Des travaux sur la décarbonation de l’aviation récompensés par l’American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA)

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Paul Saves, doctorant ISAE-SUPAERO/ONERA remporte le prix du meilleur papier 2022 délivré par l’AIAA pour ses travaux en Conception Optimale Multidisciplinaire (Multidisciplinary Design Optimization - MDO). Un prix reçu au National Harbour de Washington, D.C. le 25 janvier dernier.

L’AIAA est un acteur majeur dans le domaine de l’aéronautique et cette récompense est un prix "technique" remis par des experts comme Boeing, la NASA et bien d’autres, parmi une centaine de papiers internationaux présentés.

C’est un prix annuel assez rarement remis à un acteur européen. C’est une très belle reconnaissance pour l’ISAE-SUPAERO et l’ONERA souligne Paul Saves.

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Ce prix récompense les travaux de deux départements de recherche de l’ISAE-SUPAERO, en optimisation numérique du DISC (Prof. Y. Diouane), en conception optimale multidisciplinaire du DMSM (Prof. J. Morlier). Les résultats obtenus sur un avion hybride électrique type DRAGON sont très encourageants pour décarboner l’aviation en réduisant la pollution induite et la consommation notamment.

Ce prix est le fruit d’une collaboration fructueuse avec Polytechnique Montréal et l’ONERA dans le cadre de la thèse de doctorat de Paul Saves. Il récompense aussi une collaboration historique, depuis 2011 entre l’ONERA et l’ISAE-SUPAERO sur la thématique de l’optimisation par modèles de substitutions pour la MDO et la conception avion, avec les ingénieurs de recherche de l’ONERA Toulouse, Nathalie Bartoli et Thierry Lefevbre.

Résoudre un problème d’optimisation à moindre coût calculatoire

Paul voulait travailler dans l’aéronautique, étant toulousain, il était au bon endroit. Après son diplôme d’ingénieur INSA GMM (Génie Mathématique et Modélisation), il a fait un master ENAC pour travailler spécifiquement en optimisation dans le domaine aéronautique. Se trouvant encore jeune, il en a profité pour faire un peu de recherche, et c’est à l’ISAE-SUPAERO et à l’ONERA, qui sont à ses yeux d’excellents laboratoires, qu’il a trouvé son poste de doctorant. Sa thèse porte sur le même domaine que le papier primé, l’optimisation avant-projet de concept avion plus respectueux de l’environnement. L’idée est ici d’optimiser numériquement la forme et/ou les configurations électriques de l’avion le plus rapidement possible. Un calcul numérique peut être très gourmand en énergie et en temps de calcul et l’un des buts subsidiaires est d’optimiser l’appel aux modèles coûteux en les évaluant aussi peu que possible. L’optimisation est donc une thématique personnelle qui anime Paul depuis longtemps.

Le titre de sa thèse est, Optimisation bayésienne pour des variables mixtes à l’aide d’un processus adaptatif de réduction des dimensions : applications à la conception d’avions.

Des travaux que Paul résume 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 aller encore plus loin, son papier est ici ! Et le cœur du travail est disponible en open source ici.

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 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,...

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