Les résultats présentés dans ce papier montrent déjà des progrès significatifs et permettent d'envisager l'introduction du contrôle actif comme une des solutions pour réduire la consommation et les émissions de gaz à effet de serre des véhicules automobiles. Ces solutions pourraient également être utilisées pour améliorer les performances des futurs véhicules hybrides et électriques qui devraient progressivement se substituer aux véhicules à moteur thermique. Les objectifs sont évidemment ambitieux et nécessitent de poursuivre le travail de recherche engagé pour améliorer la connaissance des phénomènes physiques, optimiser les protocoles de contrôle et concevoir en parallèle des actionneurs robustes à faible coût capables d'intégrer les exigences automobiles. Les programmes de
recherche doivent alors s'appuyer sur l'ensemble des compétences scientifiques et techniques développées dans les laboratoires de recherche industriels et universitaires qui travaillent et échangent sur des thématiques identiques et connexes. C'est ainsi qu'a été créé sous l'impulsion de Renault, de PSA et du CNAM, un Centre National de Recherche Technologique désigné CNRT "Aérodynamique et Aéroacoustique des Véhicules Terrestres" et a été développé avec le CNRS un Groupement de Recherche (GdR) intitulé "Contrôle des Décollements", voir les sites www.cnrt2a.asso.fr & www.imft.fr/GDR2502.
S'agissant du Centre National de Recherche Technologique désigné "Aérodynamique & Aéroacoustique des Véhicules Terrestres", Renault et PSA sont membres fondateurs et animent le comité scientifique. Leurs contributions consistent à identifier et prioriser les axes de recherche, rechercher les meilleurs partenaires et assurer le suivi scientifique des travaux financés par ce CNRT. Ces dernières années, la recherche s'est orientée vers l'identification de produits non toxiques destinés à améliorer le rendu des visualisations pariétales (IMFT, IAT) dans les régions à faible vitesse, l'analyse des écoulements de césures (LIMSI, LME Valenciennes, LEA Poitiers, Signal Développement) et la recherche de solutions destinées à mettre au point des nappes souples de capteurs pariétaux de pression statique (LAUM & ESIEE). Les interactions sillage/décollement (LEA de Poitiers), le contrôle de décollements par plasma froid (Université d'Orléans et LEA de Poitiers) et le lancement d'une action d’évaluation des actionneurs sur une maquette d'essais de type corps de Ahmed évoluée destinée à tester des dispositifs de contrôle des décollements sont des sujets actuellement en cours d'analyse ou d'étude. Des informations sont disponibles sur le site du CNRT R2A, www.cnrt2a.asso.fr. Des résultats significatifs ont également été obtenus par les acteurs du Groupement de Recherche GdR 2502 "Contrôle Des Décollements", dont les activités s'articulent autour de laboratoires publiques (LEA Poitiers, IMFT, ONERA, Institut PRISME/LME Orléans, ENSAM…) et privés (SNECMA, Dassault, PSA, Renault et PlasticOmnium). Les travaux de recherche s'effectuent à partir de géométries simplifiées de types corps de Ahmed, profil d'aile (OAT15) ou diffuseur plan. De nombreux résultats ont été présentés dans le cadre de journées d'études et/ou publiés dans diverses revues ou actes de congrès. Les résultats obtenus de 2001 à 2005 et publiés au début de l'année 2006 dans un recueil CEPADUES, ont permis de reconduire cette organisation au début de l'année 2006 pour une nouvelle période de 4 années. Renault, PSA, Dassault et l'ONERA sont membres actifs du conseil scientifique de ce GdR, voir site www.imft.fr/GDR2502. Une expression de besoin a été exprimée le 1er septembre dernier au CNRS pour que soit reconduit une structure identique qui permette de poursuivre les travaux engagés et développer des actionneurs.
En parallèle sont développées des collaborations scientifiques pour croiser les expériences, partager les moyens expérimentaux ou numériques et développer de nouvelles idées. Un projet PREDIT (collaborations Renault, PSA, Université de Bordeaux, ESPCI, CNAM et Plastic Omnium) a ainsi récemment été déposé et accepté sur le thème du contrôle par jets pulsés, projet CARAVAJE. Des recherches devront être poursuivies sur le jet synthétique pour mettre en concurrence ces deux approches, mieux évaluer leurs potentiels, leurs avantages, leurs inconvénients et identifier leur efficacité. La réponse industrielle à la nécessité du contrôle des écoulements et des décollements aérodynamiques pour réduire la consommation et les émissions de gaz à effet de serre des automobiles sera issue de l'une de ces deux solutions. Les progrès récents réalisés sur les dimensions, les masses et l'efficacité des actionneurs de type MEMS associés au développement de l'expertise sur le contrôle aérodynamique permettent d'envisager l'intégration de ces solutions d'ici 2015.
