Un nouveau laboratoire commun public-privé pour transformer l’analyse des fluides

Un partenariat de longue date pour une innovation de rupture

Depuis 2018, le CNRS, l’ESPCI Paris - PSL, Sorbonne Université et Université Paris Cité mettent leur expertise en mécanique des fluides, via l’équipe de recherche « Contrôle d’écoulements » du laboratoire physique et mécanique des milieux hétérogènes dont ils sont tutelles, au service de l’entreprise Photon Lines, spécialisée en solutions optiques. Leur collaboration, à travers 2 thèses Cifre successives, a permis d’intégrer dans l’offre d’imagerie de Photon Lines un nouveau système mesurant la vitesse de fluides (vélocimétrie) en temps réel à haute fréquence et à haute résolution. Ce système, unique sur le marché, est maintenant commercialisé par Photon Lines.

Forts de ce succès, les partenaires ont décidé de prolonger leur collaboration en créant un Laboratoire Commun à travers le programme LabCom de l’ANR. Cette nouvelle étape revêt deux objectifs majeurs : poursuivre les développements pour améliorer le système de vélocimétrie en temps réel et enrichir l’offre avec de nouvelles fonctionnalités pour élargir les domaines d’application.

La vélocimétrie en temps réel : une avancée pour l’étude des fluides

Aujourd’hui, les laboratoires de mécanique des fluides utilisent majoritairement une méthode standard : la vélocimétrie par images de particules (PIV). Bien qu’efficace, cette approche présente des limites majeures telles qu’une résolution spatiale limitée et un post-traitement long et coûteux en ressources de calcul, sans possibilité d’accéder aux données en temps réel.

Le LabCom LIVO propose une alternative innovante : la vélocimétrie par flot optique, une méthode qui permet de calculer les champs de vitesse en temps réel à partir de tous types d’images texturées dynamiques, pendant la mesure, tout en offrant une résolution spatiale supérieure. Elle réduit également considérablement les temps de calcul et les coûts énergétiques, en évitant le stockage massif de données. Cette innovation ouvre la voie à de nouvelles expériences en permettant un accès immédiat aux résultats, sans nécessiter de post-traitement lourd.

Des applications variées pour des secteurs clés

Les systèmes développés dans le cadre du LabCom LIVO bénéficieront à de nombreux secteurs. La première application concerne tous les laboratoires de recherche publics ou privés en mécanique des fluides, puisque le système a été d’abord développé pour cet usage. Le flot optique permet d’exploiter toutes séquences d’images texturées dynamiques (Textured Image Velocimetry), ce qui permet d’envisager des applications dans des domaines aussi variés que les écoulement granulaires, l’aérodynamique automobile et aéronautique, la défense, la bio-imagerie, le monitoring des écoulements géophysiques ou encore l’étude des écoulements de ventilation dans des pièces d’habitation et des bâtiments.

« Ce laboratoire commun, c'est avant tout la reconnaissance du travail du PMMH, le laboratoire physique et mécanique des milieux hétérogènes. C'est aussi la preuve que la recherche pluridisciplinaire du CNRS et de ses partenaires sait se transformer en solution concrète pour une PME, telle que Photon Lines. Ce sont toutes ces équipes réunies qui, depuis 2018, ont travaillé sur cette technologie de vélocimétrie jusqu'à la rendre commercialisable. LIVO leur donne aujourd'hui un cadre pérenne pour accélérer encore leur R&D » déclare Mehdi Gmar, directeur général délégué à l’innovation du CNRS.

« La rencontre avec le laboratoire PMMH il y a huit ans, a été une révélation pour Photon Lines. Le chercheur Jean-Luc Aider du PMMH, nous a expliqué les vertus de la technologie du flot optique pour les études en vélocimétrie temps réel. Nos équipes d'ingénieurs ont rapidement perçu l'intérêt de cette technique pour notre plate-forme d'imagerie notamment en combinant nos compétences pour accélérer l'exécution de ces algorithmes et aboutir à des performances inégalées en vitesse de calculs. Nous connaissions bien le marché de la PIV (particule imaging velocimetry) mais sans savoir véritablement comment nous positionner. Depuis, les travaux accomplis ont permis de mettre en œuvre une véritable rupture technologie dans ce domaine et Photon Lines entend bien s'affirmer en tant qu'acteur incontournable sur ce marché. Le laboratoire commun LIVO est une opportunité exceptionnelle pour y parvenir. À noter que la complémentarité technique et scientifique de nos équipes et la qualité relationnelle de nos chercheurs et ingénieurs sont les garants du succès à venir à n'en pas douter » précise Eric Dréan, président de Photon Lines.

