s

Printemps/Eté 2006

INFRASTRUCTURES

MACHINES ÉLECTRIQUES

SIMUL ATIONS

Lignes de vie

Moteurs de la mobilité

Optimisation virtuelle

L E M A G A Z I N E D E L A R E C H E R C H E & D E L ’ I N N O V A T I O N

Pictures of the Future

VERSION FRANÇAISE

PICTURES OF THE FUTURE ■ E d i t o r i a l

2

Siemens France poursuit activement son engagement en faveurde la Recherche et de l’Innovation. Depuis le début de l’année,nous participons aux Pôles de compétitivité initiés par les pou-voirs publics. Nous sommes aujourd’hui liés à 5 sites majeursrépartis sur le territoire français.

Parallèlement, notre projet de transport urbain automatique baptisé « NeoVal » a été retenu par l’Agence de l’InnovationIndustrielle. Cette technologie si elle est confirmée, offrira auxcollectivités une solution inédite pour améliorer les déplace-ments dans les centres urbains et contribuer à résoudre les pro-blèmes de circulation.

Dans le domaine de la santé, Siemens poursuit les études liées àl’expérimentation du dossier médical personnel bientôt testédans 4 régions de France. Le programme Iseult, IRM à très fortchamp développé sur le plateau de Saclay avec le CEA et plu-sieurs autres partenaires industriels et scientifiques, figure parmiles projets phares de Siemens en France et devrait obtenir unagrément dans les mois qui viennent.

Ces avancées qui nous engagent sur le futur, nous ont conduit àrenouveler notre présence au 2e salon de la Recherche et del’Innovation qui se tient à Paris Porte de Versailles au mois dejuin. L’occasion unique de venir découvrir les grandes tendancesqui se dessinent au XXIe siècle et qui permettront d’améliorer la vie quotidienne de chacun. Ces grandes tendances seront largement détaillées au cours de tables rondes organisées parSiemens sur des thèmes variés tels que les transports, la santé,l’énergie.

Autant de thèmes que vous retrouverez dans ce numéro dePictures of the Future, dédié aux travaux entrepris par Siemensafin de mieux anticiper l’avenir et aussi des réflexions engagéespar les grands partenaires de Siemens tel que le Groupe PSAPeugeot Citroën. Un entretien avec Robert Peugeot, DirecteurInnovation et Qualité, vous permettra de découvrir la voiture dufutur, hybride intégral diesel. Bonne lecture !

Si le futurvous passionne

Philippe CarliPrésident de Siemens France

3P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Couverture, en haut à droite : Le Velaro E, le train le plus rapide d'Europe. En bas, à gauche : La simulation sur ordinateur apporte les réponses.

Scénario 2015 : Une place au soleil 20Le charme des hybrides 23Entretien avec Robert Peugeot : L’hybride diesel 25Présent et futur : Une croissance solide 26Essai de résistance pour entraînements de grande puissance 27

MACHINES ÉLECTRIQUES ■ M o t e u r s d e l a m o b i l i t é

Scénario 2020 : Véritable identité 28Tendances : Sur le chemin de la perfection 30Application des simulations : Courants d’air 34Siemens Airport Center : Un aéroport fait son show 37

S I M U L A T I O N S ■ O p t i m i s a t i o n v i r t u e l l e

Scénario 2020 : Lettre au futur 06Tendances : Lignes de vie 09Présent et futur : Boom des mégalopoles 11Rendement énergétique : Plus d’énergie, moins d’émissions 12L’ Europe à grande vitesse 14Technologies du sport : Une technique de champion du monde 16

I N F R A S T R U C T U R E S ■ Lignes de vie de la société

PICTURES OF THE FUTURE ■ S o m m a i r e

Nouveau Scanner : Le Somatom Definition 04Le métro du futur : Le NeoVal 05

PICTURES OF THE FUTURE ■ I n n o v a t i o n s

4

iemens définit une nouvelle dimensionen tomodensitométrie. Le Somatom

Definition est le premier scanner doté dedeux tubes à rayons X. Cet appareil est capa-ble de prendre des clichés d’un cœur en mou-vement, avec une résolution temporelle jus-qu’à présent inégalée et une durée d’exposition aux rayons X deux fois moindrepar rapport aux scanners classiques. Les deuxensembles tube-détecteur effectuent trois rotations par seconde autour du patient. Les tubes Straton émettent des rayons X quitraversent le corps du patient avant d’attein-dre le détecteur situé de l'autre côté. A partirdes données ainsi mesurées, un ordinateur

S

Nouvelle définition en tomodensitométriedétermine les images de l’intérieur du corps.Les inventeurs du Straton ont été nominés en2005 pour le prix de l’innovation en Allemagne. Ce nouveau scanner est à ce jourle plus rapide de sa catégorie. Il permet mêmede visualiser de minuscules vaisseaux grâce àsa haute résolution inférieure à 0,4 mm. Laprise de clichés d’un cœur en mouvementdoit se faire durant la phase de repos entredeux battements. Pour cela, le cliché est synchronisé avec un électrocardiogramme(ECG). Jusqu’à présent, le pouls devait êtrebaissé artificiellement à 60 pulsations minutepour obtenir des images nettes. Cette mé-thode est toutefois inapplicable dans certains

cas car l’administration de bêtabloquantspeut présenter des risques élevés pour les patients atteints d'asthme ou de diabète.Avec le Somatom Definition, le fait d’avoir naturellement un pouls élevé n'est pas unproblème. Sa technique de prise de clichéspermet en effet de procéder à un examen surdes patients atteints de tachycardie et d’arythmie sans recourir au moindre médica-ment. La vitesse de prise de clichés deux foissupérieure à celle d’un scanner traditionneldoté d’un ensemble « source de rayons X / détecteur » permet en outre de diviser pardeux la durée d’exposition aux rayons X.

■ Norbert Aschenbrenner

Nouveau scanner : le Somatom Definitionprend des clichés haute résolution.

Il permet d'obtenir une représentation précise des vaisseaux coronaires

sans recourir à des bêtabloquants pour baisser la fréquence cardiaque.

5

PICTURES OF THE FUTURE ■ I n n o v a t i o n s

Le concept NeoVal, véritable métro du futur,est un système de transport urbain modu-

laire automatique sur pneus. Etudié dans uncontexte où l’urbanisation galopante impacte directement les infrastructures de transport, ilapportera les solutions à la fois au trafic de plusen plus dense et aussi aux régies d’exploitationqui devront renouveler leurs matériels roulantset envisager d'opter pour des rames entière-ment automatisées, sans conducteur.

Grâce à son nouveau système de guidage parrail central dérivé d'un concept tram –Translohr–(Cf. photo en haut à droite), des réductions de coûts importantes sur le véhicule et sur les infras-tructures seront réalisées. Ce système reporte lepoids du véhicule sur les pneumatiques, ce qui lerend à la fois sûr et simple dans sa conception etsimplifie les appareils de voie, notamment les aiguillages. L’intégration de composants issus dumonde routier (essentiellement les pneuma-tiques, le système de freinage et la suspension)permet de disposer de produits de grande série,donc fiabilisés et à un coût minimal.

Le concept fait appel à la dernière généra-tion de système d'automatismes à contrôle dynamique, utilisés en mode entièrement auto-matique sans conducteur, disposant de moyensde communication continue et bidirectionnels

train-sol par radio. Ce type d'automatismes,basé sur le principe du cantonnement virtuel(bulle de protection virtuelle associée à chaquetrain) permet d'accroître la fiabilité, la disponi-bilité et la régularité du trafic.

Une des innovations majeures de NeoVal re-marquée par l'AII est sans nul doute soulignePascal Duch, Directeur Technique chez SiemensTransportation (TS) à Châtillon, la récupérationde l’énergie de freinage et le stockage de l’éner-gie électrique embarquée et au sol. Ce principenovateur de gestion de l'énergie du système detransport permettra de s'affranchir du rail detraction (3ème rail) entre stations : le train se re-charge en énergie dans sa phase d'approche(récupération de l'énergie cinétique de freinage),d'arrêt en station (biberonnage) et dans saphase de démarrage. Ensuite, en inter-station,le train est entièrement autonome en énergie.Ce concept permettra des économies d'énergie(en moyenne et en pics de consommation),

apportera des simplifications dans la gestiondes modes dégradés du système (plus de trainbloqué en inter-station en cas de panne d'ali-mentation électrique, évacuation des passagersfacilitée et plus sûre). Il génèrera des écono-mies d'infrastructure (rails de traction limitésaux stations, aiguillages simplifiés par suppres-sion de la nécessité d'assurer la continuité élec-trique aux ouvrages) et aura un impact positifsur l'environnement (tant sur le plan esthétiqueque sur l’émission des gaz à effet de serre).

Pour les exploitants, ajoute Pascal Duch, leNeoVal sera une solution plus économique eninvestissement, en exploitation et en mainte-nance. Pour les passagers un confort accru : régu-larité et densité du trafic apportés par les dernièresgénérations d'automatismes (CommunicationBased Train Control ou CBTC exploité sansconducteur), gestion de l'espace à bord des ra-mes (intercirculation), esthétique (l'indépen-dance entre la caisse et le châssis autorise une

L E N E O V A L E N T O U T E M O D U L A R I T É

Le Val actuel ne dispose que d'une modularité limitée à 2 configurations : train composé de 2 voitures (married pair) ou d'un ensemble de 2 married-pair accouplées. Avec le Neoval et sa modularité portée à des configurations de 1 à 6 voitures, l'objectif est d'étendre la part de marché vers le bas (navettes d'aéroports, lignes d'injection entre une zone péri-urbaine et un réseau métro urbain densifié) et vers le haut (marché des métros semi lourd).

large gamme de design et de matériaux pour lecompartiment passager), réduction du bruit etdes vibrations (avantage reconnu des systèmesde transport sur pneu par rapport aux solutionsfer), air conditionné, sécurité (vidéo sur-veillance embarquée), informations passagers(information contextuelle diffusée à bord, accès à l'internet mobile,…). Quant à la mise enservice, on peut tabler sur fin 2010 après 4 à 5années de développement.

■ Eric de Riedmatten

Le projet NeoVal est actuellement initié par Siemens Transportation Systems en partenariat avec Lohr Industries. Il a été retenu par l’Agence de l’Innovation Industrielle (AII) –sous réserve de l'acceptation de la Commission Européenne– qui soutient les grands programmes mobilisateurs pour l’innovation industrielle (PMII) proposés par les entreprises.

Flexible grâce à la séparation châssis / compartiment passagers, le NeoVal est aussi une réponse économique. Complètement modulable, le nombre de voitures s’adapte au besoin des infrastructures.

Siemens France étudie une nouvellegénération de métro automatique

P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

I N F R A S T R U C T U R E S

6

2020

PANORAMA

Un retraité chinois réalise enfin levoyage dont il a toujours rêvé : Jun

Yang est à bord du Transrapid, direc-tion Shanghai. Il envoie des messagesélectroniques à son petit-fils, Li, pourpartager avec lui ses impressions sur

son voyage et sur ses découvertes plusfascinantes les unes que les autres :

train à sustentation magnétique, mé-tro sans conducteur, rivière aux eauxlimpides comme du cristal, hôtel ha-

bité par des forces invisibles…

15 mai 2020, 13h00, à bord du Transrapid.Mon cher Li,Je trouve enfin le temps de t’écrire. Tu

sais, plus je m’éloigne de mon petit village etplus le temps passe vite. Quand je pense quece matin, j’étais encore sur mon vieux vélo. J’aidû pédaler près d’une heure pour arriver aubout des 10 kilomètres qui me séparaient del’arrêt de bus. Mais la route n’est pas très prati-cable et, comme tu le sais, je ne suis plus toutjeune. Je suis installé dans un train plutôt curieux puisqu’il n’a même pas de roues. Il s’agitd’un train à sustentation magnétique que j’ai

@

L’ESPAGNE SUR LES RAILSUn nouveau train reliera bientôtMadrid à Barcelone en un tempsrecord. Le Velaro pourrait bien devenir un exemple pour l’Europe.Page 14

UNE TECHNOLOGIE POUR LES CHAMPIONSÀ la veille du coup d’envoi de la Coupe du monde de football, la technologie Siemens est à piedd’œuvre pour garantir une organisation irréprochable. Page 16

COMBINAISON GAGNANTEPréserver nos ressources pour l’avenir,c’est avant tout utiliser la meilleurecombinaison de sources d’énergie :énergie géothermique, centrales électriques à rendement optimisé, stations de dessalement d’eau de mercouplées à des centrales de production d’énergie. Page 12

7P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

pris à Hangzhou. Il ressemble à une flèche etrelie Shanghai en un temps record : 160 kilo-mètres en à peine 20 minutes ! Il y a 30 ans, cetrajet m’aurait pris des heures. Au début, j’aiessayé de regarder par la fenêtre, mais la vitesse est tellement vertigineuse que cela metournait la tête. Je ne parvenais même pas àdistinguer les fermiers dans les champs. D’unautre côté, je me dis qu’aujourd’hui, il n’y aprobablement plus de champs ni de fermiersdans cette région. Tout ce que je peux voir, cesont des lignes haute tension, des autorouteset des villes. Alors j’ai tenté de me concentrer

sur l’écran qui indique la vitesse du train. Maislà encore, ce n’était pas une bonne idée. Savoir que nous voyagions à 430 km/h medonnait mal au cœur. J’ai ensuite discuté avec lepassager assis face à moi, qui m’a expliqué cequi défilait si vite à l’extérieur. C’était tout sim-plement captivant. Il m’a également racontéque ces lignes de tension impressionnantestransportent l’énergie sur des distances deplus de 1000 kilomètres, sans la moindreperte. Une énergie qui provient d’ailleurs decentrales ne produisant presque aucune émis-sion polluante. À propos d’énergie, ce voya-geur utilise un portable muni d’un drôle d’écran transparent. D’après lui, il peut fonc-tionner une semaine entière sans interruption,grâce à une pile à combustible spéciale. Ce n’est pas le cas de mon vieil ordinateur. Ilsemble d’ailleurs que la batterie ait besoin d’être rechargée. Je vais donc devoir l’éteindrepour le moment...

Shanghai, le 15 mai 2020, 20h15.Cher Li,

Je viens littéralement de mettre un pied dans lefutur ! Shanghai ne ressemble plus du tout à lafourmilière de mes souvenirs. Aujourd’hui, c’estun labyrinthe de verre et d’acier, et l’aggloméra-tion me semble au moins deux fois plus grande.J’avoue que je me sens un peu perdu, au milieude cette foule et de ces immeubles gigan-tesques. Pourtant, tout paraît beaucoup plus ordonné. Même l’air que je respire est plus sain.Un policier m’a expliqué que la plupart des voi-tures étaient désormais équipées de moteursélectriques hybrides. Certains fonctionnentmême à l’hydrogène. Quant à la circulation, elleest contrôlée par des systèmes télématiquespermettant de réduire les embouteillages. Celadit, la plupart des habitants préfèrent utiliserl’immense réseau de métro de Shanghai. C’estd’ailleurs ce que j’ai fait pour rejoindre mon hôtel.

@

Lettre au futurChine, 2020. Après plus de 30 années, Jun Yang réalise en-fin son rêve : revoir Shanghai. Aujourd’hui, cette mégapolen’a plus rien à voir avec la ville de ses souvenirs. Il a em-mené avec lui son vieil ordinateur portable pour rester encontact avec son petit-fils par e-mail…

I N F R A S T R U C T U R E S ■ S c é n a r i o 2 0 2 0

8

Et tu ne croiras jamais ce que j’y ai vu : alors quej’entrais dans la rame, j’ai constaté qu’il n’y avaitpas de conducteur ! Tout est automatisé. Légèrement effrayé par cette découverte, j’aivoulu descendre, mais j’ai été littéralementhappé vers l’arrière de la voiture par le flot devoyageurs qui continuaient d’entrer. Alors j’aifermé les yeux en espérant arriver sain et saufjusqu’à ma station. Finalement, il n’y avait pasde quoi s’inquiéter. Bien qu’extrêmement rapide, le voyage s’est fait en douceur. Le tempsd’ouvrir à nouveau les yeux, et j’étais arrivé. Le plus incroyable, c’est que tu n’as pas besoinde t’efforcer de quitter la rame, tu es tout simplement porté jusqu’à la sortie avec les autres passagers.

L’hôtel que tu m’as gentiment réservé est situé aux abords de la rivière Suzhou. Encorenauséabonde et souillée dans mes souvenirs,elle est aujourd’hui le lit d’une eau limpide. Endiscutant avec un promeneur sur la rive, j’ai appris que sa pureté est due à une technologied’épuration innovante qui permet d’en amélio-rer considérablement la qualité. Il m’a suggéréd’en boire un verre pour le vérifier par moi-même, mais je lui ai répondu que je préféraisaller me désaltérer au salon de thé situé àquelques mètres de là.

Shanghai, le 16 mai 2020, 9h20.Mon cher Li,

Tu m’as bien eu ! Ce n’est pas dans un hôtelque tu m’as réservé une chambre, mais plutôtdans un château hanté ! Lorsque je suis entrédans ma chambre, la lumière s’est allumée

@Véritables lignes de vie

reliant les villes et les sociétés,les infrastructures mettent

à notre disposition l’eau, l’énergie, la communication

et le transport. Elles sontl’âme de toute économie

saine. Leader en solutionsd’infrastructure innovantes,Siemens offre des produits

et services permettant d’accroître les rendements

et d’améliorer notre confort et notre qualité de vie,

et ce, dans les mégapolescomme dans les régions

les plus reculées.

toute seule, les stores se sont levés comme parenchantement, et une douce voix féminine, venue de nulle part, m’a souhaité la bienvenue.Mais il y a encore plus étonnant : des requinsnagent juste derrière ma fenêtre ! Je suis alléme réfugier dans la salle de bains pour rassem-bler mes esprits et réfléchir sur ces curieux évé-nements. Et là, nouveau choc : un homme encostume noir est soudainement apparu dans lemiroir et a commencé à présenter les actualités !Tu sais que je ne suis pas froussard, mais je doisavouer que je suis sorti de la chambre en pre-nant mes jambes à mon cou ! À peine avais-jeposé un pied dans le couloir que la lumière dela chambre s’est éteinte et qu’un silence totals’est installé, comme si rien ne s’était passé.

Je suis allé me plaindre auprès du responsa-ble de l’hôtel, qui camouflait difficilement sonamusement. Il m’a raccompagné à ma chambrepour m’expliquer qu’elle n’était pas truffée de fantômes, mais plutôt de technologie moderne. Les requins nagent dans un aqua-rium presque invisible derrière la fenêtre et l’homme en noir n’est autre que le présentateurdu journal télévisé dont l’image est incrustéedans le miroir. Dès qu’un client entre dans lachambre, sa présence est détectée par desmini-capteurs qui commandent l’éclairage.Quant à la charmante voix, c’est celle de Madame Yang, qui a enregistré le message d’accueil. Voilà qui m’a rassuré et qui m’a permisd’apprécier sans crainte le robot aspirateur quinettoie automatiquement ma chambre. Il fautabsolument que j’en parle à ta grand-mère !

■ Florian Martini

9

Les lignes de vie de nos villes et de nos sociétés

a formule du succès de la Rome antique estgravée dans la pierre. Des milliers de kilo-

mètres de routes pavées, parfaitementconçues, quadrillaient cet ancien empire, des-servant un monde en ébullition, dominé par lecommerce et les campagnes de conquêtes. De majestueux et interminables aqueducs ap-provisionnaient les villes en eau potable, et demagnifiques arènes accueillaient les différentsévénements. C’est bien sur les bases d’une solide infrastructure que l’économie et leconfort social ont pu se développer. Et c’est tou-jours le cas, 2000 ans plus tard.

« Ce principe est plus vrai que jamais », nousexplique Michael Bobik, ingénieur des métho-des et responsable du programme Infrastruc-ture et Technologies urbaines de l’Universitétechnique Joanneum de Kapfenberg, en Autriche. « Notre économie et notre style de viesont aujourd’hui indissociables d’une infrastruc-

ture très développée. Ceci se vérifie particuliè-rement dans les centres urbains : imaginez unegrande ville subissant une coupure de courantprolongée en plein hiver. Les conséquencespourraient être catastrophiques. »

La demande en solutions d’infrastructure necessera de s’étendre. En effet, la croissance dela population est continue, et elle s’accompa-gne d’une urbanisation croissante. Les grandesvilles exercent une grande attraction. En 1975, seules quatre villes comptaient plusde 10 millions d’habitants : New York, Tokyo,Shanghai et Mexico. D’ici 2015, il y en aura cinqfois plus. Et Tokyo comptera près de 36 millions d’habitants, soit la population actuelle de l’Argentine.

