Evaluation de la fiabilité des armatures actives et passives des ponts-routes en béton dans un environnement agressif.

La maitrise de la dégradation des ouvrages d’art en béton pose un défi économique et technologique d’une grande importance. En effet, les opérations de contrôle des ouvrages d’art utilisent des moyens techniques souvent complexes et nécessite une main d’œuvre hautement qualifiée pour analyser les différents rapports issus de ces opérations. Cette étude porte sur la dégradation des ouvrages d’art en béton (armé et précontraint) par les agents agressifs de type chlorures. Après une période d’incubation, où les ions Cl- progressent sans signes extérieurs apparents dans les pores du béton, la couche qui protège les armatures disparait lors de l’amorçage de la corrosion, puis, une perte des sections des armatures se produit d’une manière localisée. Enfin, la rupture des armatures se produit menaçant la sécurité structurelle des ouvrages d'art. L’étude de l’évolution de la dégradation d’une structure demande donc une analyse qu’il faut développer sur des bases probabilistes. La Théorie de la fiabilité constitue un des outils les mieux adaptés, car elle permet de tenir compte des incertitudes liées aux dimensions géométriques des éléments de structures, aux caractéristiques des matériaux, l’environnement et des dégradations qui en résultent. L’objectif de cette thèse vise à: - Classer les modes de dégradations des ouvrages d'art; - Développer les modèles de comportement mécanique; - Recenser les incertitudes à intégrer dans la démarche; - Développer un modèle probabiliste de la propagation de la corrosion par piqûre; - Estimer la fiabilité des armatures; - Requalifier la fiabilité par un calcul de probabilité conditionnelle en fonction de résultats d’inspections détaillées.

Étude Mécano-fiabiliste des pipelines destinés aux hydrocarbures

L’évaluation de la fiabilité et la probabilité de défaillance des pipelines est effectuée en utilisant des approches déterministes, même avec la notion d'incertitudes sur les paramètres de l'évaluation de ces indicateurs. Le pipeline est supposé être un système série, le mode de défaillance est considéré comme étant contrôlé par les contraintes dues à la pression interne et à la présence de corrosion. Ce travail décrit une méthode probabiliste afin de pouvoir gérer les canalisations corrodées sous une pression de service assez élevée. La méthode prend en compte des variables qui influent d’une manière ou d’une autre sur la probabilité de défaillance. Le document commence par un examen des diverses techniques disponibles pour l'évaluation de la fiabilité mécanique des pipelines, et développe alors un modèle mécano-fiabiliste via l’état limite à partir des équations déterministes disponibles. Les méthodes de Monte-Carlo et FORM / SORM sont ensuite utilisées pour évaluer la fiabilité. Des essais de traction, de dureté et des tests hydrostatiques sur notre structure étudiée (tube sans soudure) sont effectués, le but étant de déterminer la résistance maximale et la contrainte conventionnelle. A partir de ceci, une étude statistique a été menée. A l’issue de cette étude, les résultats fournissent un indice de fiabilité de l’ordre de 3,67 et une probabilité de défaillance Pf = 1.7.10-4, considéré comme acceptable pour ce type de produit. Les variables de l'étude ont montré une dominance importante de la pression de service suivie des contraintes appliquées. La probabilité de défaillance devient moins sensible lorsque les contraintes résiduelles sont considérées. En fait, en négligeant les contraintes résiduelles, la fiabilité sera affectée par les autres variables (en particulier la pression de service), ce qui rend l'évaluation probabiliste plus sensible. Cela signifie, que la prise en compte des contraintes résiduelles implique une meilleure redistribution des facteurs d'importance sur la fiabilité, conduisant à une probabilité de défaillance moins sensible. Un couplage entre la corrosion uniforme et la corrosion localisée montre une probabilité de défaillance plus importante, ie l’indice de fiabilité de l’ouvrage étudié diminue sensiblement, bien que l’ampleur de cette diminution (défaillance), soit plus allégée si on considère chaque type de corrosion seul. Mots clés : Indice de fiabilité, Pipeline, Form/Sorm, Corrosion, Couplage mécano-fiabiliste, Contraintes Résiduelles.

