz... Nous venons de démarrer une collaboration avec Trasys-Space, une filiale de Trasys, entreprise de consulting belge, spécialisée dans la conception de robots tels que celui qui a exploré Mars. L’objectif est de mieux connaître le contact roue-sol, pour éviter l’ensablement » , précise Bernard Brogliato. Dès lors, comment résumer tout l’ensemble de ces travaux et résultats ? Disons que les outils qui coupent les cheveux en quatre empêcheront peut-être de futurs robots de s’enliser sur Mars...

Prototypage virtuel : des logiciels puissants et génériques

prototype virtuel © Monty Rakusen/cultura/Corbis

« Il est important de souligner la généricité des outils logiciels  que nous développons dans l’équipe de recherche Bipop » , explique Bernard Brogliato. « Ils permettent de faire du prototypage virtuel : au lieu de construire des maquettes et des prototypes, puis de les soumettre à des campagnes d’expérimentations coûteuses et longues, les industriels préfèrent les simuler sur ordinateur. Cela multiplie à l’infini les possibilités de tests, juste en changeant quelques paramètres. »

Le principe général paraît simple mais « en amont, ça peut être difficile à mettre au point... Nos travaux font intervenir du calcul scientifique, de la modélisation, des maths, de la mécanique, de la physique, des équations différentielles, de l’analyse numérique, de l’automatique... » . Au final, les systèmes logiciels ainsi élaborés répondent à des problématiques très différentes .

Le principal logiciel développé par l’équipe s’appelle Siconos  (a software for modeling and simulation of nonsmooth dynamical systems) . C’est un logiciel libre (open source ), qui s’apparente à un moteur de calcul central, générique, sur lequel on ajoute à la demande des applications spécialisées  (pour les cheveux, les circuits électriques, les granulaires, etc.).

« Notre souhait aujourd’hui est de faire mieux connaître et utiliser cet ensemble logiciel dont l’interface, il est vrai, est assez basique. Pour exemple, on commence à faire utiliser ce logiciel pour les TP aux étudiants en master de Maths appliquées à Limoges. » À signaler enfin, l’ouverture d’une école d’été consacrée aux systèmes mécaniques non réguliers avec une formation à Siconos, qui se tiendra à Aussois en Savoie, du 10 au 14 septembre 2012.

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