Qui n’a jamais sué à grosses gouttes et pris de douloureux coups de soleil,  un après midi « de plein cagnard » dans les gradins d’un stade ? Encore aujourd’hui, la plupart des édifices de spectacle de plein air ne sont pas couverts. La seule alternative reste la casquette, les lunettes de soleil, et la crème solaire. Pourtant, plus de 2000 ans auparavant, les Romains avaient déjà imaginé et réalisé un système permettant le déploiement d’une toile, le velum, au-dessus des gradins des amphithéâtres.

Si de nombreux récits et fresques anciens témoignent de l’existence de ces velums, peu d’indices dévoilent le secret du système de dépliement/repliement ou de l’installation sur les structures des arènes. René CHAMBON, ingénieur des Arts et Métiers à la retraite, décida, à l’automne 2003, de consacrer son temps libre à la résolution de cette énigme. Après plusieurs années de recherches bibliographiques et de déplacements sur les sites des vestiges d’amphithéâtres romains, ce passionné d’antiquité imagina comment les Romains pouvaient installer, déployer et replier 25000 m² de toile, pour un poids total d’environ 8 tonnes, au-dessus des gradins du Colisée de Rome pour protéger les 50000 spectateurs des ardeurs du soleil.

Fort de son expérience d’ingénieur,  René CHAMBON a réalisé des maquettes physiques à échelle réduite au 1/100 pour explorer  son hypothèse sur la procédure d’installation et sur le principe du système de déploiement et repliement de la toile, ainsi que des calculs de résistance des matériaux pour le dimensionnement du système pour supporter le poids du velum. Les résultats de ses travaux firent l’objet de reportages TV, de conférences et d’articles de journaux.

Convaincu par son enthousiasme et la qualité de sa démarche, Dassault Systèmes s’est proposé de mettre la théorie de René CHAMBON à l’épreuve de ses outils de conception et de simulation scientifique, passant ainsi à la maquette numérique  et des calculs 2D statiques linéaires à des calculs 3D dynamiques non linéaires mieux adaptés pour rendre compte de la réalité

La géométrie numérique en trois dimensions de la toile a été réalisée grâce au logiciel CATIA V5. L’utilisation de paramètres, tels que les dimensions de la toile, le nombre des rectangles de toile ou encore leur inclinaison, permettent de mettre à jour la géométrie en quelques clics et de passer ainsi facilement de l’arène du Puy du fou à celle du Colisée. Ce modèle géométrique 3D sert ensuite de support à la simulation numérique 3D du comportement mécanique du velum. Cette simulation est réalisée entièrement avec Abaqus, l’outil de simulation  non linéaire par méthode éléments finis de SIMULIA. Il fut particulièrement important de bien affiner le comportement de la toile et des drisses, de bien gérer les multiples contacts et frottements de cette étude ainsi que l’influence du poids du système pour pouvoir mesurer précisément les efforts fournis à chaque drisse par les tireurs.Cet important travail préalable était nécessaire pour pouvoir lancer la simulation numérique, qui a nécessité une puissance de calcul certaine mais accessible à un ordinateur portable.

L’animation 3D réaliste des déformations de la toile et des câbles au cours du repliement et du déploiement du velum, ainsi que l’analyse des efforts nécessaires à chaque instant, finirent de valider que le système imaginé pouvait effectivement fonctionner. Cette simulation montre aussi que la force d’un homme était suffisante pour actionner chaque treuil, et ce même en cas de problème de synchronisation des tireurs ou défaillance passagère d’un tireur. Le modèle paramétré de Dassault Systèmes, en permettant de faire varier le nombre de drisses réparties autour du stade, a permis de démontrer que le nombre de drisses effectivement recensé sur le Colisée était bien dimensionné relativement aux efforts à fournir par les tireurs, même lors des phases critiques à la fin du repliement, quand le poids de la toile et les frottements sont maximaux.

Ce modèle 3D Dassault Systèmes entièrement paramétré ainsi mis au point peut maintenant s’appliquer aux vélums moderne, où les tissus synthétiques et les moteurs se substituent au chanvre, au lin et aux tireurs de l’Antiquité.

Les leçons du passé pourraient donc ainsi s'appliquer au présent, permettant le dimensionnement et la construction rapide d'abris, que ce soit pour abriter des spectacles ou des réfugiés privés de leur habitation par une catastrophe naturelle par exemple.