le traité mim « fiabilité des ouvrages - toulouse … · 1. présentation générale du traité...

J. Baroth (1) — F. Schoefs (2) — D. Breysse (3) —M. Berveiller (4) — G. Blatman (4) — D. Boissier (5) — B. Capra (6) — G. Celeux (7) —

A. Chateauneuf (5) — F. Duprat (8) — A. Marache (3) — F. Perrin (9) — L. Peyras (10) —B. Sudret (9) — A. Talon (5)

Le traité MIM « Fiabilité des ouvrages »Sécurité, sûreté, variabilité, maintenance

Journées Fiabilité des Matériaux et des Structures, Toulouse, 25 mars 2010 Traité MIM 1/23

B. Sudret (9) — A. Talon (5)

(1) IUT1 / Laboratoire, Sols, Solides, Structures - Risques, Université Joseph Fourier, [email protected]

(2) GeM, UMR CNRS 6183, Université de Nantes / Ecole Centrale de Nantes(3) Université de Bordeaux - Laboratoire GHYMAC

(4) EDF R&D, Moret-sur-Loing(5) Polytech’Clermont-Ferrand / LaMI - Université Blaise Pascal (Clermont II)

(6) OXAND, Avon(7) INRIA Saclay-Île-de-France

(8) Université de Toulouse, LMDC, Université Paul Sabatier - INSA Toulouse (9) Phimeca Engineering, Paris & Cournon d’Auvergne

(10) Cemagref, Aix-en-Provence

Plan de la présentation

1. Présentation générale du traité – Contexte et objectifs

– Plan de l’ouvrage

2. Aperçu des parties du traité – Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages– Hétérogénéité et variabilité des matériaux : conséquences sur la


– Hétérogénéité et variabilité des matériaux : conséquences sur la sécurité et la sûreté

– Méta-modèles pour la fiabilité des ouvrages– Méthodes de fiabilité des ouvrages dans le temps– Optimisation de la maintenance par la fiabilité

3. Conclusion

1. Présentation générale du traité

Contexte et objectifs

– JNFiab’08, Nantes • 5èmes journées « fiabilité des matériaux et des structures »,• 2èmes journées de formation Méc@proba,• 2èmes journées scientifiques du groupement d’intérêt scientifique

« Maîtrise des risques dans le génie civil (GIS MRGenCi).

– Les traités MIM


– Les traités MIM • Mécanique de l’Ingénierie des Matériaux• Opportunité donnée par Félix Darve (Editions Hermès)

– Compléments aux ouvrages • Favre (2004) (sécurité des ouvrages géotechniques)• Lemaire (2005) (fiabilité des structures)• Breysse (2009) (notion de risque : perception, modélisation, ingénierie)

1. Présentation générale du traité

Contexte et objectifs– Méthodes éprouvées ou plus récentes

• Analyse de mode de défaillance, agrégation de données,…• Fiabilité dans l’espace ou le temps• Gestion du cycle de vie d’ouvrages

– Exemples d’ouvrages présentés


– Exemples d’ouvrages présentés• exemples récurrents du génie civil : nucléaire, pétrolier, bâtiment,

barrages, sols…• méthodes applicables bien plus largement

– Publics visés • étudiants (Masters, élèves-ingénieurs, doctorants)• ingénieurs, chargés de recherche, universitaires

1. Présentation générale du traité Plan du traité

Introduction – Conclusion : Julien BAROTH, Alaa CHATEAUNEUF, Franck SCHOEFS

1ère partie. Méthodes qualitatives d’évaluation de la sû reté des ouvrages Daniel BOISSIER, Laurent PEYRAS et Aurélie TALON

2ème partie. Hétérogénéité et variabilité des matériaux : conséquences sur la sécurité et la sûreté

Denys BREYSSE, Gilles CELEUX, Antoine MARACHE, Julien BAROTH


3ème partie. Méta-modèles pour la fiabilité des ouvragesFranck SCHOEFS, Frédéric DUPRAT, Bruno SUDRET, Géraud BLATMAN, Marc BERVEILLER

4ème partie. Méthodes de fiabilité des ouvrages dans le tempsBruno SUDRET, Frédéric PERRIN, Daniel BOISSIER, Aurélie TALON, Gilles CELEUX

5ème partie. Optimisation de la maintenance par la fiabi litéAlaa CHATEAUNEUF, Franck SCHOEFS, Bruno CAPRA




