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Introduction à la fiabilité des structures

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 aux références  , bien documentées et aux références  .