Дисертації з теми "Modèle de maintenabilité"

Un produit est généralement défini à partir d’un cahier des charges qui décrit ses caractéristiques en termes de performances, fiabilité, qualité, etc. La plupart des caractéristiques exigeant d’être validées expérimentalement sont évaluées a posteriori de la conception à l’aide d’essais sur des prototypes physiques. Ce processus engendre des coûts importants, prend du temps et peut conduire à des modifications majeures, surtout si elles interviennent tardivement. Cette thèse vise la prise en compte de la fiabilité et de la maintenabilité au stade de la conception ainsi que le développement d’outils permettant la validation des objectifs de conception et la comparaison de plusieurs alternatives. Elle répond ainsi à une problématique importante de l’industrie (prolongement de la durée de vie, développement durable) et à l’enrichissement des outils de conception actuels. La démarche de validation classique consiste à reproduire les conditions d’utilisation pour tester un échantillon de prototypes physiques. Dans cette thèse, nous définissons l’évaluation des caractéristiques d’un produit au moyen de prototypes virtuels élaborés à partir du modèle CAO établi par le concepteur. Tout d’abord, le prototype virtuel généré doit être représentatif de la réalité. Pour cela, nous identifions les facteurs qui influencent la caractéristique étudiée. Puis, le processus de test doit être défini. Nous avons développé, dans le cas de la fiabilité, un outil spécifique basé sur l’approche contrainte/résistance ainsi que sur les séries de Taylor. En ce qui concerne la maintenabilité, des indicateurs et un algorithme de désassemblage ont été mis en place pour quantifier les différents critères. Ces outils ont été implémentés dans une approche de conception intégrée (FSC) puis validés sur un cas réel. Ils permettent la comparaison relative des caractéristiques de plusieurs alternatives à partir de leurs représentations CAO. À terme, nous envisageons une évaluation absolue des caractéristiques, ce qui permettrait de valider directement les objectifs de conception, diminuant alors significativement le recours aux prototypes physiques.

Le coût élevé de la maintenance des logiciels exige de travailler sur leur maintenabilité. Bien qu’émergente de la structure du code source, son évaluation est subjective, car elle dépend des développeurs et du contexte. Les modèles de maintenabilité actuels tendent à réduire la maintenabilité à un score unidimensionnel basé sur des métriques, souvent mal définies, qui représentent mal la structure du code. Nos travaux se sont basés sur l’analyse statique des graphes de code pour évaluer la maintenabilité. Ils ont permis de développer Javanalyser, un outil libre qui génère automatiquement le graphe de code d’un programme Java. Ces graphes ont permis de formaliser 33 métriques statiques sous forme de requêtes déclarative et ont permis de reproduire avec succès une étude de Schnappinger et al. Notre extension de l’étude confirme l’importance de la taille du programme comme facteur influençant la maintenabilité, sans toutefois négliger l’impact des autres métriques. Ce travail ouvre la voie à une compréhension plus approfondie de la maintenabilité, grâce à une représentation multidimensionnelle permettant de tenir compte de la variabilité entre les développeurs
The high cost of software maintenance requires a focus on software maintainability. Although it emerges from the structure of the source code, its evaluation is subjective, as it depends on developers and the context. Current maintainability models tend to reduce maintainability to a one-dimensional score based on metrics, often poorly defined, which inadequately represent the structure of the code. Our work is based on the static analysis of code graphs to evaluate maintainability. It led to the development of Javanalyser, an open-source tool that automatically generates the code graph of a Java program. These graphs enabled the formalization of 33 static metrics as declarative queries, and allowed the successful replication of a study by Schnappinger et al. Our extension of the study confirmed the importance of size as a factor influencing maintainability, while also recognizing the impact of other metrics. This work opens the way to a deeper understanding of maintainability through a multidimensional representation that takes into account the variability between developers

Dans le cadre général de l’ingénierie simultanée, les travaux présentés dans cette thèse portent sur l’évaluation de la maintenabilité d’un produit mécanique pendant sa conception. Ainsi, notre objectif est d’identifier une méthode et des outils permettant à l’acteur métier maintenance d’évaluer et de mesurer, et ce au plus tôt dans la conception, la maintenabilité du futur produit. Nous proposons d’abord une redéfinition des critères de maintenabilité selon une structure hiérarchique avec trois niveaux, nous introduisons ainsi les notions de critère élémentaire et sous critère de maintenabilité. Ensuite nous avons présenté une méthode de modélisation des données de conception qui permet de conserver leur incertitude et leur imprécision dans l’indice final de maintenabilité, ainsi que de calculer un indice de confiance pour l’évaluation. Pour l’évaluation de l’indice de maintenabilité nous avons proposé une approche intégrée dans les systèmes avancés de CAO, simplifiant ainsi l’échange d’informations entre l’évaluateur de la maintenabilité et les autres concepteurs. La valeur numérique du l’indice de maintenabilité est déterminée par l’agrégation des critères normalisés de maintenabilité. Nous avons dressé les spécifications pour un outil d’évaluation de la maintenabilité d’un produit en cours de conception, outil interfacé avec un système avancé de CAO. Enfin nous avons présenté l’application de notre méthode d’évaluation dans le cas de reconception d’un micromoteur dédié au modélisme
Within the general framework of simultaneous engineering, the work presented in this PhD thesis concerns the maintainability evaluation of a mechanical product during its design. Thus, our objective is to identify a method and tools enabling the maintenance expert to evaluate and measure the maintainability of the future product, and all this as soon as possible in the design process. We propose a redefinition of the maintainability criteria according to a hierarchical structure with three levels; we thus introduce the concepts of elementary criterion and under criterion of maintainability. Then we have presented a model of design data which makes it possible to preserve in the final index of maintainability the uncertainty and inaccuracy of initial design data, it is also possible to compute a confidence index of for the evaluation. In order to evaluate the maintainability index we have proposed an approach integrated in advanced CAD systems, thus simplifying the exchange of information between the maintainability evaluator and the designers. The numerical value of the maintainability index is determined by the aggregation of several maintainability criteria. We drew up the specifications for a product maintainability evaluation tool at the design stage; this tool is interfaced with an advanced CAD system. Finally we presented the application of our evaluation method in the case of redesigning an engine dedicated to model making

