Chapitre IV : Proposition d’une méthodologie Introduction à la méthodologie
IV.1. Analyse qualitative
IV.1.1. Objectif de l’analyse qualitative
L’analyse qualitative consiste à modéliser le comportement d’un produit de construction au cours du temps. Cette analyse se décompose en deux phases, d’une part la modélisation fonctionnelle du produit, d’autre part la détermination de l’ensemble des phénomènes affectant les composants du produit et leurs enchaînements. Nous cherchons à identifier les phénomènes qui se réalisent en phase d’exploitation mais qui peuvent aussi être liés aux phases de conception et de mise en œuvre.
IV.1.2. Démarche de l’analyse qualitative
L’analyse qualitative d’un produit comprend quatre phases :
• analyse structurelle : modélisation de la structure du produit et de son
environnement par détermination des limites et des échelles de l’étude, décomposition structurelle, caractérisation des interfaces puis des milieux,
• analyse fonctionnelle : modélisation du comportement fonctionnel du produit au
cours du temps par identification des fonctions assurées par ce produit et ses composants puis classification de ces fonctions,
• analyse du processus : identification de l’ensemble des phénomènes dus au
processus de construction qui sont susceptibles d’influencer le comportement du produit en phase d’exploitation,
• analyse des modes de défaillances et de leurs effets (AMDE) : détermination et
caractérisation (fonction, composant ou interface, causes et conséquences) de l’ensemble des phénomènes susceptibles d’influencer le comportement du produit en phase d’exploitation et leurs enchaînements.
Les liens existant entre les méthodes qualitatives, les bases de données et cette étape de la méthodologie sont représentés à la figure 45 (items écrits en noir avec des fonds grisés).
Figure 45 : Liens entre les propositions précédentes et l’étape d’analyse qualitative
Les apports proposés aux méthodes qualitatives existantes concernent :
a) l’analyse structurelle : introduction des notions d’interface, de composant externe, de contact direct et indirect, amélioration de la base de données « agents environnementaux », création d’outils de représentation (graphes et représentation radar),
b) l’analyse fonctionnelle : modification de la terminologie, introduction de règles expertes, création de la base de données « fonctions » et du graphe fonctionnel,
c) l’analyse des modes de défaillances et de leurs effets : introduction des résultats de l’analyse du processus dans l’AMDE, création de la base de données « phénomènes », formalisation de la démarche itérative de l’AMDE.
a) Apports à l’analyse structurelle Introduction de la notion d’interface
Une interface est la zone de liaison entre deux composants du système étudié (produit et environnement) ; elle est définie par sa géométrie (volumique, surfacique ou linéaire) et par son mode de liaison (mécanique : encastrement, collage, adhérence, soudage, vissage, rivetage, contact simple ; ou physique : appui simple, rotule, glissant, …).
Cette notion permet de formaliser les liaisons existant entre composants, afin d’aider à la détermination des enchaînements de phénomènes ; par exemple, la transmission d’un effort d’un composant 1 à un composant 2 (identifiée par la liaison entre ces deux composants) peut entraîner une dégradation du deuxième composant).
Introduction de la notion de composant externe
Un composant externe est un composant de jonction entre le produit étudié et l’ouvrage dans lequel il est incorporé, il est externe aux limites spatiales du produit ; il s’agira par exemple du mastic d’étanchéité entre une fenêtre et une maçonnerie.
L’intérêt de l’introduction de cette notion réside dans la possibilité, grâce à ces composants, de passer de l’analyse qualitative d’un produit à l’analyse qualitative d’un ouvrage ; ce qui est détaillé en partie C de ce mémoire par l’application de l’analyse qualitative à un complexe mur en béton et fenêtre fixe (cf. I.1.4 de la partie C).
Introduction des notions de contact direct et indirect
Nous introduisons la notion de contact pour formaliser les « liaisons » existant entre les composants et les milieux d’un produit, nous proposons deux types de contact : contact direct et contact indirect.
Un composant est en contact direct avec un milieu lorsque les agents du milieu peuvent impacter directement sur ce composant ; il peut s’agir de la pluie sur le verre extérieur (cas d’une fenêtre). A l’inverse, un composant est en contact indirect avec un milieu lorsqu’il existe d’autres composants agissant comme des « barrières » ou des « filtres » entre ce composant et ce milieu ; par exemple, le verre intérieur est en contact indirect avec la température extérieure (cas d’une fenêtre avec double vitrage).
Cette notion est utile à l’obtention de la probabilité d’apparition d’un phénomène (cf. I.3.2-c). Amélioration de la base de données « agents environnementaux »
La base de données « agents environnementaux » proposée (cf. II.1) est fondée sur une liste d’agents environnementaux établie par A. Lopez [LOP, 01]. Les améliorations que nous avons apportées à cette liste sont les suivantes :
• implémentation de cette liste et structuration en « catégorie environnementale » et « composante environnementale »,
• ajout des champs « unités de mesure » et « référentiels » pour l’évaluation de l’intensité de sollicitation de chaque agent environnemental lors de l’obtention de la probabilité d’apparition d’un phénomène (cf. I.3.2-c).
Création d’outils de représentation
Nous proposons quatre outils de représentation permettant de présenter graphiquement les résultats de l’analyse structurelle :
• graphe structurel : schématisation de la décomposition structurelle d’un système,
• graphe topologique : représentation de la modélisation structurelle d’un système
permettant de vérifier la cohérence de cette modélisation au regard du système réel, • graphe des contacts : schématisation des contacts entre les milieux, les composants
et les interfaces d’un système,
• représentation radar « agents environnementaux » : représentation de l’intensité
de sollicitations de l’ensemble des agents environnementaux d’un milieu (cf. III.3). Les trois graphes obtenus pour l’exemple d’une fenêtre sont présentés à la figure 46 :
Graphe structurel Graphe topologique Graphe des contacts
b) Apports à l’analyse fonctionnelle Modification de la terminologie
Nous proposons deux classes de fonctions : principales et secondaires.