En 2030, plus de 60 % de la populationmondiale vivra dans les villes. Ces 5 milliardsd’individus partageront de nombreuses exigen-ces : arriver au travail rapidement chaque jour,

être mobile, communiquer sans restrictions. Ilsauront besoin d’une eau potable, d’un systèmed’assainissement efficace, d’une énorme quan-tité d’énergie, et cela, dans un environnementexempt de pollution. « L’infrastructure néces-saire sera impressionnante », ajoute MichaelBobik. « Aujourd’hui, déjà, notre infrastructurerepousse ses limites, notamment en Asie etdans les pays en voie de développement lesplus touchés par l’urbanisation. La tâche seraherculéenne. »

Figurant sans conteste parmi les plus grandsfournisseurs de solutions d’infrastructure dumonde, Siemens est la société la mieux placéepour répondre à ce défi. Elle bénéficie d’une expertise et d’une expérience considérablesdans de nombreux domaines, notamment laproduction et la distribution d’électricité, le trai-tement de l’eau, les transports, les réseaux desoins médicaux et les communications.

L

Les infrastructures dédiées auxtransports, à l’approvisionnement en eau et à l’organisation d’événements publics étaient aussi indispensables dans la Rome antique qu’elles le sont dans nos villes actuelles.

P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

10

I N F R A S T R U C T U R E S ■ T e n d a n c e s

Les récentes acquisitions du groupe viennentd’ailleurs compléter ces compétences. Parexemple, Siemens peut désormais tirer parti dusavoir-faire de VA Technology AG, société autri-chienne de transmission et de distribution d’énergie.

Aujourd’hui, Siemens bénéficie égalementde l’expertise du fabricant d’éoliennes danoisBonus Energy, du spécialiste allemand des en-traînements Flender et de la société pennsylva-nienne Wheelabrator Air Pollution Control, Inc.,spécialiste de la réduction des émissions descentrales électriques. Siemens dispose ainsid’une vaste gamme de produits et services luipermettant d’offrir des solutions à long termerépondant à tous les besoins en infrastructure.

La demande d’infrastructures sophistiquéesest particulièrement élevée dans le secteur de l’énergie. Selon l’Agence internationale de l’éner-gie, la consommation mondiale d’énergie auraaugmenté de plus de 50 % d’ici 2030. C’est la

cycle combiné couplée à une station de dessale-ment d’eau de mer. Cette installation, mise enservice à l’été 2004, est la plus puissante de sacatégorie. À 1 500 mégawatts, elle génère au-tant d’énergie qu’une centrale nucléaire. Elleproduit également 450 000 m3 d’eau potablepar jour, c’est-à-dire suffisamment pour approvi-sionner une grande ville.

C’est également pour répondre à ses préoc-cupations en matière d’approvisionnement eneau que Singapour a fait appel à Siemens. CetÉtat fait face à une sévère pénurie d’eau pota-ble. Les nappes phréatiques et l’eau de pluie nepeuvent répondre qu’à la moitié de la de-mande, et le volume restant doit être importéde Malaisie. « Nous sommes une petite île de

disposait pas de système de transport collectifjusqu’à la fin des années 90. La circulation étaitchaotique, et la pollution croissante. Depuis1999, ces problèmes commencent à trouverleur solution notamment grâce au Skytrain deSiemens, qui transporte chaque jour près de400 000 voyageurs, et à l’arrivée du métro, il y adeux ans, également conçu par Siemens. À par-tir de cette année, une nouvelle liaison permet-tra de parcourir les 28 km séparant la ville del’aéroport en à peine 15 minutes.

En ce qui concerne l’Europe, un train àgrande vitesse signé Siemens couvrira bientôtdes distances considérables. À partir de l’été2006, le Velaro reliera Madrid à Barcelone à unevitesse inégalée de 350 km/h, réduisant ainsi letemps nécessaire pour parcourir ces 650 km desix heures à deux heures et demie.

Pour le moment, ces progrès profitent princi-

raison pour laquelle il existe une demande im-portante en matière de centrales à rendementoptimisé générant peu d’émissions et produisantune énergie à faible coût. À Irsching, en Allema-gne, Siemens participe à la construction d’unecentrale à cycle combiné affichant un rendementglobal de 60 %, soit 1,6 % de plus que le maxi-mum atteint jusqu’ici. Siemens est également àmême de proposer des solutions innovantes enmatière de transmission d’énergie : le câble sous-marin le plus long du monde transfère désormaisl’énergie hydroélectrique de l’île de Tasmanie auxconsommateurs du continent australien, et ce,avec un minimum de perte.

Siemens s’efforce également de satisfairenos besoins en approvisionnement en eau. Pre-nons l’exemple de l’émirat d’Abu Dhabi. Cette ré-gion connaît une forte pénurie d’eau et néces-site une grande quantité d’énergie pourrépondre aux besoins de son industrie et de sapopulation en forte croissance. La solution four-nie par Siemens se compose d’une centrale à

quatre millions de personnes, et nous devonsinvestir dans des infrastructures et des techno-logies parmi les plus sophistiquées du monde »,nous explique Tony Tan, ancien vice-premierministre de Singapour. Siemens a répondu auproblème en apportant une solution innovante :une station d’épuration d’eau utilisant des filtresà membranes et une désinfection aux ultra-violets pour convertir les eaux usées en eau potable. Aujourd’hui, cette technique de recy-clage permet de produire chaque jour 40000 m3

d’eau potable. D’ici 2012, Singapour envisagede faire passer cette capacité de production à210 000 m3, afin de couvrir 20 % de sa consom-mation d’eau totale.

Siemens et la mobilité. Les réseaux detransport représentent également un élémentd’infrastructure majeur, notamment dans lesgrandes villes. « Les réseaux routiers et ferro-viaires sont indispensables au développementde la production et du commerce », nous ex-plique Michael Bobik. Bangkok, par exemple, ne

palement aux pays industrialisés. Mais d’autresrégions pourraient bientôt en bénéficier. Selonles Nations Unies, l’absence d’infrastructured’approvisionnement en eau est responsable deplus de 80 % des maladies et de plus du tiers dela mortalité dans les pays en voie de développe-ment. Dans de nombreuses régions, c’est l’accèsaux réseaux d’électricité et de téléphone qui faitcruellement défaut : les hôpitaux et les écolessont privés de moyens pourtant rudimentaires.

Siemens a créé des infrastructures de basedans plusieurs pays d’Afrique, ainsi qu’au Vietnam.Par exemple, depuis ces trois dernières années,la société a installé des stations d’épurationd’eau et des systèmes à énergie solaire dansplusieurs villages du Gabon. D’après Henri Randriamanana, ingénieur chez Siemens,« pour de nombreux individus, ce projet a étél’occasion d’entrer dans une nouvelle ère ». Siemens,également très présent au Nigeria depuis lesannées 50, y a installé 70 % du réseau télépho-nique fixe. Le Kenya sera bientôt intégré au réseaumondial large bande via un réseau à fibre optiquesophistiqué. Une partie du système de santé del’Afrique du Sud répond désormais aux normesinternationales. À Durban, par exemple, l’hôpitalInkosi Albert Luthuli bénéficie des tout dernierséquipements médicaux Siemens. Le papier atotalement disparu des processus, toutes lesdonnées médicales sont collectées dans des fichiers électroniques. Il s’agit désormais ducentre médical le plus moderne du continent.Là encore, l’infrastructure apparaît comme labase de tout développement économique et duprogrès social... comme à Rome il y a 2000 ans.

■ Florian Martini

Énergie, eau, transport, communications —Siemens se charge de toutes les infrastructures.

Infrastructures modernes dédiées au transport et au traitement de l’eau. Une gare accueillant leTransrapid à Shanghai (à gauche) et une station d’épuration municipale à Singapour (à droite)

11

elon une étude menée dans le cadre duprogramme des Nations Unies pour les

établissements humains (Habitat), en 2007, 1 individu sur 2 habitera en ville. D’ici 2015, le nombre de villes de plus d’un million d’habi-tants passera de 300 à 560. 350 millions d’habitants vivront alors dans des mégalopolesde plus de 10 millions d’habitants. Résultat :l’urbanisation galopante et la croissance écono-mique rapide feront croître de manière expo-nentielle le besoin en infrastructures moder-nes, notamment dans le domaine de l’énergie,de l’eau et du transport.

Dans son rapport sur la situation énergé-tique mondiale en 2005, l’Agence internatio-nale de l’énergie (AIE) prévoit d’ici 2030 unehausse de plus de 50 % de la consommationd’énergie primaire dans le monde, les deuxtiers des ressources provenant de pays en voiede développement. Selon le rapport statistiqueédité par BP (« Statistical Review of WorldEnergy »), la consommation d’énergie mon-diale a augmenté de 4,3 % rien qu'en 2004.Selon Peter Davies, Directeur de la stratégie

Pékin mise sur les énergies renouvelables quidevraient voir leur part augmenter de 7 % à 15 %.

Il faudra également à l’avenir répondre auxénormes besoins d’infrastructures pour la ges-tion de l’eau et le traitement des eaux usées.Aujourd’hui, à l’échelle mondiale, 2,4 milliardsd’individus vivent dans des régions insuffisam-ment équipées en réseaux d’assainissement.Par ailleurs, 1,2 milliard d’individus n’ont pasaccès à l’eau potable. D’ailleurs, la Banquemondiale estime à 600 Md $ le besoin mondialen investissements dans ce domaine dans lesdix prochaines années. Les infrastructuresvieillissantes des pays industrialisés ont également besoin d’être rénovées : le besoinen renouvellement aux Etats-Unis devraient,dans les 20 prochaines années, se monter àplus de 450 milliards de dollars, selon la société suisse de gestion d’actifs, SustainableAsset Management.

Les infrastructures de transport devrontégalement relever des défis majeurs. En Europe occidentale, il existe 170 réseaux detransport urbains et 36 réseaux métropolitains.

I N F R A S T R U C T U R E S ■ P r é s e n t e t F u t u r

S

0

5

10

15

20

25

30

35

0

10

20

30

40

50

Tokyo

New YorkSéoul

Mexico City

Sao Paulo

Mumbai

Los Angeles

Buenos Aires

Shanghai

La Ruhr

Le Caire

MoscouParis

Istanbul

Johannesburg

% du produit intérieur brut

Population en millions

Afrique0

329

+127,4% +79,64% +2,38% +44,36% +35,63% +29,17%

748

Sour

ce :

Mün

chen

er R

ück

(200

5)

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

Asie Europe AmériqueLatine

Amériquedu Nord

Océanie

1 483

2 664

530 545 417602

261 354

24 31

2003 2030

Populationen millions

Sour

ce :

SCI V

erke

hr 2

004,

pla

tefo

rmes

de

voie

s pr

évue

s po

ur le

s TG

V

19990

2 500

5 000

7 500

10 000

12 500

15 000

AsieEurope hors AllemagneAllemagne

2004 2010 2015 2020

Longueur du réseau fer-roviaire en km

Sour

ce :

AIE

, Nat

ion

s U

nie

s, S

iem

ens

PG

1980J = par an0

5 000

10 000

15 000

20 000

25 000

30 000

Pays en voie de développement et nouvellement industrialisés

Pays industrialisés (OCDE), CEI,Europe de l’Est

Population mondialeen milliards

2000 2020

Consommationélectrique en

milliards de kWh

4,4

+1,6% /J

+6,6% /J

+4,2% /J

+2,2% /J15%

85%71%

60%

40%

+1,6% /J

+1,2% /J

6,1

8,0

29%

économique chez BP, les chiffres parlent d'eux-mêmes : « 2004 marque la plus forte crois-sance annuelle jamais enregistrée et la plusforte hausse en pourcentage depuis 1984 ».Toujours en 2004, la consommation d’énergiea augmenté en Chine de plus de 15 %. Avec13,6 % de la consommation mondiale, laChine se place désormais en deuxième posi-tion, derrière les Etats-Unis (22,8 %). A titre decomparaison, la consommation d’énergie enAllemagne représente 3,2 % de la consomma-tion mondiale, les 25 pays de l’Union euro-péenne dans leur ensemble comptant pour16,8 %. D’ici 2030, le besoin cumulé en inves-tissements dans le domaine énergétique devrait atteindre 17 000 Md $, la moitié dansles pays en voie de développement et nouvelle-ment industrialisés. En Chine, les capacités deproduction d’électricité devraient doubler d’ici2020. Même si aujourd’hui les centrales aucharbon représentent 70 % de la production,

Selon l’Union Internationale du Transport Public (UITP), ce chiffre devrait connaître unehausse de plus de 50 % d’ici 2025. La plupartdes régies d’exploitation des réseaux métropo-litains vont devoir renouveler leurs matérielsroulants et leurs systèmes de signalisation etenvisagent d'opter pour des rames entière-ment automatisées, sans conducteur. En Asie,hormis le Japon, de nombreuses grandes villesne disposent pas encore de système detransport public suffisant pour répondre auxbesoins. Une étude menée en 2003 par unesociété de conseil allemande (SCI VerkehrGmbH), le volume annuel du marché des rames de métro en Asie devraient augmenterprochainement pour passer de 430 Mio à plusd’ 1 Md $ par an. L’exemple des Etats-Unis, oùles automobilistes perdent chaque année prèsde 3,5 milliards d’heures dans les embouteilla-ges, montre clairement les bénéfices du déve-loppement des transports publics, tant pour

l’environnement que pour l’économie en général.Dans le transport longue distance, les trains

à grande vitesse vont gagner en importance,notamment en Asie. Les chemins de fer chinoisont commandé à eux seuls 200 trains à grandevitesse, qui seront livrés d’ici 2009. Au Japon,les Shinkansen, trains à grande vitesse de seconde génération, doivent remplacer les modèles existants. En Europe, le réseau TGV vapasser de 2 500 km à plus de 9 000 km d’ici2015. Pour 2010, SCI estime que le volume annuel du marché mondial pour les trains àgrande vitesse devrait passer à 3 Md $. Selonune étude Frost & Sullivan de 2005, le marchédu matériel ferroviaire augmentera fortement.Rien qu’en Europe, la demande en systèmes de transport intelligents, en électronique, encapteurs et ordinateurs de supervision maisaussi en systèmes de communication, devraitpasser de 1,1 Md à quelque 1,6 Md $ par an en2011. ■ Sylvia Trage

EXTENSION DU RESEAU FERROVIAIRE

CONSOMMATION ELECTRIQUE

MEGALOPOLES : PART IMPORTANTE DANS LE PIB EXPLOSION DEMOGRAPHIQUE DANS LES VILLES

2003 2015

Sour

ce :

Wor

ld U

rban

izat

ion

Pros

pect

s (2

003)

Croissance des mégalopoles(> 750 000 habitants en 2000)

P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Boom des mégalopoles

mation. « Les capacités de production énergé-tique de l’Allemagne ne sont plus ce qu’ellesétaient, d’autant que de plus en plus de cen-trales nucléaires doivent être démantelées »,signale Alfred Beck d’E.ON. C’est la raison pourlaquelle, à partir de cet été, Siemens se lanceradans la construction d’une nouvelle unité quiva décupler les performances de la centraled’Irsching en termes de rendement et d’écono-mie. Elle développera une puissance jusqu’iciinégalée de 340 mégawatts (MW) pour uneseule turbine à gaz. Après une phase de test,elle sera préparée pour un fonctionnement encycle combiné et utilisera l’échappement de laturbine à gaz pour accroître sa puissance (voirgraphique ci-contre). La centrale afficheraalors une puissance totale de 530 MW et unrendement de 60 %, surpassant ainsi de 1,6 %la centrale de Mainz-Wiesbaden (égalementconçue par Siemens) jusqu’ici détentrice du re-cord de puissance. « En matière de technolo-gie, nous entrons réellement dans une nou-velle ère », explique Johannes Teyssen, Directeurgénéral d’E.ON Energie AG, « et ce rendementsupérieur devrait nous permettre de réduirenos coûts de production énergétique ».

Dès sa mise en service en 2011, la centraled’Irsching fera également figure d’exemple enmatière de protection climatique, puisque l’onprévoit une baisse annuelle des émissions dedioxide de carbone d’environ 40 000 tonnespar rapport aux centrales conventionnelles actuelles. Ces performances sont le résultat dediverses avancées technologiques telles que la

conception des aubes assistée par ordinateuret l’utilisation de nouveaux matériaux capablesde résister à des charges mécaniques plus for-tes et permettant ainsi d’utiliser des aubes pluslarges. Ces dernières seront recouvertes d’unrevêtement céramique supportant des tempé-ratures de gaz d’échappement et de combus-tion plus élevées, d’où une installation plusrentable puisque le rendement d’une centraleest déterminé par la différence entre la tempé-rature du gaz entrant dans la turbine et celle dela vapeur qui s’en échappe.

Plus d’énergie à partir du refroidisse-ment. À Kårstø, en Norvège, au nord de Stavanger, Siemens construit une centrale à cyclecombiné de 420 MW dont la mise en serviceest prévue pour l’été 2007. Elle acheminerason eau de refroidissement depuis la Mer duNord. « Ceci permet d’accroître le rendementde 1 % par rapport à une centrale utilisant l’eauplus chaude des fleuves tels que le Danube oule Rhin », explique Martin von Hassel, chef deprojet chez Siemens Power Generation. « Paral-lèlement à cela, nous avons également réaliséde nombreux progrès techniques ».

Par exemple, le disque rotor de la turbine àgaz peut se déplacer sur son axe afin d’offrirune meilleure étanchéité, minimisant ainsi lespertes de gaz chauds s’échappant entre les au-bes et la carcasse. La centrale comporte égale-ment une turbine basse pression qui optimisel’utilisation de la pression de la vapeur. À l’ins-tar de la centrale d’Irsching, celle de Kårstødispose de deux turbines à vapeur en série quiextraient l’énergie des gaz d’échappementchauds, faisant ainsi monter le rendement global à près de 60 %. Autre atout, le conver-tisseur catalytique de la centrale réduit lesémissions d’oxyde d’azote des gaz d’échappe-ment à seulement deux parties par million(ppm). Aux États-Unis, des centrales compara-bles, produisant 4 à 5 fois plus d’émissions,sont considérées comme très propres.

Les installations de production énergétiqueau charbon tirent de nombreux avantages de la technologie moderne. Le rendement moyendes centrales thermiques au charbon en Allemagne est actuellement d’environ 37 %. Encomparaison, la centrale thermique Waigaoqiao III,près de Shanghai (pour laquelle Siemens doitfournir un alternateur ainsi que les composantsprincipaux des deux turbines à vapeur de

12

I N F R A S T R U C T U R E S ■ C e n t r a l e s é l e c t r i q u e s

Plus d’énergie, moins d’émissionsCroissance de la population et développement économique necessent d’accroître la consommation mondiale d’énergie, notam-ment dans les centres urbains. Pour répondre à la demande, touten respectant l’environnement, il devient nécessaire d’optimiserl’exploitation des combustibles fossiles et d’utiliser au mieux lesénergies renouvelables. Quatre projets Siemens montrentactuellement la voie.

En décembre 2005, au moment où s’achevait, à Montréal, la Conférence des

Nations Unies sur les changements climatiques, les 10 000 délégués représentant189 pays avaient toutes les raisons de se montrer optimistes. Ils venaient d’entérinerune résolution visant à étendre le Protocole deKyoto au-delà de 2012 et à renforcer ses exigences, notamment en ce qui concerne laréduction de la production de gaz à effet deserre. Pourtant, au vu de la croissance de la population et du développement économique,la consommation mondiale d’énergie atteindrabientôt des niveaux sans précédent. Le seulmoyen efficace pour limiter les émissions degaz à effet de serre repose sur la volonté desgouvernements d’optimiser l’exploitation descombustibles fossiles et de promouvoir l’utilisa-tion de sources d’énergie renouvelables.

Les pouvoirs publics doivent travailler étroite-ment avec les industriels pour trouver des solu-tions innovantes dans ce domaine. À Montréal,le groupe d’experts international sur le climat adésigné Siemens comme pionnier de la protec-tion climatique sur ces 10 dernières années.

Illustrant l’engagement du groupe dans laprotection de l’environnement, cet article dé-crit 4 projets récents de Siemens dans le domaine de la production d’énergie écologique,notamment la centrale gaz-pétrole exploitée parE.ON Kraftwerke GmbH à Irsching en Bavière.

Depuis 1995, les prix élevés du gaz limitentl’utilisation des turbines à vapeur à quelquesjours par an, pour couvrir les pics de consom-

U N E É N E R G I E S O U T E R R A I N E I N T A R I S S A B L E

Sous la terre, la température de la roche augmente de 3°C tous les 100 mètres. Un tiers de cette chaleur est généré par la pression des strates, et les deux autres tiers par la décomposition des éléments radioactifs de l’écorce terrestre, à savoir l’uranium et le thorium. À 3 km de profondeur, la température est comprise entre 80 et 120°C. 2 km plusbas, elle s’élève à 130, voire 160°C. À cette température, l’eau des aquifères (nappes remplies d’eau souterraine naturelleou réinjectée par l’homme) s’évapore instantanément lorsqu’elle est pompée jusqu’à la surface. Cependant, la pression générée n’est pas suffisante pour entraîner efficacement une turbine. La solution consiste à utiliser un échan-geur thermique, comme dans le cas de la centrale d’Unterhaching. Au sein de l’échangeur, l’eau géothermale chauffe unfluide dont l’ébullition se produit à une température bien inférieure (50°C, par exemple).La vapeur générée par ce fluide produit une pression considérablement plus importante que l’eau à 122°C et entraîne beau-coup plus efficacement la turbine. À sa sortie de l’échangeur thermique, l’eau est réinjectée dans le sol. Jusqu’ici, la méthodestandard reposait sur le cycle de Rankine : les turbines sont entraînées via l’utilisation de chlorofluorocarbones (point d’ébulli-tion : 40 à +50°C), nocifs pour l’environnement, ou d’isobutane (point d’ébullition : 11,7°C). Les dernières centrales géother-miques utilisent le cycle de Kalina (du nom de l’ingénieur russe Alex Kalina) dont le principe repose sur un mélange d’eau etd’ammoniaque pouvant être chauffé bien au-delà du point d’ébullition de l’ammoniaque (33,7°C). L’ammoniaque s’évaporebeaucoup plus vite, accroissant ainsi le rendement de l’échangeur thermique, et optimisant l’exploitation de l’énergie tirée del’eau géothermale. Grâce à ce mélange d’eau et d’ammoniaque, le rendement des centrales basse énergie à turbines à vapeurest optimal, surtout lorsqu’elles utilisent une source à température faible, telle que l’eau géothermale. Le principe du cycle deKalina est assez similaire à celui d’un système thermique standard utilisant de la vapeur d’eau pure.