Cette thèse contribue au développement des recherches dans le domaine du Pronostic et Health Management : gestion de l’état de santé des systèmes complexes. Dans un contexte de management opérationnel et de sûreté de fonctionnement des systèmes, nous proposons d’étudier comment la modélisation par un Modèle Graphique Probabiliste Dynamique (MGPD) permet le diagnostic de l’état de santé courant d’un système, le pronostic de cet état et de l’évolution des dégradations, ainsi que l’estimation de sa durée de vie résiduelle en fonction de ses conditions opérationnelles. La dégradation des composants est en général inconnue et nécessite un arrêt du système pour être observée. Cependant, cela est difficile, voire impossible, durant l’exploitation du système. Néanmoins, un ensemble de grandeurs observables sur le système ou le composant peut caractériser le niveau de dégradation et faciliter l’estimation de la durée de vie résiduelle du composant et du système. Les MGPD offrent une approche adaptée à la modélisation de l’évolution de l’état de santé des systèmes et des composants. Nous étendons la modélisation classique des modèles de la famille des HMM vers les IOHMM pour permettre une propagation temporelle de l’incertitude afin de résoudre le problème de pronostic de l’état de santé et de l’estimation de la durée de vie résiduelle. Cette recherche comprend l’extension des algorithmes d’apprentissage et d’inférence appliqués aussi bien dans le cas d’un composant que pour un système structuré. Cette thèse a pour but de contribuer à lever les verrous scientifiques suivants : - Considérer l'état de santé du système par un modèle stochastique et apprendre les paramètres du modèle à partir des mesures disponibles sur le système. - Établir un diagnostic de l’état de santé du système et le pronostic de son évolution en intégrant plusieurs conditions opérationnelles. - Estimer la durée de vie résiduelle des composants et des systèmes structurés (série, parallèle) à partir de ses composants. L’enjeu est majeur, car le pronostic de la dégradation des composants du système permet de définir des stratégies soit de pilotage soit de maintenance par rapport à la durée de vie résiduelle du système. Cela permet la réduction de la probabilité d’occurrence d’un arrêt pour cause de dysfonctionnement du système, soit en ajustant la vitesse de dégradation pour s’accorder à un plan de maintenance préventif, soit en planifiant les interventions de maintenance de manière proactive
This thesis contributes to prognosis and health management for assessing health condition of complex systems. In the context of operational management and operational safety of systems, we propose to investigate how Dynamic Probabilistic Graphical Modelling (DPGM) can be used to diagnose the current health state of systems, prognostic the future health state, and the evolution of degradation, as well as estimate its remaining useful life based on its operating conditions. System degradation is generally unknown and requires shutting down the system to be observed. However, this is difficult or even impossible during system operation. Though, a set of observable quantities on a system or component can characterise the level of degradation and help to estimate the remaining useful life of components and systems. The DPGM provides an approach suitable for modelling the evolution of the health state of systems and components. The aim of this thesis is to transpose and capitalize on the experience of these previous works in a prognostic context on the basis of a more efficient DPGM taking into account the available knowledge on the system. We extend the classical HMM family models to the IOHMM to allow the time propagation of uncertainty to address prognostic problems. This research includes the extension of learning and inference algorithms. Variants of the HMM model are proposed to incorporate the operating environment into the prognosis. The aim of this thesis is to contribute to solving the following scientific locks: - Considering the state of health whatever the complexity of the system by a stochastic model and learning the model parameters from the available measurements on the system. - Establish a diagnosis of the state of health of the system and the prognosis of its evolution by integrating several operational conditions. - Estimate the remaining useful life of components and structured systems with series and parallel components. This is a major challenge because the prognosis of the degradation of system components makes it possible to define strategies for either control or maintenance in relation to the residual life of the system. This allows the reduction of the probability of occurrence of a shutdown due to a system malfunction either by adjusting the degradation speed to fit in with a preventive maintenance plan or by proactively planning maintenance interventions

Dans sa définition officielle, le terme "sûreté de fonctionnement" couvre les quatre notions que sont la fiabilité, la sécurité, la maintenabilité et la disponibilité. Aujourd'hui cependant, on tend vers une acceptation élargie de cette définition en étendant le sens de sûreté de fonctionnement à une notion plus générale de maîtrise du risque, que celui-ci soit économique, sécuritaire ou opérationnel. Dans le domaine initial des défaillances techniques, on s'intéresse de ce fait au pilotage des coûts d'exploitation. Ainsi redéfinie, la sûreté devient un enjeu majeur dans la compétitivité et conduit les constructeurs à développer des approches qui permettent sa maîtrise par une prise en compte de ce paramètre dès les phases d'avant-projet. Aussi ce travail consiste-t-il d'une part à proposer des solutions de modélisation des coûts de maintenance, et d'autre part à établir des méthodes d'analyse pour estimer la fiabilité à venir d'une produit lors du design
In its official definition, the term of functioning security represents four notions which are reliability, security, maintainability and availability. However, today this definition of functioning security involves a more general notion of economy, security or operational risk master. So in the initial domain of the technical failure, we will be interested in the piloting of the exploitation costs. This notion, have became the major stake of competitiveness, lead the manufacturers to develop approaches allowing a mastery of these parameters by their consideration from the pre-project phases. So this work consists first in proposing a model of maintenance costs and also in establishing analysis methods witch allows estimating product reliability. We will see how a design to maintenance cost perfectly corresponds with this new definition of the functioning security