2. Aperçu des parties du traité– Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages– Hétérogénéité et variabilité des matériaux : conséquences sur la




3. Conclusion

1ère partie. Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages

1. Méthodes d’analyse système et d’analyse des défa illances

Analyses fonctionnelle, structurelle, Méthodes des modes de défaillance

2. Méthodes pour la modélisation des scénarios de d éfaillance

Méthodes de l’arbre événement, de l’arbre des causes, du Nœud PapillonMéthodes d’évaluation de la criticité


3. Application à un aménagement hydraulique de géni e civil

Construction des scénarios de défaillance, analyse de la criticité des scénarios

FONDATIONS

DRAINVERTICAL

REMBLAIAVAL

CRETEREMBLAI AMONT

Décomposition structurelle d’un barrage en remblai avec drainvertical (Peyras et al., 2003)

1ère partie. Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages

Composant Opération du processus Mode de défaillance E ffets de la défaillance

Voile d’étanchéité

Conception- reconnaissance géologique- étude géotechnique- étude du renforcement (profondeur, densité, coulis, etc.)Réalisation- réalisation des forages- réalisation des injections

Conception- reconnaissance insuffisantes- étude géotechnique limitée- étude du renforcement insuffisanteRéalisation- densité insuffisante- profondeur insuffisante- qualité du coulis inadaptée- pression d’injection inadaptée

- étanchéité insuffisante- contournement au large- contournement en profondeur- dissolution du voile d’étanchéité- fissuration du voile d’étanchéité


- réalisation des injections - pression d’injection inadaptée- extension latérale insuffisante

Analyse des Modes de Défaillance et de leurs Effets (AMDE) d’un voile d’étanchéité d’un barrage en remblai

(Peyras et al., 2003)

Comment mettre en évidence les dysfonctionnements les plus probables et les scénarios de défaillance les plus critiques ?




2. Aperçu des parties du traité– Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages– Hétérogénéité et variabilité des matériaux : conséquences sur




3. Conclusion


1. Les données incertaines en géotechnique

Diversité des sources d'incertitude en géotechnique - données aberrantes, censurées et pauvres - Représentation statistique, modélisation des données

2. Quelques estimations de la variabilité des matéri aux

Estimation de valeurs moyennes, de valeurs caractéristiquesPrincipes d’une étude géostatistique


3. Fiabilité d’une semelle de fondation superficiel le

Modèles de capacité portante d’une fondation superficielleEffets de la variabilité du sol sur la variabilité de la capacité portante de la semellePrise en compte de la structure de corrélation spatiale sur la sécurité de la semelle


355.0 357.5 360.0 362.5 365.0 367.5

1978 1978

1979 1979

1980 1980

1981 1981

1982 1982

1983 1983

1984 1984

1985 1985

1986 1986

Y (km)

Principes d’une étude géostatistique (Marache et al., 2009)


355.0 357.5 360.0 362.5 365.0 367.5

X (km)

1976 1976

1977 1977

1978 1978

Localisation des 127 essais pressiométriques sur la commune de Pessac

Zones où la probabilité que le module pressiométrique soit inférieur à 4 MPa

est supérieure à 80%


Fiabilité d’une semelle superficielle : effet de la variabilité et la corrélation spatiale du sol sur la variabilité de la capacité portante et la sécurité de la semelle :

– effets des erreurs de modèles et de la variabilité des propriétés mécaniques ;– modèle probabiliste de la distribution statistique de la capacité portante en fonctionde la variabilité de la cohésion et de l’angle de frottement ;– prise en compte de la corrélation entre ces deux paramètres ;

– approche semi-probabiliste « Eurocode » inapte ici ;– approche probabiliste indispensable concernant les tassements différentiels


– approche probabiliste indispensable concernant les tassements différentielsou la modélisation de l’interaction sol-structure

Comment décrire et exploiter la variabilité et l’hétérogénéité des données incertaines concernant les matériaux ? Comment réduire les incertitudes ? Quelles sont les conséquences sur la sécurité et la sûreté des ouvrages ?








3. Conclusion

3ème partie. Méta-modèles pour la fiabilité des ouvrages

1. Surfaces de réponse physiques et polynomiales

Historique et concept de surface de réponse Méthodes de calcul de fiabilité, surfaces de réponse polynomiale

2. Surfaces de réponse par chaos polynomial

Construction de la base du chaos polynomialCalcul des coefficients du développementApplication à la fiabilité des ouvrages


Comment évaluer la fiabilité lorsque le modèle mécanique est coûteux en ressources de calcul ?

