ERDC de l'US Army : Solutions d'ingénierie pionnières pour projets militaires et civils

Le Centre de Recherche et de Développement de l'Ingénierie de l'US Army (ERDC), établi en 1998, est l'organisation de recherche du Corps des Ingénieurs de l'US Army. L'ERDC mène des R&D en soutien au soldat, aux installations militaires, et aux projets de travaux civils (ressources en eau, missions environnementales, etc.) ainsi que pour d'autres agences fédérales, autorités étatiques et municipales, et l'industrie américaine via des accords de travail innovants.

Capacités : supercalculateurs et modèles physiques

L'ERDC aide à résoudre des problèmes en ingénierie civile et militaire, sciences géospatiales, ressources en eau, et sciences environnementales. Les installations vont des supercalculateurs aux modèles physiques. Les supercalculateurs Cray XT3 et XT4 du centre sont parmi les plus puissants et rapides au monde, avec une capacité dépassant 3,5 quadrillions de calculs par seconde.

Les sept laboratoires de recherche de l'ERDC fonctionnent comme des équipes intégrées d'ingénieurs et scientifiques pour adresser une large gamme de problèmes scientifiques et technologiques — de l'opération par températures arctiques et mobilité des véhicules dans les sables du désert, à la protection des zones humides et la localisation précise d'un obus d'artillerie.

Cinq domaines majeurs de R&D

1. Ingénierie Militaire

L'ingénierie militaire fournit technologies et capacités au combattant pour permettre la protection des forces et la manœuvre. Ce domaine développe des systèmes de protection novateurs, légers, rapidement construits, déployables expéditivement en zones reculées. De la R&D de ces systèmes innovants, des aides à la décision de survie ont été développées pour non seulement permettre l'évaluation rapide des postures de protection actuelles mais aussi fournir des designs améliorés pour augmenter la défense contre les attaques.

Les chercheurs ont conçu des méthodes numériques avancées pour la caractérisation de la fragmentation et l'atténuation des explosions sur structures et ont évalué les effets de systèmes d'armes basés sur les types de matériaux de construction mondiaux. En utilisant les capacités de calcul haute performance (HPC) du Département de la Défense (DOD), les chercheurs ont développé des simulations numériques basées sur la physique pour l'évaluation de la performance de capteurs dans des environnements géo-complexes et des capacités de simulation avancées pour l'évaluation de la performance de véhicules terrestres habités et non habités.

Les chercheurs étudient des modalités de capteurs permettant la surveillance et l'évaluation d'infrastructures critiques utilisées pour l'entrée et la manœuvre au théâtre.

2. Qualité Environnementale et Installations

L'approche de ce domaine est de faire avancer et exploiter la science et la technologie pour maximiser les contributions à long terme des environnements bâtis et naturels à la préparation et au succès opérationnel de l'Armée. Les solutions se concentrent sur des approches hautement durables et rentables pour la gestion du cycle de vie des terrains militaires, champs de tir, et infrastructures.

Les technologies améliorent l'expérience d'entraînement du combattant, réduisent les restrictions sur les terrains d'entraînement, améliorent la sécurité des soldats, permettent l'utilisation efficace de ressources limitées comme l'énergie et l'eau, et facilitent la planification de durabilité avec les communautés locales et régionales.

3. Travaux Civils et Ressources en Eau

Ce domaine fournit des solutions environnementalement durables aux défis des ressources en eau de la nation et aide à fournir des communautés et infrastructures sûres et résilientes. Les technologies aident à gérer durablement l'infrastructure existante des ressources en eau face au changement climatique attendu et aux changements d'utilisation des terres, invasions par espèces exotiques, changements démographiques, et structures vieillissantes.

Outils et ressources améliorent le flux du trafic de navigation commerciale sur les voies navigables, reconstruction d'écluses et maintenance de chenaux, réduction du risque de dommages aux vies et biens par inondations, et protection de la vie aquatique et végétale.

4. Recherche et Ingénierie Géospatiales

Le domaine de la recherche et ingénierie géospatiales fournit les données, outils analytiques, informations, et capacités de cadre de décision pour assurer la connaissance de la situation de l'environnement du champ de bataille pour le combattant. Il arme les soldats avec la supériorité de l'information pour qu'ils puissent évaluer avec précision et rapidité les effets de l'environnement du champ de bataille sur le personnel, plateformes, capteurs, et systèmes. La recherche inclut l'analyse de terrain pour la phénoménologie des signaux et capteurs, information géospatiale et temporelle, raisonnement géospatial, et science des images et géodonnées.

5. Systèmes Résilients Conçus

Le domaine des systèmes résilients conçus combine techniques d'ingénierie avancées et calcul haute performance pour développer concepts et outils qui amplifient significativement les options de design examinées lors des premières étapes du processus d'acquisition. Les techniques résultent en des espaces de compromis générés en heures plutôt qu'en mois et sont des milliers de fois plus grands et des centaines de fois plus précis que ceux créés par méthodes traditionnelles.