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de la tendance actuelle des industriels à développer des outils d'aide à la gestion de la sûreté de fonctionnement de leurs installations. Elle présente les objectifs et les caractéristiques d'un générateur de bases de données de fiabilité et de maintenabilité opérationnelles baptisé GBDOS, conçu et développé en collaboration avec l'industriel. Le chapitre 1 replace la réalisation dans le contexte théorique des études de sûreté, afin de mieux identifier les problèmes liés aux difficultés de modélisation lors de la construction de base de données de fiabilité et maintenabilité opérationnelles. Le chapitre 2 présente l'identification des données de fiabilité et maintenabilité, ainsi que leurs diverses sources. Après un rappel des principales lois de probabilité, le chapitre 3 présente les méthodes de recherche d'un modèle et d'obtention des données et conclue de l'intérêt d'une analyse exploratoire des données. A partir de l'expérience des bases de données de fiabilité opérationnelle développée en Europe, le chapitre 4 fait l'analyse critique des deux des trois phases essentielles que sont l'acquisition et l'exploitation des données. Le chapitre 5 présente le générateur qui a servi à élaborer une base de données de fiabilité et maintenabilité opérationnelle pour l'acquisition, le stockage et l'exploitation des historiques relatifs aux équipements techniques d'une chaufferie urbaine.

Étant donné un système, l’utilisateur demande à ce système qu’il satisfasse à ses besoins avec des garanties suffisantes. Le constructeur répond par des performances mais rencontre des difficultés à démontrer les garanties. Dans ce travail, nous développons une méthodologie rigoureuse aidant le constructeur à démontrer les garanties, à confirmer la bonne conception du système et/ou indiquer les recommandations favorables. Un modèle de vérification à objectifs de sûreté pour un système en phase conception est proposé. Pour rendre réalistes les actions d’amélioration qui peuvent être proposés, ce modèle est généralisé à un modèle d’optimisation avec contrainte économique.

Les problèmes de maintenance occupent une place important dans les préoccupations liées à l’optimisation des processus industriels. La modélisation de la maintenance intégrant une politique de maintenance et un modèle stochastique de dégradation permet une analyse des performances de la politique mise en œuvre. On s’intéresse à la maintenance conditionnelle des systèmes à dégradation graduelle avec plusieurs modes de fonctionnement. Dans la plupart des cas, les modèles de maintenance sont développés sous des hypothèses de stationnarité. La vitesse moyenne de dégradation du système ou les taux d’occurrence de pannes sont, par exemple, supposés constants au cours de la vie utile du système. En pratique, des conditions liées à l’environnement extérieur ou à la sollicitation du système font souvent apparaître plusieurs modes de fonctionnement avec leurs caractéristiques de dégradation propres. L’objectif de cette thèse est de développer des modèles de maintenance conditionnelle pour intégrer les caractéristiques du régime de fonctionnement courant à l’optimisation des paramètres de la politique de maintenance. La dégradation est modélisée par un processus Gamma dont les paramètres évoluent au courant du temps. On identifie ainsi plusieurs régimes de fonctionnement, caractérisés par leur vitesse moyenne de dégradation, appelés « modes de dégradation ». Plusieurs possibilités de changement de mode sont envisagées dans ce mémoire
Maintenance problems occupy an important place in industrial processes optimization related fields. The maintenance modelling based both on maintenance policy and stochastic degradation model allows analysis and performance evaluation of the implemented strategy. Here, we deal with conditional-based maintenance for systems subject to gradual deterioration with several operating modes. In the majority of cases, the maintenance models are developed under assumptions of stationarity of the degradation phenomenon. The mean velocity of the system degradation or the rates of failures occurrence are, for example, supposed to be constant during the system life-cycle. In some cases, conditions related to the external environment or the system solicitations reveal several operating modes with specific degradation characteristics. The objective of this thesis is to develop models of conditional based maintenance to integrate the characteristics of the current operating mode in the optimization procedure of the maintenance policy. Degradation is modelled by a Gamma process whose parameters evolve with respect to time. Thus, we identify several operating modes, characterized by their mean velocity of degradation, called “modes of degradation”. Several possibilities of mode change are considered in this work

L’objectif de nos travaux est de mettre en place une méthode pour modéliser le comportement de la dégradation de moteurs aéronautiques à partir de données de retour d’expérience en vue de quantifier l’impact sur le niveau de sécurité des vols. Ces modèles tiennent compte d'un composant dont les mécanismes de défaillance sont en concurrence vis-à-vis d’un événement final (événement redouté rare) et de la politique de maintenance préventive. Nous souhaitons ainsi estimer la fiabilité d'un composant et étudier l'impact d'une nouvelle périodicité de maintenance sur cette fiabilité. Un algorithme d'optimisation des différentes périodicités de maintenances préventives appliquées au composant est également proposé
The aim of our studies is to propose a statistical model of turboshaft engines ageing behaviour in order to improve the reliability level assessment. Field and repair data feedback are used to fit our model. This model takes into account one component whose failure mechanisms are in competition with respect to a final event and scheduled maintenance policy. We want to estimate reliability of engine component and, for instance, optimize the preventive maintenance policy

