Catesby Projects : de meilleurs temps au tour pour les écuries d’élite grâce au scan 3D d’Artec

Un ingénieur de Catesby Projects scanne en 3D une voiture avec Artec Leo

Dans le monde du sport automobile, les marges infimes font souvent la différence entre victoire et échec. Quelques dixièmes de seconde peuvent sembler une durée incroyablement limitée, mais si vous les perdez à chaque tour au profit de vos concurrents, votre équipe se retrouvera rapidement en queue de peloton.

Alors, comment ces écuries identifient-elles les moyens de réduire les temps au tour ? Cela dépend en grande partie de la catégorie à laquelle on se réfère. En Formule 1, chaque équipe conçoit et fabrique entièrement sa voiture. Si certaines s’inspirent certainement des autres, le modèle de compétition du sport fait place à une « course au développement », au cours de laquelle les équipes s’affrontent pour trouver des temps au tour sur une saison.

En pratique, les constructeurs de F1 remanient les planchers, les déflecteurs latéraux, les ailes avant, les ailes arrière et d’autres pièces aérodynamiques, pour que les voitures puissent glisser plus efficacement dans l’air.

Toutefois, il en va un peu différemment dans les courses à modèle unique. Comme ces championnats se disputent avec des voitures totalement identiques, les améliorations peuvent être plus difficiles à trouver et, au lieu de se lancer dans une course au développement, les ingénieurs de l’équipe doivent se concentrer sur l’optimisation des réglages.

Une moto en cours de scan 3D avec Artec Leo

Mais le problème du travail de simulation est qu’il repose sur l’utilisation de modèles 3D précis pour les tests, et les fabricants ne veulent souvent pas communiquer les précieuses données de CAO qui y sont associées. C’est là que Catesby Projects peut intervenir. Ce spécialiste de l’aérodynamique et de la simulation, basé au Royaume-Uni, scanne ces voitures et crée des modèles 3D prêts pour la recherche et le développement pour les équipes des courses à un ou plusieurs modèles.

« Supposons que quelqu’un ait acheté une voiture pour participer à une course, explique Jon Paton, chef de projet chez Catesby Projects. Il n’est pas autorisé à la changer ou à la modifier, mais il veut essayer de lui donner la meilleure configuration possible.

Nous scannons le véhicule et effectuons des simulations sur ordinateur pour déterminer les changements aérodynamiques possibles. Nous les aidons ensuite à déterminer si une modification de l’angle de l’aileron avant ou une augmentation de l’angle du plancher (piqué) pourrait être bénéfique sur certains circuits. »

« Le scan 3D nous permet d’effectuer toute une série de travaux de simulation, virtuellement, sans jamais avoir vu les données CAO pour réaliser un modèle physique. »

Pas d’autre choix que le scan 3D

Membre du groupe de conseil en ingénierie TotalSim, Catesby propose des services d'essais physiques et informatiques qui facilitent le développement et la validation de l'aérodynamique. Bon nombre de ces services sont désormais rendus possibles par le scan 3D d’Artec, mais cela n’a pas toujours été le cas.

Scan 3D à l’aide d’Artec Leo, les données capturées s’affichant sur l’écran intégré

Face à la réticence des constructeurs de véhicules de course de compétition à modèle unique à partager leurs données CAO, Jon Paton explique qu'en fait, les ingénieurs n’ont pas le choix : ils doivent recourir à un scanner 3D.

Les premiers efforts de son entreprise ont consisté à utiliser un kit de photogrammétrie, qui offrait une précision globale, et un Artec Eva pour capturer les détails les plus fins. L’entreprise a ensuite amélioré davantage la précision et la rapidité de son processus, en travaillant avec l’ambassadeur d’Artec Central Scanning pour passer aux modèles Artec Leo et Ray, plus perfectionnés.

« Avec ces appareils, il nous faut en géneral deux jours pour scanner une voiture de course sur place. Nous démontons la voiture et la scannons entièrement en quatre heures environ avec le Ray », explique M. Paton. Ensuite, nous la démontons petit à petit, de manière à pouvoir scanner chaque conduit, démonter une roue, scanner les étriers, les plaquettes et tout le reste avec Leo, avant de tout remonter.

Au début, Ray a permis à Catesby de gagner en précision sur la distance et de revoir ses ambitions à la hausse : à un moment donné, l'équipe a même pu capturer un hélicoptère entier. Mais depuis l'acquisition d’Artec Ray II, le successeur de Ray, plus rapide et à plus grande portée, leur workflow est passé à un tout autre niveau.

L’écran intégré de l’Artec Ray II indique le temps restant dans un scan automobile

« Désormais, avec Ray II, ils peuvent scanner les véhicules encore plus rapidement, avant de numériser les zones critiques pour la conception avec le Leo polyvalent et sans fil, et de construire un modèle en utilisant les données de la plus haute résolution de chacun d’entre eux.  Selon Tom Parrish, ingénieur concepteur junior, qui a découvert le scanner 3D Leo il y a six mois, lorsqu’il a rejoint l'entreprise, la prise en main de l’appareil a été un jeu d'enfant.

