Le calcul de la fiabilité mécanique présente des limitations et cela pour plusieurs raisons, la notion du taux de défaillance constant n’existe pas, l’absence de modèles satisfaisants pour décrire certains processus complexes de dégradation et de leur interaction, la quasi absence de normalisation et de standardisation internationales et le manque de données (Le système mécanique est de plus en plus performant).
En électronique, un domaine où la fiabilité est pratiquée depuis de nombreuses années, les bases de données de fiabilité sont disponibles et nombreuses. En revanche, en mécanique les recueils de données existants sont moins reconnus qu’en électronique et moins nombreux. Elles ne permettent qu’une exploitation partielle des données, cependant elles restent toujours utiles pour de nouvelles conceptions et le deviennent de plus en plus surtout ces dernières années.
La fiabilité d’un système mécanique, contrairement à l’électronique, repose sur la fiabilité de quelques composants élémentaires responsables de son dysfonctionnement parfois un seul, contribuant presque totalement à la probabilité de défaillance de l’ensemble. Les autres composants pouvant être considérés de probabilité de défaillance pratiquement nulle.
On peut considérer deux grandes familles de méthodes permettant d’évaluer la fiabilité mécanique. La première est la méthode déterministe traditionnelle “ Contrainte -Résistance”, où chaque paramètre est caractérisé par une valeur unique, est basée sur l’utilisation de coefficient de sécurité déterministe. Ce coefficient est introduit dans les calculs afin de respecter des marges importantes et garantir leur intégrité. Cette méthode est remise en question, depuis la fin de la deuxième guerre mondiale, par l’émergence des méthodes probabilistes des structures.
Les méthodes probabilistes se divisent, elles aussi, en deux groupes. Le premier groupe est représenté par la méthode probabiliste “ Contrainte -Résistance” où chaque paramètre est caractérisé par une distribution de probabilité : l’existence de deux variables qui caractérisent
l’environnement et la résistance à l’environnement, conduit à l’existence d’un risque de
défaillancePf . L’évaluation de la fiabilité des structures consiste à estimer ce risque à partir
de la « probabilisation » d’un modèle physique de dégradation (modèles mécaniques). On détermine la probabilité que la résistance à la contrainte de la structure soit supérieure aux contraintes appliquées pendants toute la mission considérée. Cette probabilité est ensuite comparée à une valeur limite qui traduit le niveau de dégradation acceptable. Les modèles mécaniques, permettant une modélisation théorique et numérique des comportements d’une structure (fatigue, mécanique de la rupture…), sont donnés soit explicitement soit par calculs éléments finis.
Le deuxième groupe est composé des méthodes probabilistes qui consistent à évaluer la probabilité de défaillance des systèmes et son évolution au cours du temps, en mettant au point un modèle de fiabilité, qui permet de distinguer les composant à haut risque des composants moins sensibles.
Le premier type des méthodes probabilistes, donne une évaluation ponctuelle de la fiabilité à un certain stade de développement du produit, ceci ne permet pas le suivi de l’évolution temporelle de la fiabilité et la maîtrise de la maturité de nouveaux produits durant tout leur
cycle de développement, surtout que les enjeux actuels de compétitivité industrielle en termes d’innovation, de délai de développement, de sûreté de fonctionnement,… imposent de mettre en œuvre des stratégies de qualification de produit, de plus en plus efficaces et rigoureuses.
Face à ces problèmes, les mécaniciens ont décidé d’orienter leurs recherches vers l’analyse de fiabilité basée sur les méthodes probabilistes donnant une probabilité de défaillance en fonction du temps. La prise en compte de l’évolution de la fiabilité dans le temps et du vieillissement afin d’optimiser les stratégies de maintenance et d’améliorer les performances des systèmes, revient à construire et maîtriser la fiabilité du produit durant tout le cycle de vie
et dans des conditions d’utilisation et d’environnement spécifiées, à partir des Essais de
Fiabilité.
En France, jusque dans les années 80, l’entreprise PEUGEOT dimensionnait traditionnellement ses véhicules pour qu’ils résistent à des longs kilométrages et de très mauvaises conditions de roulage sur les pistes d’Afrique des années 1950, le principe était basé sur l’idée que le client le plus sévère ne devait jamais casser une pièce. Une telle approche générait souvent des pièces surdimensionnées et donc plus lourdes que nécessaire. Cette période est révolue, la meilleure approche est alors probabiliste, elle est particulièrement bien adaptée à leurs problématiques de tenue des pièces en clientèle. Le succès de la démarche chez PEUGEOT dépend essentiellement de la connaissance précise de la clientèle. Elle est difficile à obtenir car elle nécessite des campagnes de mesures en vraies grandeurs très coûteuses. Malgré cela, comme par le passé une part importante de leurs efforts va dans ce sens ([Perrou, 2000], [Perrou, 2003]).
En dehors de l’identification du comportement mécanique de matériaux et de structures complexes, l’intérêt pratique de la méthode d’estimation de la fiabilité par les essais est de permettre la prévision de la durée de vie des structures, de leurs fluctuations, et plus généralement d’accéder à des analyses de risque. Ce point intéresse particulièrement les
Le couplage mécanique et fiabilité est le seul moyen permettant l’analyse des structures réelles avec des comportements complexes. Néanmoins, ce couplage pose des difficultés numériques qui freinent l’application des méthodes fiabilistes.
Dans le chapitre suivant, nous présentons les différentes techniques d’essai de fiabilité en les situant dans le cycle de développement d’un produit, ensuite nous donnerons des détails sur la méthode d’estimation de la fiabilité et le rôle de certains types d’essais, dans sa mise en œuvre.
CHAPITRE 3
L’efficacité de la construction de la fiabilité d’un produit à travers les essais permet le suivi de son évolution dans les divers stades de son développement afin de le rendre plus mature. Toutefois, cette procédure nécessite une collaboration entre l’ingénierie de l’environnement (conditions d’emploi, modèles de dégradation mécaniques, ..) et l’ingénierie de fiabilité (caractéristiques de Sûreté de Fonctionnement).
Dans ce chapitre nous présentons un certain nombre d’essai de fiabilité de plus en plus efficaces et très utilisés, en les situant dans le cycle de développement d’un produit, il s’agit des essais aggravés, des essais accélérés et les essais bayésiens. ([Afnor, 1981], [Afnor, 1988], [Birolini, 1997], [Nelson, 1990], [Crowe and Feinberg, 2001], [ASTE, 1993], [O’Connor, 2003], [Ligeron and M. Neff, 1984], [Pagès and Gondran, 1980], [Villemeur, 1988]),