L’enceinte de confinement est la dernière barrière de protection des bâtiments réacteurs nucléaires (BR), mais les mécanismes de vieillissement du béton précontraint peuvent dégrader l’étanchéité de l’enceinte interne (EI) des BR à double paroi au cours du temps. C’est une problématique majeure pour l’exploitation à long terme et l’extension de la durée de vie des BR tout en respectant les exigences de sûreté. La taille de telles structures et la complexité de tous les phénomènes couplés qui interagissent à différentes échelles rendent difficile la mise au point d’un outil industriel opérationnel de modélisation. Dans ce contexte, cette thèse introduit une stratégie numérique de prévision du taux de fuite des EI en exploitation. Elle repose sur une discrétisation adaptée par macroéléments, sur une modélisation thermo-hydro-mécanique chainée faiblement couplée physiquement représentative et sur un élément fini 3D spécialement conçu pour calculer les transferts à travers le béton insaturé et fissuré. La stratégie proposée a été appliquée à la maquette d’enceinte VeRCoRs (échelle 1/3) : les résultats obtenus sont validés avec les données expérimentales disponibles jusqu’au premier essai de mise sous pression puis prolongés jusqu’au troisième.La stratégie proposée permet aux opérateurs de :- Prendre en compte les variabilités et incertitudes des paramètres d’intérêt et de quantifier leur impact sur le taux de fuite total ;- Introduire les défauts relevés au cours d’inspections visuelles dans le calcul ;- Anticiper et optimiser les actions de mitigation des fuites pour éviter un prolongement d’arrêt de tranche et les pertes d’exploitation associées
The containment building represents the third and last protection barrier of nuclear reactors buildings (NRB). Yet ageing mechanisms of prestressed concrete could strongly affect the tightness capacity of the inner containment of a double-wall reactor building over time. That is a major issue considering the long term operation and the possible life extension of NRB while ensuring safety and regulatory requirements. Considering the size of such structures and the complexity of all interacting phenomena, it is very difficult to build an industrial and operational tool modeling all the strong couplings occurring at different scales. In that context, this Ph.D. thesis introduces a numerical strategy aiming at forecasting the leakage rate evolution of inner containments during operation. It is based on an adapted macro-element mesh, on a simple but physically representative chained weakly-coupled thermo-hydro-mechanical modeling and on a 3D finite element specially designed for computing air leakage through unsaturated porous and cracked concrete. The proposed strategy has been applied to the scale 1:3 VeRCoRs mock-up: results are validated with available experimental data until the first internal pressurization test before being extended until the third one.The proposed strategy enables operators to:- Take into account variabilities and uncertainties of main parameters to quantify their impact on the total leak rate;- Numerically introduce defects coming from visual inspections;- Pre-empt and optimize leak mitigation actions to avoid outage extensions and associated losses of income

Dans la littérature, plusieurs travaux ont été développés autour de la modélisation, l’analyse et la mise en place de politiques de maintenance pour les équipements sujets à des défaillances aléatoires. Ces travaux occultent souvent les réalités industrielles par des hypothèses telles que la connaissance a priori des distributions paramétriques des durées de vie et l’homogénéité des conditions d’exploitation des équipements. Ces hypothèses sont restrictives et constituent une source de biais parce qu’elles conditionnent l’analyse statistique des politiques de maintenance. Dans ce présent travail de thèse, de telles hypothèses sont relaxées pour permettre la prise en compte et la mise en valeurs des informations dérivant directement des données de durées vie issues de l’exploitation de l’équipement et ce sans passer par un modèle paramétrique intermédiaire. L’objectif de ce travail de thèse consiste alors en le développement de modèles statistiques et d’outils efficaces pour l’analyse des politiques de maintenance basées sur les données de durées de vie hétérogènes. Nous proposons en effet une démarche complète d’analyse de stratégies de maintenance en partant des données de durées de vie jusqu’à l’obtention des politiques optimales de maintenance en passant par une phase d’estimation des lois de probabilité. Les politiques de maintenance considérées sont appliques à des équipements usagés évoluant dans des environnements d’exploitation distingués par leur niveau de sévérité. Dans ce contexte, un modèle mathématique est proposé permettant d’évaluer et d’analyser théoriquement les coûts unitaires d’une stratégie de maintenance particulière dite de type âge. Cette analyse a permis d’établir les conditions nécessaires et suffisantes garantissant un âge optimal de remplacement préventif de l’équipement. Les coûts unitaires de maintenance sont complètement estimés par la méthode du Noyau de Parzen. Cette méthode d’estimation est non-paramétrique et définie par une fonction noyau et un paramètre de lissage. Il est également montré, dans nos travaux de recherche, que cet estimateur garantit une faible propagation des erreurs induites par le paramètre de lissage. Les résultats obtenus par la méthode du Noyau de Parzen sont proches des valeurs théoriques avec un faible coefficient de variation. Des extensions de la première politique de maintenance sont également proposées et étudiées. Ce travail de thèse s’achève par la proposition d’une approche permettant de mesurer et d’analyser le risque induit par le report d’une maintenance préventive. Ce risque est analysé à travers une fonction risque proposée
In the reliability literature, several researches works have been developed to deal with modeling, analysis and implementation of maintenance policies for equipments subject to random failures. The majority of these works are based on common assumptions among which the distribution function of the equipment lifetimes is assumed to be known. Furthermore, the equipment is assumed to experience only one operating environment. Such assumptions are indeed restrictive and may introduce a bias in the statistical analysis of the distribution function of the equipment lifetimes which in turn impacts optimization of maintenance policies. In the present research work, these two particular assumptions are relaxed. This relaxation allows to take into account of information related to conditions where the equipment is being operating and to focus on the statistical analysis of maintenance policies without using an intermediate parametric lifetimes distribution. The objective of this thesis consists then on the development of efficient statistical models and tools for managing the maintenance of equipments whose lifetimes distribution is unknown and defined through the heterogeneous lifetimes data. Indeed, this thesis proposes a framework for maintenance strategies determination, from lifetimes data acquisition toward the computation of optimal maintenance policies. The maintenance policies considered are assumed to be performed on used equipments. These later are conduct to experience their missions within different environments each of which is characterized by a degree of severity. In this context, a first mathematical model is proposed to evaluate costs induced by maintenance strategies. The analysis of these costs helps to establish the necessary and sufficient conditions to ensure the existence of an optimal age to perform the preventive maintenance. The maintenance costs are fully estimated by using the Kernel method. This estimation method is non-parametric and defined by two parameters, namely the kernel function and the smoothing parameter. The variability of maintenance costs estimator is deeply analyzed according to the smoothing parameter of Kernel method. From these analyses, it is shown that Kernel estimator method ensures a weak propagation of the errors due to the computation of smoothing parameter. In addition, several simulations are made to estimate the optimal replacement age. These simulations figure out that the numerical results from the Kernel method are close to the theoretical values with a weak coefficient of variation. Two probabilistic extensions of the first mathematical model are proposed and theoretically discussed. To deal with the problem of delayed preventive maintenance, an approach is proposed and discussed. The proposed approach allows evaluating the risk that could induce the delay taken to perform a preventive maintenance at the required optimal date. This approach is based on risk analysis conduct on the basis of a proposed risk function