Étude Mécano-fiabiliste des pipelines destinés aux hydrocarbures

Résumé L’évaluation de la fiabilité et la probabilité de défaillance des pipelines est effectuée en utilisant des approches déterministes, même avec la notion d'incertitudes sur les paramètres de l'évaluation de ces indicateurs. Le pipeline est supposé être un système série, le mode de défaillance est considéré comme étant contrôlé par les contraintes dues à la pression interne et à la présence de corrosion. Ce travail décrit une méthode probabiliste afin de pouvoir gérer les canalisations corrodées sous une pression de service assez élevée. La méthode prend en compte des variables qui influent d’une manière ou d’une autre sur la probabilité de défaillance. Le document commence par un examen des diverses techniques disponibles pour l'évaluation de la fiabilité mécanique des pipelines, et développe alors un modèle mécano-fiabiliste via l’état limite à partir des équations déterministes disponibles. Les méthodes de Monte-Carlo et FORM / SORM sont ensuite utilisées pour évaluer la fiabilité. Des essais de traction, de dureté et des tests hydrostatiques sur notre structure étudiée (tube sans soudure) sont effectués, le but étant de déterminer la résistance maximale et la contrainte conventionnelle. A partir de ceci, une étude statistique a été menée. A l’issue de cette étude, les résultats fournissent un indice de fiabilité de l’ordre de 3,67 et une probabilité de défaillance Pf = 1.7.10-4, considéré comme acceptable pour ce type de produit. Les variables de l'étude ont montré une dominance importante de la pression de service suivie des contraintes appliquées. La probabilité de défaillance devient moins sensible lorsque les contraintes résiduelles sont considérées. En fait, en négligeant les contraintes résiduelles, la fiabilité sera affectée par les autres variables (en particulier la pression de service), ce qui rend l'évaluation probabiliste plus sensible. Cela signifie, que la prise en compte des contraintes résiduelles implique une meilleure redistribution des facteurs d'importance sur la fiabilité, conduisant à une probabilité de défaillance moins sensible. Un couplage entre la corrosion uniforme et la corrosion localisée montre une probabilité de défaillance plus importante, ie l’indice de fiabilité de l’ouvrage étudié diminue sensiblement, bien que l’ampleur de cette diminution (défaillance), soit plus allégée si on considère chaque type de corrosion seul. Mots clés : Indice de fiabilité, Pipeline, Form/Sorm, Corrosion, Couplage mécano-fiabiliste, Contraintes Résiduelles.

Conception fiabiliste et automatisation d’un pont roulant.

La sécurité et la fiabilité sont devenues aujourd’hui deux paramètres incontournables dans le choix des structures mécaniques. Ce travail vise à proposer une approche pour le choix des ponts roulants par l’intégration des paramètres de fiabilité et de sécurité. Dans un premier temps, nous avons élaboré une analyse Cause à Effet qui montre que les causes réelles des problèmes rencontrés au niveau des ponts roulants résident essentiellement dans la mauvaise formulation du besoin et des fonctions nécessaires mais qui ne sont pas demandées. Ensuite, une méthode d’optimisation économique et rationnelle de l’achat du pont roulant est proposée sur la base du compromis prix / fiabilité. La méthode proposée est caractérisée par une analyse fonctionnelle, des critères fonctionnels et une cotation fonctionnelle. Cette étude est complétée par un dimensionnement basé sur la fiabilité des principaux organes du pont roulant. Mots clés : Pont Roulant, Fiabilité, Risque, Sécurité, Dimensionnement, Cahier des charges Fonctionnel et Technique.

Analyse des Modes de dégradation et élaboration d’un plan d’inspection d’une structure mécanique

