Projet de recherche P5/34 (Action de recherche P5)
La communauté de la modélisation des champs électromagnétiques était jusqu’il y a peu divisée en deux mondes qui étaient presque étrangers l’un pour l’autre: d’une part, des personnes concernées par la conversion d’énergie (basse fréquence, électrotechnique) et d’autre part, les personnes concernées par la propagation d’ondes (haute fréquence, appareils de traitement de l’information). Cependant, avec la miniaturisation et l’augmentation des fréquences, ces deux mondes se rapprochent l’un de l’autre très rapidement. Les applications modernes de l’électrotechnique sont désormais situées à la frontière de ces deux mondes.
L’objectif de ce projet PAI est par conséquent double. D’une part, un élargissement de l’expérience du réseau dans le domaine de la modélisation numérique. D’autre part, le développement d’un ensemble de nouveaux outils numériques qui rendront possible l’analyse des diverses interaction des systèmes électriques, soit avec des appareils de traitement de l’information (l’important problème de la compatibilité électromagnétique), soit avec leur environnement dans un sens plus général (blindage électromagnétique, ...).
Schématiquement, le projet sera centré sur les quatre thèmes suivants:
Nous projetons de consacrer une partie de nos efforts durant la phase 5 à des recherches approfondies sur les interactions fondamentales entre les champs de différentes natures physiques, i.e. lois constitutives et problèmes couplés, ce qui constitue des interactions locales. Cela constituait le thème principale de la phase 4. En effet, un inconvénient majeur des outils de simulations actuels est encore le manque de précision des lois constitutives. Une meilleure connaissance des matériaux et de leurs pertes devrait être acquise de même que les outils d’implémentation efficace et précise de modèles de matériaux réalistes (hystérésis,...) dans les simulations numériques.
Afin de traiter efficacement les interactions à distance entre les dispositifs électromagnétiques, le développement du couplage FEM-BEM sera poursuivi avec d’autres types de fonctions de Green (Hankel, Helmholtz) et les solvers seront améliorés et rendus plus rapides (préconditionneur multigrille, méthode multipôle rapide). Des développements sont également planifiés pour tirer parti des symétries dans les intégrales de frontière. Ces développements permettront d’investiguer les différentes stratégies à adopter pour la modélisation de blindages électromagnétiques, du rayonnement et des effets capacitifs dans les circuits électroniques ainsi que de certains aspects importants de problèmes de compatibilité électromagnétique.
En pratique, les concepteurs réfléchissent en termes de modèles comportant un nombre restreint de paramètres, lesquels sont fortement corrélés avec des paramètres modifiables du système, tels que des dimensions géométriques, des contraintes mesurables ou des propriétés matérielles). Un défi important dans le cadre du design industriel à l’heure actuelle est de trouver des méthodes robustes permettant de projeter les résultats d’une simulation numérique détaillée, avec leur énorme quantité de données numériques, sur des espaces décrits par un petit nombre de variables dynamiques bien choisies. Cette démarche est appelée macro-modélisation non linéaire. La macro-modélisation est destinée à permettre l’exploration rapide des espaces de paramètres de design et à fournir une représentation dynamique du dispositif au sein d’un système plus large, lequel peut être représenté lui-même par d’autres types d’outils de modélisation (analyseurs de circuits, calculateurs symboliques, ...). Notre objectif est de déterminer comment la macro-modélisation peut être automatisée et quelles méthodologies générales peuvent être degagées afin d’en faire une pratique de design courante.
Enfin, tous les développements seront réalisés en étroite collaboration grâce à une plate-forme de développement commune qui sera mise en oeuvre et maintenue par tous les partenaires et sous la direction du groupe ELAP. L’objectif est de construire un logiciel unique réunissant les travaux des partenaires, tant ceux déjà développés dans le passé que ceux qui seront développés durant la phase prochaine. En finalité, ceci conduira à un outil numérique original de grand intérêt scientifique et qui sera adapté aux besoins réels de la conception numérique moderne en électromagnétisme.