Les instabilités de versants sont en partie responsables de l'apparition de désordres ou de la réactivation de désordres antérieurs dans les structures de tunnels anciens de faible profondeur. Il est cependant nécessaire de bien comprendre ce qui résulte de ces contextes d'interaction et ce qui peut être dû au seul vieillissement rhéologique de ces structures anciennes. Les rétro-analyses réalisées ont conduit ainsi à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel entrant perpendiculairement dans le versant (tête de tunnel), tunnel oblique par rapport au versant, ou tunnel longeant le versant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure de ces ouvrages varient en fonction de ces situations. Dans cette thèse, différents mécanismes d'instabilités responsables de dommages récurrents ont été étudiés dans le cas d'un tunnel longeant un versant. Pour cela, une partie de la recherche s'est intéressée aux facteurs d'influence à travers une série d'approches numériques paramétriques. Certaines sont relatives à l'altitude du tunnel dans le versant et à sa distance par rapport à la surface libre du versant. Puis sont mis en évidence des facteurs d'influence relatifs aux caractéristiques géomorphologiques du versant et à son évolution naturelle ainsi que des facteurs relatifs à la méthode de construction de l'ouvrage. Dans une seconde partie, des rétro-analyses d'étude de cas ont permis de caractériser différents contextes d'interactions et les pathologies des tunnels anciens concernés. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'illustrer le comportement de ces ouvrages et d'expliquer les pathologies identifiées. Enfin dans une troisième partie, une méthodologie d'analyse des différents contextes d'interaction entre tunnels anciens et versants instables a été établie, conduisant à redéfinir le concept de zone d'influence géotechnique dans ce type de situation
Tunnels and unstable slopesABSTRACT: The slope instabilities are partly responsible for the appearance of disorders or reactivation of previous disorders in old shallow tunnel structures. However, it is necessary to understand what results from these interaction contexts and what is due solely to rheological aging of these old structures. Retro-analyzes have led to the consideration of different situations of tunnels entering a hillslope: tunnel entering a slope (tunnel head), tunnel oblique to the slope or shallow tunnel parallel to the slope. Identified pathologies of structures vary depending on these situations. In this thesis, different mechanisms responsible for damage to structures were studied in the case of a shallow tunnel parallel to a slope. For this, a part of the research has focused on the influence factors through a series of parametric numerical approaches. Some are related to the elevation of the tunnel in the slope and its distance from the free surface of the slope. Then are highlighted influencing factors related to geomorphological characteristics of the hillslope and its natural evolution as well as factors related to the construction method of the tunnel. In the second part, case study back-analyzes have characterized different contexts of interaction and pathologies of old tunnels concerned. Numerical simulations were performed to illustrate the behaviour of these structures and explain tunnel lining damages. Finally in the third part, a methodology for analyzing different contexts of interaction between old tunnels and unstable slopes has been established, leading to redefine the concept of geotechnical influenced zone in this situation