La dégradation d’une structure mécanique est la traduction d’une évolution lente et irréversible de ses variables d’état. Cette évolution conduit à la diminution des marges de sûreté nécessaires pour assurer son bon fonctionnement. La modélisation de la dégradation de ces structures est nécessaire pour la maîtrise des risques, pour la gestion de leur durée de vie, pour l’optimisation des inspections, de maintenance et de réparation. L’intérêt de disposer d’une méthodologie de modélisation de la dégradation de ces structures et de la prévision de leur durée de vie est d’une grande importance. Dans un premier temps, un état de l’art concernant la modélisation probabiliste des principaux mécanismes de dégradation sera établi. Les paramètres des différents modèles sont définis par des distributions probabilistes caractérisées par la moyenne et le coefficient de variation. Dans un deuxième temps, une méthodologique sera élaborée afin d’identifier les différentes modélisations permettant de définir les phénomènes de dégradation. Le cadre général de l’étude consiste à définir la dégradation par la diminution de la marge de sûreté en fonction de l’âge de la structure. Ceci nous mène vers l’élaboration d’un couplage mécano-fiabiliste en vue d’un dimensionnement optimisé de la structure étudiée. Enfin, un plan d’inspection sera élaboré sur la base de la fiabilité, le coût et la sécurité.

Evaluation des incertitudes dans le cadre des essais de métrologie

La métrologie sert à fournir une information quantitative et objective qui aide à la prise de décision (accepter ou refuser un produit, accepter ou refuser un essai, accepter ou refuser une matière première, trier des produits, réguler un paramètre à l'aide d'un régulateur) et la prise d'actions (retoucher un produit, agir sur un paramètre physique). C'est dans cette perspective que s'inscrit ce travail qui consiste à estimer les incertitudes sur les chaînes de mesure de la division Baies et Vitrages du Centre Scientifique et Technique du Bâtiment (CSTB) de Paris, et par la suite évaluer l'incertitude des éléments calculés. La méthodologie de travail adoptée se résume comme suit : • Comprendre le processus de l'essai, • Identifier les exigences normatives, • Rechercher des informations auprès des exploitants d'essais (rapport d'essai), • Identifier les facteurs d'influences sur le mesurande (méthode 6M), • Etablir le modèle mathématique, • Calculer les incertitudes, • Enfin, saisir les données sur le serveur Dany.

Contribution à l'étude mécano-fiabiliste des câbles de précontrainte des ouvrages d'art, application au contrôle par émission acoustique

Le prix du béton et ses propriétés mécaniques qui couvrent largement les exigences imposées par les cahiers des charges font que le béton soit un matériau très convoité par les entrepreneurs Algériens. Par ce fait, le parc d’ouvrages d’art national s’est diversifié au fil de ces dernières années. Notre étude a porté sur la dégradation des ouvrages d’art en béton précontraint par les agents agressifs de type chlorures. Après une période d’incubation, où les ions Cl- progressent sans signes extérieurs apparents dans les pores du béton, la couche qui protège les câbles disparait lors de l’amorçage de la corrasion, puis, une perte des sections des armatures se produit d’une manière localisée. Enfin, la rupture des câbles se produit menaçant la sécurité de structurelle de l’ouvrage d’art. La présente étude a regroupé quatre volets de recherche. Le premier volet a porté sur la prise en compte du caractère aléatoire des différents paramètres intervenant dans le processus de corrosion des câbles de précontrainte dans le béton, un modèle probabiliste a été attribué à chaque variable. Le deuxième volet de notre étude a porté sur la modélisation numérique de la loi de comportement mécanique des câbles de précontrainte. Il s’avère que le comportement mécanique global des câbles de précontrainte sous chargement axial se résume à un allongement et une rotation du câble. Le troisième volet porte sur l’influence des paramètres les plus pertinents sur le processus de la corrosion, certains paramètres ralentissent l’amorçage de la corrosion, d’autres la favorisent. Une quantification de l’effet de chaque paramètre a été établie grâce à l’étude fiabiliste de la stabilité d’un ouvrage d’art virtuel (en phase de conception). L’environnement sélectionné pour notre étude engendre un dégradation précoce de l’ouvrage d’art par la corrosion des câbles, ce dernier n’atteint pas la durée de vie prévue par le concepteurs. Le quatrième volet de notre étude consiste à la proposition d’une méthode de contrôle non destructif par émission acoustique des ouvrages d’art précontraints. Cette méthode s’est avérée très sensible aux différents phénomènes qui se produisent lors de la corrosion des câbles tels que le dégagement de l’hydrogène, la rupture du film passif et la propagation des fissures dans le câble. Une telle méthode peut se montrer très bénéfique au vu du contrôle de la sécurité des ouvrages d’art en béton précontraint. Mots clés : béton précontraint, modèle mécanique, modèle probabiliste, variables aléatoires, incertitudes, fiabilité des structures, émission acoustique.