« Ce laboratoire commun illustre parfaitement deux idées fortes au cœur du modèle de l'ESPCI Paris - PSL : d’une part, l'inspiration mutuelle entre recherche fondamentale et industrie de pointe, et d’autre part une conviction inébranlable que les progrès de l'instrumentation scientifique sont indispensables pour ouvrir de nouvelles fenêtres d'exploration du monde, comme l'illustre bien la récente observation par l'équipe du PMMH d'un événement extrêmement rare dans un écoulement turbulent, à l'aide du système développé par les deux partenaires » complète Emmanuelle Gouillart, directrice de l’ESPCI Paris – PSL.

« En associant étroitement la recherche académique et l’expertise industrielle, le LabCom LIVO illustre notre volonté de faire émerger des innovations de rupture à partir des travaux fondamentaux menés au sein de nos laboratoires. Cette collaboration de long terme donnera aux équipes les moyens d’accélérer le transfert de la vélocimétrie par flot optique vers des applications scientifiques et industrielles à fort impact » commente Maguy Jaber, vice-présidente déléguée en charge de la recherche en sciences et ingénierie et grands projets innovants de Sorbonne Université.

« Qu’il s’agisse de comprendre le développement des plantes, d’optimiser le rendement de turbines génératrices ou de contrôler les mélanges dans l’industrie, décrire finement les écoulements est un enjeu majeur. Or, les méthodes de caractérisation actuelles se basent essentiellement sur l’imagerie de traceurs injectés dans l’écoulement. Elles présentent le double inconvénient d’ajouter des particules exogènes et de nécessiter un post-traitement lourd, à distance du phénomène observé. La vélocimétrie par flot optique en temps réel lève toutes ces contraintes, permettant l’analyse de champs de vitesse complets, en temps réel et sans ajout de traceurs aux systèmes étudiés. C’est une véritable révolution qui va permettre des caractérisations jusque-là inaccessibles, bénéfiques à la fois à la recherche académique et aux développements industriels. Il est tout à fait remarquable qu’une telle avancée soit issue de la collaboration entre une PME et un laboratoire tel que la PMMH, lui-même à l’interface de trois universités et du CNRS. L’université Paris Cité, et en particulier l’UFR de physique, viscéralement tournées vers l’interdisciplinarité et ses retombées sociétales telle que l’exprime sa signature « Santé planétaire » : des êtres vivants en bonne santé, dans des sociétés en bonne santé, sur une planète en bonne santé, sont heureuses que le laboratoire commun ANR « LIVO » permette de pérenniser le succès d’un tel partenariat » ajoute Atef Asnacios, directeur de l’UFR de Physique de l’Université Paris Cité.

« Le dispositif LabCom de l’ANR encourage la création de Laboratoires Communs entre les entreprises et les acteurs de la recherche académique, dans une approche globale de soutien à l’innovation et d’accompagnement des acteurs socioéconomiques pour renforcer leur compétitivité et leur capacité à relever les grands défis actuels. La création du LabCom LIVO illustre pleinement cette dynamique. Après plusieurs années de collaboration entre les équipes académiques et Photon Lines, le LabCom va leur permettre de franchir une nouvelle étape dans leurs travaux en mécanique des fluides, en poursuivant le développement de solutions innovantes tout en explorant de nouvelles possibilités d’applications. Nous sommes heureux de soutenir cette collaboration, et souhaitons que ce laboratoire commun contribue à inscrire ce partenariat durablement dans le temps » souligne Arnaud Torres, directeur de la recherche partenariale de l’ANR.