La sûreté de fonctionnement (SdF) est devenue une nécessité dans le monde industriel au cours du XXe siècle. La SdF est un domaine d’activité qui propose des moyens d’augmenter les attributs du système dans un délai raisonnable et à moindre coût. Dans l’ingénierie des systèmes, la SdF est définie comme la propriété qui permet aux utilisateurs du système de placer une confiance justifiée dans le service qu’il leur fournit et c’est une mesure de la disponibilité, de la fiabilité et de la maintenabilité d’un système, et de la performance du support de maintenance, et, dans certains cas, d’autres caractéristiques telles que la durabilité, la sûreté et la sécurité. Le concept sur lequel notre travail est basé est la textbf disponibilité. La disponibilité A(t) est la capacité d’un système à être opérationnel à un moment précis. Le coût d’un système à haute disponibilité est très cher. Le concepteur doit faire un compromis entre la disponibilité et les coûts économiques. Les utilisateurs peuvent rejeter des systèmes dangereux, peu fiables ou non sécurisés. Par conséquent, tout utilisateur (ou industrie) posera cette question avant avoir un produit : "Quel est le produit optimal sur le marché ?" Pour répondre à cette question, nous devons combiner les deux points suivants : - La meilleure disponibilité du système : l’utilisateur souhaite un produit qui dure longtemps le plus possible. - Le meilleur coût du système : l’utilisateur veut un produit sans lui coûter une fortune. Le calcul de la disponibilité est basé principalement sur la connaissance des taux de défaillance et des réparations des composants du système. L’analyse de disponibilité permet de calculer la capacité d’un système à fournir un niveau de performance requis en fonction du niveau de dégradation. Plusieurs méthodes ont été utilisées pour calculer la disponibilité d’un système, parmi lesquelles on trouve la Fonction de Génératrice Universelle (UGF), la technique d’inclusion-exclusion, les modèles de Markov, etc. Ces méthodes utilisent différentes techniques probabilistes pour évaluer ce critère, mais ces approches proposées ne restent efficaces que pour des cas très spécifiques, par exemple les cas de systèmes binaires. Un système binaire est un système où deux cas sont possibles : fonctionnement parfait et défaillance totale. Alors que les systèmes multi-états (SME) restreint considérablement l’application de la plupart de ces méthodes. Dans la vie réelle, les systèmes correspondent à des SME. Dans de tels scénarios, les systèmes et leurs composants peuvent fonctionner à différents niveaux de performances entre l’état de fonctionnement parfait et l’état de défaillance totale. Cependant, l’évaluation de la disponibilité des SME est plus difficile que dans le cas binaire, car il faut tenir compte des différentes combinaisons des modes de défaillance des composants. Tout au long de cette thèse, nous recherchons une méthode qui nous aide à calculer et à optimiser la disponibilité de SME tenant compte le facteur coût
Dependability has become a necessity in the industrial world during the twentieth century. Dependability is an activity domain that proposes means to increase the attributes of the system in a reasonable time and with a less cost. In systems engineering, dependability is defined as the property that enables system users to place a justified confidence in the service it delivers to them and it is a measure of a system’s availability, reliability, and its maintainability, and maintenance support performance, and, in some cases, other characteristics such as durability, safety and security. The key concept that our work is based on is the availability. The availability A(t) is the ability of a system to be operational at a specific moment. The cost of some system with high availability is very expensive. The designer must compromise between the availability and the economic costs. Users can reject systems that are unsafe, unreliable or insecure. Therefore, any user (or industry) will ask this questionbefore getting any product: "What is the optimal product in the market?" To answer to this question, we must combine the following two points : - The best availability of the system : the user wants a product that lasts as long as possible. - The best cost of the system : the user wants a product without costing him a fortune. Availability calculation is based primarily on knowledge of failure rates and repairs of system components. Availability analysis helps to calculate the ability of a system to provide a required level of performance depending on the level of degradation. Several methods have been used to calculate the availability of a system, amongst which we find the Universal Generating Function (UGF), Inclusion-Exclusion technique, Markov models, etc. These methods employ different probabilistic techniques to evaluate this criterion, but these proposed approaches remain effective only for very specific cases, for example the cases of binary systems. A binary system is a system where only two cases are possible : perfect functioning and total failure. While the transition to multi-state systems (MSS) drastically restricts the application of most of these methods. In real life, the systems corresponds to MSS. In such scenarios, systems and their components can operate at different performance levels between working and failure states. However, the evaluation of the availability of the MSSs is more difficult than in the binary case, because we have to take into account the different combinations of the component failure modes. Throughout this thesis, we search for a method that helps us to compute and to optimize the availability of MSS