RÉFÉRENCES
1 Passenger Cars, University of Sheffield and University of Michigan, Produced by SASI Group (Sheffield) and Mark Newmann (Michigan), Map031, 2006.
2 World Energy Outlook 2007, Executive Summary, China and India Insights, International Energy Agency IEA, ISBN: 978-92-64-02730-5.
3 Chometon F. et Gilliéron P.; Modélisation des écoulements tridimensionnels décollés autour des véhicules
automobiles, Congrès SIA, Société des Ingénieurs de l'Automobile, n° SIA 96-09-11, 10 pages,
Courbevoie / Paris, 5 et 6 novembre 1996.
4 Gilliéron P. and Chometon F.; Reduction of cooling air drag of road vehicle: an analytical approach, SAE paper n°01B-48, SAE Congress, Detroit, Michigan, USA, March 2001.
5 Ivanic T. and Gilliéron P.; Reduction of the aerodynamic drag to cooling systems: an analytical and
experimental approach, SAE paper n°2005-01-1017, SAE Congress, Detroit, Michigan, USA, April
2005.
6 Chometon F. and Gilliéron P.; Assessment of engine cooling performance by measurement of cooling airflow
drag in aerodynamic wind tunnels, SAE Congress, Detroit, Michigan, USA, February 23-26, 1998.
7 Chometon F. et Gilliéron P.; Dépouillement assisté par ordinateur des visualisations pariétales en
aérodynamique. Compte-rendu Académie des Sciences Paris, tome 319, série II, pages 1149-1156, 6
pages, 1994.
8 Ahmed S.R., Ramm G & Faltin G.; Some salient features of the time-averaged ground vehicle wake, SAE technical paper series, n° 840300, Detroit, 1984.
9 Gillieron P. and Chometon F.; Modelling of stationary three-dimensional detached airflows around an
Ahmed Reference Body, Third International Workshop on Vortex, ESAIM, Proceedings, Vol 7,
1999, pp 173-182, http://www.emath.fr/proc/Vol7/.
10 Gilliéron P. and Spohn A. ; Flow separations generated by a simplified geometry of an automotive vehicle, Congrès IUTAM Symposium on Unsteady Separated Flows, April 8-12, 2002, Toulouse, France. 11 Levallois E. & Gilliéron P.; Contrôle des écoulements en aérodynamique automobile & réduction de traînée
par éléments séparateurs - Analyse par PIV, Colloque National de Visualisation et de Traitement
d'Images en Mécanique des Fluides, Fluvisu11, Lyon, 6-9 juin 2005.
12 Renault, Direction de la Communication, Communiqué de Press, A l'occasion du Challenge Bibendum
Michelin, Renault présente Logan "Renault ECO2" concept, véhicule écologique et économique, 1er octobre 2007.
13 Bruneau CH, Gilliéron P. & Mortazavi I.; Passive control around the square back Ahmed body using
porous devices, Journal of Fluids Engineering, 2007.
14 Rouméas M., Gilliéron P. & Kourta A.; Réduction de traînée par contrôle des décollements autour d’une
géométrie simplifiée : Etude paramétrique 2D, 17ième Congrès Français de Mécanique, 29 Août au 02
Septembre 2005, Troyes, France, 2005.
15 Rouméas M., Gilliéron P. & Kourta A.; 2005, Analyze and control of the near-wake flow over simplified
car geometry, 4th Conference on Bluff Body Wakes and Vortex-Induced, Vibrations (BBVIV4), 21-24 June,
2005, Santorin, Greece.
16 Rouméas M.; Contribution à l'analyse et au contrôle des sillages de corps épais par aspiration ou soufflage continu, thèse doctorat, CIFRE Renault/Institut National Polytechnique de Toulouse, juin 2006.
17 Lehugeur B. and Gilliéron P.; Drag reduction by active control of A-pillar vortex breakdown on a simplified
car geometry, European Drag Reduction and Flow Control Meeting, 10-14th april 2006, Ischia, Italy. 18 Lehugeur B.; Caractérisation et contrôle des structures tourbillonnaires longitudinales en aérodynamique
automobile, thèse doctorat, CIFRE Renault/Université Pierre et Marie Curie, mai 2007.
19 Lehugeur B. et Gilliéron P.; Analyse de l'influence du contrôle des tourbillons longitudinaux de montants de
baie sur les champs de pression pariétale en aérodynamique automobile, 18ième Congrès Français de Mécanique, du
27 au 31 août 2007, AFM, Grenoble, France.
20 Billant P., Chomaz J.M., Huerre P.; Experimental study of vortex breakdown in swirling jets, J. Fluid Mech. 376 (1998), 183-219.
21 Lehugeur B., Gilliéron P. & Ivanic T. ; Contribution de l’éclatement tourbillonnaire à la réduction de la
traînée des véhicules automobiles : Approche numérique, Comptes Rendus de l’Académie des Sciences
(CRAS), Section Mécanique, n°334 (2006) 368-372, 2006.
