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Fiabilité et maintenance des systèmes

z-machineLa gestion optimale d’un système industriel (quelle qu’en soit la nature : réacteur nucléaire, ligne de production manufacturière, turboréacteur, plateformepétrolière et pipelines immergés, systèmes de transports, entrepôt de stockage de déchets, …) sur toute sa durée de vie (conception, exploitation, démantèlement) passe par l’obtention d’un compromis entre des objectifs souvent conflictuels de performance économique (coûts, bénéfices) et de sûreté de fonctionnement (fiabilité, disponibilité, risque minimum pour le système lui-même, mais aussi pour les populations et pour l’environnement). Pour apporter des éléments d’aide à la décision face à ce problème et pour faire face à une demande socio-économique de plus en plus pressante en termes de sûreté et de sécurité des installations industrielles et des systèmes technologiques, il est nécessaire de disposer d’outils et de méthodes d’analyses des systèmes, mais aussi de modèles d'évaluation quantitative des performances de sûreté de fonctionnement (fiabilité et maintenance). C’est sur ce dernier point que se concentrent les travaux de recherche réalisés dans le cadre de la thématique "fiabilité et maintenance des systèmes" du LM2S qui visent principalement à développer des approches stochastiques pour la modélisation des problèmes de sûreté de fonctionnement.

Face à la complexité croissante des problèmes rencontrés en sûreté de fonctionnement, nous adoptons une approche pluridisciplinaire qui cherche à s’appuyer aussi bien sur des techniques et des méthodes issues des sciences de l’ingénieur que des mathématiques et nous veillons à confronter nos travaux aux réalités industrielles. Enpratique, cette volonté se concrétise par le développement conjoint de travaux méthodologiques et théoriques et de recherches applicatives. Elle se traduit également par des collaborations avec des laboratoires de mathématiques et des partenaires industriels. Par le passé ces collaborations ont par exemple donné lieu à une opération MathSTIC "Mathématiques et algorithmique pour la sûreté de fonctionnement" en2004-2005. Depuis 2006, un séminaire mensuel sur la fiabilité est organisé en commun par le LM2S et le Groupe de recherche en fiabilité du Laboratoire d’Analyse et de Mathématiques Appliquées de l’Universitéde Marne-la-Vallée.

Les recherches menées au sein de la thématique "fiabilité et maintenance des systèmes" s’articulent autour de trois thèmes structurants, qui représentent chacun un verrou méthodologique pour le développement de modèles d’évaluation quantitative de la sûreté de fonctionnement des systèmes et revêtent un caractère multidisciplinaire marqué.

 

Modèles de dégradation et optimisation de la maintenance des systèmes

Les enjeux de durabilité, de compétitivité, de sûreté et de sécurité de plus en plus marqués sur des systèmes de plus en plus complexes font des problèmes de maintenance une des clés de l’optimisation des systèmes technologiques et industriels. Dans ce contexte, les modèles quantitatifs d’évaluation des performances de la maintenance sont indispensables pour optimiser la prise de décision et la mise en œuvre des politiques de maintenance avancées. En effet, s’il est admis par exemple que des approches de type maintenance conditionnelle ou maintenance prédictive conduisent à des performances meilleures que celles obtenues avec des stratégies de maintenance classiques, ce gain ne peut être observé que si l’information de surveillance est utilisée de façon correcte et si les paramètres des politiques sont optimisés. Ce réglage optimal des politiques de maintenance doit s’appuyer sur des modèles quantitatifs de coût/sûreté/performances.

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Modèles probabilistes d’évaluation des risques et aide à la décision

Les modèles probabilistes d’évaluation des risques (sur lesquels s’appuient les études probabilistes de sûreté nucléaire, par exemple) ne sont plus utilisés uniquement pour vérifier qu'un niveau de sûreté minimum est atteint ou que des spécifications techniques d’exploitation ou de conception sont respectées. En effet, ces modèles sont de plus en plus souvent mis à contribution pour apporter un éclairage "risque probabiliste", combiné avec d'autres facteurs souvent déterministes, aux  problèmes relatifs à la conception et à l’exploitation de systèmes industriels (maîtrise de la sûreté, de la compétitivité, ...). Dans ce nouveau contexte de "risk-informed decision making", on ne peut plus se contenter des hypothèses de modélisation simplificatrices (et parfois trop conservatives) adoptées dans les modèles classiques.

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Sûreté des systèmes instrumentés/programmés de sécurité et de contrôle commande

Le fonctionnement et la protection des installations et des systèmes industriels repose de plus en plus sur des systèmes informatisés ou instrumentés (SI) de sécurité ou de contrôle-commande. La présence de ces systèmes instrumentés dans une installation vient modifier les performances de sûreté de fonctionnement de l’installation et il est donc primordial de savoir en évaluer l’impact. La présence de systèmes informatisés et de systèmes fortement instrumentés confère également au système une architecture plus complexe, un comportement dynamique marqué et des propriétés nouvelles de reconfiguration, d’auto-diagnostic et d’auto-test, de tolérance aux fautes, … Non seulement, ces spécificités sont mal prises en compte dans les modèles probabilistes classiques, mais elles obligent même à développer une nouvelle taxonomie des défaillances et des propriétés de sûreté de fonctionnement d’un système avant même de passer à l’étape d’élaboration d’une méthodologie de modélisation.

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