Transports

Applications de la simulation CFD pour les transports

Le secteur des transports est généralement parmi les premiers à venir à l’esprit quand nous évoquons la modélisation CFD. Et pour cause, l’étude du comportement aérodynamique des véhicules, que ce soit dans l’automobile ou l’aéronautique, en est un pan majeur. Pour autant, les applications de la CFD au secteur des transports ne se limitent pas aux calculs d’aérodynamique des véhicules. D’autres sujets aux enjeux importants peuvent être trouver une réponse par la modélisation.

Simulation CFD et automobile

• Réduction de la traînée aérodynamique : La CFD permet de simuler les écoulements d’air autour des véhicules afin d’identifier les équipements et choix de design générateurs de traînée et de proposer des améliorations. Cela se traduit par une diminution de la consommation de carburant ou d’énergie électrique et améliore l’efficacité des véhicules.
• Optimisation du refroidissement : La gestion thermique est essentielle pour éviter la surchauffe des composants critiques, comme les moteurs ou les batteries des véhicules électriques. La simulation CFD est utilisée pour simuler et optimiser les flux d’air à travers les systèmes de refroidissement afin de maximiser leur efficacité tout en minimisant la consommation énergétique.
• Amélioration du confort des passagers : En simulant les écoulements d’air dans l’habitacle d’un véhicule, comme on le ferait dans un bâtiment, la CFD permet d’optimiser les systèmes de ventilation et de climatisation pour assurer une distribution homogène de l’air, améliorant ainsi le confort des passagers.

CFD et aéronautique, un « match » emblématique

L’industrie aéronautique fait un usage intensif de la simulation CFD pour concevoir des avions plus performants et plus économes en énergie.

• Conception des ailes et des fuselages : La CFD est utilisée pour optimiser les profils d’aile et la forme des fuselages afin de maximiser la portance tout en minimisant la traînée.
• Simulation des vols supersoniques et hypersoniques : Pour les avions militaires ou les projets d’aviation civile supersonique, la simulation CFD permet de prédire avec précision les phénomènes d’ondes de choc, de turbulences ou de chaleur générés dans ces écoulements extrêmes.
• Amélioration des systèmes de propulsion : Les moteurs à réaction et les systèmes de propulsion aéronautiques bénéficient grandement de la modélisation CFD pour analyser les écoulements internes et externes, dans l’objectif d’optimiser ainsi la consommation de carburant et de réduire les émissions polluantes.

Hydrodynamique et transport maritime

Dans le secteur maritime, le calcul CFD est un outil clé pour optimiser les performances des navires et sous-marins.

• Réduction de la traînée hydrodynamique : Comme pour les véhicules terrestres et aériens, les navires et sous-marins se déplacent dans un milieu fluide : l’eau. Les simulations CFD permettent d’analyser les écoulements d’eau autour de la coque des navires, aidant à minimiser la résistance hydrodynamique et à réduire la consommation de carburant.
• Optimisation des systèmes de propulsion marine : Les hélices, turbines et systèmes de propulsion des navires sont optimisés grâce à la CFD, que ce soit pour améliorer leur rendement ou réduire le bruit sous-marin et les vibrations.

Transports ferroviaires

Les transports ferroviaires sont un autre domaine où la simulation CFD apporte une valeur ajoutée significative.

• Optimisation de l’aérodynamique des trains à grande vitesse : À grande vitesse, la traînée aérodynamique représente une part importante de la consommation énergétique. La CFD permet d’optimiser la forme des trains pour minimiser la résistance à l’air, augmentant ainsi l’efficacité énergétique tout en améliorant les performances globales du train.
• Sécurité dans les tunnels : Les trains à grande vitesse entrant ou sortant de tunnels peuvent générer des pressions soudaines et des ondes de choc. La CFD est utilisée pour simuler ces phénomènes et améliorer la conception des tunnels et des trains afin de minimiser ces effets, garantissant une expérience de transport plus sûre et plus confortable.
• Simulation des véhicules circulant dans des tubes sous vide : De nombreuses projets de trains circulant dans des tunnels maintenus à très basse pression, et propulsés par champ magnétique sont évoqués depuis longtemps. Le plus connu est par exemple le projet Hyperloop. Néanmoins, compte-tenu de la technicité des infrastructures nécessaires, il est très difficile de réaliser des essais physiques avec des prototypes. La simulation CFD permet alors d’étudier une myriade de scénarios, pour un coût et un temps beaucoup plus raisonnable, et de déterminer les avantages et les limites de ces projets (voir à ce sujet l’excellente conférence du professeur Patrick Haas)

Conclusion

La simulation CFD est un outil incontournable dans le secteur des transports, permettant d’améliorer la conception, la performance, la sécurité et l’impact environnemental des véhicules terrestres, maritimes, ferroviaires et aériens. Grâce à des simulations numériques précises et des modèles avancés, les entreprises peuvent optimiser les performances des systèmes de transport, réduire les coûts d’exploitation et de développement des nouveaux projets et répondre aux défis environnementaux et technologiques de demain.