Paul Saves, doctorant ISAE-SUPAERO/ONERA remporte le prix du meilleur papier 2022 délivré par l’AIAA pour ses travaux en Conception Optimale Multidisciplinaire. Une pierre de plus pour construire une aviation décarbonée.
Le contexte
L’AIAA, American Institute of Aeronautics and Astronautics), est un acteur incontournable de son secteur. Avec près de 30 000 membres individuels de 91 pays et 100 entreprises membres, il rassemble l'industrie, le milieu universitaire et le gouvernement pour faire progresser l'ingénierie et la science dans l'aviation, l'espace et la défense. Chaque année, il décerne des prix scientifiques, dont la valeur tient à la qualité du jury puisque l’AIAA est composé de professionnels parmi les plus grandes entreprises de l’aéronautique (Boeing, NASA, etc). Il est rare que ce prix soit attribué à un européen : il s’agit donc d’une très belle reconnaissance pour l’ISAE-SUPAERO et l’ONERA.
Ce prix a été remis au National Harbour de Washington, D.C. le 25 janvier dernier par le MDO Technical Committee de l’AIAA.
Le prix, une collaboration réussie
Il est le fruit d’une collaboration fructueuse entre l'ISAE-SUPAERO (J. Morlier), Polytechnique Montréal (Y. Diouane) et d'une équipe du département Traitement de l'information et systèmes de l'ONERA (N. Bartoli, C. David, S. Defoort, T.Lefebvre, E. Nguyen Van) dans le cadre de la thèse de doctorat de Paul Saves. Cette thèse porte sur le même domaine que le papier primé, l’optimisation avant-projet de concepts d’avion plus respectueux de l’environnement.
La thématique de l’optimisation est cruciale pour Paul. Si elle lui tient particulièrement à cœur, c’est qu’il s’agit, pour lui, d’un des leviers clés pour aller vers la décarbonation. En effet, l’idée est d’optimiser numériquement les configurations possibles de l’avion (par exemple, les options d’architecture électrique, le nombre et la position des moteurs, les réservoirs d’hydrogène,…) le plus rapidement possible. Puisqu’un calcul numérique peut être très gourmand en énergie et en temps de calcul, le but est d’optimiser l’appel aux modèles coûteux en les évaluant aussi peu que possible.
Paul Saves résume ses travaux ainsi :
Les méthodes d’optimisation de conception multidisciplinaire visent à adapter les techniques d’optimisation numérique à la conception de systèmes d’ingénierie impliquant plusieurs disciplines. Dans ce contexte, un grand nombre de variables mixtes continues, entières et catégorielles peuvent apparaître pendant le processus d’optimisation et les applications pratiques impliquent un grand nombre de variables de conception. Récemment, l’optimisation bayésienne sous contrainte de variables mixtes a suscité un intérêt croissant, mais la plupart des approches existantes augmentent considérablement le nombre d’hyperparamètres liés au modèle de substitution. Dans cet article, nous abordons ce problème en construisant des modèles de substitution utilisant moins d’hyperparamètres. Le processus de réduction est basé sur la méthode des moindres carrés partiels. Une procédure adaptative pour choisir le nombre d’hyperparamètres est proposée. Les performances de l’approche proposée sont confirmées par des tests analytiques ainsi que par deux applications réelles liées à la conception d’avions.
Pour en savoir plus sur le papier "Bayesian optimization for mixed variables using an adaptive dimension reduction process: applications to aircraft design"
Les résultats obtenus sur un avion hybride électrique type DRAGON https://www.onera.fr/fr/actualites/comment-reduire-la-consommation-de-carburant-dragon sont très encourageants pour décarboner l’aviation en réduisant la pollution induite et la consommation notamment. L’ONERA s’est en effet penché sur les nouvelles configurations d’aéronefs depuis plusieurs années, et les outils développés par Paul, qui font partie d’un large champ de recherche autour des techniques d’optimisation multidisciplinaires (MDO), ouvrent de nouvelles perspectives d’exploration de solutions.
Ce prix a fait l’objet d’un article dans la revue Aerospace America et sur Aerospace Research Central. Il est déjà listé dans les meilleurs papiers en MDO et conception avion par l’AIAA. Une nouvelle présentation des travaux de Paul Saves a eu lieu en janvier 2023 au National Harbor, près de Washington, devant de nombreux industriels et experts techniques comme la NASA et Boeing, mais aussi des entreprises de l’aérospatial non américaines comme Airbus, Aurora, Leonardo, ATR,...
L’ONERA, incontournable sur le front de la décarbonation
Les objectifs européens et internationaux de neutralité climatique de l'aviation commerciale à l’horizon 2050 continuent de structurer la stratégie de l’ONERA, qui s'investit fortement au côté des industriels sur les technologies de rupture. L’ONERA travaille activement à l'adaptation du socle de connaissances et des outils nécessaires à la préparation des aéronefs de nouvelle génération.
Sa multidisciplinarité le rend incontournable : que ce soit sur le thème de la motorisation des aéronefs (sobriété énergétique, réduction des émissions polluantes, carburants de synthèse durables, matériaux pour la propulsion), de la cellule avion et intégration motrice (ailes de grand allongement), ou encore de l’impact environnemental et climatique, l’ONERA a les compétences pour traiter des problématiques transverses. Ses bancs d’essais maintenus à niveau permettent d’ailleurs à l’ONERA de confronter les concepts à l’expérimentation.
Par exemple, grâce au plan de relance gouvernemental qui finance le projet BECAR, en 2022, des bancs de diagnostics optiques avancés ont été installés, améliorant ainsi les techniques de mesure.
Les chercheurs ONERA régulièrement récompensés
Les ingénieurs-chercheurs de l’ONERA sont chaque année distingués par la communauté scientifique nationale et internationale, et décrochent des prix prestigieux (prix de l’Institut de France, prix Amelia Earhart, médaille de l’Académie de l’air et de l’espace, prix 3AF, etc.). L’ONERA a créé, avec l’Académie des sciences, le Grand prix ONERA en sciences mécaniques
pour l’aéronautique et l’aérospatiale, attribué chaque année à un chercheur français. Les doctorants contribuent au rayonnement de l’ONERA par les collaborations
liées à leurs thèses, par leurs publications dans les revues scientifiques et les congrès, et par leur impact dans le monde aérospatial à l’issue de leurs formations.
En 2022, une moisson de prix a été décrochée par les ingénieurs-chercheurs de l’ONERA.
Une équipe a décroché la première place du prix international Joseph Fourier, qui récompense l'excellence scientifique dans le domaine de l'advanced computing et de l’IA. Le prix Espoir Fondation Michelin- Académie des sciences a été décerné à Sylvia Feld-Payet. Puis, Maria-Elisavet Chatzitheodoridi et Max Muzeau ont reçu un best paper student award chacun. Enfin, deux récipiendaires ONERA ont été distingués pour le Prix 3AF : Laurent Cambier et Matteo Gelain.