Turbine Alternateur

Condenseur

Pompe de condensation

Pompe d’eau de refroidissement

Eau de refroidissement

Air et vapeur d’eau

Electricité

Vapeur d’ammoniaque

Tour de refroidisse-ment

Eau chaude

Puits de réinjectionZone géothermale -3 km de

profondeurPuits d’extraction

Pomped’alimen-

tation

13P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

La turbine à gaz prévue pour la centrale à cycle combiné d’Irsching délivre une puissance de 340 MW. À Unterhaching, en Bavière, une nouvellecentrale géothermique (Cf. photos p.12) produira bientôt de l’électricité enexploitant la chaleur souterraine. Les simulations montrent la salle des machines et la façade.

1000 MW) affichera un rendement de 45 %. Elle devrait entrer en service en 2009. La Chine, quicouvre déjà les deux tiers de sa consommationd’énergie avec le charbon produit sur place, estimpatiente d’accroître encore sa capacité de production énergétique.

Waigaoqiao III utilisera un cycle à vapeurd’eau ultra-supercritique (jusqu’à 270 bars à600°C), permettant d’optimiser l’utilisation del’énergie et d’atteindre un rendement plus élevé.Ceci implique l’utilisation de nombreux compo-sants à haute température, tels que l’arbre, lesaubes et la carcasse d’une turbine haute etmoyenne pression, d’où le recours à des concep-tions innovantes à partir de nouveaux maté-riaux. Les chercheurs envisagent, par ailleurs,d’augmenter les températures d’exploitationjusqu’à 700°C.

Énergie souterraine. La géothermie (c’est-à-dire la chaleur souterraine) permet de produirede l’énergie sans générer d’émissions ni utiliser decombustibles fossiles : deux bonnes raisons pourlesquelles Siemens Industrial Solutions and Servi-ces (I&S) construit actuellement une centralegéothermique ultramoderne à Unterhaching,près de Munich, en Allemagne. À 3300 m de pro-fondeur, une nappe aquifère stocke une eau at-teignant une température de 122°C. Cette eaus’évapore instantanément sous l’effet de la pres-sion atmosphérique, un phénomène qui ne suffitpas à entraîner efficacement une turbine, puis-qu’une température d’au moins 180°C serait né-cessaire. On utilise donc un échangeur thermique qui transfère l’énergie thermique del’eau à un fluide dont l’évaporation se produit à

température bien inférieure. La vapeur obtenueest alors utilisée pour entraîner la turbine.

Il s’agira de la première centrale en Allemagneutilisant le procédé de Kalina pour l’échange dechaleur (voir encadré). « C’est l’énergie renouve-lable par excellence », nous confie Roland Lutzde Siemens I&S, « il suffit de forer le sol, puisd’exploiter une chaleur souterraine toujours

Centrale à cycle combiné :1 Arrivée d’air 2 Compresseur 3 Turbine à gaz4 Alternateur utilisant la

vapeur d’échappement5 Alternateur6 Transformateur7 Turbine à vapeur8 Condenseur9 Pompe de condensation10 Pompe d’alimentation11 Pompe d’eau de

refroidissement12 Accouplement

12 3

4

5128 7

6

9

11

10Air

Gaz naturel Vapeur

Électricité

disponible ». D’après les ingénieurs, la centraledélivrera une puissance de 3,36 MW, c’est-à-diresuffisamment pour couvrir la consommationd’environ 6000 foyers de 4 personnes. Sa miseen service est prévue pour l’été 2007.

Dans le domaine des énergies renouvela-bles, la législation allemande prévoit un soutienfinancier garantissant un prix de l’électricité de0,15 € par kWh : une façon d’aider la centrale àdemeurer viable à long terme sur le plan com-mercial. Sur les 150 litres d’eau pompés chaqueseconde, 25 seront acheminés vers un réseaude chauffage urbain couvrant les besoins deprès de la moitié des 20 000 habitants d’Unterhaching. Chaque année, cette centralepermettra de réduire considérablement lesémissions : 12 000 tonnes de CO2, 7 tonnes dedioxyde de soufre et près de 100 tonnes d’oxyded’azote en moins. ■ Bernhard Gerl

Une centrale géothermique couvre les besoins de milliers de foyers en électricité et en chauffage

Medikamente mit eingebauter Qualität Starre Behördenvorschriften lassen bei der Herstellung von Arz-neimitteln bislang wenig Spielraum für Innovationen. Oft bleiben die Verfahren vom Zeitpunkt der Zulassung an unverändert – zuweilen jahrzehntelang. Künftig verbessertmodernste Technik die Qualität in der Pharmaproduktion.

pour la tension du réseau espagnol de 25 kV, aulieu de 15 kV en Allemagne.

Comme pour l’ICE 3, la motorisation, les équi-pements de freinage et les transformateurs sontrépartis sous le plancher de la rame. Les ICE depremière et deuxième générations, en revanche,étaient tractés par une motrice de type locomo-tive. Grâce à la répartition sous le plancher de larame, les passagers disposent de plus de place.Même l’espace situé directement derrière la cabinede conduite leur est réservé. Dans le Velaro E, leschemins de fer espagnols (RENFE) ont aménagécet espace en salon avec table de conférence enverre, qui peut être loué par exemple pour lesvoyages d’affaires. Le Velaro E compte égalementune classe « Club », qui équivaut à une 1ère classeaméliorée, ainsi qu’une classe « Preferente » etune classe « Tourista », qui correspond à une 2ème

classe. Chaque classe est équipée d’une kitchenetteoù sont proposés divers plats et boissons, qui sontdirectement servis aux places assises dans les zones « Club » et « Preferente ». « Pour le voyageurespagnol, le service et l’environnement sont en-core plus importants qu’en Allemagne, » souligneAngel Perez-Cerezo, de la division SiemensTransportation Systems et responsable de la miseen service et de la formation sur site dans le cadredu projet « Velaro E ». « Pour la RENFE, outre lescaractéristiques techniques, les équipementsproposés ont été décisifs ».

La Chine à 300 km/h. Notre concept ferro-viaire n’a pas seulement séduit L’Espagne. LaChine a également commandé 60 trains àgrande vitesse, basés sur la plateforme Velaro. LeVelaro asiatique doit être prêt pour les J.O. de2008 à effectuer le trajet entre Pékin et Tianjin,où auront lieu certains des grands matchs de foot-ball. La puissance électrique des caténaires permetcependant une vitesse maximale de 300 km/h « seulement ». Les travaux de conception et

auquel il ressemble parfaitement de l’extérieur,à l’exception de sa livrée blanche et bleue. Pourrépondre aux particularités du climat espagnol,quelques modifications essentielles ont cepen-dant été apportées, le plus souvent sans paraî-tre aux yeux des voyageurs. Il s’agit par exempled’un système de climatisation très puissant ca-pable de produire suffisamment d’air froid parune température extérieure de 50°C. Maiscomme les températures peuvent être relative-ment basses en hiver en certains points du tra-jet (jusqu’à 1 200 m d’altitude), le système declimatisation est équipé pour des températuresdescendant jusqu’à -20°C. Les ingénieurs d’Erlangen ont également adapté le système defreinage à la vitesse plus élevée du Velaro E. Etpour permettre le maintien de la vitesse depointe sur de longues distances, ils ont déve-loppé un transformateur plus puissant, conçu

L’Europe àgrande vitesseLes Etats de l’UE comptent 22 systèmes de signalisation et decontrôle des trains différents. A l’avenir cependant, le passagedes frontières sera simplifié par le système unifié ETCS, dont té-moigne déjà en Espagne Velaro E, le train le plus rapide d’Europe.

Le Velaro E file comme une flèche… il parcourt les 650 km qui séparent Madrid de Barcelone en deuxheures et demie seulement,c’est-à-dire à peine la moitiédu temps nécessaire à sesprédécesseurs.

ur le trajet de Madrid à Barcelone, l’Espagnedévoile toute sa beauté originelle à travers le

haut plateau désert qui borde les Monts Ibé-riques. A partir de l’automne 2006, les voyageursprofiteront d’une vue panoramique sur cette ré-gion montagneuse que traversera le nouveautrain à grande vitesse espagnol Velaro E. Le Velaro E,dont le nom dérive de VELocidad Alta (grande vi-tesse) España, est le train de voyageurs le plus ra-pide d’Europe, développé par la division SiemensTransportation Systems (TS) à Erlangen. Sa vi-tesse de pointe de 350 km/h lui permet de par-courir les 650 km de son trajet en deux heures etdemie seulement. Aucun autre train n’est en me-sure de parcourir une telle distance aussi rapide-ment. Avec l’ancienne ligne, le voyage durait plusde six heures.

Le Velaro E à la silhouette élancée est uneversion améliorée de l’ICE de la Deutsche Bahn,

S

14

I N F R A S T R U C T U R E S ■ Tr a i n s à g r a n d e v i t e s s e

Grâce à la motorisation répartie sous le plancher de la rame, le Velaro E offre plus d'espace pour les passagers.

15

d’ingénierie ainsi que la production des trois premières rames sont réalisés par Siemens en Allemagne. Les rames suivantes seront construitesdans une usine du partenaire chinois Tangshan Locomotive & Rolling Stock Works. La version chi-noise du Velaro est un peu plus large que la ver-sion européenne et accueille plus de passagers.

« Avec le Velaro, nous avons sans aucundoute développé un concept de train à grandevitesse qui séduira l’ensemble du marché mon-dial, » affirme Christian Schlegel, responsablechez TS de la prospection de clientèle à l’inter-national. « Le succès de ce train repose cepen-dant sur notre capacité à l’adapter à moindrescoûts aux nombreuses spécificités nationales ».C’est ainsi que la Russie s’est également mon-trée intéressée. A l’avenir, le Velaro pourrait filerentre Moscou et Saint-Pétersbourg. Mais en rai-son des caténaires à 3 kV, il sera limité à une vi-tesse maximale de 250 km/h.

Une Europe sans frontières. Dans le cadrede l’harmonisation du transport ferroviaire à l’échelle européenne, le Velaro E est un exemple àdouble titre. D’une part, il est le premier train àgrande vitesse à satisfaire à la norme européenneSTI (Spécifications Techniques d’Interopérabilité),qui définit notamment des standards harmonisésconcernant la protection incendie et la sécurité en

cas de choc. D’autre part, il est doté du nouveausystème européen de contrôle des trains ETCS(European Train Control System). L’ETCS pose lesjalons du transport ferroviaire international car ilpermettra d’éviter l’arrêt des trains aux frontièrespour changement de locomotive. Les trains pour-ront ainsi relier l’Europe du Nord à la mer Médi-terranée d’une seule traite. Aujourd’hui cepen-dant, l’Europe compte encore 22 systèmes decontrôle des trains différents : la signalisation estaussi variée que les équipements de sécurité quiéquipent les locomotives. Rares sont les locomoti-ves capables de franchir les frontières sans ren-contrer des problèmes techniques.

Dans les années à venir, l’ETCS conduira à l’harmonisation des standards nationaux enmatière de signalisation. Le principe est simple :les conducteurs reçoivent les consignes d’ex-ploitation, comme la vitesse maximale autori-sée, via le système de radiocommunicationGSM-R développé spécialement pour les appli-cations ferroviaires. Grâce aux stations d’émis-sion-réception situées le long de la voie, lestrains sont en contact permanent avec le postede contrôle centralisé. Selon le niveau de déve-loppement de l’ETCS, le conducteur reçoit tou-tes les informations dans son poste de conduiteet garde les commandes du train (niveau 1) oubien la conduite du train est entièrement auto-matique (niveau 3). Le train détermine sa posi-tion au moyen de balises, sortes de bornes kilo-métriques électroniques installées sur lestraverses de la voie ferrée. L’activation et la lec-ture de ces petites unités radio s’effectuent aupassage du train, par impulsion radio. Le traincommunique automatiquement sa position ac-tuelle à la station d’émission-réception via le

système GSM-R, largement répandu. L’avantagede cette signalisation est donc son fonctionne-ment dans tous les pays européens. A l’avenir,tous les trains s’appuieront sur ce système radiounifié, quel que soit le pays traversé. Les nom-breuses signalisations spécifiques de chaquepays deviendront ainsi obsolètes.

L’ETCS au service de l’environnement.L’ETCS possède un autre atout, son interopérabi-lité : il fonctionnera non seulement au-delà desfrontières, mais également indépendamment desconstructeurs. Aujourd’hui, l’Europe compte déjàde nombreuses lignes sur lesquelles l’ETCS est enessai, aux Pays-Bas ou en Allemagne par exemple.Pour vérifier si ce système est à la hauteur des at-tentes, Siemens en a équipé un train expérimen-tal, sur la base d’une motrice Desiro. « Lors d’essais aux Pays-Bas en collaboration avec despartenaires tiers, le système s’est révélé pratique-ment aussi performant qu’en Allemagne, » explique Stephan Klein, expert de l’ETCS au seinde Siemens TS à Berlin.

« D’un point de vue technique, l’ETCS est aupoint depuis longtemps déjà, » constate Ralf Kaminsky, responsable de l’ETCS chez TS àBraunschweig. « De plus, pour stimuler letransport ferroviaire, l’UE a imposé le concept d’in-teropérabilité à tous les Etats membres ». Mais ledéploiement de l’ETCS sur l’ensemble du territoireeuropéen prendra du temps. Les Etats et les so-ciétés de chemins de fer ont en effet des intérêtsdivergents. Des pays comme l’Allemagne et laFrance qui ont déjà mis en place un système decontrôle des trains sophistiqué et performantvoient en l’ETCS des coûts supplémentaires qui,dans un premier temps, n’apporteront aucune va-leur ajoutée au niveau national. Ralf Kaminskyajoute : « En revanche, les pays qui ne disposentpas encore d’un tel système souhaitent introduirel’ETCS au plus vite ».

En conséquence, les experts de l’industrie ferro-viaire pensent que l’utilisation de l’ETCS se limiteradans un premier temps aux principaux couloirsferroviaires transeuropéens, par exemple pour lefret de Rotterdam à Gênes. Le recours au rail pourtraverser l’Allemagne et les pays alpins déconges-tionnerait considérablement la route et serait beau-coup plus rapide que le transport par bateau unefois le problème du passage des frontières réglé. Enoutre, l’ETCS permettra d’augmenter la fréquencedes trains, pour une meilleure utilisation de la ca-pacité du réseau ferroviaire. « Les atouts de l’ETCSsont évidents, » déclare Ralf Kaminsky. Pour lui, cen’est qu’une question de temps avant que les trainsne se repèrent par radiocommunication à traversl’Europe. Dans tous les cas, le Velaro E sera l’un despremiers trains à grande vitesse guidé par l’ETCS,sur son trajet entre Madrid et Barcelone.

■ Tim Schröder

P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

L E P A S S A G E D U B R E N N E R E N T O U T E L I B E R T É

En matière d’harmonisation ferroviaire, l’Europe a encore à faire. A la frontière entrel’Autriche et l’Italie, par exemple, les trains doiventchanger de locomotive et même de conducteur,en l’absence d’un permis européen de conducteurde train. Cet arrêt imposé d’une heure pour réor-ganisation nuit notamment au fret ferroviaire,ainsi désavantagé par rapport au transport routierà la fois plus souple et moins cher. Mais la loco-motive quadricourant de Siemens stimule désor-mais la compétitivité du rail. Depuis quelquesmois, des trains de marchandises dotés de cettelocomotive circulent sur le principal axe transal-pin, sans arrêt au Brenner, et ce grâce à des systè-mes électroniques et de contrôle des trains per-fectionnés, compatibles en Autriche, enAllemagne et en Italie. Outre des feux à diodes

électroluminescentes modulables et des affi-cheurs multilingues, cette locomotive high-techest équipée de quatre pantographes différents,dépliés alternativement en fonction de la ten-sion du réseau (photo). Si une locomotive entreen gare du Brenner en provenance de l’Italie,par exemple, le conducteur replie le pantogra-phe « italien », parcourt sur l’erre les quelquesmètres les séparant de l’Autriche puis déplie lepantographe « autrichien ». Cette procédure quine dure que quelques minutes autorise un plusgrand nombre de trains sur moins de voies,tout en permettant aux exploitants ferroviairesd’employer moins de locomotives. Elle garantitainsi une réduction des coûts et rabat le traficde la route vers le rail, au bénéfice de l’environ-nement. « En 2005, notre volume brut detransport a augmenté de quelque 30 %, à plusde 5 millions de tonnes, notamment grâce à lanouvelle locomotive, » déclare Harald Schmitt-ner, Directeur de la société Lokomotion, qui ex-ploite les nouveaux trains Siemens sur la ligneMunich-Vérone. « Une croissance de 30 % dutrafic ferroviaire correspond à environ 200 000trajets par poids lourds en moins, dans une ré-gion où la pollution est un sujet sensible. »

■ Florian Martini

L’Europe sans frontières : une locomotiveETCS de Siemens au Brenner.

Télébilletterie

Gestion relations clients

Divertissement à domicile / TV numérique / jeux sur téléphones portables

Régulation du trafic /télématique

Poste de secours

Sécurité des technologies de l’information

Système de gestion de sécuritéAlarme

anti-intrusion

Centre de contrôle

Système d’éclairageAutomatisation des bâtiments

Loges et bureaux

Salle de conférence

Alimentation en énergieGestion technique des bâtiments

Distribution d’énergie

Système de gestion de parking

Surveillance vidéo Détecteur d’incendie

Informations des visiteurs

Contrôle d’accèsIdentification

Système de sonorisation

Communication des données

Grand écran

I N F R A S T R U C T U R E S ■ Te c h n o l o g i e s d u s p o r t

16

L’Allianz Arena à Munich (à gauche et àdroite) : un des 12 stades de la Coupe dumonde de football 2006. A Munich commesur les autres stades, la technologie Siemens fera de cette compétition un moment inoubliable.De l’éclairage (à droite) au contrôle d’accès(ci-dessous), en passant par les systèmesde sécurité, la gestion technique des bâtiments et les systèmes d’information,sans oublier les centres de régulation dutrafic à Berlin et dans la Ruhr.

Une technique de champion du mondeSiemens fournit dans le monde entier des solutions complètes en matière d’infrastructures pourles grands événements sportifs. Et ce sera bien sûr le cas pour la prochaine Coupe du monde de football en juin 2006. Les spécialistes Siemens se sont préparés de longue date à ce grand événement. Les 12 stades de la Coupe du monde en Allemagne seront équipés en technologie Siemens dernier cri : des projecteurs pour l’éclairage en passant par les systèmes de sécurité,sans oublier les systèmes intelligents de régulation du trafic aux abords des stades.

Le 9 juin 2006, à 17h55, l’Allianz Arena ac-cueillera le match d’ouverture de la Coupe du

monde de football qui opposera l’Allemagne auCosta Rica. Alors que les clameurs des suppor-teurs retentiront dans le stade en attendant lecoup d’envoi, la tension sera à son comble pour lesforces de l’ordre, les équipes de secours, l’équipechargée de la sécurité et les stadiers. Pour menerà bien leur mission, ils devront faire appel à latechnologie Siemens, sans même le savoir.

Thomas Brodocz, responsable du projetCoupe du monde 2006 chez Siemens, se réjouis-sait déjà en janvier : « Les 12 stades de la Coupedu monde sont prêts. Nous avons développé dessolutions sur mesure pour chacun d’entre eux.Nous avons installé les systèmes de sécurité etde gestion technique des bâtiments, les systè-mes de détection d’incendie, la surveillance vidéo, l’éclairage et les systèmes de contrôle d’ac-cès. Mais aussi les systèmes de régulation de tra-fic aux abords des stades, la gestion des parcs destationnement, les systèmes de télécommunica-tions et les technologies de l’information dontsont équipés pratiquement tous les stades. » Siemens a travaillé sur ces projets en collabora-tion avec la Fédération allemande de football(DFB), les sociétés chargées de l’exploitation desstades, les collectivités locales et les fournisseurspour satisfaire aux exigences élevées de la Fédéra-tion Internationale de Football Association (FIFA).

