| Réf : SE2070 v1

Caractéristiques des composants passifs
Introduction à la fiabilité des structures

Auteur(s) : André LANNOY

Date de publication : 10 avr. 2004

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Auteur(s)

  • André LANNOY : Électricité de France (EDF) - Division Recherche et Développement

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INTRODUCTION

Bien que rares, les événements tels que ruptures de tuyauteries, de réservoirs, d’enceintes peuvent conduire à des conséquences extrêmement graves. Jusqu’à un passé récent, on se protégeait de ces événements en prenant des marges, des facteurs de sécurité, que l’on cumulait sur l’ensemble des paramètres influents, à l’aide d’une méthodologie uniquement déterministe. Cette démarche ne permet pas néanmoins de bien connaître les risques pris. Dans l’analyse de la fiabilité des structures, les paramètres influents sont considérés comme des variables aléatoires et, à partir d’une équation physique de défaillance dont les variables sont probabilisées, on calcule la probabilité de défaillance. Les applications industrielles sont nombreuses : optimisation de la maintenance et des inspections, calcul de durée de vie résiduelle, etc.

Le retour d’expérience et la connaissance des cinétiques de dégradation sont deux des conditions essentielles d’application de l’analyse de fiabilité des structures.

Le dimensionnement des structures est fondé sur une démarche réglementaire et codifiée, essentiellement déterministe. Des coefficients de sécurité sont introduits dans les calculs afin de respecter des marges importantes pour garantir leur intégrité.

Ce dimensionnement ne permet pas d’évaluer le risque lié à la défaillance d’une structure, sa fiabilité. Il donne généralement une marge volontairement pessimiste vis-à-vis des différents modes de ruine possibles et conduit le plus souvent à des surdimensionnements, injustifiés, donc à des surcoûts. En outre certains chargements peuvent être ignorés au moment de la conception et découverts seulement à l’exploitation. Les structures vieillissent, les propriétés des matériaux peuvent se trouver altérées, les modes d’exploitation ne sont plus les mêmes.

La démarche probabiliste, de fiabilité des structures, s’avère alors essentielle. Le risque est évalué sous la forme d’une probabilité et non plus sous la forme d’un jugement binaire (le dimensionnement est acceptable ou non, l’exploitation peut être poursuivie ou non).

Le calcul de cette probabilité permet de réduire le risque de défaillance par l’organisation des programmes de maintenance-inspection, de prolonger la durée d’exploitation en optimisant leur utilisation.

Cet article donne quelques éléments de fiabilité des structures. Après avoir identifié quelques causes de défaillance des structures et les mesures préventives associées pour éviter la défaillance, on rappelle les caractéristiques principales des composants passifs. On se place volontairement avec une vision d’exploitant, cherchant à minimiser le risque de défaillance d’une structure et à optimiser son exploitation. On présente très brièvement la méthodologie d’Optimisation de la Maintenance par la Fiabilité (OMF-structures), appliquée aux composants passifs, dont un des rôles est d'optimiser les inspections en service et la maintenance. On précise brièvement les fondements du calcul de fiabilité des structures. Le lecteur intéressé pourra se référer aux ouvrages mis en référence pour de plus amples développements et pour la présentation d’applications industrielles.

Il est évident que l’on ne peut pas faire le tour en un article d’un domaine qui a donné lieu à de multiples publications depuis l’Antiquité. On se référera en particulier à la référence , bien documentée et aux références .

Le lecteur pourra consulter à titre d’exemple l’article Eurocodes [C 60] du traité Construction.

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VERSIONS

Il existe d'autres versions de cet article :

DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-se2070


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1. Caractéristiques des composants passifs

  • On sait que les méthodes à utiliser pour évaluer la fiabilité dépendent non seulement de la disponibilité d’un retour d’expérience validé, mais aussi de la nature du système, structure ou composant (SSC) :

    • pour les composants actifs (les pompes, les robinets, ...), l’évaluation se fait essentiellement à partir du retour d’expérience, sur des bases statistiques ;

    • pour les composants passifs (les structures, les tuyauteries, les récipients sous pression, ...), on peut utiliser soit le retour d’expérience disponible, soit les méthodes de fiabilité des structures.

  • Les composants passifs ont les caractéristiques suivantes :

    • ils connaissent un faible nombre de mécanismes de vieillissement, généralement bien identifiés ;

    • les cinétiques de dégradation sont lentes et progressives ;

    • les défaillances sont rares, mais leurs conséquences sont généralement graves pour la sûreté, la disponibilité et les coûts.

    On se situe dans le domaine d’observation de probabilités très faibles avec des conséquences très graves. Par conséquent les méthodes de la fiabilité classiques sont souvent non appropriées, on utilise donc essentiellement l’expertise ou l’analyse de la fiabilité des structures. Le mécanisme de vieillissement étant identifié, il convient de disposer du modèle de dégradation adapté à ce mécanisme, d’écrire l’équation déterministe de défaillance et de la « probabiliser ». Disposer d’un modèle de dégradation pertinent est certainement une des grandes difficultés de la fiabilité des structures.

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