Opéra Bastille - Ordre 15

Rarement les coulisses n’auront pris autant d’importance. Ceux qui ont déjà assisté à un spectacle à l’Opéra Bastille, n’ont jamais imaginé que l’envers du décor était bien plus impressionnant et disproportionné.

Pourtant la salle paraît grande et la scène petite vue des sièges des spectateurs, mais une fois les décors enlevés, c’est l’inverse qui prédomine, la salle devient minuscule et l’arrière-scène prend le dessus. L’automatisation est au cœur de toute cette machinerie, avec des impératifs dignes des plus hautes technologies. Imaginez, avant de rentrer dans le détail, que la scène représente une surface totale de 380 mètres carrés et pèse à vide 480 tonnes avec une épaisseur de 6 mètres, eh oui des interprètes peuvent se cacher dans ce plateau suspendu pour surgir en plein spectacle. Pour compliquer l’ensemble, le plateau est en fait composé de sous-plateaux secondaires indépendants, et l’ensemble descend vers le sous-sol maintenu par 12 câbles d’acier, qui ont la capacité de s’allonger jusqu’à 5 centimètres en fonction du poids et des éléments de décors déposés sur la scène.

Cet ensemble, on ne peut plus instable, doit impérativement rester à l’horizontale, à 5 millimètre près quelque soit l’endroit de prise de l’information. Une application folle qui, d’ailleurs, n’a jamais été réalisée selon le cahier des charges élaboré à la fin des années 80, lors de la conception. Encore aujourd’hui, à notre connaissance, aucun autre chantier de ce type n’a été envisagée, contrairement aux autres scènes fixes, celle de Bastille reste la seule à se déplacer.

 

De premiers " bouts de ficelles "

Une première installation avait été faite par Jeumont Schneider, mais sans résultat probant. Ensuite, c’est en utilisant une solution à base de 3 PC industriels et un total de 9 automates programmables qui se synchronisaient par " bout de ficelles " qu’un premier équilibre a été trouvé.

Mais il fallait coûte que coûte renouveler le système d’autant plus que quinze ans plus tard, l’obsolescence avait fait son œuvre. Pièces détachées et autres ne se trouvaient plus. Et puis, imaginez une scène clouée 22 mètres plus bas lors d’une présentation, on peut deviner les conséquences économiques. D’ailleurs, le risque était tel, qu’avant de mettre en place le nouveau système, l’ancien a dû rester en place, et est toujours fonctionnel. L’impératif du cahier des charges était clair : " pouvoir en un temps record reconnecter l’ancien système en cas de difficultés majeures ". Du coup, il a fallu doubler toutes les remontées d’informations et d’énergies.

La scène est découpée en trois plateaux totalement distincts qui peuvent être bougés verticalement entre eux. De plus, chaque plateau est composé de trois éléments qui chacun, tout en étant solidaire de son plateau principal, peut par un système hydraulique monter ou descendre de plusieurs mètres, en fonction des spectacles.

Lors du changement de décor le cycle de descente du plateau est théoriquement d’une simplicité enfantine. Des garde-corps sont montés automatiquement, pour éviter que des techniciens ne fassent une chute fatale. Ensuite, l’ensemble est légèrement décollé afin de tendre les câbles. Puis les freins sont lâchés et le système doit, dans la milliseconde, équilibrer un ensemble de plus de 400 tonnes qui se retrouve dans le vide. Techniquement, cela ressemble à une fusée sur son pas de tir qui, après une mise à feu, est lâchée et prend son envol sans dévier de sa trajectoire.

Dans le cas présent, la complexité est équivalente. Si chacun des douze câbles mesure 44 mètres, il faut équilibrer les plateaux entre eux, un décor pouvant se trouver à cheval entre deux plateaux. Lors de la première mise en place de cette installation, c’est une bouteille de Coca-Cola qui était disposée sur la scène, afin de vérifier la planéité de cette dernière.

La complexité n’est pas triviale, si dans le cas d’un calcul de température la difficulté est d’ordre 2, pour un accostage mécanique dans une application d’usinage, on atteint l’ordre 4 mais pour simuler que la bouteille ne bouge pas, les rares compétences aptes à faire correctement ce calcul de modélisation multivoies se trouvent dans des laboratoires comme celui du CNRS.