L’Allianz Arena à Munich est un cas particuliercar c’est le seul stade à avoir été entièrementconstruit. Depuis l’achèvement du gros œuvre enjanvier 2004, Siemens a activement participé àl'installation de ses équipements. Parmi les nom-breux aspects techniques, Ferdinand Riesinger,chef de projet, en cite quelques-uns : « L’alimen-tation en énergie et les infrastructures IT sont

17P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

sécurisées grâce à des systèmes de secours ». Si un système devait tomber en panne, l’autreprendrait le relais sans problèmes. « Et la densitédu système d’alimentation est également unique,avec 4 000 Km de câbles et 800 Km de fibres op-tiques pour la transmission des données. »

Mais la plus belle réussite selon FerdinandRiesinger, c’est sans conteste la diffusion de lu-mière à l’intérieur de l’enveloppe transparentequi enserre le stade. Un système spectaculaire,avec pas moins de 25 400 lampes Osram, filialede Siemens, qui illuminent l’enceinte extérieuredu stade, sur une surface de 24 000 m2, en bleuet blanc ou en rouge, suivant l’occasion. Il s’agitdes couleurs des deux clubs de football locaux :le Bayern de Munich et le TSV 1860. Siemens atravaillé en collaboration avec la société Sitecopour créer spécialement de nouvelles lampes quigénèrent peu de chaleur et comportent peu decomposants plastiques inflammables, pour éclai-rer l’enveloppe extérieure en forme de « canotpneumatique » de l’Allianz Arena. Ainsi, l’éclai-rage répond aux exigences liées à la protectionincendie.

Pour le contrôle d'accès au stade, Siemens acollaboré avec la société autrichienne Skidatapour installer de nouveaux tourniquets capablesde traiter différents types de billet, y comprisceux de la Coupe du monde dotés de puces RFID(Radio Frequency Identification). Sans contact direct, les billets sont lus par onde radio à unedistance de 10 cm. En quelques secondes, les informations concernant le détenteur du billetseront comparées à celles figurant dans la basede données des distributeurs agréés. Certainesentrées du stade permettront l’accès aux zonessécurisées ou aux tribunes VIP uniquement auxdétenteurs de billets dûment autorisés.

« Lors de la Coupe du monde, 80 lecteurs porta-bles de billets, comparant les informationscontenues sur les billets avec la base de donnéesvia un réseau WLAN, seront également utilisés »,conclut Ferdinand Riesinger.

Un stade chargé d’histoire. A Berlin, Siemens a relevé un tout autre défi. C’est l’arènedans laquelle aura lieu, le 9 juillet 2006, la finalede la Coupe du monde. Le stade olympique est,avec ses 74 400 places assises, le plus grand et leplus vieux stade en Allemagne. Solide bâtisse engrès, il a été inauguré pour les Jeux Olympiquesde 1936. Il est aujourd’hui considéré comme unmonument historique protégé. En été 2000, lestade a été modernisé pour un coût total de 242 Mio €. Et Detlef Reichenbacher, Directeurtechnique chez Olympiastadion Berlin GmbH,d’ajouter : « Architecture et technologie sont enparfaite symbiose dans cette enceinte ». Dansaucun autre stade, la technologie est aussi invisi-ble qu’ici. Pas un haut-parleur, pas un projecteur,pas un câble électrique, pas une caméra de sé-curité à l’horizon ; pratiquement tout est dissi-mulé sous le toit de 3500 tonnes, ouvert sur uncôté et reposant sur 22 piliers.

« Cette technologie invisible est le fruit de lacoopération exceptionnelle entre les experts dela protection des monuments historiques, le bu-reau d’architectes Gerkan, Marg und Partner etles ingénieurs Siemens », précise Detlef Reichenbacher. Thorsten Müller, Chef projetpour le stade olympique chez Siemens, confirme : « Nous avons intégré une grande partie des systèmes de sécurité, de communication et des médias en utilisant plus de 300 km de câbles ».Cela inclut également deux systèmes de sonori-sation comprenant plus de 2 300 haut-parleurspour les annonces vers les tribunes et les loges

de mouvement et de fumées, les systèmes d’ap-pel d’urgence et les autres capteurs sont inter-connectés avec des caméras et des moniteurs decontrôle. C’est un avantage décisif que de pou-voir bénéficier d’une seule plateforme qui fédèreles sous-systèmes fournis par divers construc-teurs. Et Thorsten Müller de péciser : « L’utilisa-tion des systèmes est plus aisée pour l’équipe desécurité ». La plateforme informe le personnel desécurité de l’origine de l’incident et du chemin leplus rapide pour se rendre sur le lieu. « Le per-sonnel de sécurité peut intervenir plus rapide-ment grâce aux informations précises fourniesau centre de contrôle ». Siemens a également in-stallé les systèmes de sécurité destinés à la po-lice, comprenant la surveillance vidéo à l’inté-rieur et à l’extérieur du stade, avec un poste decontrôle situé au-dessus des tribunes. ThorstenMüller déclare : « Grâce à des caméras spécialespratiquement invisibles, nous pouvons balayer lestade et zoomer sur une rangée précise dans lestribunes ».

18

I N F R A S T R U C T U R E S ■ Te c h n o l o g i e s d u s p o r t

S É C U R I T É P O U R L E S J O U E U R S E T L E S V I S I T E U R S

En octobre 2005, 237 médailles d’or ont été remportées aux Jeux Asiatiques à Macau,près de Hong Kong, un des événements sportifs majeurs avec les Jeux Olympiques et la Coupe dumonde de football. Ces Jeux ont rassemblé des athlètes venus de 9 pays, rivalisant dans l'enceintedu nouveau Macau Dome, un stade d’une surface de 140 000 m2, équipé par Siemens d’un systèmede gestion technique des bâtiments innovant. Ce système est interconnecté avec 44 unités de contrôle décentralisées recevant des signaux de près 3 000 interfaces. Ces unités de contrôlecollectent des données provenant des détecteurs incendie et des capteurs de température, pouvantle cas échéant déclencher l’ouverture ou la fermeture de vannes. Ce système de contrôle uniquepermet notamment de contrôler et de surveiller l’éclairage, la surveillance vidéo, les alarmes incendieet les contrôles d’accès. En cas d’incendie, les 1 725 détecteurs incendie du stade envoient des informations en quelques secondes sur l’origine et le foyer précis de l’incendie. Le personnel desécurité peut réagir beaucoup plus rapidement qu’auparavant. Dans les installations dépourvuesd’un tel réseau, les détecteurs d’incendie déclenchent également une alarme sonore, mais le personnelde sécurité doit alors localiser le foyer de l’incendie et guider les pompiers jusqu’au lieu précis.

Pour Siemens, la gestion de la sécurité intègre également la biométrie qui mise non pas sur descodes d’accès faillibles, mais sur des propriétés humaines uniques. Une grande partie du savoir-fairede l’entreprise dans ce domaine a été récemment fédérée au sein du centre de biométrie de l’unitéde développement de programmes et de systèmes chez Siemens Autriche. Dans cette unité, les systèmes de sécurité sont optimisés. Ainsi, ils enregistrent désormais efficacement et rapidementles empreintes digitales, traitent les données, puis les comparent avec les empreintes des utilisa-teurs pour autoriser ou refuser l’accès. Une autre méthode novatrice de reconnaissance est sur lepoint d'être lancée sur le marché : la reconnaissance faciale en 3D. Avec ce système, un quadrillageest projeté sur le visage et enregistré par caméra vidéo. « Cela permet de localiser avec précisioncertains points de l’image et ensuite de représenter, par exemple, les pommettes en 3D, ce qui n’estpas réalisable à partir d’une simple photo », explique Ludger Weihrauch de Siemens Building Technologies (SBT), à Karlsruhe. Ainsi, les individus peuvent être identifiés de manière univoque etrapide. La reconnaissance faciale 3D se base sur les résultats d’un projet de recherche auquel collaborent Siemens Corporate Technology à Munich et Viisage Technologies AG à Bochum, leaderdans ce secteur. Désormais, la méthode est suffisamment mature pour une mise sur le marché.Dans le domaine du contrôle d’accès, SBT s'est renforcé en reprenant le suédois Bewator qui, avecses 300 employés, possède un large réseau de distribution en Scandinavie et en Grande-Bretagne,et occupe une position de leader sur le marché. Un nouveau centre d’expertise pour le contrôled’accès est actuellement en cours d’installation à Solna, en Suède. « C’est là que nous allons validerles dernières tendances, élargir notre gamme et coordonner les ventes de nos produits de contrôled’accès », précise Reinhard Kretschmer, chef Produits de sécurité chez SBT, à Zug, en Suisse.

Droit au but. Pendant quatre semaines, laCoupe du monde va générer un flux importantde circulation, non seulement vers les 12 stades,mais également sur l’ensemble du réseau routieret de transport public en Allemagne. Quelquesdizaines de milliers de personnes voudront accé-der aux stades ou aux grands écrans installésdans les centres villes, puis voudront repartirchez eux, provoquant d'énormes mouvementsde foules aux « heures d'affluence ». Mais Ludwig Ramachers, expert chez Siemens,responsable du système de régulation du traficRuhrpilot, ne considère pas les heures de pointecomme un problème. Il affirme que « le systèmeRuhrpilot sera opérationnel fin mai ». « Nous enregistrons, dès à présent, au fur et à mesure,les données sur les flux de trafic vers et depuis lesstades, dans les centres villes et sur les autorou-tes, afin de fluidifier la circulation en proposantdes itinéraires bis ».

Les capteurs placés à proximité des stadesenregistrent le flux de voitures.

du stade. Siemens a travaillé en étroite collabo-ration avec TSE, prestataire technique en événe-mentiel, qui a fourni le système de sonorisationà contrôle numérique pour le stade. Les deuxsystèmes sont connectés à un seul réseau via descâbles à fibres optiques. Thorsten Müller ex-plique : « L’ancien système ne pouvait pas être

utilisé pour le transfert de données numériques.Mais nous avons résolu le problème avec lesnouveaux câbles optiques ignifugés. »

Intervention rapide. Le système de gestionde la sécurité Siemens est également bienconçu. Il dirige tous les messages d’anomaliesvers un seul centre de traitement. Les détecteurs

19P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Gestion des donnéesdu sportLes technologies du sportsont en pleine croissance.Siemens Venture Capital(SVC) investit dans une société hollandaise, 51pegasi, qui a développéune solution pour une gestion aisée et intelligentedes données lors d’événements sportifs.

es fans du Tour de France savent toujours à quelle équipe appartient un coureur et quelles éta-pes il a déjà remportées. Pour leur part, les profanes voient défiler à l’écran les informations qu’ils

ignoraient. Voilà un simple exemple de gestion d’informations dans le cadre de manifestations spor-tives, où sont traités généralement de forts volumes de données. Il s’agit donc d’abord d’organiser leplanning des sportifs, des entraîneurs et des équipes d’encadrement, puis de collecter, gérer et archi-ver les informations sur la compétition à venir, et enfin de fournir ses informations aux médias.

51pegasi BV, entreprise néerlandaise créée en novembre 2004 qui compte aujourd’hui un ef-fectif de 20 salariés, a développé une solution facile à mettre en œuvre et intelligente, capable degérer toutes les données via une plateforme unique. Elle doit son nom à une étoile dans l'orbite delaquelle a été découverte, en 1995, la première planète située en dehors de notre système solaire.A l’instar d’une étoile au centre du système, « 51box » est la plateforme autour de laquelle gravi-tent les diverses solutions. Elle héberge différentes applications, regroupées sous forme de suite lo-gicielle, qui pilotent la gestion des données avant, pendant et après un événement. La plateformeutilise un langage de programmation XML (Extensible Markup Language). Comme le système gèreles données indépendamment de leur format, les informations peuvent être facilement publiéesvia différents types de média. Gilles Vliegen, Président de 51pegasi, déclare : « Nos solutions cons-tituent des outils de programmation déterminants pour de nombreux événements sportifs ». En2006, 51box sera utilisée lors des Jeux du Commonwealth, à Melbourne ; en 2005, elle a fait sonapparition aux Jeux du sud-est asiatique, à Manille. Depuis des années, les composantes de ce lo-giciel ont permis aux médias de donner des informations et des images pertinentes au bon mo-ment pendant le Tour de France. La suite logicielle complète n’a jusqu’à présent jamais été utiliséepour des événements sportifs, mais cela ne va pas tarder à changer.

Car depuis mai 2005, Siemens Venture Capital (SVC) s’est engagé auprès de 51pegasi, à hau-teur de 1,8 Mio €. Jusqu’à présent, SVC a investi 700 Mio € dans plus de 100 jeunes entreprises et 300 fonds de capital-risque, essentiellement aux Etats-Unis, en Europe et en Israël.Outre son soutien financier, SVC conseille et aide ces entreprises. Uwe Albrecht, Managing PartnerCorporate Fund chez SVC, siège au Conseil de surveillance de 51pegasi. « Outre l’expertise tech-nologique, nous avons été particulièrement convaincus par le management de 51pegasi quiconnaît très bien le monde du sport et qui a de nombreux contacts dans ce secteur ». Avec un apport en capital, 51pegasi va pouvoir développer son portefeuille de produits et son chiffre d’affaires, et renforcer ses actions marketing. SVC et 51pegasi veulent développer conjointementun concept complet pour le monde du sport. Jusqu’à présent, le marché très florissant de l’indus-trie du sport était divisé en fournisseurs de technologies et en intégrateurs système. Il n’existait pasd’ensemblier en technologies de l’information dans ce secteur. C’est pourquoi Siemens souhaite devenir un fournisseur unique de solutions dédiées aux événements sportifs, en accord avec lastratégie Siemens One qui entend fédérer les principaux clients de ses différentes divisions. Les premiers clients sont la Fédération des Jeux du Commonwealth et la Coupe du monde de cricket2007, aux Antilles. Le logiciel de 51pegasi complète parfaitement la stratégie Siemens One.

■ Gitta Rohling

L

Dans la région de la Ruhr, la plus grande zonede conurbation en Europe, jusqu’à 6 millions depersonnes sont sur la route tous les jours. Danscette région se trouvent les stades de la Coupedu monde de Gelsenkirchen et de Dortmund.Ludwig Ramachers affirme : « Outre les systèmesde mesure existants, nous allons installer 100capteurs supplémentaires, appelés Traffic Eyes,sur les principales artères de circulation. Ils me-sureront, par un système infrarouge, la densitédu trafic, le sens et la vitesse de circulation. »Pendant la Coupe du monde, les données collec-tées regrouperont des informations provenantdes PC routiers de la Ruhr, de la régie detransport public de la communauté Rhin-Ruhr etdes systèmes de gestion du stationnement dansle centre de contrôle Ruhrpilot.

« De plus, nous déterminerons pendant laCoupe du monde la situation instantanée du trafic et indiquerons via l’Internet ou la radio,pour toute destination, le meilleur itinéraire et lemoyen de transport le plus approprié ». La région

de la Ruhr est donc équipée d’un système d’infotrafic dynamique optimisé pour faire face aurush de la Coupe du monde. A Dortmund, Ruhrpilot assure déjà le guidage des automobi-listes pour l’accès aux stades. Installé par Siemens, ce système est exploité par un centrede régulation du trafic géré par la municipalité.Pour sa part, Gelsenkirchen a équipé les abordsdu stade de feux tricolores dotés de logiciels intelligents pour réguler le trafic selon les be-soins. Toutes les villes et les stades de la Coupedu monde, leurs personnels de sécurité et lessupporters ont déjà pu bénéficier de ces techno-logies lors de la saison du championnat allemand (Bundesliga) qui vient de se terminer.Pour le grand spectacle de la Coupe du monde, il ne reste plus qu’à prendre place et profiter de latechnique… des joueurs balle au pied.

■ Nikola Wohllaib

Représentation dynamique du trafic dansun PC routier

M AC H I N E S E L E C T R I Q U E S

20

2015

PANORAMA

Le réacteur expérimental à fusion nucléaire ITER en 2015, soit un an avant

son inauguration. Une délégation desEtats participants visite l'installation.

Les responsables de la gestion de l'énergie expliquent les efforts déployés

pour économiser, autant que possible,l'énergie pendant l'exploitation. Tous les

entraînements et autres consommateursd'électricité de cette installation couvrant

2 000 m2 sont donc conçus pour consommer le moins d'énergie possible.

MOTEUR HYBRIDE + DIESEL = UNEMERVEILLE D'ECONOMIE Le constructeur automobile françaisPSA Peugeot Citroën combine l'entraînement hybride et la techniquediesel. Membre du Comité Exécutif du Groupe, Robert Peugeot explique cette stratégie dans un entretien.

ESSAI DE RESISTANCE DES MOTEURSOrage ou canicule, la chambre de simulation de Nuremberg soumet les entraînements de grande puissance à des essais de A à Z.

Turbine éolienne Générateur marin HTS

Cadarache, été 2015. Une annéeavant la mise en service du réacteur à fusion nucléaire ITER, les ministresde l'Energie des pays participant à ceténorme projet de recherche visitentl'installation dans le sud de la France.

21P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

En route vers le soleilesdames et Messieurs, voici le cœur del'installation. Günther Obermeyer,

responsable "Energie" du réacteur expérimen-tal à fusion nucléaire ITER de Cadarache,montre l'enveloppe hermétique du réacteurqui culmine à 30 m de hauteur. « Dans un anprécisément, un plasma y sera allumé pour lapremière fois. Le feu solaire y brûlera alors sur

M

Véhicule hybride Moteurs piézo-électriques Entraînements décentralisés

M AC H I N E S E L E C T R I Q U E S ■ S c é n a r i o 2 0 1 5

22

la Terre. » M. Obermeyer marque une pause. « Comme vous le savez, ITER est le mot latinpour "chemin". Le nôtre, l'utilisation pacifique de la fusion nucléaire, constitue uneétape qui fera date… » « Mais une étape sacrément longue et coûteuse » glisse le ministre de l'Energie américain à son collèguerusse.

« Permettez-moi, Sir ! » lance le ProfesseurTakashi Murase. Le responsable japonais ducentre de recherche ITER est manifestementle seul à avoir entendu la remarque désinvol-te. Les ministres de Chine, de Corée du Sud,du Japon et d'autres pays de l'U.E., ainsi queles observateurs de l'Union arabe et africaine,continuent d'admirer l'installation. M. Murases'incline légèrement et déclare : « Comparéaux dépenses engagées pour l'explorationspatiale, qui n'a apporté qu'une modestecontribution à la résolution des problèmesénergétiques, ce réacteur n'est pas cher avecses quelques 5 Md €. Un proverbe japonaisdit : Rien n'est meilleur marché que ce qui se-rait pour rien » M. Murase sourit. « Et grâce auxefforts de M. Obermeyer, les coûts d'exploita-tion de notre installation vont même être inférieurs aux 270 Mio € par an prévus. »

« Nous avons besoin ici d'une grandequantité d'énergie », poursuit M. Obermeyer.« Nous avons par exemple les énormes aimants qui confinent le plasma électrique-ment conducteur pour que les isotopes de l'hydrogène, à savoir le deutérium et le tritium, se rapprochent suffisamment pourfusionner. Pour économiser autant d'énergieque possible, nous avons élaboré un conceptglobal. Les entraînements électriques intelli-gents, en sont une composante essentielle.Voyez ici par la fenêtre, ce navire qui nous liv-re des éléments de construction en emprun-tant la Durance est équipé d'un moteur élec-trique à bobines supraconductrices qui le ren-dent particulièrement compact et perfor-mant. Notre flotte de véhicules se composede véhicules hybrides. La dernière générationne consomme plus que deux litres de dieselaux 100 km. Quant à la plate-forme de manu-tention là-bas, elle est entraînée par de petitsmoteurs piézo-électriques qui développentdes couples extrêmement élevés et neconsomment aucun courant au repos. Mais ce sont là de modestes contributions encomparaison des économies que nous avonsobtenues sur les systèmes électriques ici,dans le bâtiment. Comme vous le savez, ITERn'est pas conçu pour fournir de l'énergie.

De ce fait, toutes les installations servant àproduire la vapeur d'entraînement des turbi-nes n'existent pas. Nous avons donc besoind'un chauffage supplémentaire de presque75 MW afin de maintenir le plasma chaud àplusieurs millions de degrés pendant suffi-samment longtemps. »

« C'est la consommation d'une petite ville », chuchote le ministre de l'Energie amé-ricain à son collègue russe. « Pardon, c'est laconsommation d'une grande ville moyenne »réplique le responsable japonais d'ITER, quisemble avoir l'oreille bien fine. « Même si unproverbe japonais dit : Ne parle pas des défauts de l'autre, sauf votre respect, Monsieur le ministre, la consommation d'électricité n'est nulle part aussi élevée quedans votre pays. »

Avant qu'un silence gênant ne s'instaure,M. Obermeyer reprend : « Dehors, vous pou-vez d'ailleurs voir quelques-unes des turbineséoliennes les plus modernes du moment. Uneseule d'entre elles délivre plus de 5 MW d'électricité, nous utilisons ce courant entreautres pour refroidir les bobines magnétiquessupraconductrices. Parmi les autres consom-mateurs, citons les milliers d'entraînementsde pompes de notre chambre à vide ou d'aut-res systèmes d'ITER. L'espace étant extrême-ment compté à proximité du réacteur, nousutilisons des moteurs spéciaux à commandedécentralisée qui peuvent développer descouples particulièrement élevés dans unespace très réduit. Nous avons en outre intégré des variateurs permettant de faire varier librement leur vitesse de rotation. L'économie d'énergie potentielle dépasse ain-si 50 % car les moteurs absorbent unique-ment la puissance qui leur est nécessaire et ilsne tirent pas en permanence sur le réseau.Vous n'avez ici qu'une partie de l'installationqui s'étend sur près de 2 000 m2. Dans tous lesbâtiments auxiliaires, qui sont également uncondensé de technique, nous avons fait appelà des entraînements à économie d'énergie.D'après mes calculs, les coûts d'exploitation di-minuent de plus de 2 Md € par an », conclutM. Obermeyer, la mine ravie.