OPTIMISATION DES METHODES D'INSPECTION DES PIPES

Actuellement, des multiples contraintes économiques, sociales et environnementales transforment l'optimisation de la planification des travaux de maintenance en un défi majeur pour les concepteurs et les gestionnaires des infrastructures. Cette étude se concentre sur la gestion des tuyaux en acier de transport d’hydrocarbure. L’acier présente l’inconvénient d’être sensible à la corrosion, notamment lorsqu’il est placé dans des environnements agressifs. Par conséquent, la modélisation des processus de dégradation ainsi que des actions de maintenance réalisées au cours de la durée de vie opérationnelle devient primordiale pour la formulation d'une stratégie de maintenance durable. Comme l'état réel de dégradation des pipelines n'est connu qu'au moment de l'inspection, les contrôles non destructifs (CND) sont de plus en plus nécessaires pour définir la qualité de la maintenance et les conditions d’exploitation du réseau. Dans cette thèse, on propose une politique de maintenance pour les tuyaux de transport d’hydrocarbure soumis à la corrosion, en tenant compte des résultats d’inspection imparfaite. La dégradation du tuyau tient compte de la corrosion uniforme et de la corrosion localisée. Les incertitudes liées aux inspections sont prises en compte par une approche Bayésienne, au moyen de la probabilité de détection (PoD) et de la probabilité de fausse alarme (PFA). Ce travail vise aussi à intégrer les résultats d'inspection imparfaite dans le modèle de coût pour des tuyaux corrodés, où les probabilités de défaillance sont calculées par les méthodes de fiabilité. Des applications numériques sur deux gazoducs montrent l'influence de la qualité d'inspection, le coût ainsi que le double effet de l'agressivité de l'environnement et des contraintes résiduelles générées au cours de la corrosion, sur le choix de la planification optimale de maintenance. Mots clés : Inspection, pipeline, corrosion, optimisation, modes de dégradation, fiabilité.

ANALYSE EXPERIMENTALE DE LA FATIGUE DES ENGRENAGES A DENTURE DROITE

Résumé Les engrenages occupent, dans les moyens de fabrication et dans les instruments fabriqués, une place croissante. Notre étude porte sur la fatigue des engrenages à denture droite. Une analyse de leur défaillance montre que la fatigue en flexion est la plus fréquente avec une proportion de 32%. Dans un premier temps, une recherche bibliographique a été développée dans le but de montrer les travaux effectués dans ce domaine. Ensuite, les concepts de la M.L.R. sont discutés afin d’appréhender leur importance pour les engrenages. Une revue sur la mécanique de la rupture est ainsi développée avec un choix du domaine pour le cas étudié. Une attention particulière est donnée à la fatigue et à sa relation avec les engrenages en présence de fissures. Une explication de la théorie des engrenages est ainsi justifiée. Ceci nous a conduits vers l’étude du dimensionnement géométrique (choix préalables des dimensions des éléments des engrenages à denture droite/ héliocoïdale). Une étude des forces de contact et la continuité de l’engrènement est effectuée. Avec, une vérification de la résistance. Le volet relatif à la métrologie des engrenages a pris une part importante dans notre travail, essentiellement les tolérances et les ajustements des engrenages. Une conception d’un banc pour réaliser les essais de fatigue est développée élément par élément. Ceci ouvrira la voie à des axes de recherche très importants. En utilisant la méthode des éléments finis, une vérification de la résistance à la racine des dents et au flanc de dent en état des contraintes planes (CP) et des déformations planes (DP) est proposée. Les résultats montrent que la contrainte maximale est de l’ordre de 500 N/mm2 en état de DP. En revanche, elle est de l’ordre de 780N/mm2 en CP. La durée de vie des engrenages contenant une fissure à la racine de dent est de l’ordre de 103 en CP et est de 105 en DP. Mots clés: Engrenage, Banc d’essai à cycle fermé, Fatigue, Mécanique de la rupture, Modélisation par MEF, Fissuration.