Exemple d’une ossature de bâtiment soumise à des charges latérales

Treillis à 23 barres (10 variables aléatoires)

3ème partie. Méta-modèles pour la fiabilité des ouvrages


Exemple d’une ossature de bâtiment soumise à des charges latérales

(21 variables aléatoires)

Evaluation d’indices de fiabilité - par simulations directes de Monte-Carlo

- en utilisant des surfaces de réponse poynomiales, - en particulier un chaos polynomial (polynômes d’Hermite, chaos plein ou creux)








3. Conclusion

4ème partie. Méthodes pour la fiabilité des ouvrages dans le temps

1. Méthodes d’unification et agrégation de données

Evaluation de temps d’évacuation de l’immeuble en cas d’incendie

2. Méthodes probabilistes de fiabilité dépendant du temps

La méthode PHI2Application à un bâtiment soumis à un chargement dépendant du temps

3. Actualisation de la fiabilité par le retour d’ex périence

Calcul d’une probabilité de défaillance et son actualisation Actualisation d’un intervalle de confiance sur les prévisions


Actualisation d’un intervalle de confiance sur les prévisions

4. Les méthodes de Monte Carlo par chaînes de Marko v (MCMC)

Les méthodes bayésiennes - Les méthodes MCMC Estimation de la durée de vie d’un système en série (données censurées et pauvres)Prévisions du fluage dans les enceintes de confinement des centrales nucléaires

Comment mettre en œuvre un calcul de fiabilité dépendant du temps ?Que faire de l’information supplémentaire acquise dans le temps pour la mise à jour de calculs de fiabilité ?

4ème partie. Méthodes pour la fiabilité des ouvrages dans le temps

Prévisions du fluage dans les enceintes de confinement des centrales nucléaires

Zone courante d’une paroi interne cylindrique d’enceinte6 variables aléatoires normales tronquées/lognormales : Module d’Young (béton), coefficients de Poisson, humidité relative, déformation maximale de retrait endogène ou de dessiccation

Mesures expérimentales de la déformation tangentielle disponibles entre 1500 et 2500 jours après séchage du béton


Prévision a posteriori de l’intervalle de confiance a priori à 95 % de la déformation tangentielle par MCMC et mesures expérimentales








3. Conclusion

5ème partie. Optimisation de la maintenance par la fiabilité

1. Politiques de maintenance Maintenance - types et modèles de maintenance

2. Modèles et coûts de maintenance

Maintenances basée sur le temps, sur l’âgeModèles d’inspection - systèmes à grande longévitéCritères de choix d’une politique de maintenanceEnduit tubulaire soumis à de la corrosion

3. Applications industrielles et limites dans un co ntexte multi-critères


Concession autoroutière à fortes exigences de performancesVieillissement des structures du génie civil

Comment optimiser une politique d’inspection et de maintenance ?

5ème partie. Optimisation de la maintenance par la fiabilité

Concession autoroutière à fortes exigences de performances

Coû

t

fermeture du tronçon

fermeture d'une seule voie

Coût probabilisé cumulé des pénalités d’indisponibilité dues à une trop faible rugosité

de la chaussée


0 5 10 15 20 25 30Années

Risque de corrosion d’une tour aéroréfrigérante :

Evolution de la probabilité d’initiation de la corrosion au cours du temps




2. Aperçu des parties du traité – Méthodes qualitatives d’évaluation de la sûreté des ouvrages– Hétérogénéité et variabilité des matériaux : conséquences sur la




3. Conclusion

3. Conclusion

• Traité en 1 volume ~ 300 p., 15 co-auteurs, 5 parties, index

• Rend compte d’une sélection de travaux présentés à JNFiab’08, Nantes(+ quelques autres travaux)

• Sortie du traité prévue à la rentrée 2010, éditions Hermès

• Projet de traduction en anglais (Wiley)


• Projet de traduction en anglais (Wiley)

• Implication du GIS MRGenCi

• Remerciements à - André Lannoy (IMdR) et - Maurice Lemaire (Univ. BP Clermont-Fd, Phimeca)pour leurs relectures

le traité mim « fiabilité des ouvrages - toulouse … · 1. présentation générale du traité...

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