De nombreux ministres applaudissent. Le ministre américain de l'Energie se tournevers son homologue allemand et glisse d'unair malicieux : « Une bagatelle, non ? » Le Professeur Murase entend aussi cette remarque. Il prend M. Obermeyer à part et luidit doucement : « Ça promet pour la visite deschefs de gouvernement lors du sommet des

10 à Marseille. Surtout, soyez aussi bien prépa-ré qu'aujourd'hui, car comme dit un proverbe japonais : Même lorsque la rivière est peu profonde, traverse-la comme si elle l'était. »

■ Norbert Aschenbrenner

L'attraitdes

hybridesStimulés par le succès

de Toyota, tous les constructeurs travaillent

désormais à la voiture hybride en raison de ses

fortes potentialités en termes d'économie de

carburant, et donc de soncaractère écologique.

Siemens apporte aussides solutions aux

constructeurs automobilesdans la maîtrise de cette

technologie complexe.

23P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Au cours des dernières années, il est peu detechnique à avoir été aussi sous-estimée que

l'entraînement hybride, dans lequel l'électricité seconjugue au moteur à combustion. Après la mé-vente de la voiture hybride Audi 80 Duo du groupeVolkswagen au milieu des années 90, en raisond'un prix trop élevé, aucun constructeur automo-bile n'a véritablement réagi lorsqu'en 1997 Toyotaa lancé sur le marché la Prius, son premier modèlehybride de série. L'envol s'est fait avec l'arrivée de ladeuxième génération de Prius en 2003. Tout lemonde parle aujourd'hui d'hybride, même si lacommercialisation demeure modeste.

Cette technique offre en effet des avantagescertains, surtout en ville où sa consommation decarburant est nettement inférieure à celle d'un vé-hicule fonctionnant au seul moteur à combustion.Les émissions de dioxyde de carbone sont aussiplus faibles. Au freinage, la machine électrique faitoffice de génératrice et récupère ainsi l'énergie em-magasinée. Le moteur électrique délivre en outreun supplément de couple à l'accélération. Désor-mais, tous les grands fabricants se penchent sur laquestion et présentent dans les salons internatio-naux leurs véhicules allant du micro-hybride à l'hybride intégral. Les sous-traitants sont donc solli-cités. « Le marché est très intéressant pour nous »,déclare Norbert Bieler du Business Developmentpour véhicules hybrides chez Siemens VDO (SV).

Les prévisions tablent sur une vente de 1,5 million de véhicules hybrides dans le monde en2012. En comparaison des autres véhicules, c'est

Modèle hybride Prius. Toyota n'est parvenu à intégrer une électronique de puissance complexeau moteur électrique, à la boîte de vitesseset aux batteries qu'en repensant entièrement le véhicule.

peu. En 2005, DaimlerChrysler a commercialisé àlui seul plus de quatre millions de voitures, en aug-mentation d'environ 4 %. La croissance de l'hybrideest cependant plus élevée : Toyota a vendu 230 000 véhicules hybrides pendant le mêmetemps, soit les deux tiers de plus qu'en 2004. Lesconseillers de Pricewaterhouse-Coopers s'attendentà une multiplication par trois des types de modèles,qui s'élèveraient à 74 en 2010. Neuf voitures hybri-des sur dix sont actuellement vendues aux Etats-Unis,où une incitation fiscale atteignant 3 000 $ étaitconsentie jusqu'à fin 2006 et où dix modèles diffé-rents sont proposés, allant de la petite voiture aupick-up.

Comparativement à un véhicule à moteur àcombustion économe, l'hybride se distingue parson caractère écologique. Dans les embouteillagesurbains, elle roule uniquement à l'électricité et sesémissions polluantes sont donc nettement moind-res. L'enthousiasme des fabricants en Europe a ce-pendant été longtemps tempéré. La raison : les va-leurs de consommation du diesel sont à peu prèscomparables à celles de la voiture hybride. Un mo-teur électrique alourdit la voiture et exige un accu-mulateur d'énergie avec une durée de vie et desperformances élevées. Les constructeurs automo-biles considèrent donc l'hybride plutôt comme uncomplément et travaillent à optimiser la techniqueexistante. « Le moteur à combustion a encore unfort potentiel, même celui à essence » indique M. Bieler. Ainsi par exemple, l'injection directe d'es-sence utilisant la technique piézo-électrique dimi-

nue la consommation de 20 % par rapport au pro-cédé courant actuel d'injection par aspiration. Le « Deutsche Zukunftspreis 2005 » a été attribué à Siemens, en partenariat avec Bosch, pour le déve-loppement de l'injection piézo-électrique.

La part de marché des véhicules diesel est de 50 % en Europe et elle atteint les 70 % en France. Pasétonnant donc que le deuxième constructeur euro-péen se soit engagé sur une voie spécifique. « Nousmisons sur l'hydribe diesel », déclare Robert Peugeot,Directeur Innovation et Qualité chez PSA Peugeot Citroën Paris (voir entretien). « Nous ne voyons pasde marché en Europe pour l'hybride essence. » Cetteentreprise combine donc un moteur diesel avec unentraînement électrique et veut ainsi encore réduireradicalement les émissions de dioxyde de carbone.Le prototype consomme 3,4 l aux 100 km. L'objectifd'ici à 2010 est de réduire les coûts qu'un véhicule desérie ne revienne pas plus cher en diesel qu'un mo-dèle essence, l'écart actuel étant de l'ordre de 2 000 €.« Pour cela, il faut encore faire de gros efforts de re-cherche. » précise M. Peugeot.

« Plus nous approfondissons la question, plusnous constatons que l'hybridation va bien au-delàdu système d'entraînement électrique. » expliqueM. Bieler. D'après cet expert Siemens, la parfaiteinteraction ne doit pas seulement se faire entre lemoteur à combustion et l'entraînement électrique,mais aussi avec la boîte de vitesses, la commandede moteur, les groupes auxiliaires, l'accumulateurd'énergie et les consommateurs électriques.

Les défis à relever par un système hybride sontélevés parce que les tensions et les courants inter-venant sur les composants électriques de la voituresont plus élevés qu'aujourd'hui. « Les moteurs élec-triques et les semi-conducteurs de puissance ontdéjà été optimisés pour des applications extrême-ment diverses, mais pas pour celles de l'automo-bile. » déclare M. Eckhard Wolfgang, responsabledu centre technique Power Electronics chez Siemens Corporate Technology (CT).

Les composants sensibles doivent supporter lefroid glacial, les grandes chaleurs et de fortes vibra-tions. Sans compter que de nombreux composantsdoivent être nettement plus petits. « Un variateurindustriel de 100 kW de puissance est aujourd'huilogé dans une grande armoire électrique », indiqueM. März. « Dans une voiture, il doit entrer dans uneboîte à chaussures. » Toyota a résolu ce problème

M AC H I N E S E L E C T R I Q U E S ■ E n t r a î n e m e n t s hy b r i d e s

24

d'encombrement en repensant entièrement le vé-hicule pour que celui-ci devienne un hybride à partentière. Pour l'avenir, M. März travaille à des varia-teurs qui sont directement intégrés au moteur élec-trique. « Nous voulons rendre cette technique opé-rationnelle d'ici à 2012-2015, c'est-à-dire dans deux générations de véhicules hybrides. »

Dans le cadre des projets européens HIMRATEet HOTCAR, les chercheurs sont parvenus à obtenirdes semi-conducteurs de puissance au silicium etune électronique de commande qui résistent à destempératures atteignant 150°, soit environ 25° deplus que précédemment. Le projet européen HOPEa été lancé au début 2006. Sous la direction de Siemens, 13 partenaires de l'industrie et de la re-cherche se penchent sur les possibilités d'applica-

tion du carbure du silicium (SiC) aux piles à com-bustible et aux entraînements hybrides. Les compo-sants en SiC supportent des températures nette-ment plus élevées que les composants en silicium et leurs pertes sont moindres. “L'avantageserait une construction plus compacte, plus simpleet plus légère“ précise M. Wolfgang.

Autre composante du véhicule hybride, uneboîte de vitesses entièrement électriques inéditeviendrait prendre la relève de la transmission méca-nique. « Actuellement, nous explorons pour SV lafaisabilité de cette transmission novatrice » déclareMarkus Wilke (CT). Elle doit être meilleure que laboîte automatique et le système d'entraînementmis en œuvre dans l'hybride intégral, qui sont tousles deux très complexes. La Toyota Prius recourt à

deux machines électriques qui sont couplées aumoteur à combustion par une boîte à engrenagesplanétaires. Le couple du moteur à essence étantdémultiplié plusieurs fois sur l'arbre d'essieu, le ren-dement baisse.

Plaisir de conduite garanti. « La boîte électriqueserait ici une révolution » affirme Heinz Schäfer, chefde projet chez SV. « Des simulations ont montré quece système devrait être concurrentiel » ajoute M. Wilke. Elle aurait un très bon rendement et seraitidéale pour des véhicules hybrides. Elle remplaceraitde nombreuses composantes et ferait simultané-ment office d'accouplement, de boîte de vitesses, demoteur électrique, d'alternateur et de démarreur. La boîte miraculeuse se compose de deux machinesélectriques couplées et de deux variateurs de fréquence. Le principe : le moteur à combustion meten rotation un des moteurs électriques. Le rotor dudeuxième moteur électrique est également mis en

Un objectif : l'hybride diesel

Avez-vous déjà conduit une voiture hybride ?Peugeot : Plusieurs, dont une est déjà sur le mar-ché : la Citroën C3 avec le système Start-Stopautomatique. Ici, le moteur se coupe lorsque lavoiture s'arrête et il redémarre avec un moteurélectrique. J'ai conduit la C3 il y a quelques annéeset j'ai tout de suite pensé qu'elle avait un potentiel.

Pouvez-vous imaginer que des voitures rou-leront un jour uniquement à l'électrique,sans moteur à combustion ?Peugeot : Cela m'est difficile, bien que PSA soit à lapointe du sujet. Notre part de marché est impor-tante, mais il n'y a presque pas de marché. Il y a denombreux obstacles à la voiture purement élec-trique : les coûts, la faible puissance et les réticen-ces des autorités, des entreprises et des clients pri-vés. Les gens sont simplement habitués à sedéplacer librement avec une voiture. Ils veulent en-treprendre des déplacements variés, pas seule-ment en ville ou sur de courts trajets de 100 kmpar jour. Cette restriction et évidemment les coûtssupplémentaires pour l'électricité et les batteriessuffisent pour que les partisans de cette techniquene soient pas encore devenus des acheteurs.

fectivement d'atteindre les mêmes émissions deCO2, c'est à un coût nettement plus élevé. Lesclients européens sont prêts à donner un peu plusd'argent pour une voiture diesel que pour une voi-ture à essence. L'écart de prix entre l'essence et l'hybride essence est cependant nettement plusimportant qu'entre un diesel et un essence. Il peuten être autrement pour des produits de niche surd'autres marchés, mais sur nos marchés et en tantque fabricant de masse, nous ne voyons pas beau-coup de clients qui veulent dépenser nettementplus pour cette technologie.

Quels sont les avantages de l'hybride diesel ?Peugeot : L'hybride diesel que nous projetons aun moteur HDi 1,6 l. Lors des tests, nous avons at-teint une consommation de 3,4 l aux 100 km. Lesémissions sont extrêmement faibles. Nous pen-sons que la combinaison de la puissance et de l'ef-ficacité du diesel avec la technique hybride est lameilleure solution, si la société ou le système fiscalen Europe exige une réduction nette des émis-sions de CO2. Notre voiture n'émet que 90 g deCO2 par kilomètre !

Quelle est l'émission de CO2 normale desvoitures actuellement ? Peugeot : La moyenne européenne se situe à en-viron 160 g par kilomètre. L'objectif convenu vo-lontairement par les constructeurs automobilesest de 140 g en 2008.

2010 pour la commercialisation, n'est-ce pastrop tard ? Les hybrides Toyota roulent depuis des années !Peugeot : Non, ce n'est pas trop tard. Nous necroyons pas aux chances commerciales de l'entraî-nement hybride essence en Europe. C'est pour-quoi nous ne perdons pas d'argent non plus enn'ayant pas de telles voitures. Notre modèle com-mercial repose sur deux préceptes. Premièrement :il y a une véritable tendance à la réduction desémissions de CO2. Deuxièmement : la technologie

Quels sont les principaux objectifs de l'indus-trie automobile ?Peugeot : Une voiture est une machine complexe,et il y a des questions très importantes, commel'augmentation de la sécurité. Mais on peut direbrièvement que les principaux objectifs sont : préserver la liberté de déplacement et améliorer laprotection de l'environnement. Nous sommes doncconvaincus que les moteurs diesel sont importantscar ils peuvent exploiter le carburant plus efficace-ment que les moteurs à essence. A puissance égale,les moteurs diesel génèrent près de 20 % d'émis-sions de CO2 en moins. Pour continuer à réduire lesémissions polluantes, nous devons trouver une voiepour renforcer cette technologie diesel. Pour lemoins en Europe, où le diesel a une part de marchéde 50 %.

Mais qu'en est-il des émissions de fumée ?Peugeot : Ici, il y a de gros progrès. Les polluantslégalement mesurés ont diminué d'un facteur 10 au cours des dernières années. La pollution actuelle par les fumées provient des véhicules anciens, pas des voitures classées Euro IV. Si tousles véhicules répondaient à cette norme, la pollu-tion diminuerait fortement. Notre filtre à particulesest une innovation qui a amélioré la qualité de l'airde façon décisive.

Vous vous êtes décidé pour le développe-ment d'un hybride intégral diesel. Pourquoi ?Peugeot : C'est fort simple : "hybride" est aujourd'-hui un slogan, plus précisément hybride essence.Dans tous les salons automobiles du monde,chaque exposant présente une telle voiture. C'estbon pour le marketing, nous sommes cependantconvaincus qu'un entraînement hybride essencen'a de potentiel que là où la technique diesel estsous-représentée, comme aux Etats-Unis. Bien sûr,un hybride essence est plus économique qu'unmoteur à essence. Mais le diesel est encore pluséconomique. C'est pourquoi nous ne voyons pasla nécessité de l'hybride essence, car s'il permet ef-

Robert Peugeot est membre du Comité Exécutif du Groupe PSA Peugeot Citroën, 2e fabricant automobile européen, et directeur Innovation

et Qualité. L'entreprise est leaderdu marché dans la technologiediesel. En février 2006, elle aprésenté un prototype hybrideintégral diesel dont la commercia-lisation est prévue pour 2010.

départ réaliste, comparable au filtre à particules.Nous avions eu alors la même approche. Aujourd'-hui, nous avons trois années d'avance sur tous nosconcurrents. En 2000, nous ne voulions pas ven-dre notre système à quelques leaders d'opinionseulement, mais pas non plus passer de suite dezéro à plusieurs millions. Avec un compromis,nous sommes parvenus à mettre tous les sous-traitants autour d'une table pour trouver une véri-table solution adaptée à l'automobile. Et entretemps nous avons dépassé le million de voituresavec un filtre à particules sur la route. Cela prouveque notre stratégie a été la bonne.

■Entretien de Nobert Aschenbrenner

Le concept hybride de Peugeot : moteur diesel 1,6 l (1), filtre à particules (2), système Start-Stop (3), moteur électrique 16 kW (4), boîte automatique(5), électronique de puissance (6), batterie 12 V (7), système de contrôle de la chaîne de traction et de freinage (8), câblage (9) et accouplement (10).

rotation. Les variateurs assurent la régulation desmachines électriques de sorte que leurs vitesses derotation soient indépendantes. Le moteur à com-bustion peut ainsi délivrer en continu un couple va-riable à l'arbre d'essieu. Pour gagner de la place, lesmoteurs sont montés l'un dans l'autre. Ils utilisentainsi en commun une partie des bobinages en cui-vre qui sont utilisés pour induire les champs magné-tiques. La commande électrique de ce système esttrès exigeante. « Un prototype pourrait être achevé

d'ici à la fin 2007 », déclare M. Schäfer. SV souhaite avoir un démonstrateur entière-

ment hybride pour ses clients bien plus tôt, à savoirdès la fin 2006. « Nous construisons un Coupé Sportéquipé d'un moteur suralimenté de 2,3 l en liaisonavec un moteur électrique de 75 kW, une boîte auto-matique et une batterie à haute performance per-mettant la marche purement électrique », expliqueNorbert Bieler. Il est convaincu que la technique hybride peut enrichir la gamme des véhicules

proposés. Pour les petites voitures, c'est plutôt l'économie qui prime, pour les grosses voiturestout-terrain, ce sont le couple supplémentaire et lesfonctions comme l'entraînement électrique 4 rouesmotrices qui comptent avant tout. « Nous voulonsmontrer que l'hybride n'économise pas seulementdu carburant, mais qu'il peut aussi procurer un vraiplaisir de conduite ».

■ Norbert Aschenbrenner

actuelle n'est pas encore mûre pour le marché. Lesefforts de recherche doivent réduire considérable-ment les coûts.

Que reste-t-il à développer ?Peugeot : Notre projet utilise la technique exis-tante. Nous travaillons avec un moteur diesel déjàexistant et avec une boîte mécanique automa-tique…

… est-ce là un prototype ?Peugeot : Non, cela sera monté dans l'un de nosprochains modèles, un break, qui sera mis sur lemarché fin 2006. Il s'agit d'une boîte de vitesses àrégulation électronique avec commande hydrau-lique et sans pédale d'embrayage. C'est une com-posante très efficace, rapide et donc idéale pournotre hybride diesel, parce qu'elle offre un opti-mum en termes de consommation, d'accéléra-tion, de comportement au freinage, de confortde conduite et d'émissions. Les travaux de recher-che concernent le reste de la voiture, les batteries,le moteur électrique et la commande de moteur.Là, nous ne pouvons pas employer d'élémentsstandard et les coûts sont encore très élevés.

Quel est le surcoût d'une hybride diesel ?Peugeot : Les clients européens seront prêts àpayer à peu près le même supplément qu'actuel-lement pour un moteur diesel par rapport à unmoteur à essence. Cela dépend bien sûr de lavoiture, mais notre Peugeot 206 1,6 l coûte endiesel environ 2 000 € de plus.

Combien de personnes travaillent-elles à ceprojet ?Peugeot : Pendant des années, c'était une équipemodeste. Désormais, en tant que projet principal,cela va probablement nous coûter plusieurs centai-nes de Md €.

Sur quels chiffres de vente tablez-vous ?Peugeot : Nous sommes persuadés de vendrequelques dizaines de milliers de voitures par an. Cen'est pas comparable à un modèle à succès dontle chiffre avoisine plutôt les 100 000. Mais c'est un

En remplaçant toutes les transmissions mécaniques, la boîte de vitesses électrique révolutionne la voiture.

DES CONCEPTS DIFFERENTS – DU MICRO A L'HYBRIDE INTEGRAL

La plus petite solution hybride est le micro-hybride (1).Dans ce cas, le moteur à com-bustion est couplé à un petit alternateur de démarrage (2)avec accumulateur d'énergie (3) (Pictures of the Future Printemps2002). Cette configurationpermet de couper le moteur àcombustion au feu tricolore oudans un embouteillage (fonction Start-Stop). Dans laversion hybride intermédiaire(4), le moteur électrique (5)développe déjà 25 kW et peut,en plus de la fonction Start-Stop,

fournir un couple supplémentaire pour l'accélération. En mode génératrice, il peut par ailleursrécupérer l'énergie de freinage et l'envoyer à un accumulateur d'énergie (6). Les économies de consommation les plus importantes sont obtenues avec l'hybride intégral (7). Dans ce cas, le moteurélectrique offre une puissance comprise entre 50 et 75 kW, ce qui autorise un fonctionnement pure-ment électrique – et bien sûr toutes les autres fonctions que cela implique. Avec son électronique de puissance et sa batterie à haute performance (8), la voiture en hybride intégral (7) possède la technique la plus complexe. La voiture hybride la plus prisée, la Toyota Prius, est une hybride intégrale.

4

5

6

1

2

3

7

8

25P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Une croissance solidees études sur l'évolution du marché des entraînements électriques se concentrent

toujours sur quelques secteurs, régions ou clas-ses de puissance spécifiques (du watt à quelquescentaines mégawatts). Les marchés des entraî-nements électriques augmentent généralementde trois à plus de 10 %. C'est surtout la forte demande asiatique qui tire la croissance. Selon laFédération allemande de l’industrie électrotech-nique et électronique (ZVEI), ce secteur représen-tait environ 8,6 Md € en Allemagne en 2005avec les entraînements électriques et les acces-soires.

