Analyse de sensibilité en fiabilité des structures

Reliability sensitivity analysis

• Auteur / Autrice : Paul Lemaitre
• Direction : Pierre Del Moral, Bertrand Iooss
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mathématiques appliquées et calcul scientifique
• Date : Soutenance le 18/03/2014
• Etablissement(s) : Bordeaux
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale de mathématiques et informatique (Talence, Gironde ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement d'accueil : Université Bordeaux-I (1971-2013)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut national de recherche en informatique et en automatique (France). Centre de recherche Inria de l'université de Bordeaux (Bordeaux)
• Jury : Président / Présidente : Jérôme Saracco
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Emmanuel Remy
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Josselin Garnier, François Le Gland

Mots clés

Mots clés contrôlés

Fiabilité -- Méthodes statistiques

Sensibilité, Théorie de la (mathématiques)

Mots clés libres

Analyse de sensibilité

Fiabilité

Incertitudes

Expériences numériques

Perturbation des lois

Sensitivity Analysis

Reliability

Uncertainties

Computer experiments

Input perturbations

Résumé

Cette thèse porte sur l'analyse de sensibilité dans le contexte des études de fiabilité des structures. On considère un modèle numérique déterministe permettant de représenter des phénomènes physiques complexes.L'étude de fiabilité a pour objectif d'estimer la probabilité de défaillance du matériel à partir du modèle numérique et des incertitudes inhérentes aux variables d'entrée de ce modèle. Dans ce type d'étude, il est intéressant de hiérarchiser l'influence des variables d'entrée et de déterminer celles qui influencent le plus la sortie, ce qu'on appelle l'analyse de sensibilité. Ce sujet fait l'objet de nombreux travaux scientifiques mais dans des domaines d'application différents de celui de la fiabilité. Ce travail de thèse a pour but de tester la pertinence des méthodes existantes d'analyse de sensibilité et, le cas échéant, de proposer des solutions originales plus performantes. Plus précisément, une étape bibliographique sur l'analyse de sensibilité puis sur l'estimation de faibles probabilités de défaillance est proposée. Cette étape soulève le besoin de développer des techniques adaptées. Deux méthodes de hiérarchisation de sources d'incertitudes sont explorées. La première est basée sur la construction de modèle de type classifieurs binaires (forêts aléatoires). La seconde est basée sur la distance, à chaque étape d'une méthode de type subset, entre les fonctions de répartition originelle et modifiée. Une méthodologie originale plus globale, basée sur la quantification de l'impact de perturbations des lois d'entrée sur la probabilité de défaillance est ensuite explorée. Les méthodes proposées sont ensuite appliquées sur le cas industriel CWNR, qui motive cette thèse.

This thesis' subject is sensitivity analysis in a structural reliability context. The general framework is the study of a deterministic numerical model that allows to reproduce a complex physical phenomenon. The aim of a reliability study is to estimate the failure probability of the system from the numerical model and the uncertainties of the inputs. In this context, the quantification of the impact of the uncertainty of each input parameter on the output might be of interest. This step is called sensitivity analysis. Many scientific works deal with this topic but not in the reliability scope. This thesis' aim is to test existing sensitivity analysis methods, and to propose more efficient original methods. A bibliographical step on sensitivity analysis on one hand and on the estimation of small failure probabilities on the other hand is first proposed. This step raises the need to develop appropriate techniques. Two variables ranking methods are then explored. The first one proposes to make use of binary classifiers (random forests). The second one measures the departure, at each step of a subset method, between each input original density and the density given the subset reached. A more general and original methodology reflecting the impact of the input density modification on the failure probability is then explored.The proposed methods are then applied on the CWNR case, which motivates this thesis.