La dégradation est un phénomène inévitable qui affecte les composants et les systèmes d'ingénierie, et qui peut entraîner leurs défaillances avec des conséquences potentiellement catastrophiques selon l'application. La motivation de cette Thèse est d'essayer de modéliser, d'analyser et de prédire les défaillances par des méthodes pronostiques qui peuvent permettre une gestion prédictive de la maintenance des actifs. Cela permettrait aux décideurs d'améliorer la planification de la maintenance, augmentant ainsi la disponibilité et la sûreté du système en minimisant les arrêts imprévus. Dans cet objectif, la recherche au cours de la thèse a été consacrée à l'adaptation et à l'utilisation d'approches basées sur des modèles et d'approches pilotées par les données pour traiter les processus de dégradation qui peuvent conduire à différents modes de défaillance dans les composants industriels, en utilisant différentes sources d'informations et de données pour effectuer des prédictions sur l'évolution de la dégradation et estimer la durée de vie utile restante (RUL).Les travaux de thèse ont porté sur deux applications pronostiques spécifiques: les pronostics basés sur des modèles pour la prédiction de la croissance des fissures par fatigue et les pronostics pilotées par les données pour les prédictions à pas multiples des données de séries chronologiques des composants des Centrales Nucléaires.Les pronostics basé sur des modèles compter sur le choix des modèles adoptés de Physics-of-Failure (PoF). Cependant, chaque modèle de dégradation ne convient qu'à certains processus de dégradation dans certaines conditions de fonctionnement, qui souvent ne sont pas connues avec précision. Pour généraliser, des ensembles de multiples modèles de dégradation ont été intégrés dans la méthode pronostique basée sur les modèles afin de tirer profit des différentes précisions des modèles spécifiques aux différentes dégradations et conditions. Les principales contributions des approches pronostiques proposées basées sur l'ensemble des modèles sont l'intégration d'approches de filtrage, y compris le filtrage Bayésien récursif et le Particle Filtering (PF), et de nouvelles stratégies d'ensemble pondérées tenant compte des précisions des modèles individuels dans l'ensemble aux étapes de prédiction précédentes. Les méthodes proposées ont été validées par des études de cas de croissance par fissures de fatigue simulées dans des conditions de fonctionnement variables dans le temps.Quant à la prédictions à pas multiples, elle reste une tâche difficile pour le Prognostics and Health Management (PHM) car l'incertitude de prédiction a tendance à augmenter avec l'horizon temporel de la prédiction. La grande incertitude de prédiction a limité le développement de pronostics à pas multiples dans les applications. Pour résoudre le problème, de nouveaux modèles de prédiction à pas multiples basés sur la Long Short-Term Memory (LSTM), un réseau de neurones profond développé pour traiter les dépendances à long terme dans les données de séries chronologiques, ont été développés dans cette Thèse. Pour des applications pratiques réalistes, les méthodes proposées abordent également les problèmes supplémentaires de détection d'anomalie, d'optimisation automatique des hyper-paramètres et de quantification de l'incertitude de prédiction. Des études de cas pratiques ont été envisagées, concernant les données de séries chronologiques collectées auprès des Générateurs de Vapeur et de Pompes de Refroidissement de Réacteurs de Centrales Nucléaires
Degradation is an unavoidable phenomenon that affects engineering components and systems, and which may lead to their failures with potentially catastrophic consequences depending on the application. The motivation of this Thesis is trying to model, analyze and predict failures with prognostic methods that can enable a predictive management of asset maintenance. This would allow decision makers to improve maintenance planning, thus increasing system availability and safety by minimizing unexpected shutdowns. To this aim, research during the Thesis has been devoted to the tailoring and use of both model-based and data-driven approaches to treat the degradation processes that can lead to different failure modes in industrial components, making use of different information and data sources for performing predictions on the degradation evolution and estimating the Remaining Useful Life (RUL).The Ph.D. work has addressed two specific prognostic applications: model-based prognostics for fatigue crack growth prediction and data-driven prognostics for multi-step ahead predictions of time series data of Nuclear Power Plant (NPP) components.Model-based prognostics relies on the choice of the adopted Physics-of-Failure (PoF) models. However, each degradation model is appropriate only to certain degradation process under certain operating conditions, which are often not precisely known. To generalize this, ensembles of multiple degradation models have been embedded in the model-based prognostic method in order to take advantage of the different accuracies of the models specific to different degradations and conditions. The main contributions of the proposed ensemble of models-based prognostic approaches are the integration of filtering approaches, including recursive Bayesian filtering and Particle Filtering (PF), and novel weighted ensemble strategies considering the accuracies of the individual models in the ensemble at the previous time steps of prediction. The proposed methods have been validated by case studies of fatigue crack growth simulated with time-varying operating conditions.As for multi-step ahead prediction, it remains a difficult task of Prognostics and Health Management (PHM) because prediction uncertainty tends to increase with the time horizon of the prediction. Large prediction uncertainty has limited the development of multi-step ahead prognostics in applications. To address the problem, novel multi-step ahead prediction models based on Long Short- Term Memory (LSTM), a deep neural network developed for dealing with the long-term dependencies in the time series data have been developed in this Thesis. For realistic practical applications, the proposed methods also address the additional issues of anomaly detection, automatic hyperparameter optimization and prediction uncertainty quantification. Practical case studies have been considered, concerning time series data collected from Steam Generators (SGs) and Reactor Coolant Pumps (RCPs) of NPPs