Une étude du cabinet IMS Research de décembre 2004 montre la dynamique mondialeà l'exemple des moteurs triphasés et à courantcontinu fonctionnant en basse tension jusqu'à700 V (graphiques ci-dessous). Avec le logiciel etles services, le marché mondial 2003 s'élevait

alors à environ 5,2 Md $ ; il devrait atteindre les6,9 Md $ en 2008. La croissance est particulière-ment forte pour les entraînements triphaséshaut de gamme, mais aussi pour les entraîne-ments à courant continu, comme dans le secteurminier, la chimie ou l'industrie de la cellulose etdu papier.

Selon IMS Research, les entraînements tri-phasés standard avec une puissance compriseentre 25 et 500 kW représentent plus de 50 %.Avec une moyenne de 6,5 %, ce sont cependantles entraînements triphasés compacts (puis-sance inférieure à 25 kW) qui affichent les tauxde croissance les plus élevés. Leur chiffre d'affaires devrait atteindre 1,1 Md $ en 2008.Les entraînements traités dans cette étude sontsurtout employés dans des secteurs industrielscomme les industries de l'agro-alimentaire, duchauffage, de la ventilation, de la climatisation

de l'emballage.En termes de régions, c'est l'Asie qui connaît

la plus forte croissance. Prenons l'exemple de laChine. Selon une étude Frost & Sullivan de 2004,le marché des entraînements à vitesse variabledevrait passer de 1,2 Md $ en 2004 à 1,9 Md $en 2010, soit plus de 50 %. Cette croissance re-pose entre autres sur l'industrialisation rapide,des grands projets de construction et un nombrecroissant d'utilisateurs potentiels dans les sec-teurs du chauffage, de la ventilation et de la cli-matisation. En Europe, l'énergie éolienne poussela croissance des entraînements et des alterna-teurs. « Les installations de turbines éoliennesvont croître en moyenne de 15 % par an d'ici à2011 », indique Harald Thaler de Frost & Sullivan.

Les analystes de marché du groupe ARC Advisory attribuent la croissance des entraîne-ments de grande puissance à une augmentationdes investissements dans les installations de production. La demande en fonctions convivialeset en produits à haut rendement énergétique vaégalement stimuler la croissance future. Toujoursselon IMS Research, les potentialités commer-ciales des entraînements électriques seront

L

Sour

ce :

Pric

ewat

erh

ouse

Coo

pers

Amérique du Nord

Nombre de modèles à entraînement hybride

U.E. Asie-Pacifique

2004 2010 2010

2005

2000 2004 2010

2004 2010

0

42 000

217 000

28 000

384 000 490 000

74

21

3

surtout liées à l'avenir à leurs capacités à réduire la consommation d'énergie.

Les véhicules hybrides en sont un exemple. Ils ont des taux de croissance énormes, même si les estimations varient fortement. Environ 300 000 véhicules hybrides ont été produits en2005, ce chiffre devrait être multiplié par plus detrois d'ici à 2010. Pricewaterhouse Coopers tablesur presque un million d'unités, des estimationsplus optimistes avancent même le chiffre de 2,4 millions avec les marchés les plus porteursd'Amérique du Nord et d'Asie. Toyota, qui en estde loin le plus grand fabricant, prévoit à lui seulune production d'un million de véhicules hybrideintégral pour 2010.

■ Sylvia Trage

DES ENTRAINEMENTS STANDARD DEMANDES DES SECTEURS D'APPLICATION LARGES

TRES FORTE CROISSANCE DES ENTRAINEMENTS HYBRIDES AUX ETATS-UNIS ET EN ASIEM

arch

é m

ondi

al 2

008

pour

les

mot

eurs

B.T

. ; S

ourc

e : I

MS

Rese

arch

Bois2,3%

Autres12,2%

Automobile3,5%

Industriechimique4,2%

Chauffage,ventilation,climatisation12,8%

Grues4,0%

AscenseursEscalators2,4%

Agro-ali-mentaire

11,1%

Outils,robotique

3,6%Métallurgie,

mines7,7%

Industrie del'emballage

6,8%

Industrie pharma-ceutique

1,7%

Industrie du papier

7,7%

Industrie desplastiques

8,6%

Industrietextile6,4%

Eau4,9%

2003

0

Entraînements compacts (AC)Entraînements standard (AC)

Entraînements haut de gamme (AC)Entraînements à courant continu

Software &Services

500

1 000

1 500

2 000

2 500

3 000

3 500 Millions de dollars US

2004 2005 2006 2007 2008

5 165,8 5 710,3 6 057,3 6 176,3 6 368,7 6 586,6Total

Année

M AC H I N E S E L E C T R I Q U E S ■ P r é s e n t e t F u t u r

26

27P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

M AC H I N E S E L E C T R I Q U E S ■ Centre d'essai des moteurs

Des voyants rouges s'allument. Des barrièresbleues se ferment. Des capots viennent re-

couvrir le banc d'essai bourré d'appareils de me-sure et de moniteurs. Des tensions de plusieursmilliers de volts règnent derrière ces protections.Le centre d'essai système pour entraînementsélectriques de grande puissance de SiemensAutomation and Drives à Nuremberg teste actuel-lement un variateur destiné à une double locomo-tive pour train de marchandises. « L'essai dure troisjours », indique M. Robert Aust, le chef du centre.Le groupe à une puissance nominale de 4,8 MW.

De par sa taille et son équipement, le centreest une installation unique au monde. Ses deuxgrandes divisions, Essai système "Ferroviaire" etEssai système et machines "Entraînements indus-triels", disposent de cinq bancs d'essai répartis sur4000 m2. La division "Ferroviaire" peut mener jusqu'à six essais en parallèle.

Sur l'un des bancs d'essai, une équipe teste simultanément le variateur et le système d'entraî-nement d'une des locomotives. Ils simulent destrajets dans les moindres détails : le train virtuelparcourt des pentes, des descentes et des viragesserrés. Une machine de charge simule la masseque l'entraînement doit tracter à une vitesse pré-définie. Les essais tiennent aussi compte des pro-priétés aérodynamiques du train et du vent relatif.

Une cellule humide voisine accueille l'unitéd'entraînement destiné à un métro. Le groupe estaspergé d'eau pendant dix minutes de tous côtés.Cet essai simule des averses avec un vent qui en-gouffre l'eau sous les wagons du train.

Le centre d'essai soumet les entraînementsélectriques de grande puissance à des tests aussicomplets et réalistes que possible. Les moteurs etles variateurs pour locomotives, motrices et tram-ways ne sont pas les seuls concernés. Les techni-

Une puissante sirène retentit sur la machine dubanc d'essai 2. Le technicien qui surveille les moni-teurs et l'armoire de mesure n'est pas très impres-sionné par le bruit. Il dégage le casque de protectionauditive de ses oreilles. Sur ce banc, il déterminetoutes les caractéristiques importantes des machi-nes : puissance, tension, couple, vitesse de rota-tion, vibrations, température et niveau sonore. Cela suffit généralement pour établir l'aptitudefonctionnelle d'un entraînement, en tous cas pournos degrés de latitude tempérée et pour l'emploidans des installations industrielles courantes. Pourdes conditions plus extrêmes, le centre disposed'une chambre d'essais climatiques qui peut attein-dre des températures allant de moins 55 à plus85°C et une humidité de l'air de 98 %. Les systèmespeuvent ainsi être soumis à des froids polaires et àdes chaleurs tropicales.

Les surprises sont rares. De nos jours, les condi-tions d'emploi sévères dans lesquelles doivent travailler les entraînements Siemens peuvent sou-vent être simulées très facilement par ordinateur.Lors des essais de résistance, les vraies surprisessont donc rares. “Les écarts par rapport aux données calculées sont désormais devenus trèsfaibles“ constate M. Aust. Il arrive parfois qu'unmoteur soit un peu plus bruyant qu'il ne le devrait,ou plus chaud que calculé, ou encore qu'il vibreplus que cela n'est admis. La machine concernéeretourne alors à la fabrication pour être reprise. Lesconcepteurs analysent par ailleurs les résultats demesure pour adapter leurs modèles informatiques.

L'équipe de M. Aust teste chaque année près de600 moteurs industriels selon les souhaits desclients. Cela équivaut à 5 % des entraînements degrande puissance sortant de l'usine de Nuremberg.A côté de ces essais spéciaux, chaque produit quit-tant l'usine est évidemment soumis à un essai fonc-tionnel immédiatement après le montage final. Enplus de ces essais et des multiples projets de déve-loppement, le centre teste chaque année sept àhuit systèmes d'entraînement complexes pour desclients du ferroviaire.

Sur les moteurs industriels, un contrôle unitairesimple dure une demi-journée ; un essai système encharge peut prendre quatre semaines, suivant lesexigences. Dans le secteur ferroviaire, un essai couv-re plusieurs mois, parfois même une année entière.Le développement du logiciel pour la mise en œuvredans le véhicule tout comme le montage d'essai exi-ge beaucoup de temps. Pour un essai se rapprochantau plus de la réalité, le groupe d'entraînement doitêtre installé exactement comme dans la pratique.

Rigueur et minutie sont absolument indispensa-bles car les entraînements électriques sont soumis àdes contraintes particulièrement élevées. « Nos ma-chines fonctionnent 24 h/24, 7 jours/7 et 52 semai-nes/52 dans de nombreuses industries. » souligneM. Aust. ■ Günter Heismann

ciens examinent aussi des moteurs destinés à desusines chimiques et métallurgiques, à l'exploita-tion du pétrole et du gaz ou encore à des navires.Ils analysent aussi des prototypes pour les servi-ces de R&D, comme le premier générateur marinsupraconducteur au monde.

Les utilisateurs futurs assistent souvent à ces es-sais. Pour les entraînements des navires, la règleveut que l'on invite aussi un inspecteur de l'arma-teur. Les clients apprécient surtout la présentationdes résultats.

Certains des essais sont prévus par la législa-tion. Selon le lieu de mise en œuvre, il existe desvaleurs limites pour la température, le niveau sonore ou les vibrations que doivent respecter lesmoteurs. De nombreux utilisateurs souhaitent parailleurs que les groupes qu'ils ont commandéssoient analysés en profondeur. « Les clients veu-lent avant tout être rassurés dans le cas des appli-cations critiques », explique M. Aust. Le contrôleporte aussi sur le logiciel, un point surtout impor-tant pour les variateurs et la commande des entraînements ferroviaires car le logiciel dechaque nouveau projet ferroviaire se différenciede ses prédécesseurs dans des détails essentiels.

Toute la partie longitudinale du bâtiment est oc-cupée par 32 transformateurs ayant une hauteur dedeux étages et le sous-sol accueille d'autres trans-formateurs, le tout assure l'alimentation du centred'essai en énergie électrique, dans toutes les ten-sions nécessaires. Dans la division "Ferroviaire", lapuissance peut atteindre 1,6 MW du fait des entraî-nements de charge et de la sollicitation permanen-te des différentes machines. La vitesse de rotationmaximale est de 6 000 tr/min, la tension atteint de400 V à 30 kV en courant alternatif. Dans la division"Entraînements industriels", la puissance maximaleatteint même 5 MW, ce qui correspond à 6 800 CV.

Essais de résistance Locomotives, navires ou installations de manutention : dans le centre d'essai système de Nuremberg, les experts de Siemens testent les entraînements de grande puissance de A à Z avant leur livraison.

S I M U L A T I O N S

28

2020

VOYAGE AU CŒUR D’UNE TURBINEÀ GAZEn reproduisant avec précision la circulation des flux, les experts en simulation ont pu réduire les temps de développement des éoliennes, turbines à gaz et micro-réacteurs chimiques, et limiter le nombre de tests coûteux. Page 34

UN AÉROPORT SANS AVIONSLa ville allemande de Fürth possèdeun aéroport quelque peu inhabituel,qui ne possède ni piste de décollageni avions, mais qui dispose de tout ce dont les clients ont besoin pourdémontrer la qualité de leurs systèmes de pointe. Page 37

PA N O R A M A

M. Rénopa, expert en technologie automobile, présente les immenses

possibilités d’un appareil de simulationet d’optimisation au Directeur des

recherches, M. Bunsen. Ce dernier estparticulièrement intéressé par

la visualisation du processus de combustion à l’intérieur d’un moteurqui n’est pas encore construit et parles conséquences en cas de légères

modifications du moteur sur les fluxde matières et la logistique

de l’usine de production.

Mai 2020. La visite d’un futur centre de production automobilevirtuel révèle l’incroyable potentielde la simulation et de l’optimisation,ainsi que l’identité d’un personnagemystérieux.

29P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Véritableidentité

Je suis un passionné de voitures. Présentez-moi n’importe quelle machine motorisée à

4 roues, et je commence à m’imaginer àquelle vitesse elle peut parcourir un tour ducircuit nord du Nürburgring, de la super pisted’Indianapolis ou du tri-oval de Daytona– descircuits parmi les plus difficiles du cybe-respace. Oui, tout est virtuel maintenant, despièces au moteur en passant par les pneus et

les essais, sans oublier les courses ! Mais ilreste des clients réels qui ont besoin de vraiesvoitures pour se déplacer.

Prenons cette voiture, le premier véhiculehybride poly-carburant au monde équipé d’unmicro-moteur HCCI (allumage par compressionà charge homogène), compact, mais d’unepuissance exceptionnelle, qui offre un niveaud’émission quasi nul et une consommation de

S I M U L A T I O N S ■ S c é n a r i o 2 0 2 0

30

carburant minime. Dès la fin de son dévelop-pement –et, soit dit en passant, rien ne vautune simulation et une optimisation pour enaccélérer le processus– et la mise en route desusines de montage, on pourra dire adieu à notre bonne vieille essence.

Cette voiture pourra rouler à n’importequoi : jus de millet, Grand Marnier ou mêmehydrogène. En outre, selon mes calculs, saconsommation de carburant sera inférieurede 27,32 % aux autres véhicules à moteur àcombustion interne testés jusqu’ici.

Ne m’en veuillez pas, j’ai tendance à m’em-baller lorsqu’il s’agit de chiffres, mais ils sontle moteur de ce secteur. Ici, par exemple, je nesuis entouré que de chiffres car tout est simulé–moteurs, voitures, usine, sons, interactions…M. Bunsen, notre directeur international R&D,n’en revient d’ailleurs pas lui-même.

En fait, M. Bunsen était là il y a quelquesminutes pour savoir comment les chosesavançaient. Nous avons fait le tour de l’usine–une visite virtuelle me direz-vous. Nous avonsralenti les chaînes de production suffisam-ment longtemps pour observer comment unelégère modification de l’un des composantsdu moteur altérait les mouvements et la coordination des robots, les performances duprogramme et toute la logistique associée. Le parfait exemple de ce que nous appelons la« conception participative ».

De temps en temps, un ou deux ingénieursde sites distants passent en coup de vent pourexécuter un logiciel sur un prototype virtuel,simuler une procédure de maintenance à dis-tance ou animer une réunion virtuelle. À magrande surprise, M. Bunsen ne les a jamaisaperçus, et lorsque je le lui ai fait remarquer,il a simplement prétendu que tout était « dansma tête ». Qu’a-t-il voulu dire par là ?

Lorsque nous nous sommes rendus aucentre de commande pour observer le test dulogiciel existant sur les moniteurs virtuels, M. Bunsen a semblé impressionné. Il m’a demandé : « Aurons-nous vraiment besoind’une présence sur site ? ». « Au début, oui »,lui ai-je répondu. « Mais le système va peu àpeu s’améliorer, et une présence à distancesuffira alors. Vous voyez, Monsieur, l’usinesera équipée de centaines de milliers de capteurs qui réagiront non seulement auxprocessus locaux, mais également aux don-nées fournies par les autres capteurs.

Ils commenceront par s’affronter en réseauafin de déterminer quel secteur de l’usine ob-tient les meilleurs résultats, puis –parce qu’ils

sont dotés d’un système d’apprentissage– ilsfiniront par atteindre un équilibre optimal. Si des erreurs sont détectées, elles seront instantanément corrigées, et les informationsen découlant serviront à améliorer les proces-sus. Je pense pouvoir affirmer, Monsieur, queles niveaux de qualité obtenus seront excep-tionnels. Nos clients apprécieront ! »

Nous avons poursuivi et M. Bunsen s’estarrêté devant l’une des nouvelles voitureséquipées du système HCCI, dont le revêtementcaméléon anti-salissures et anti-rayures flam-boie, tel un coucher de soleil dans le désert,dans la simulation parfaite de sa future ligne.« Cette voiture va révolutionner le monde », a lancé M. Bunsen en souriant. Je me deman-dais ce qu’il voulait dire. « Monsieur », lui ai-répondu fièrement, « voulez-vous voir lemoteur ? ».

À peine avais-je terminé ma phrase que le capot est devenu aussi transparent que ducellophane, et que le moteur, dont on pouvaitdésormais observer la coupe transversale,s’est mis en mouvement sous nos yeux dansun doux ronronnement. Je ralentis la simula-tion par commande vocale pour que nouspuissions contempler les mouvements parfai-tement synchronisés au sein des cylindres. Le voile de carburant pulvérisé dans l’espacelaissé par les têtes de piston lors de leur descente était à peine visible. L’allumage s’effectuait au moment opportun, et la répar-tition de la chaleur était parfaite lorsque lespistons approchaient de la fin de leur course.

Nous avons pu effectuer un zoom avant surces mouvements et « pénétrer » dans le nuagede carburant afin de constater le comporte-ment du moteur face à la modification simu-lée de la vitesse de la voiture, de son altitudeet de sa charge. J’ai pu isoler et agrandir certaines parties de la simulation et démont-rer les interactions de la dynamique des flux etde l’acoustique, les algorithmes optimisant lesdétails de chaque paramètre à code couleur.

« Fascinant », s’est exclamé M. Bunsen ense reculant du véhicule, surpris par l’extrêmeréalisme de la démonstration. Puis, chan-geant brusquement de sujet, il m’a regardé etm’a demandé : « Qu’est-ce que cela fait d’être... virtuel ? ». « Je ne comprends pas,Monsieur. Que voulez-vous dire ? », lui ai-jerépondu. « Comment, M. Rénopa, vous n’êtespas au courant ? Personne ne vous a expliquéce que votre nom signifie ? RÉseau Neuronal àOPtimisation Automatique. »

■ Arthur F. Pease

Dans moins de 20 ans, la simulation et l’optimisation

nous permettront de voir,d’entendre et d’interagir

de façon très réaliste avec les produits, processus,

matériaux et environnementsles plus divers, et ce, bien

avant qu’ils n’existent.

Sur lechemin

de la perfection

31P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

L es systèmes de simulation de pointe pour-raient bien créer une véritable révolution :

les prototypes, formations et tests virtuels,ainsi que l’optimisation basée sur les connais-sances permettront d’éliminer les erreurs, deréduire les coûts et d’accélérer le développe-ment de la plus petite pièce moteur aux plusgrandes usines.

Mais cette révolution est-elle pour demain ?Pour ce qui est de la formation virtuelle, nouspossédons déjà la technologie de base. Pour lereste, notamment pour l’application de logicielsexistants à des prototypes virtuels –nouvelle

étape dans la simulation, censée accélérer ledéveloppement de systèmes particulièrementcomplexes–, nous n’en sommes qu’aux prémisses. Dans 2 ou 3 ans, selon la complexitéde l’application et les progrès en matière de vitesse de calcul, nous verrons apparaître unecertaine « simulation mixte » combinant diffé-rents paramètres (acoustique, dynamique desflux, fonction, etc.), peut-être même en tempsréel. Et dans 5 à 10 ans, les spécialistes prévoient les premières applications de « modé-lisation multi-échelle » –fusion entre données deniveau nano et objets entièrement virtuels qui

rapprochera les simulations de la réalité en associant 2 types de simulation jusqu’ici distincts.Entre temps, de nouveaux algorithmes, dontcertains seront basés sur des réseaux neuro-naux, apprendront à exploiter l’immense volumed’informations résultant de la simulation demondes jusqu’alors invisibles, ouvrant des voiesinexplorées d’optimisation des objets et systè-mes. D’ici 2015, toutes ces tendances devraientconverger. « À ce moment-là, nous serons enmesure de développer des prototypes virtuels àpartir de n’importe quel niveau, nano à taille réelle, dans un environnement de réalité

L’application de la simulation est multiple, du développement d’une nouvelle turbine à l’optimisation d’une ligne de productioncomplète (ci-dessus), en passant par la visualisation des courants d’air entraînantles pales d’une éolienne (ci-dessous).

S I M U L A T I O N S ■ T e n d a n c e s

32

virtuelle, et la précision sera au rendez-vous »,souligne Wolfgang Rossner, responsable duCentre de compétences Matériaux céramiquesde Siemens Corporate Technology (CT).

