Étude de la vulnérabilité et de la robustesse des ouvrages

par Nadia Christiana Kagho Gouadjio

Thèse de doctorat en Structures et Matériaux

Sous la direction de Christian Cremona.

Le président du jury était Vincent Denoel.

Le jury était composé de Christian Cremona, Georges Nahas, André Orcesi.

Les rapporteurs étaient Franck Schoefs, Denys Breysse.


  • Résumé

    Le terme de robustesse structurale donne lieu à diverses définitions et domaines d'application. Dans le domaine de l'ingénierie structurale, le cadre réglementaire des Eurocodes définit la robustesse structurale comme « l'aptitude d'une structure à résister à des événements tels que les incendies, les explosions, les chocs ou les conséquences d'une erreur humaine, sans présenter de dégâts disproportionnés par rapport à la cause d'origine ». Cette définition fait clairement ressortir les notions de dommage initial (défaillance locale) et de dommage disproportionné (défaillance globale). Cette thèse propose une approche de la quantification de la robustesse structurale en contexte probabiliste pour mesurer l'impact d'une défaillance localisée sur la défaillance globale de la structure. L'objectif majeur de la thèse est de quantifier l'écart entre une défaillance locale et une défaillance globale, en introduisant différents indices de robustesse selon que la structure soit intègre ou initialement endommagée. Pour cela, dans le but de caractériser et quantifier les liens existant entre la performance des différents éléments d'une structure et la performance globale de la structure, il est nécessaire d'introduire une étude en système qui intègre de manière concomitante des notions de défaillance locale (modes de défaillance) et des notions de défaillance globale. Une recherche « par l'intérieur » des chemins de défaillance dominants est présentée. Le terme « par l'intérieur » est utilisé car c'est le cheminement interne de la défaillance dans la structure qui est recherché. Des méthodes de parcours d'arbre d'évènements sont introduites telles que la méthode des « branches et bornes », du β-unzipping, ou encore du β-unzipping avec bornage. Ces méthodes permettent d'identifier les chemins de défaillance dominants avec des temps de calcul raisonnables. En particulier, il est possible de déterminer le chemin de défaillance associé à la plus grande probabilité de défaillance, appelé encore chemin de référence. Une approche « par l'extérieur » est également proposée, qui consiste à identifier la défaillance globale sans parcourir un arbre d'évènement (et donc sans s'intéresser à l'ordre avec lequel la défaillance survient). Le terme « par l'extérieur » correspond donc à regarder la défaillance de manière globale sans chercher à déterminer la chronologie de la défaillance. Dans les deux cas, l'enjeu est au final de développer une démarche globale permettant d'apprécier et de quantifier la robustesse des structures neuves ou existantes au travers de méthodes et d'indices pouvant s'appliquer à une large variété de problèmes

  • Titre traduit

    Vulnerability and robustness analyses of systems


  • Résumé

    Structural robustness is associated with several definitions depending on context. In the field of structural engineering, the Eurocodes define structural robustness as “the ability of a structure to withstand events like fire, explosions, impact or the consequences of human error, without being damaged to an extent disproportionate to the original cause”. Such a definition clearly involves concepts of local and global failures. This PhD work proposes a methodology to quantify structural robustness in a probabilistic way and to assess the impact of local failures on global failures. The main objective of this PhD is to quantify the gap between local and global failures by introducing several robustness indices proposed for undamaged and damaged structures. To qualify and quantify the relationships between the performance of the different structural components and the overall structural performance, it is necessary to introduce a system-level analysis which simultaneously considers concepts of local failure modes and global failure events. An inner approach is introduced to determine significant failure sequences and to characterize stochastically dominant failure paths identified by using branch-and-bound, β-unzipping, and mixed β-unzipping with bounding methods. These methods enable to determine significant failure paths with reasonable computational times. In particular, the path with the largest probability of occurrence is considered as the reference failure path. An outer approach is also proposed which identifies global failure without using an event-tree search (and, consequently, without analyzing the order in the failure sequence). This concept characterizes an overall and simultaneous failure of different components without determining the chronology in the failure event. In both cases, the goal is to provide a general and widely applicable framework for qualifying and quantifying the robustness level of new and existing structures through the introduction of methodologies and indices


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