Vérification et validation de modèles non linéaires en génie civil

Du fait de la complexification des modèles numériques en mécanique, il est de plus en plus difficile de garantir la représentativité ou le réalisme de résultats de simulations. L’utilisation des simulations numériques comme outils prédictifs tend à se généraliser car elle est a priori moins coûteuse, moins complexe, plus rapide et plus souple que des campagnes d’essais. Ces avantages permettent parfois la réalisation d’études de sensibilités autrement trop lourdes.

Dans le domaine du génie civil, les simulations permettent d’étudier des problèmes à des échelles inatteignables expérimentalement ou nécessitant des moyens techniques et financiers indisponibles. En particulier, les essais de bâtiments à pleine échelle sous séisme sont inenvisageables au-delà d’une certaine dimension. Par exemple, en France, la plus grande table sismique, appelée Azalée et mesurant 6 mètres par 6 mètres, est actuellement située sur l’installation Tamaris du CEA (Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives) à Saclay. Seules des mesures in-situ lors d’événements sismiques réels permettent l’obtention d’informations précieuses, mais très partielles sur le comportement de ces structures.

Si de telles mesures sur site sont indispensables, elles sont loin d’être suffisantes pour répondre aux questions de sûreté qui se posent dans le secteur de la production d’énergie nucléaire parce que les observations ou les mesures caractérisant la réponse mécanique effective de telles structures sous séisme sont rares. Dans le cas d’ouvrages nucléaires neufs, les dimensionnements permettent a priori de garantir un comportement quasi linéaire des structures sous sollicitation sismique. Toutefois, la réévaluation à la hausse du risque sismique suite à l’accident nucléaire de Fukushima en 2011, ont remis en cause ce comportement quasi-linéaire dans le cas de structures existantes dont la construction est antérieure à cette évaluation.

Ainsi, les simulations numériques sont aujourd’hui couramment intégrées aux démonstrations de sûreté. Les outils de calcul (logiciels et modèles) doivent donc impérativement être vérifiés et validés. La principale difficulté rencontrée dans ces tâches est l’absence d’un formalisme général bien défini. Cette absence est probablement due à la trop grande variété d’outils, de modèles, de situations et de cas d’applications possibles. Pourtant, de nombreux travaux ont conduit à la création de guides proposant des cadres, des notions et des bonnes pratiques en la matière, mais la mise en application de ces productions reste délicate.

Afin de présenter une vision globale de ces problématiques et de les illustrer, cet article est découpé en quatre parties :

• des définitions seront proposées pour les deux concepts primordiaux de vérification et de validation ;

• un historique des différents guides existants est présenté ;

• dans une troisième partie ; le rôle central joué par les incertitudes dans le processus V&V sera expliqué ;

• enfin, quelques exemples d’utilisation d’outils opérationnels pouvant enrichir une démarche de validation sont présentés.