Où en sommes-nous aujourd’hui ? Lesexemples qui suivent sont frappants. En Chine,où Siemens envisage d’implanter un site de pro-duction de moteurs électriques, de coûteuses erreurs de planification pourront être évitéesgrâce à la simulation grandeur nature en 3D del’ensemble de l’usine, y compris des flux de matériaux et des systèmes de commandeélectronique. À New York, les simulations actuel-lement menées par Siemens permettront aux 8 millions d’habitants de Brooklyn et du Queensde bénéficier de la mise en service accéléréed’une ligne de transport d’électricité qui fournira750 MW de puissance supplémentaire à Long Island d’ici 2008. Dans le domaine des télécom-munications, les ingénieurs de Siemens simulentle fonctionnement des récepteurs de signauxpour le futur système européen de navigationpar satellite, alors même que ces récepteursn’existent pas encore, pas plus que les satellitesne sont en orbite. Les simulations effectuéesmontrent toutefois ce qui doit encore être réalisépour permettre aux futurs utilisateurs de localiserau mètre près un lieu de destination.

Des solutions pour un meilleur rende-ment. Bien que la simulation et l’optimisationaillent souvent de pair, cette dernière peut êtreappliquée seule dans de nombreuses situa-tions. Ainsi, les algorithmes d’optimisation ont

algorithme d’optimisation du contrôle des mou-vements gérant la vitesse des tapis roulants afinde retourner et d’aligner les colis. « Ce dispositifest opérationnel chez UPS Cologne depuis jan-vier 2006 et a déjà démontré qu’il limitait leschocs, évitait l’usure des emballages et réduisaitsensiblement les niveaux de bruit », précise Yakup Genc, qui dirige le programme de réalitéaugmentée et de vision 3D au sein du départe-ment de modélisation et de vision en tempsréel de SCR. Grâce à la technologie Siemens, l’u-sine de Cologne peut trier près de 110 000 pa-quets par heure.

Précision inégalée. Les algorithmes d’opti-misation visent également à améliorer l’effica-cité des systèmes d’imagerie médicale. ChezSCR, par exemple, Leo Grady a développé et

affinités de chaque pixel ». Siemens OncologyCare Services envisage de déployer l’algorithmeau sein de la solution COHERENCE afin d’aiderles médecins à visualiser en 3D les contours destumeurs et des zones sensibles, telles que lesyeux, qui doivent être épargnées par les rayons.En outre, ce produit peut évaluer l’évolution dela taille de la tumeur entre les examens.

Mais l’optimisation peut offrir d’autres appli-cations, telles que celles envisagées par MartinGreiner, physicien théoricien de Siemens CT. « J’imagine une forme d’optimisation distribuéedont les réseaux complexes fonctionneraientcomme des sociétés intelligentes. » Ainsi, l’unede ses inventions permettra aux rotors desparcs éoliens d’optimiser la position de leurs pales en fonction des informations fournies parles premières éoliennes subissant un change-ment dans la vitesse ou la direction du vent. « L’énergie produite sera ainsi moins fluctuante,

breveté un algorithme révolutionnaire qui permettra bientôt de déterminer la taille des tumeurs avec une vitesse et une précision inouïes. Une fois que le radiologue aura identifiéun point d’une image médicale comme faisantpartie de la tumeur (objet 1) et d’autres pointscomme étant l’arrière-plan (objet 2), l’algo-rithme, appelé « Random Walker », estimera laprobabilité pour que chaque pixel appartienneà l’une ou l’autre de ces régions en définissantune affinité entre eux à partir d’erreurs systé-matiques. La clé de l’optimisation de la seg-mentation, explique Leo Grady, « réside dans l’identification d’une quantité pertinente, puisdans sa réduction ou son augmentation. L’algo-rithme fait ensuite la distinction entre les zonestumorales et les autres en pondérant les

et un parc éolien pourra fonctionner comme uneentité autonome », souligne Martin Greiner.

Ces réseaux –qu’ils soient constitués d’éoliennes, de moteurs ou de molécules– retiendront les événements qu’ils auront subiset seront interconnectés au sein d’une alliancepresque biologique et sociale. « Les systèmesd’apprentissage et les réseaux neuronaux des10 ou 20 prochaines années nous permettrontde mieux comprendre ces réseaux, leur dynamique et leur architecture », prévoit Bernd Schürmann, responsable du départementdes systèmes d’apprentissage de Siemens CT. « Les formes de coopération observées au seindes cellules, chez les fourmis et les guêpes, seretrouveront dans divers domaines, notam-ment Internet, la gestion du trafic et la logis-tique. Apprendre à extrapoler les connaissancesque nous avons des systèmes naturels nouspermettra d’optimiser les systèmes humains etmême la société. »

Moteurs de demain. À l’image des boule-

Les réseaux distribués d’éoliennes, de moteurs et de molécules apprendront de leurs expériences.

augmenté le rendement des chaînes de mon-tage de 13 % dans le secteur des composantsmicroélectroniques, ainsi que celui des lignesde production d’acier.

Les services postaux et les sociétés de livrai-son pourraient également profiter de ces algo-rithmes. Par exemple, grâce à un dispositif appelé Intelligent Singulator, développé par Siemens Corporate Research (SCR), à Princeton,dans le New Jersey, en collaboration avec Siemens Dematic et le Siemens Technology-to-Business Center de Berkeley, en Californie, lescolis en vrac peuvent être rangés les uns der-rière les autres afin d’en faciliter le tri. Ce dispo-sitif utilise plusieurs caméras et un système decommande pour transmettre en temps réell’emplacement des colis et leur orientation à un

Les IRM utiliseront des algorithmes d’optimisation qui isolent les os des tissus.

versements entraînés par le développement dutélescope et du microscope, la simulation etl’optimisation peuvent ouvrir de nouvelles voiesdans l’exploration humaine.

« La simulation et l’optimisation nous per-mettront d’aller sur des sentiers encore totale-ment inconnus », déclare Albert Gilg, responsa-ble du département de la simulation et de lagestion des risques de Siemens CT. Elles contribueront d’abord à la conception virtuelleet au passage des expériences physiques auxprototypes virtuels. « Plus tard », ajoute-t-il, « elles changeront notre façon de travailler avecles ordinateurs et nous permettront d’identifierde nouveaux principes, auxquels nous n’avonsmême jamais pensé. »

Pour y parvenir, Albert Gilg précise qu’il seranécessaire de développer des classes d’algorith-mes qui tiennent compte des différents champsactuels des mathématiques, notamment :

33P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Les efforts entrepris pour lier ces différentsdomaines portent leurs fruits. Ainsi, jusqu’à récemment, l’estimation des valeurs de rende-ment maximum et minimum d’un modèled’aube de turbine d’un turboréacteur exigeait,d’après Albert Gilg, des mois de simulations.Aujourd’hui, une nouvelle classe d’algorithmesbrevetés, développés par Siemens CT, associantstochastique et algorithmes numériques per-met d’obtenir les mêmes résultats en divisantpar dix les efforts qu’impliquaient les méthodesprécédentes. « C’est une révolution car le sys-tème, que nous appelons RoDeO (Robust De-sign Optimization), est non seulement plus ra-pide, mais offre également une image plus

Bien que ces technologies de modélisationmulti-échelle de pointe ne soient pas encorepour demain, l’équipe de Wolfgang Rossner dé-veloppe des outils de simulation des matériauxcéramiques qui combineront niveaux atomis-tique et micro-structurel. Cette convergencedes possibilités sera essentielle pour le dévelop-pement de revêtements céramiques capablesd’optimiser la résistance thermique des aubesdes turbines à gaz industrielles. « La modélisa-tion détaillée des mécanismes de charge et dedégradation thermomécaniques a déjà permisd’augmenter sensiblement les températuresd’exploitation des aubes de turbines –amélio-rant le rendement de ces dernières–, mais l’iso-

• la simulation numérique, qui utilise des mo-dèles (formules) empruntés à la physique pourdécrire des phénomènes, tels que la dynamiquede combustion associée à une conception deturbine donnée ; • l’optimisation discrète, spécialisée dans les so-lutions mathématiques et pouvant s’appliqueraux processus de prise de décision complexes,tels que le chemin le plus rapide que peuventprendre les signaux pour se déplacer dans unréseau dynamique ;• la stochastique, qui adopte une approche baséesur la probabilité pour déterminer des variables,comme estimer le volume d’eau d’une cuve à par-tir de données aléatoires telles que la quantité deprécipitation et la consommation d’eau ;• les réseaux neuronaux, qui sont des systèmesd’apprentissage se rapprochant du cerveau hu-main, conçus pour résoudre des problèmes, parexemple, calculer l’argent liquide que desclients vont retirer d’un distributeur automa-tique au cours d’une semaine donnée.

précise de la réalité. Par exemple, nous pouvonsdésormais déterminer la valeur délivrée par unmoteur dans une plage prédéfinie avec une pré-cision de plus de 99 % », indique Albert Gilg. « En reliant deux champs clés des mathéma-tiques, nous avons résolu une série de problè-mes avec une efficacité jamais atteinte. Cesnouveaux algorithmes pourront s’adapter à unemultitude d’applications de conception puis-santes », ajoute-t-il.

Tout est possible ? Alors que les nouveaux algorithmes optimisent la visualisation d’im-menses systèmes industriels, d’autres aident lesscientifiques à se plonger dans des nanomon-des. Ainsi, dans les laboratoires de WolfgangRossner, les chercheurs étudient les moyensd’élaborer un objet virtuel dans son intégralité.« L’un de nos objectifs est de partir de matériauxvirtuels, de définir leurs microstructures, de lesfaçonner, puis de les assembler en un dispositifdont on va simuler le comportement », indiqueWolfgang Rossner.

lation thermique nécessitera, à l’avenir, des ma-tériaux céramiques optimisant la compositionatomique et les caractéristiques micro-structurelles nanométriques propres à ces revêtements, et seule l’application intensived’une modélisation multi-échelle le permettra »,explique Wolfgang Rossner.

Bien entendu, le futur réserve d’autres sur-prises. « Bientôt, nous combinerons des para-mètres acoustiques, de champs magnétiques,de dynamique des flux et de fonction », déclareHeinz-Simon Keil, responsable de la conceptionvirtuelle chez Siemens CT. « J’espère que d’ici 2 ou 3 ans, nous pourrons simuler un moteur 6 cylindres en temps réel, avec ses paramètresde bruit et de dynamique des flux. » Et commeles simulations des environnements de produc-tion devraient prendre le même chemin, laconception en parallèle de produits et de leurslignes de production respectives –y comprisdes logiciels associés– ne sera qu’une questiond’échange de données entre ingénieurs.

Simulation et optimisation. Ces deuxmots détermineront le paysage industriel du21e siècle. « Dans à peine 15 ans, nous pourronsconcevoir une voiture, la tester, l’optimiser et en-voyer sa simulation en production sans créer deprototype physique », prévoit Heinz-Simon Keil.

Certains restent cependant sceptiques. « Je pense que nous ne parviendrons pas à tout simuler », indique Johannes Nierwetberg,responsable du département d’optimisationdiscrète de Siemens CT. « Par exemple, quel programme peut permettre de prédire avec précision le temps qu’il fera dans plusieurs semaines ? »

■ Arthur F. Pease

Quel bruit un pantographe de train à grande vitesse produit-il ? Les simulationsnous le diront.

De nouveaux algorithmes réduisent de 90 % les efforts nécessaires à l’obtention de simulations précises.

Courants d’airIndispensable pour l’industrie, la simulation sur ordinateur estun outil économique, qui remplace nombre d’essais physiqueset accélère le développement. Elle permet de visualiser unelarge gamme de systèmes dynamiques, des éoliennes et turbines à gaz aux micro-réacteurs et appareils d’IRM en passant par les airbags.

L a physique est parfois très simple. Ainsi,l’été dernier, lors d’un séjour dans le

Sud-Tyrol, en Italie, les enfants Steckenbornse sont amusés à jeter des feuilles dans un « Waal » –l’un de ces canaux construits au 13e

siècle afin d’irriguer les vergers. Près de larive, les feuilles avaient tendance à tournoyer,avançant uniquement lorsque les enfants les poussaient à l’aide de bâtons. Arno Steckenborn, leur père, physicien de SiemensCorporate Technology (CT) à Berlin, connaîtbien ce phénomène de rotation des feuilles,

Les simulations montrent que laturbulence permet un mélangeplus efficace de deux fluides à vi-tesse d’écoulement élevée (àdroite) qu’à vitesse d’écoulementfaible (à gauche).

S I M U L A T I O N S ■ A p p l i c a t i o n s

34

à ceci près que les canaux auxquels il travaillesont aussi fins qu’un cheveu et conçus pour lesmicro-réacteurs, de minuscules dispositifs danslesquels seront à l’avenir fabriqués des produitschimiques et des médicaments.

Pour les fruiticulteurs, les feuilles constituentune nuisance car elles obstruent les filtres dessystèmes d’évacuation. Le laboratoire berlinoisd’Arno Steckenborn doit faire face à un problèmesimilaire, les produits ayant tendance à s’agglu-tiner dans les canaux des micro-réacteurs.Comme il est impossible d’observer l’intérieurd’un micro-réacteur, Arno Steckenborn et sescollègues reproduisent les courants au moyend’un programme de simulation permettant dedéfinir tous les paramètres physiques, tels queles caractéristiques matérielles, la géométriedes micro-canaux, ainsi que la viscosité et latempérature des fluides.

Le logiciel de calcul de dynamique des fluides assisté par ordinateur (CFD, Computa-tional Fluid Dynamics) établit alors les profilsd’écoulement et le champ de température, avecparfois des surprises, comme dans le cas de cemicro-mélangeur conçu pour mélanger deuxfluides chauffés à des températures différentes.

En effet, une simulation a montré que lesproduits s’écoulaient parallèlement, à l’imagede miel dans du lait froid. Alors que les vortexne sont généralement pas retenus, ils représen-taient ici la solution –la cuiller permettant le

mélange, pour ainsi dire. L’équipe d’Arno Stec-kenborn a pu résoudre le problème en faisants’écouler l’un des fluides légèrement en deçà del’autre de sorte qu’il dépasse un peu la cible etque les deux fluides se mélangent. Selon la si-mulation, les températures obtenues à la sortiedu mélangeur étaient parfaitement équilibréesdans les deux canaux.

Réalité programmée. « La simulation nousfait gagner du temps et de l’argent en nous indiquant les paramètres à ajuster », commenteArno Steckenborn. Les résultats en valent lapeine, même si l’étape de modélisation néces-site des mois de travail. Après tout, fabriquerune série de prototypes coûterait plus cher etdemanderait davantage de temps. En revan-che, la simulation n’est pas encore en mesurede remplacer les expériences. Elle ne fait qu’as-sister les chercheurs dans la préparation destests pratiques et la prise de décisions concer-nant les éventuelles modifications à apporter. « À l’instar d’un basketteur tournant sur son piedde pivot, nous observons le modèle afin de déterminer la direction dans laquelle lancer le

L A S I M U L AT I O N A U S E R V I C E D E S I M A G E S R M

Nous ne savons pas si Arnold Schwarzenegger, gouverneur de Californie, a passé un examen IRM (imagerie par résonance magnétique) suite à son accident de moto en janvier 2006,mais si tel a été le cas, l’ex-Monsieur Univers a été exposé à un fort niveau d’énergie haute fré-quence, puisque « les muscles présentent une conductivité électrique élevée et génèrent davantage de chaleur », comme l’explique Dirk Diehl, physicien de Siemens Corporate Technology à Erlangen. Étant donné que le taux d’absorption spécifique (TAS, exprimé en watts par unité de masse corporelle) ne peut être dépassé, l’opérateur de l’appareil d’IRM doit entrer la taille et le poids de chaque patient avant de procéder à l’examen. L’appareil limite alors les impulsions électromagnétiques à haute fréquence qui stimulent les tissus, lesquels émettent des signaux permettant de générer l’image. La taille et le poids n’étant pas révélateurs de la condition physiquedu patient, une marge de sécurité est prévue, ce qui allonge la durée d’examen et nuit à la précisionde l’image. Pour optimiser le processus, Dirk Diehl a modélisé un appareil d’IRM à l’aide du logicielMicrowave Studio, ainsi que des patients virtuels, avec différentes caractéristiques physiques. Au total, 40 types de tissus ont été simulés. Une coloration rouge lui indique immédiatement les zo-nes où les champs, les valeurs TAS et, par conséquent, les températures, sont particulièrement éle-vés. Des points chauds se forment dans certains tissus, notamment dans les zones proches de la paroi du tube de l’appareil d’imagerie, ainsi que dans de nombreux muscles. Selon Dirk Diehl, les personnes corpulentes sont avantagées car « la graisse absorbe moins d’énergie haute fréquence ».

Le physicien surveille également l’homogénéité des champs électromagné-tiques. Dans les tout derniers systèmesd’IRM, qui offrent une densité de flux magnétique d’au moins 3 teslas, l’intensitédu champ varie considérablement avec lapénétration tissulaire, impliquant une com-pensation via un programme de contrôle.Mais grâce à la simulation, ce programmepeut être adapté à chaque patient, d’où unerépartition plus homogène du champ ma-gnétique et une meilleure qualité d’image.

ballon », explique Arno Steckenborn. Ensuite, lemicro-mélangeur reçoit les caractéristiques desagents connus, tels que l’azote et l’eau. Lorsquele modèle et la réalité coïncident, les autres fluides sont virtuellement envoyés dans lemicro-réacteur. Le moindre changement, lié à lagéométrie du mélangeur ou à la températuredu produit introduit, par exemple, peut alors êtreeffectué d’un clic de souris.

Le véritable rôle du logiciel de CFD est de résoudre les équations de Navier-Stokes, qui décrivent le mouvement des fluides et des gaz.Ces équations universelles s’appliquent aussibien aux micro-canaux qu’aux longues palesd’un rotor d’éolienne. C’est pourquoi JesperLaursen, ingénieur de Siemens Wind Power àBrande (Danemark), utilise également ce logicielde CFD. Le programme affiche les contours d’unepale de rotor entourés de lignes représentant lecalcul du déplacement des molécules d’air. L’airs’écoule régulièrement sur les deux tiers exté-rieurs de la pale, puis est freiné par cette der-nière, ce qui crée l’aspiration propice au mouve-ment latéral de la pale entraînant le générateur.

La simulation sur ordinateur améliore l’efficacité des parcs éoliens et des centralesà cycle combiné.

« Jusqu’à présent, les constructeurs de palesd’éoliennes négligeaient la partie intérieure durotor », souligne Jesper Laursen en désignant lazone de jonction de la pale et de l’axe. L’écoule-ment de l’air provoque un fléchissement, d’oùdes pertes d’énergie, pouvant aller jusqu’à larupture. Il a fallu plusieurs semaines à JesperLaursen pour modéliser la lame de rotor sur sonordinateur, mais son effort est récompensé : enquelques clics de souris, il peut désormais modifier la position des deux millions de pointsenveloppant la surface du rotor comme unmaillage très serré. Un ensemble de PC recalculeensuite l’écoulement de l’air sur chaque pointen seulement une journée.

Jesper Laursen destine ses résultats les plusconcluants à la réalisation d’un type de pale amé-lioré, permettant à l’air de s’écouler de façon uni-forme de la base à l’extrémité. Dans les simula-tions, la partie profilée de la pale ne se prolongeplus en une forme cylindrique, mais s’aplatit légèrement jusqu’au point de fixation de la palesur l’axe. Les éoliennes sont aujourd’hui capa-bles de transformer 45 % de l’énergie du vent enélectricité. « Avec cette nouvelle forme de rotor,on pourrait augmenter l’efficacité de 2 à 3 % »,estime Jesper Laursen. Soit un rendement annuel de 500 MWh supplémentaires– et c’estbien là ce qui intéresse le client.

35P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

Des turbines silencieuses. L’efficacité estégalement un critère essentiel pour les exploi-tants de centrales à gaz, tout particulièrementdepuis la flambée du prix du gaz naturel. Dansce domaine, Siemens est très souvent sollicité :avec un rendement énergétique proche de 60 %,les centrales à cycle combiné Siemens sont lesplus efficaces au monde (voir p. 12). Cette per-formance s’explique en grande partie par laforme des aubes des turbines. En coopérationavec Siemens Power Generation (PG), le centrede compétences Simulation et Analyse desrisques de Siemens CT à Munich effectue des si-mulations d’aubes de turbines à gaz et à vapeurafin d’en améliorer encore le rendement. Les ingénieurs et mathématiciens en charge de cetravail procèdent de manière analogue à leurs collègues danois, concepteurs d’éoliennes. En effet, les aubes sont décrites mathématiquementsous forme d’un maillage très serré, puis l’ordina-teur résout les équations de Navier-Stokes, lafonction cible étant ici l’efficacité.