Une fonction principale est une représentation en termes fonctionnels du service attendu par l’utilisateur, ce pour quoi le produit a été créé. Elle peut résulter de la limitation de liberté de conception en raison de contraintes externes telles que la protection de l’environnement, les normes de sécurité, les choix constructifs incontournables. Les fonctions secondaires sont mises en œuvre pour satisfaire et réaliser les fonctions principales.
Les fonctions principales intéressent directement les utilisateurs, c’est pourquoi nous considérons que seule la défaillance d’une fonction principale ou d’une combinaison de fonctions principales peut entraîner la défaillance d’un produit.
Introduction de règles expertes
Nous introduisons des règles expertes entre les agents environnementaux et les fonctions possibles d’un produit en vue d’automatiser la génération du graphe fonctionnel (et par la suite l’AMDE). Une règle experte permet de déduire l’état d’un agent environnemental à la « sortie » d’un composant lorsque l’on connaît son état en « entrée » et la ou les fonctions que ce composant remplit.
Création de la base de données « fonctions »
La structuration de la base de données « fonctions » et son utilisation sont détaillées au paragraphe II.2.
Création du graphe fonctionnel
Le graphe fonctionnel schématise les fonctions assurées par chaque composant et le comportement global du produit soumis aux flux d’agents environnementaux. Il permet ainsi de visualiser l’ensemble des triplets {composant ; fonction ; agent environnemental} à considérer pour la détermination des phénomènes lors de l’analyse des modes de défaillance et de leurs effets d’un produit. Des exemples de graphe fonctionnel de la fenêtre sont présentés à la figure 59 de la partie C (page 144) et en annexe 10.
c) Apports à l’analyse des modes de défaillances et de leurs effets Introduction des résultats de l’analyse du processus dans l’AMDE
Nous introduisons les résultats de l’analyse du processus de construction d’un produit dans le tableau d’AMDE de la même manière que les phénomènes survenus lors de la phase d’exploitation ; cependant nous notons « 0 » dans l’étape d’itération de l’AMDE (cf. tableau 39) pour les phénomènes dus au processus qui se réalisent pendant la phase de mise en œuvre. Création de la base de données « phénomènes »
La création de la base de données « phénomènes » (détaillée au paragraphe II.3) permet d’aider à la réalisation d’une AMDE en facilitant la recherche des causes et des conséquences d’un phénomène ; nous distinguons trois types de causes susceptibles d’engendrer des phénomènes :
• erreurs commises lors du processus de construction,
• actions des agents environnementaux ou de leurs combinaisons,
• actions des composants voisins ; ce type de cause inclut les incompatibilités entre matériaux.
Formalisation de la démarche itérative de l’AMDE
L’AMDE est itérative dans la mesure où un phénomène peut engendrer (devenir la cause) d’un autre phénomène. De plus, un phénomène peut modifier le comportement (structure et fonctionnement) d’un produit, l’analyse qualitative est donc elle aussi une démarche itérative. Nous avons ajouté une colonne « étape (d’itération) » aux tableaux d’AMDE existants ([FAU, 04], [LAI, 00], [ISD, 90], [AFN, 98a] et [CET, 97]) afin de mettre en valeur ce principe itératif et d’identifier plus facilement les enchaînements de phénomènes (scénarii).
Le tableau 39 est un extrait du tableau d’AMDE obtenu pour l’exemple de la fenêtre (correspondant au graphe événementiel des défaillances présenté à la figure 41 (page 119).
Fonction Composant Étape Phénomène Cause Effet direct Effet indirect
c d e f g h i
Etre transparent Vitrage 0 Abrasion Lavage (machine non adaptée) Dégradation de la visibilité Fragilisation du matériau Etre transparent Vitrage 1 Déformation Température Choc
Chocs thermiques - Sollicitation mécanique des composants voisins Résister
mécaniquement d’adhérence Joint 2 Craquelures vitrage…étape 1 Déformation Perte de résistance mécanique Dépôt dans la lame d’air
Tableau 39 : Entête du tableau d’analyse des modes de défaillance et de leurs effets d’une fenêtre
La formalisation de la démarche itérative de l’analyse qualitative que nous proposons est schématisée à la figure 47.
Début de l’analyse qualitative – i = 0
Début de l’AMDE – i = 0 Analyse structurelle Analyse fonctionnelle Analyse du processus
Numérotation de l’étape i = 0 - Colonne 3 Implémentation des couples {fonction, composant} et
{fonction, interface} - Colonnes 1 et 2 Recherche des phénomènes et causes liés au processus de
construction - Colonnes 4 et 5
Détermination des conséquences - Colonnes 6 et 7 Numérotation de l’étape i - Colonne 3
Implémentation des couples {fonction ; composant} et {fonction ; interface} Colonnes 1 et 2
Recherche des phénomènes et causes liés aux actions des agents environnementaux, aux actions des composants voisins - Colonnes 4 et 5
Détermination des conséquences - Colonnes 6 et 7
i = 0 i = 0 i = 0 i = i + 1 0 ≠ i 0 ≠ i
Fin de l’AMDE et de l’analyse qualitative – i = n
i = n
Fonctions Agents environnementaux
Phénomènes
Figure 47 : Formalisation de la démarche itérative de l’analyse qualitative d’un produit de construction Remarques : le « i » à la figure 47 est le compteur d’itération.
L’itération i = n est atteinte lorsque l’ensemble des phénomènes connus sont notés dans le tableau d’AMDE.