« Lorsque j'ai commencé à l’utiliser, je me souviens qu’il était très intuitif, explique Tom Parrish. Comme il est très simple d’utilisation et que son interface est très bonne, les possibilités d’erreur sont en fait très limitées. Pour m’entraîner, j'ai scanné un canapé et une chaise, et lorsque j’ai vu pour la première fois un modèle 3D s’afficher en direct sur l’écran intégré, c’était vraiment génial !

Dans son bureau américain, Jon Paton ajoute que Catesby utilise également un scanner filaire moins cher, et que, outre la flexibilité qu'il apporte grâce à l'absence de câble, Artec Leo est comparativement beaucoup plus rapide.

Une moto est légèrement inclinée pour être capturée dans les moindres détails avec Artec Leo

« Nous allons au Brésil, en France et en Allemagne, et il nous suffit de prendre Leo, de sauter dans un avion, de scanner pendant deux jours, puis de revenir. »

Simulation CFD basée sur le scan

Artec Studio est également au cœur du workflow de scan 3D de Catesby. Une fois que l’entreprise a terminé le processus de capture, elle utilise ce logiciel de pointe pour aligner et mettre au point les maillages. Tom Parrish apprécie particulièrement les outils d’alignement, qui permettent de « regrouper des pièces », de sorte que « même s’il manque des données sur un scan, on peut l’aligner sur un autre pour obtenir un modèle complet. »

Pour ceux qui souhaitent automatiser le traitement des données de numérisation, Artec Studio dispose également de son propre mode de pilote automatique, qui sélectionne l’algorithme optimal pour traiter un ensemble de données spécifique. Cependant, si l’utilisateur le souhaite, il peut accéder aux paramètres et les modifier individuellement.

Dans le cas de Catesby, ce dernier workflow s’est avéré mieux adapté à son activité. En effet, Tom Parrish explique que la possibilité de « jouer avec différents paramètres » a permis d’identifier un moyen « d’aligner correctement les petits objets et de les fusionner », tout en « réduisant le nombre de polygones dans un maillage », afin de minimiser la taille des fichiers exportés.

À partir d’Artec Studio, Catesby envoie les maillages à des programmes d’ingénierie de pointe tels que Geomagic et Hypermesh pour des tâches de polissage supplémentaires telles que le remplissage de trous et la création de modèles 3D prêts pour la CFD. Grâce aux simulations CFD, Jon Paton et ses collègues sont alors en mesure d’aider les équipes à identifier rapidement les possibilités d’optimisation de la traînée et de l’appui aérodynamique des voitures de course.

« Il s’agit d’aider les ingénieurs de course à régler la voiture plus rapidement pour améliorer les performances, explique Jon Paton. Ils pourraient le faire physiquement s’ils disposaient de suffisamment de temps pour effectuer des essais sur piste, mais leurs séances d’entraînement sont limitées, et ils veulent donc disposer d’un bon point de départ lorsqu’ils se présentent sur le circuit. »

« Chaque circuit est différent, mais nous pouvons les aider : s’il s'agit d’un circuit à faible traînée ou d’un circuit à forte démultiplication, les outils de simulation les aideront à choisir la bonne combinaison de réglages. »

Mise en place d’une « station de lavage à scan »

Catesby travaillant avec des équipes de course qui ont remporté des championnats, il convient de se demander quelle sera la prochaine étape. Dans le domaine de l’automobile, Jon Paton s’est fixé pour objectif de créer un workflow de « lavage de voitures par scan » plus rationalisé, dans lequel les voitures peuvent être entièrement capturées en un seul passage.

D’ores et déjà, le passage à Ray II a permis de réduire de moitié les délais de numérisation des extérieurs, tout en offrant des résultats de meilleure qualité qui capturent mieux les détails cachés tels que les dessous de châssis ou les passages de roues, et qui nécessitent moins de scans de suivi de Leo. Le traitement et la fusion des données de Ray II étant également beaucoup plus rapides, l’équipe a désormais pour objectif de créer entièrement des modèles CAO en moins de deux jours, ce qui est suffisamment rapide pour analyser les modifications apportées à la configuration d’une monoplace entre deux essais.

Mais l’entreprise ne s’intéresse pas qu’aux voitures : elle veut aussi créer des modèles 3D de personnes. Alors que sa société sœur Vorteq a déjà utilisé le scan 3D scanning pour développer des vélos de course, Catesby exploite désormais une installation d’essai souterraine de 2,7 kilomètres, où elle a l’ambition d’utiliser le scan 3D pour capturer chaque véhicule qui passe dans le tunnel.

L’Artec Ray II en cours de scan 3D du tunnel d’essai de Catesby

Par ailleurs, l’entreprise possède également sa propre activité de scan d’athlètes, dans le cadre de laquelle elle travaille avec des sportifs olympiques pour les aider à rendre leur équipement aussi étanche et aérodynamique que possible. Selon Jon Paton, ces deux applications sont prometteuses pour Catesby, car le scan permet d’analyser les compétiteurs dans le sport automobile et il « progresse vraiment » dans le monde du cyclisme.

« Le monde du cyclisme est de plus en plus sur mesure, qu’il s’agisse d’une combinaison ou d’un vélo, conclut Jon Paton.  Il est donc idéal de pouvoir capturer la géométrie aussi rapidement que possible.

Artec Leo est probablement la meilleure solution que nous ayons trouvée pour personnaliser l’équipement des athlètes. »