Une fois le modèle mathématique créé, ungroupe d’ordinateurs calcule, en une semaine,tous les paramètres requis, notamment la cour-bure et la torsion des aubes, afin de déterminerla géométrie optimale. « C’est la simulation dudébit qui demande le plus de temps », témoi-gne Utz Wever, du centre de compétences. Lesspécifications restent toutefois limitées car lessolutions mathématiques idéales ne sont pastoutes applicables aux centrales PG. Les aubessont inévitablement soumises à des températu-res extrêmes, supérieures à 1500 °C, ce qui restreint les possibilités quant aux formes et

met de mesurer la résonance dans la chambre.Les chercheurs de CT combinent ensuite les

données acoustiques et les caractéristiques desbrûleurs et des flammes grâce à un système d’analyse de stabilité 3D, qui calcule les varia-tions de pression dans la chambre de combus-tion. Le logiciel permet ainsi d’en modifier aisément la géométrie, par exemple, l’emplace-ment du point d’injection du gaz. La simulationindique le moment où les vibrations atteignentleur niveau acoustique le plus faible, c’est-à-direle moment où la turbine est silencieuse.

« La simulation rejoint l’expérimentation »,affirme Sven Bethke, expert en thermo acous-tique de Siemens à Mülheim an der Ruhr. Jus-qu’à récemment, Sven Bethke et Utz Wever nepouvaient s’appuyer que sur des types de turbi-nes à gaz existants pour établir une méthoded’interprétation des résultats. Cette année, deschambres de combustion et des brûleurs seronttestés et évalués par simulation acoustique,puis améliorés en conséquence. En outre, onprévoit la mise en service, en 2007, sur le sitebavarois d’Irsching, de la première turbine à gazbénéficiant d’une conception thermo acous-tique avec analyse de stabilité 3D. Générantmoins de bruit, ce modèle de turbine offriraune plage de fonctionnement accrue, d’où unrendement plus élevé. « Il s’agira de l’une desturbines à gaz les plus puissantes au monde »,annonce Utz Wever. Cette centrale à cycle com-biné dotée d’une turbine optimisée devrait enfait atteindre la barre symbolique des 60 % derendement. Une première.

■ Bernd Müller

La simulation sur ordinateur détermine l’impact de la forme des pales des éoliennes sur l’écoulement de l’air.

Quelle est la forme optimale d’une aube de turbine ? Dans quelle mesure la pressioncrée-t-elle des vibrations dans une chambre de combustion ? La simulation sur ordinateur apporte les réponses.

82

matériaux adaptés.Il demeure un risque majeur auquel tout

constructeur de turbines à gaz est exposé : lesbrûleurs (parfois au nombre de 24) logés dansla chambre de combustion de la turbine secomportent comme les cordes d’un violon,l’oscillation rythmique de la flamme pouvantgénérer un fort bourdonnement, de l’ordre de90 à 500 hertz. Si leur harmonique de fré-quence est égale à la fréquence de résonancede la chambre, les vibrations produites peu-vent endommager la turbine. La solutionconsiste à couper la turbine avant que le phé-nomène ne soit trop important.

Mais cette méthode n’est pas vraiment satis-faisante pour les exploitants. Cherchant à ré-duire ce risque dès la phase de conception, PGa commencé à développer des outils de simula-tion pour rendre les turbines à gaz silencieuses.Les recherches ont débuté il y a trois ans, avecle soutien du centre de compétences Simula-tion et Analyse des risques de Siemens CT.

Pendant ce temps, des experts ont réussi àrecréer une chambre de combustion sur ordina-teur via une simulation en deux étapes. Ils peu-vent également prévoir les causes de la forma-tion des vibrations et leur fréquence dansdifférents types de turbines à gaz. La premièreétape, une simulation acoustique, s’effectue àMülheim an der Ruhr, en Allemagne. Elleconsiste à simuler l’acoustique pure de la cham-bre de combustion dans des conditions ther-miques similaires aux conditions de fonctionne-ment. On applique ici la méthode des élémentsfinis, sans tenir compte de la flamme, ce qui per-

S I M U L A T I O N S ■ A p p l i c a t i o n s

36

37P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

un aéroport faitson show

Un bâtiment anodin, au bord de la départe-mentale Fürth/Bislohe, abrite l’aéroport le

plus étrange du monde. L’enregistrement despassagers se fait par un procédé biométrique,la carte d’embarquement prend la forme d’unsimple SMS et un système ultra moderne demanutention et de convoyage assure le transitdes bagages. Mais vers quelle destination ? Aucune, car il n’y a ni avion, ni piste, ni mêmetour de contrôle.

Le Siemens Airport Center (SAC) est un centre de simulation et de formation unique aumonde dédié aux infrastructures aéroportuai-res. Il permet d’exploiter des systèmes de ma-nutention et de convoyage des bagages et deguidage des avions jusqu’aux passerelles d’embarquement, comparables par leur taille àceux mis en œuvre à Heathrow (Londres).Construit en seulement 8 mois, le SAC de Siemens a été inauguré fin 2005.

De nombreux clients semblent en avoir euconnaissance. « Le nombre de demandes de visite est énorme » affirme Helmut Pawlischek,responsable du SAC. La plupart des visiteursveulent voir comment économiser du temps etde l’argent grâce à l’interaction optimale entreles différents systèmes. D’autres s’intéressentaux nouvelles technologies de Siemens,comme l’enregistrement mobile : les usagers

37

du transport aérien peuvent en effet téléchar-ger un petit programme sur leur téléphoneportable qui permet de se faire enregistrer surle chemin de l’aéroport. La compagnie aérienne envoie la carte d’embarquement sousforme de code barres par SMS.

A la porte d’embarquement, le passagerpose son téléphone portable sur un lecteur etsa carte d’embarquement est imprimée, oualors il s’identifie par des données biomé-triques préalablement enregistrées et accède à l’avion sans aucun document papier. Les nouveaux gros porteurs, comme l’Airbus A380,ont une capacité pouvant atteindre 800 passa-gers. Les experts s’activent donc à développerdes systèmes permettant d’accélérer l'enregis-trement des passagers.

Le Boston Consulting Group prévoit d’ici2015, des investissements à hauteur de 200 Md $ dans ce secteur, notamment en Asie.Et Helmut Pawlischek de déclarer, « De nomb-reux aéroports existants aux Etats-Unis et enEurope envisagent des travaux de modernisa-tion ». Tous misent sur des solutions intégrées,à savoir des systèmes capables d’interagir lesuns avec les autres. Siemens est leader sur lemarché. Selon Helmut Pawlischek, « Les aéro-ports de moyenne et petite capacité ne dispo-sent souvent pas de l’expertise requise pour

combiner de manière optimale les différentescomposantes. » Mais le SAC permet égalementaux exploitants des gros aéroports de mieux exploiter les synergies.

« Nous pouvons ainsi montrer que pourfonctionner de manière optimale, les systèmesdoivent interopérer les uns avec les autres »,déclare Günter Menden, chargé des relationsextérieures du Sector Development Board etresponsable de l’activité Airport Logistics ausein de la Division Industrial Solutions and Services (I&S), à Nuremberg. Celui qui fait ap-pel à la technologie Siemens dans le domainedes aéroports, est de fait client de plusieurs Divisions Siemens. La technologie pour lesaéroports intègre en effet les procédés biomé-triques, les systèmes de sécurité et de gestiontechnique des bâtiments de Siemens BuildingTechnologies (SBT), les systèmes d’informationen vol de Siemens Business Services (SBS), dessystèmes d’alimentation en énergie de PowerTransmission and Distribution (PTD), des systè-mes de manutention et de convoyage des ba-gages d’I&S, avec des composantes d’Automa-tion and Drives (A&D), sans oublier le systèmede balisage lumineux au sol d’I&S.

Günter Menden montre les 27 moniteursdu Airport Operation Center (AOC), le centrede contrôle et d’information pour toutes les infrastructures et la logistique du SAC. C’est icique sont contrôlées les opérations pour assu-rer le bon fonctionnement des installations.Qu’il s’agisse de la gestion de la flotte des ap-pareils, de la gestion technique des bâtiments,du système de manutention et de convoyagedes bagages ou encore du système d’informa-tion en vol, le moindre changement de variablea des conséquences en cascade sur les opéra-tions complexes qui participent au fonctionne-ment d’un aéroport. Si un appareil arrive parexemple avec 2 heures de retard, les véhiculesde service doivent être reroutés, le personnelde surveillance doit être réparti différemmentet les capacités de stockage du système de manutention et de convoyage des bagagesdoivent être redéfinies. « La personne chargéede la gestion technique des bâtiments au seinde l’AOC est informée automatiquement de cechangement et peut décider de faire baisser légèrement la température ambiante dansl’aile du bâtiment concernée ». Günter Mendendécrit ainsi une des applications que la syner-gie entre les différents systèmes permet de simuler dans l’AOC.

Des valises à grande vitesse. Si l’AOC estle cerveau de l’aéroport, le système de manu-tention et de convoyage des bagages en est lecœur. A seulement 3 mètres de l’AOC, les tapisroulants parcourent, pratiquement sans aucun

S I M U L A T I O N S ■ Siemens Airport Center

Présenter des solutions aéroportuaires n’est pas chose facile :comment simuler le contrôle des passeports, l’enregistrementdes bagages ou encore le guidage des appareils sur les pistessans gêner l'exploitation de l’aéroport. Avec le Siemens Airport Center, les professionnels disposent désormais d’un centre de simulation unique au monde permettant deplanifier, tester et développer des solutions aéroportuaires.

bruit, les différents niveaux du grand hall. Le SAC abrite la plus grande installation en Allemagne, après les aéroports de Francfort etde Munich. Sa capacité est de 5000 bagages àl’heure. Pourtant, actuellement, elle netransporte que quelques menues valises. « Poursimuler une exploitation à plein régime, nulbesoin de valises, les étiquettes RFID suffisent.Ce sont ces étiquettes qui portent une pucecontenant les données sur la destination desbagages », déclare Helmut Pawlischek.

A l’enregistrement, chaque valise, dotéed’un code barres, est placée dans un bac detransbordement sur le système de convoyage.Ce bac comporte une étiquette avec unemicropuce sur laquelle les données du codebarres sont transmises automatiquementlorsque le portique à scanner est franchi. L’étiquette communique les informations à unsystème centralisé. Chaque bagage peut ainsiparcourir en vitesse maxi. 10 mètres par seconde, un record mondial. Autre première :le système de manutention et de convoyagecomporte un plan incliné de 17°. Helmut Pawlischek ajoute : « Les installations deconvoyage sont généralement sur plusieursétages en sous-sol car la construction d’unaéroport doit tenir compte des contraintesd’espace et de coûts ».

Pour que le ballet des tapis roulants, dessystèmes d’aiguillage et à bascule puisse fonctionner de manière harmonieuse, 1200détecteurs de proximité et barrières immaté-rielles ainsi que 545 systèmes d’entraînementont été mis en œuvre dans le SAC. Derrière ceballet gracieux se cache en réalité une lourdemachinerie. Les compagnies aériennes veulenten effet voir leurs appareils dans les airs, seulmoyen pour elles de gagner de l’argent. Et lespassagers veulent prendre leur correspon-dance le plus vite possible. Et les bagages doivent suivre le rythme. « Un bagage qui arrive en retard ou qui a été égaré, coûte trèscher, sans parler du préjudice en termes d’imagede marque », déclare Helmut Pawlischek. Ledélai de correspondance minimum (MCT) estdonc un indicateur de performance importantpour les aéroports. Le MCT de l’aéroport de

Munich est, à titre d’exemple, de moins de 30 minutes grâce à la technologie Siemens, unvéritable record mondial.

Pour économiser du temps et de l’argent,les systèmes de manutention et de convoyagedes bagages doivent par ailleurs être très fiables. Ainsi, l’aéroport de Pékin, doté d’untout nouvel équipement Siemens dans son terminal 3, pourra plus que doubler sa capacité,qui est aujourd’hui de 28 millions de passagers,pour passer à 60 millions. Les développeurs tes-tent continuellement dans le SAC l’interactionlogicielle et matérielle pour ce projet d’enver-gure, un avantage décisif car la mise en serviceà Pékin doit avoir lieu très vite. En outre, le SACsert de centre de formation pour les clients.Ainsi, des douzaines de collaborateurs de l’aéroport de Pékin testeront en Franconie desscénarios très différents et feront les premièresexpériences pratiques. L’élégante salle d’at-tente dans le SAC est généralement vide. Pour-tant, on compte de plus en plus de personnesdans les aéroports du monde entier. De ce fait,les systèmes de sécurité doivent relever des défis de taille. Les voyageurs ne sont pas lesseuls à devoir être parfaitement identifiés lorsde l’enregistrement et de l’embarquement, lepersonnel d’exploitation doit aussi montrerconstamment les autorisations d’accès à certaines zones.

Une identification à visage humain. Grâceau scanner du visage en 3D, le SAC assure un fonctionnement rapide et fiable : les cher-cheurs de Siemens Corporate Technology ontdéveloppé depuis quelques années ce toutnouveau système de reconnaissance biomé-trique, désormais commercialisé en partena-riat avec la société américaine Viisage (Pictures of the Future, printemps 2003). Cesystème fonctionne de la manière suivante :un quadrillage multicolore est projeté sur le visage. Une caméra vidéo enregistre les inter-valles entre les différents points du visage,

Unique au monde : simulation et optimisationdes infrastructures d’un aéroport.

spécifiques à chaque individu. Le systèmecompare alors ces points de mesure avec lesdonnées préalablement enregistrées. Les dysfonctionnements liés à l’éclairage ou auport de la tête, fréquents avec un procédé en2D, sont ainsi considérablement réduits.

Le SAC ne comporte certes pas encore decentre commercial, mais les experts saventtrès bien que les aéroports se transforment deplus en plus en lieux de vie avec d’importantsespaces de vente et de détente. Helmut Pawlischek esquisse le scénario de demain : « Les passagers dans les aéroports doivent attendre le moins possible aux points decontrôle et pouvoir profiter des rares tempsd’attente pour faire des achats ou se détendre ».En outre, ils doivent se sentir en sécurité. AuSAC, les développeurs testent de nouveauxsystèmes de surveillance avec détection pré-ventive des facteurs de risque. Pour cela, unprogramme analyse les données fournies parles caméras, par exemple la présence d’un ba-gage isolé ou une personne allongé sur le sol.

Les processus évoluent également sur letarmac. Les pilotes sont guidés par des diodesélectroluminescentes, commandées directe-ment depuis le centre de contrôle de l’aéroport. L’amarrage de la passerelle d’em-barquement est filmé par une caméra vidéoet un logiciel calcule en permanence la dis-tance entre l’appareil et la passerelle. Les don-nées sont projetées sur un écran devant le pilote. Pour simuler le processus de guidagelumineux de l’avion, le SAC utilise tout simplement une voiture sur le parking. Le butest d’éviter que les avions à l’atterrissage setrompent de place pour le débarquement despassagers. Il est vrai que l’aéroport de Nuremberg est à quelques kilomètres seulement.

■ Katrin Nikolaus

Les coulisses d’un aéroport : Au Siemens Airport Center, les visiteurs testent des nouveautés comme le scanner du visage en 3D, le système de guidage lumineux ou encore le système de manutention et de convoyage des bagages, soit dans le centre opérationnelet sur des systèmes réels (de gauche à droite).

S I M U L A T I O N S ■ S i e m e n s A i r p o r t C e n te r

38

39P i c t u r e s o f t h e Fu t u r e | P r i n t e m p s / E t é 2 0 0 6

PICTURES OF THE FUTURE

C R O I S S A N C E U R B A I N E

IMAGINATION & INNOVATION

U N ΠI L I N T E L L I G E N T

■ A l i re dans le prochain numéro

Sans des personnes comme Osman Ahmed, Siemens ne pourrait pas se targuer de ses « Innovations pour la planète ». Osman Ahmeddéveloppe des systèmes micro-électroméca-niques pour la gestion technique des bâtiments.C’est grâce à des développeurs imaginatifs telsque lui que Siemens se place parmi les leadersmondiaux en matière de dépôt de brevets. Maisl’innovation va au-delà de l’invention. Ce quicompte vraiment, c’est de savoir transformer lesidées en produits et services commercialisables.Comment faire ? Et quel est le meilleur moyenpour développer une culture de l’innovation quicombine imagination et rentabilité ?

Une image vaut mille mots… Mais commentun ordinateur est-il capable de voir ce qui est

important dans une image ? Et parmi les milliers de prises de vue fournies par scanner,

IRM ou échographie, quelle image contientdes informations décisives ? Ce sont

là quelques-unes des questions fondamentalesqui s’imposent aux chercheurs et aux dévelop-peurs dans le domaine de la vision par ordina-

teur. Les domaines d’application de ces tech-nologies très prometteuses incluent

le contrôle qualité à grande vitesse en environnement industriel, l’analyse d’images

médicales, la sécurité et l’aide aux malvoyants.

En Chine, de petites villes se transforment engigantesques agglomérations. Et partout dans

le monde, des millions de personnes s’installent dans des centres urbains. Des villes

comme Moscou, Mumbai (Bombay), São Pauloet Buenos Aires comptent plus de dix millions

d’habitants, tout comme Shanghai, Pékin,Séoul et Tokyo. Le développement durable deces mégalopoles constitue un défi tant sur leplan des infrastructures liées à l’énergie, aux

transports et à l’assainissement que sur le plande la gestion technique des bâtiments de

grande hauteur, des centres commerciaux, desaéroports et des installations sportives. Mais ilest tout aussi important de savoir approvision-ner ces villes en biens essentiels : l’alimentaireet les médicaments, les carburants, l’acier et le

ciment, le tout en préservant les ressources.Dans tous ces domaines, Siemens propose

des solutions innovantes.

PUBLICATION ORIGINALE :

Edité par : Siemens AGCorporate Communications (CC) et Corporate Technology (CT)Wittelsbacherplatz 2, 80333 MunichUlrich Eberl (CC), Prof. Dietmar Theis (CT)ulrich.eberl@siemens.com : (tél : +49 89 636 33246), dietmar.theis@siemens.com

Comité de rédaction :Ulrich Eberl (ue), (Rédacteur en chef)Arthur F. Pease (afp), (Directeur de publication)Norbert Aschenbrenner (na), (Direction de la rédaction)Florian Martini (fm), (Rédacteur)Ulrike Zechbauer (uz) (Rédacteur)

Ont participé à ce numéro :Bernhard Gerl, Bernd Müller, Katrin Nikolaus, Gitta Rohling, Tim Schröder, Sylvia Trage,Nikola Wohllaib

Agence : Kerstin Purucker, Publicis GmbH, ErlangenEdition graphique : Judith Egelhof, Vera Ferrarotti, Publicis MunichPhotographie : Kurt Bauer, Kurt Fuchs, Erol Gurian, Jochen Hähnel, Bernd Müller,Bobby Oh, Franck Rothe, Volker StegerInternet (www.siemens.com/pof) : Volkmar DimpflInformations historiques : Franck Wittendorfer, Archives Siemens Base de données : Elke Engelhardt, Anke Kimmling, Publicis Erlangen Directeur artistique / lithographie : Rigobert Ratschke, Büro Seufferle, StuttgartIllustrations : Natascha Römer, StuttgartInfographie : Jochen Haller, Büro Seufferle, Stuttgart

www.siemens.com/pof

Plus d’informations sur la R&D Siemens : www.siemens.com/innovation

Crédits photographiques : Thierry Foulon (p. 2), Siemens Transportation Systemset Lohr Industrie (p. 5), Archive pour l'art et l'histoire (p. 9 en haut, à droite),Mauritius images (p. 9 en bas, à droite), Transrapid International (p. 10 à gauche),Geoff Kuchera/ istockphoto (p. 12 en bas, au milieu), Picture-Alliance / dpa (p.16 en haut, à gauche ; p. 18 en bas, à droite), Osram / Siteco (p. 17 en haut),privé (p. 23), PSA Peugeot Citroën Direction de la communication - Legros (p. 24et 25 en haut), Mauritius images (p. 34 en haut). Les droits de Copyright relatifs

VERSION FRANÇAISE :

Adaptation : Siemens SAS - Direction de la communication9 boulevard Finot - 93527 Saint-Denis Cedex 2Directeur de la publication : Philippe CarliCoordination : Valérie RasselTraduction : TiceroRéalisation : DBA CréationsImpression : Imprimerie Comelli - Avenue des Deux Lacs - Z.A. Courtabœuf 791140 Villejust

www.siemens.fr

ISSN : 1777-1439

aux autres photographies appartiennent à Siemens AG.

Pictures of the Future, syngo, Simatic et d'autres dénominations sont des marquesdéposées par Siemens AG. ICE est une marque déposée par la Deutsche Bahn AG. FIFA World Cup et termes similaires sont déposés par la Fédération Internationale de Football Association (FIFA). Les autres dénominations commerciales et noms deproduits mentionnés dans ce magazine peuvent être des marques déposées sur lesquelles les sociétés dépositaires ont un droit de propriété.

Le contenu éditorial des articles de cette publication ne reflète pas nécessairement l'opinion de l'éditeur. Ce magazine contient des visions du futur dont l'exactitude nepeut en aucun cas être garantie par Siemens. Il convient d'obtenir au préalable desinformations sur certains produits. Certains produits sont en cours de développementet ne sont pas disponibles aux E.U. et leur disponibilité ne peut être garantie.

Pictures of the Future est une parution semestrielle.La reproduction d’articles, complète ou partielle, requiert l’autorisation de la rédaction.Cela vaut également pour le stockage dans des bases de données électroniques, la publication sur l’Internet et la reproduction sur cédéroms.

© 2006 par Siemens AG. Tous droits réservés