Dans la littérature, plusieurs travaux ont été développés autour de la modélisation, l’analyse et la mise en place de politiques de maintenance pour les équipements sujets à des défaillances aléatoires. Ces travaux occultent souvent les réalités industrielles par des hypothèses telles que la connaissance a priori des distributions paramétriques des durées de vie et l’homogénéité des conditions d’exploitation des équipements. Ces hypothèses sont restrictives et constituent une source de biais parce qu’elles conditionnent l’analyse statistique des politiques de maintenance. Dans ce présent travail de thèse, de telles hypothèses sont relaxées pour permettre la prise en compte et la mise en valeurs des informations dérivant directement des données de durées vie issues de l’exploitation de l’équipement et ce sans passer par un modèle paramétrique intermédiaire. L’objectif de ce travail de thèse consiste alors en le développement de modèles statistiques et d’outils efficaces pour l’analyse des politiques de maintenance basées sur les données de durées de vie hétérogènes. Nous proposons en effet une démarche complète d’analyse de stratégies de maintenance en partant des données de durées de vie jusqu’à l’obtention des politiques optimales de maintenance en passant par une phase d’estimation des lois de probabilité. Les politiques de maintenance considérées sont appliques à des équipements usagés évoluant dans des environnements d’exploitation distingués par leur niveau de sévérité. Dans ce contexte, un modèle mathématique est proposé permettant d’évaluer et d’analyser théoriquement les coûts unitaires d’une stratégie de maintenance particulière dite de type âge. Cette analyse a permis d’établir les conditions nécessaires et suffisantes garantissant un âge optimal de remplacement préventif de l’équipement. Les coûts unitaires de maintenance sont complètement estimés par la méthode du Noyau de Parzen. Cette méthode d’estimation est non-paramétrique et définie par une fonction noyau et un paramètre de lissage. Il est également montré, dans nos travaux de recherche, que cet estimateur garantit une faible propagation des erreurs induites par le paramètre de lissage. Les résultats obtenus par la méthode du Noyau de Parzen sont proches des valeurs théoriques avec un faible coefficient de variation. Des extensions de la première politique de maintenance sont également proposées et étudiées. Ce travail de thèse s’achève par la proposition d’une approche permettant de mesurer et d’analyser le risque induit par le report d’une maintenance préventive. Ce risque est analysé à travers une fonction risque proposée
In the reliability literature, several researches works have been developed to deal with modeling, analysis and implementation of maintenance policies for equipments subject to random failures. The majority of these works are based on common assumptions among which the distribution function of the equipment lifetimes is assumed to be known. Furthermore, the equipment is assumed to experience only one operating environment. Such assumptions are indeed restrictive and may introduce a bias in the statistical analysis of the distribution function of the equipment lifetimes which in turn impacts optimization of maintenance policies. In the present research work, these two particular assumptions are relaxed. This relaxation allows to take into account of information related to conditions where the equipment is being operating and to focus on the statistical analysis of maintenance policies without using an intermediate parametric lifetimes distribution. The objective of this thesis consists then on the development of efficient statistical models and tools for managing the maintenance of equipments whose lifetimes distribution is unknown and defined through the heterogeneous lifetimes data. Indeed, this thesis proposes a framework for maintenance strategies determination, from lifetimes data acquisition toward the computation of optimal maintenance policies. The maintenance policies considered are assumed to be performed on used equipments. These later are conduct to experience their missions within different environments each of which is characterized by a degree of severity. In this context, a first mathematical model is proposed to evaluate costs induced by maintenance strategies. The analysis of these costs helps to establish the necessary and sufficient conditions to ensure the existence of an optimal age to perform the preventive maintenance. The maintenance costs are fully estimated by using the Kernel method. This estimation method is non-parametric and defined by two parameters, namely the kernel function and the smoothing parameter. The variability of maintenance costs estimator is deeply analyzed according to the smoothing parameter of Kernel method. From these analyses, it is shown that Kernel estimator method ensures a weak propagation of the errors due to the computation of smoothing parameter. In addition, several simulations are made to estimate the optimal replacement age. These simulations figure out that the numerical results from the Kernel method are close to the theoretical values with a weak coefficient of variation. Two probabilistic extensions of the first mathematical model are proposed and theoretically discussed. To deal with the problem of delayed preventive maintenance, an approach is proposed and discussed. The proposed approach allows evaluating the risk that could induce the delay taken to perform a preventive maintenance at the required optimal date. This approach is based on risk analysis conduct on the basis of a proposed risk function

Les instabilités de versants sont en partie responsables de l'apparition de désordres ou de la réactivation de désordres antérieurs dans les structures de tunnels anciens de faible profondeur. Il est cependant nécessaire de bien comprendre ce qui résulte de ces contextes d'interaction et ce qui peut être dû au seul vieillissement rhéologique de ces structures anciennes. Les rétro-analyses réalisées ont conduit ainsi à considérer différentes situations de tunnels entrant dans un versant : tunnel entrant perpendiculairement dans le versant (tête de tunnel), tunnel oblique par rapport au versant, ou tunnel longeant le versant sous une faible couverture. Les pathologies identifiées dans la structure de ces ouvrages varient en fonction de ces situations. Dans cette thèse, différents mécanismes d'instabilités responsables de dommages récurrents ont été étudiés dans le cas d'un tunnel longeant un versant. Pour cela, une partie de la recherche s'est intéressée aux facteurs d'influence à travers une série d'approches numériques paramétriques. Certaines sont relatives à l'altitude du tunnel dans le versant et à sa distance par rapport à la surface libre du versant. Puis sont mis en évidence des facteurs d'influence relatifs aux caractéristiques géomorphologiques du versant et à son évolution naturelle ainsi que des facteurs relatifs à la méthode de construction de l'ouvrage. Dans une seconde partie, des rétro-analyses d'étude de cas ont permis de caractériser différents contextes d'interactions et les pathologies des tunnels anciens concernés. Des simulations numériques ont été réalisées afin d'illustrer le comportement de ces ouvrages et d'expliquer les pathologies identifiées. Enfin dans une troisième partie, une méthodologie d'analyse des différents contextes d'interaction entre tunnels anciens et versants instables a été établie, conduisant à redéfinir le concept de zone d'influence géotechnique dans ce type de situation
Tunnels and unstable slopesABSTRACT: The slope instabilities are partly responsible for the appearance of disorders or reactivation of previous disorders in old shallow tunnel structures. However, it is necessary to understand what results from these interaction contexts and what is due solely to rheological aging of these old structures. Retro-analyzes have led to the consideration of different situations of tunnels entering a hillslope: tunnel entering a slope (tunnel head), tunnel oblique to the slope or shallow tunnel parallel to the slope. Identified pathologies of structures vary depending on these situations. In this thesis, different mechanisms responsible for damage to structures were studied in the case of a shallow tunnel parallel to a slope. For this, a part of the research has focused on the influence factors through a series of parametric numerical approaches. Some are related to the elevation of the tunnel in the slope and its distance from the free surface of the slope. Then are highlighted influencing factors related to geomorphological characteristics of the hillslope and its natural evolution as well as factors related to the construction method of the tunnel. In the second part, case study back-analyzes have characterized different contexts of interaction and pathologies of old tunnels concerned. Numerical simulations were performed to illustrate the behaviour of these structures and explain tunnel lining damages. Finally in the third part, a methodology for analyzing different contexts of interaction between old tunnels and unstable slopes has been established, leading to redefine the concept of geotechnical influenced zone in this situation