22 B.L. Smith and A. Glezer , The formation and evolution of synthetic jets, Phys. Fluids 10, 2281, 1998. 23 Glezer A. and Amitay M., Synthetic jets, Annu. Rev. Fluid Mech. 34, 503, 2002.
24 Gallas Q., On the modeling and design of zero-net mass flux actuators, Ph.D. thesis, University of Florida,
Gainesville, 2005.
25 Raju R., Gallas Q., Mital R., Cattafesta L., Scaling of pressure drop of oscillatory flow through a slot, Phys. Fluids 19, 078107, 2007.
26 Leclerc C., Levallois E., Gilliéron P. & Kourta A., Aerodynamic Drag Reduction by Synthetic Jet : A 2D
Numerical Study Around a Simplified Car, 3rd AIAA Flow Control Conference, 5-8 june 2006, San Francisco, California.
27 Leclerc C.; Réduction de la traînée d'un véhicule automobile simplifié à l'aide du contrôle actif par jet synthétique, thèse doctorat, CIFRE Renault/Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse,
janvier 2008.
28 Leclerc C., Levallois E., Gilliéron P., Kourta A. and Gallas Q., 2006, Phase Locked Analysis of a
Simplified Car Geometry Wake Flow Control Using Synthetic Jet, ASME Joint U.S. - European Fluids
Engineering Summer Meeting, paper n° FEDSM2006-98469, July, Miami, Florida.
29 Gallas Q.; Modeling and Development of synthetic Jet Actuators in Flow Separation Control Application », IUTAM Symposium on Flow Control and MEMS, 19-22 septembre 2006, Londres, UK.
COLLABORATION
Les résultats contenus dans ce papier résultent de travaux initiés depuis 2003 avec Azeddine Kourta, Chargé de recherche CNRS à l'Institut de Mécanique des Fluides de Toulouse (IMFT) puis professeur à l'Institut PRISME d'Orléans et Loc Ta-Phuoc chercheur CNRS au Laboratoire d'Informatique et de Mathématiques pour les Sciences de l'Ingénieur (LIMSI). Ces collaborations se sont effectuées dans le cadre de trois thèses CIFRE. Une première thèse a permis de développer une expertise sur le contrôle par aspiration ou soufflage continu, thèse Mathieu Rouméas soutenue le 16 juin 2006, DR-Renault/IMFT. Une seconde thèse a permis de compléter l'expertise sur le contrôle de l'éclatement tourbillonnaire de structures longitudinales semi-confinées, thèse Benjamin Lehugeur soutenue le 29 mai 2007 (DR-Renault/LIMSI). Une troisième thèse a permis d'identifier la capacité des jets synthétiques à réduire la traînée aérodynamique des géométries de type bicorps anguleux, Cédric Leclerc , thèse soutenue le 11 janvier 2008 (DR-Renault/IMFT).
PUBLICATIONS
• Gilliéron P. et Kourta A.; Automobile et Environnement, Contribution de la recherche aérodynamique à la
réduction des gaz à effet de serre, Revue Mécanique & Industrie 9, 519-531 (2008), EDP Sciences 2009,
DOI:10.1051/meca/2009016, 2009.
BREVETS
• Véhicule automobile équipé d'un dispositif à plaque de réduction de traînée aérodynamique, brevet n°02-15816, auteur P. Gilliéron.
• Dispositif générateur de vortex pour la réduction de la traînée aérodynamique d'un véhicule terrestre et véhicule ainsi équipé, brevet n°02-15818, auteur P. Gilliéron.
• Actionneur par jet synthétique et/ou pulsé pour le contrôle des écoulements et des décollements aérodynamiques, brevet n°03-10353, auteur P. Gilliéron.
• Méthode et dispositif de soufflage/aspiration pour provoquer l'éclatement des structures tourbillonnaires longitudinales de montant de baie et de lunette arrière, brevet n°04-11346, auteurs P. Gilliéron & B. Lehugeur.
• Destruction des structures tourbillonnaires longitudinales de sillage automobile par amplification des mécanismes d'instabilité, brevet n°05-52133, auteurs P. Gilliéron & B. Lehugeur.
• Système d'aspiration continue pour la réduction de traînée et la climatisation d'habitacle, brevet n° 05-12152, auteurs P. Gilliéron, J. Rodolause & M. Rouméas.
• Dispositif de destruction des structures tourbillonnaires de sillage de véhicules automobiles, brevet n°06-04574, auteurs P. Gilliéron & B. Lehugeur.
• Dispositif de réduction de la traînée aérodynamique par aspiration au niveau des jantes - ventilateur axial, brevet n°06-55465, auteurs P. Gilliéron & E. Andres.
• Contrôle aérodynamique actif pour accroître le débit d'air en entrée du compartiment moteur, brevet n°0858791, auteurs P. Gilliéron et M. D'Hondt.