Les designs sont aussi résilients — les systèmes sont fiables, facilement modifiables pour rencontrer les objectifs de mission futurs, et possèdent un cycle de vie prévisible. La recherche a été appliquée à des analyses d'avions à ailes fixes, rotorcraft, véhicules terrestres, et navires.

Technologies développées

Imprimante 3D béton pour bâtiments

Les ingénieurs ont inventé une imprimante 3D béton capable de créer des bâtiments. Elle peut imprimer avec plusieurs matériaux différents, y compris matériaux homogènes comme la pâte de ciment ou hétérogènes comme le béton. Elle utilise un procédé de fabrication additive pour « imprimer » des structures semi-permanentes en théâtre d'opérations. La Construction Automatisée de Structures Expéditionnaires (ACES) a le potentiel de réduire de moitié les matériaux de construction expédiés et de réduire les besoins en main-d'œuvre de construction de 62 % par rapport à la construction en contreplaqué.

ARAMS™ : Modélisation dynamique des risques

L'Armée mène des évaluations de risques pour déterminer les niveaux sûrs et cibles de nettoyage pour les composés militaires pertinents (MRC). ARAMS™ est un système d'analyse et modélisation dynamique hautement adaptable, basé sur ordinateur, qui peut évaluer les risques futurs ou variables pour la santé humaine et écologique en utilisant des données d'exposition mesurées ou prédites, en faisant une ressource indispensable pour ceux gérant des sites pour conformité et soutenabilité. ARAMS peut aussi être utilisé pour des évaluations spécifiques au site incluant criblage ou évaluations de risques complètes.

Computational Test Bed (CTB) : Modèles physiques 3D haute fidélité

Le Computational Test Bed (CTB) est une suite de modèles 3D basés sur la physique, haute fidélité, pour prédire et améliorer la performance de systèmes de capteurs actuels et futurs lors de la détection d'objets de surface et proche surface dans des environnements complexes. Le CTB aide les utilisateurs à comprendre les phénomènes géophysiques derrière les signatures détectées par les capteurs opérant dans le spectre électromagnétique. Il modélise les processus physiques à l'œuvre dans l'environnement et comment ces processus affectent les signatures perçues par les modalités de capteurs passifs et actifs.

Système CVC intelligent pour protection contre contaminants

Un système intelligent de chauffage, ventilation et climatisation (CVC) a été développé, situé dans une structure architecturale. Quand des capteurs (ou un opérateur humain) détectent un « incident » (ex: contaminant détecté ou brèche inattendue dans la structure pouvant être associée à l'introduction d'un contaminant), le système CVC recalcule les flux d'air pour la structure. Si le flux d'air nouvellement recalculé le justifie, le système protège les occupants de la structure du contaminant aéroporté en changeant le flux d'air à travers la structure (ex: ferme un volet dans les conduits, augmente un ventilateur, ou redirige le flux vers un système de filtration de secours).

Extraction d'eau potable de déchets par air chauffé

Des chercheurs ont développé un système pour extraire de l'eau potable de matériaux déchets en utilisant des flux d'air chauffés par déchets. Le système capture efficacement la vapeur d'eau de matériaux déchets comme eaux usées, saumure, et boues par un processus d'évaporation accéléré utilisant des désiccants.

Détecteurs de radiation portables à détection directionnelle

Une équipe a développé des détecteurs de radiation portables fournissant une détection directionnelle par collimation électronique. La technologie a des applications comme la localisation rapide de matériaux radioactifs cachés, enterrés, ou submergés flottant dans un plan d'eau. Le capteur prototype démontre que la collimation électronique est possible dans un facteur de forme petit et léger avec un bon rapport signal/bruit.

Système de détection de pression haute résolution pour lieux dangereux

Un système de détection de pression haute résolution spatiale, haute sensibilité, pour lieux dangereux et difficiles d'accès consiste en une source laser lumière visible 5 mW et un capteur de pression nanocomposite avec points quantiques embarqués dans la matrice du capteur. Sous pression, les points quantiques dans la matrice du capteur fluorescent quand illuminés par le laser. Un spectromètre détecte les signaux fluorescents et les transforme en format numérique. Le processeur de données calcule alors le rapport d'intensité de fluorescence réel et le compare aux rapports d'intensité et valeurs de pression dans une base de données couplée.

Transfert de technologie

Le Bureau de la Recherche et du Transfert de Technologie de l'ERDC supervise le transfert des technologies et produits de R&D vers le secteur privé.

Pour information sur la licence d'une technologie ERDC, contactez l'adresse email protégée. Visitez le bureau de recherche et transfert de technologie ERDC ici.