CRAN - Campus Sciences
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Sujet de Thèse : Modélisation des flux et des interactions d’usage opérateur – produit pour l’aide à la décision multicritères de solutions de transformation d’énergie sûre et techniquement performante
Dates : 2015/10/01 - 2018/09/30
Directeur(s) CRAN : Benoît IUNG , Alexandre VOISIN
Autre(s) Directeur(s) : Professeur Jean Yves DANTAN (jean-yves.dantan@ensam.eu)
Description : Cette thèse est proposée conjointement par le CRAN et le LCFC, 2 laboratoires affiliés à l’Université de Lorraine, pour mener en synergie un travail associant le domaine de la sûreté/maintenance au domaine du génie mécanique. En effet, l’objectif du travail thèse est de proposer une approche générique à base de modèles de flux (principalement d’énergies) et d’interactions d’usage opérateur – système (ou futur produit), pour offrir un outil d’évaluation et d’aide au choix, en phase de conception, entre plusieurs solutions techniques de transformation d’énergie. La notion de transformation se réfère aussi bien à des transformations d’espace (transmission), de forme (conversion) que de temps (stockage) de l’énergie, supportées au final par des produits (ou solutions) industriels (ex. pompe, tuyau, moteur) constitués d’un ensemble de composants élémentaires.
Par rapport à ces types de transformation, cette méthodologie doit permettre de prendre en compte, dans l’évaluation des solutions, non seulement des critères de performance technique, tel que le rendement, mais également des critères d’usage et notamment de sécurité par rapport à l’exposition potentielle de l’opérateur (ex. de production, de maintenance) à des phénomènes dangereux par contact direct ou indirect avec la solution. Si les critères de rendement peuvent être modélisés de manière quantitative assez facilement, les critères sécuritaires d’usage ont une approche plus qualitative, d’autant qu’en phase de conception, la description du système reste partielle et incertaine voire imprécise. En ce sens, la méthodologie se doit de supporter la caractérisation de l’usage du produit dans différentes activités de son cycle de vie puis la considération conjointe au sein d’un même modèle des différents critères et de leur quantification pour aider, par évaluation et comparaison, au choix d’une solution particulière.
Cette considération conjointe peut s’aborder, de plus, de façon tout à fait originale en y intégrant la quantification potentielle de l’impact des dégradations des différents composants de la solution sur les performances mécaniques et les aspects sécuritaires. Cela devrait permettre d’intégrer, dans la phase d’évaluation, une notion temporelle d’évolution du système/produit puis, en phase d’usage, de pouvoir faire du pronostic sur un axe combinant mécanique et sécurité.
Par conséquent, les recherches menées au sein de cette thèse pour construire cette méthodologie, devrait concerner à minima :
• La formalisation des connaissances génériques sur un système/produit de transformation des flux d’énergie
Il s’agira principalement de proposer des mécanismes génériques de modélisation d’un système de transformation de flux d’énergie à base d’une approche systémique organisée sur les opérateurs de temps, d’espace et de forme et en cohérence avec les modèles énergétiques. Ces mécanismes concerneront à la fois la typologie des activités structurantes, leur décomposition en un niveau d’activités élémentaires et la caractérisation de ces activités élémentaires en regard des performances techniques associées (principalement le rendement).
• La formalisation des connaissances génériques sur les interactions d’usage de l’opérateur avec ces activités élémentaires de transformation des flux d’énergie
Il s’agira dans un premier de temps de recenser les différentes phases d’usage sur le cycle de vie à considérer pour chacune des activités élémentaires génériques. Ensuite pour chacune des phases, il sera nécessaire, en regard de la finalité de l’activité, d’identifier les typologies d’interaction potentielle de l’opérateur et les mécanismes génériques qui les définissent. A ces typologies sont aussi à caractériser des performances de sécurité vis-à-vis de l’opérateur par rapport à son exposition à des phénomènes dangereux corrélés à la transformation d’énergie considérée au sein de l’interaction. Ces performances de sécurité sont donc directement représentatives du risque encouru par l’opérateur lors de l’effectivité de l’interaction.
Par rapport à cette effectivité doivent être définies et qualifiées des variables d’ajustement, d’impact en négatif ou en positif du risque encouru au regard de deux axes complémentaires. Un axe lié à l’évolution temporelle du système se matérialisant par des dégradations de ses différents composants. Un second axe lié, dans l’interaction avec l’opérateur, à la présence de différents facteurs de type pathogènes ou résilients associés au comportement/capacité de ce dernier (ex. niveau de formation, stress) ou à son environnement (ex. barrière de sécurité, EPI).
• Modélisation conjointe des connaissances formalisées relatives au système/produit de transformation des flux d’énergie et des interactions d’usage de l’opérateur avec ce système/produit
A partir des formalisations précédentes, il sera nécessaire de proposer un modèle support. Ce modèle pourra être d’envergure générique si les formalisations ne sont pas trop complexes ou alors partielle. Il devra être capable de représenter des variables et des liens entre variables dans une vision qualitative mais aussi quantitative non nécessairement déterministe mais aussi stochastique pour permettre, par simulation, l’évaluation conjointe des performances mécaniques et sécuritaires.
Dans le modèle, la phase de quantification est assez facilement abordable pour l’aspect performance mécanique mais doit nécessiter en lien avec l’aspect sécuritaire, l’investigation d’approches pour récupérer des données utiles au calcul de probabilité comme par le REX ou l’exploitation de la flotte En ce sens, ce modèle pourrait se construire sur des techniques de modélisation comme les RBs ou les SAN. Une étape de validation du modèle est aussi à envisager sur la base d’une procédure de benchmarking, pour s’assurer de la qualité, pertinence et crédibilité du modèle avant sa phase d’utilisation.
• Exploitation du modèle pour un cas applicatif réel de système/produit de transformation d’énergie
Dans cette phase, il s’agira pour un cas applicatif réel, de déployer une étape d’instanciation du modèle générique ou partiel puis, d’exploiter le modèle instancié, pour évaluer les performances mécaniques et sécuritaires afin d’aider au choix d’une solution finale.
Mots clés : Système de transformation d'énergie, Risque, Evaluation de Performance, Aide à la décision
Conditions : Cette thèse est prévue sur une durée de 3 ans à partir de mars 2016
Le doctorant sera localisé prioritairement au CRAN 1er cycle de la FST - campus sciences - Vandoeuvre mais avec des séjours fréquents au laboratoire LCFC - dans les locaux de l'ENSAM de Metz.
Le profil attendu est un étudiant ayant suivi un master R ou un cycle d'ingénieur avec une initiation à la recherche , dans les domaines Génie Mécanique et/ou Sûreté-Risque en sachant que la double compétence thématique serait véritablement apprécié.
Département(s) :
Ingénierie des Systèmes Eco-Techniques
Financement : Bourse