Concrètement, le calcul ressemble à une sorte de pesée avec une comparaison entre deux types de codeurs, des incrémentaux qui donnent l’information du nombre de pas, et des codeurs absolus mis sur chacun des câbles. Le " jeu " consiste à mesurer en temps réel les écarts entre les deux codeurs.

Conscient, pour le vivre au quotidien, des difficultés de pérennité, le responsable maintenance voulait absolument réaliser une installation n’utilisant que des standards du marché. Finie l’époque des développements spécifiques. Aujourd’hui, c’est un PC temps réel, travaillant sous Linux avec un logiciel de programmation IEC 1161 qui a été mis en œuvre.

 

Une carte chef d’orchestre à l’Opéra

Pour les automatismes, si la reconception du contrôle commande et de l’interface avec l’opérateur faisait partie des impératifs, il n’était pas question de toucher aux aspects de motorisation, il fallait conserver les moteurs à courant continu d’une puissance de 100 kW chacun, tout en trouvant de nouveaux variateurs de vitesse qui seraient adaptés à la problématique. Un vrai challenge, mais vu le nombre d’heures d’utilisation des moteurs, leur changement aurait frisé le gâchis, c’est chez SSD Parvex qu’ils ont été dénichés.

Très peu d’entreprises ont été aptes à répondre à un tel challenge, et c’est UXP qui l’a emporté. Avec notamment une solution qui simplifie considérablement l’architecture en fondant les fonctions automates en une seule entité de décision. Les trois PC IBM (calculateurs) ont été remplacés par un seul PC industriel. L’ensemble des neuf automates programmables ont laissé la place à une carte d’automatisme Opral d’UXP, intégrée dans le PC et associée à des entrées-sorties déportées.

Les deux postes de pilotages ont été remplacés par deux panel-PC sous Windows communiquant avec la carte Oral au travers d’un réseau Ethernet avec Modbus TCP. Le PC lit les positions des codeurs via des cartes d’entrées-sorties Wago sur bus PCI et pilote les variateurs via un réseau Profibus, le calculateur prend également en charge le pilotage des freins. Cette architecture permet de limiter les échanges de données et donc facilite la synchronisation des commandes de l’ensemble du système.

La carte Opral est en fait un processeur d’automatismes qui embarque un système temps réel programmé selon la norme IEC 61131, dans le cas présent Alograf Studio, et qui se présente sous la forme d’une carte PCI. C’est elle qui joue le rôle de chef d’orchestre. A l’Opéra Bastille, la carte gère la cohérence des informations et assure les synchronisations et le contrôle des commandes qu’il s’agisse du déplacement des garde-corps, des freins… ainsi que de l’envoi des ordres de déplacement des élévateurs au PC.

Le PC assure lui, l’asservissement, la régulation, le séquencement et le contrôle des déplacements des élévateurs. Ces fonctions ayant été développées avec Alograf Studio pour un environnement cible Linux RTAI, l’extension qui permet des performances temps réel dur.

Le logiciel intègre également des blocs fonctionnels métier, en l’occurrence l’algorithme d’asservissement. Cet algorithme numérique impose la précision temporelle pour le rafraîchissement des données. Il était donc nécessaire d’utiliser un système d’exploitation temps réel dur garantissant des temps de latence inférieurs à 10µs sur une tâche cyclique, au lieu de 10 ms pour un système d’exploitation classique.

L’entité décisionnelle est intégrée dans la chaîne de sécurité à l’aide d’entrées-sorties de sécurité traitées en local. Le dispositif de chien de garde matériel (watchdog) de la carte d’automatisme permet d’activer la chaîne de sécurité en cas de problème logiciel.

Pour l’interface avec l’opérateur, c’est la révolution, l’écran textuel noir et blanc a été remplacé par un écran couleur avec les informations parlantes.

Pour avoir vu le plateau descendre, et surtout voir défiler en temps réel les écarts entre les différents plateaux, jamais le millimètre n’a été dépassé. D’ailleurs, l’ancien système, maintenant que l’équipe de maintenance est rassurée, devrait être débranché dans les semaines à venir.

 

Par Guy Fages