2021-2022 / MECA0010-1

Reliability and stochastic modeling of engineering systems

Durée

16h Th, 16h Pr, 28h Proj.

Nombre de crédits

 Master : ingénieur civil en aérospatiale, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil biomédical, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil mécanicien, à finalité5 crédits 
 Master : ingénieur civil mécanicien, à finalité (EMSHIP+, Erasmus Mundus)5 crédits 
 Master : ingénieur civil physicien, à finalité5 crédits 

Enseignant

Maarten Arnst

Langue(s) de l'unité d'enseignement

Langue anglaise

Organisation et évaluation

Enseignement au premier quadrimestre, examen en janvier

Horaire

Horaire en ligne

Unités d'enseignement prérequises et corequises

Les unités prérequises ou corequises sont présentées au sein de chaque programme

Contenus de l'unité d'enseignement

Les structures et les systèmes de l'ingénieur sont rarement parfaitement caractérisés, peuvent présenter des défauts, et sont souvent soumis à des sollicitations aléatoires ou difficilement prévisibles, ce qui rend leurs conception, fabrication, opération, fiabilité, maintenance et simulation incertaines. Ce cours vise à familiariser les étudiants avec des méthodes probabilistes utilisées afin de prendre en compte des incertitudes dans des analyses de l'ingénieur et afin d'établir la précision de prévisions obtenues par simulation.
 
Après un bref rappel des concepts de base des théories des probabilités et des statistiques, le cours se divise en trois parties.  La première partie est dediée à la modélisation stochastique dans le domaine des sciences et de l'ingénierie biomédicales, avec l'accent mis sur les processus Markoviens à sauts et leur application à la modélisation épidémiologique. 
 
La deuxième partie est consacrée aux méthodes probabilistes pour la quantification des incertitudes dans des analyses de l'ingénieur. Après une présentation des méthodes probabilistes les plus répandues et les plus utilisées par les ingénieurs (ISO98 Guide), l'attention sera tournée vers des méthodes probabilistes plus pointues et offrant des ouvertures sur la recherche (méthodes de Monte Carlo, construction de modèles de substitution, méthodes des chaos polynomiaux, analyses de sensibilité).
 
La troisième partie est consacrée à l'analyse probabiliste de la fiabilité et des défaillances de structures et de systèmes de l'ingénieur. La principale méthode probabiliste abordée dans cette partie est la modélisation des instants de survenue des défaillances par les processus stochastiques de Poisson. L'attention sera tournée vers la représentation des phases de rodage, de vie utile, et d'usure et de vieillissement (processus stochastiques de Poisson homogènes et non-homogènes), la récolte et l'exploitation de données concernant l'occurrence de défaillances sur des structures et des systèmes en opération (inférences statistiques, tests d'hypothèse), et l'apport à la planification de la maintenance.

Acquis d'apprentissage (objectifs d'apprentissage) de l'unité d'enseignement

  • Compréhension des incertitudes qui peuvent influencer le comportement, l'évolution et la simulation de systèmes mécaniques et physiques.
  • Maitrise de méthodes probabilistes pour la quantification des incertitudes.
  • Maitrise de méthodes probabilistes pour l'analyse de la fiabilité.
  • Capacité de lire des papiers issus de la littérature scientifique contemporaine.
  • Capacité de rédiger des rapports et de présenter ses travaux.
Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.3, IV.1, IV.2, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil en aérospatiale.

Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.3, IV.1, IV.2, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil en génie biomédical.

Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.3, IV.1, IV.2, IV.3, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil mécanicien.

Ce cours contribue aux acquis d'apprentissage I.1, I.2, II.1, II.2, III.1, III.2, III.2, III.3, III.3, IV.1, IV.2, VI.1, VI.2, VII.1, VII.2, VII.3, VII.4, VII.5 du programme d'ingénieur civil physicien.

 

Savoirs et compétences prérequis

Pour suivre ce cours, les étudiants auront idéalement une bonne maîtrise de la théorie des probabilités (MATH0062 « Éléments du calcul des probabilités » ou cours équivalent), des statistiques (MATH0487 « Éléments de statistique » ou cours équivalent), et des processus stochastiques (MATH0488 « Elements de processus stochastiques » ou cours équivalent). Les notions de base nécessaires seront rappelées brièvement en cours.

Activités d'apprentissage prévues et méthodes d'enseignement

Le cours repose sur des exposés théoriques ex-cathedra.  En plus, les étudiants travaillent sur deux projets.  Le premier est articulé autour la lecture de deux papiers issus de la littérature scientifique contemporaine.  Le deuxième est un projet numérique sur la quantification d'incertitudes.   

Mode d'enseignement (présentiel, à distance, hybride)

Cours en distanciel.  

Lectures recommandées ou obligatoires et notes de cours

Un ensemble de transparents, préparés par l'enseignant, ainsi que des papiers scientifiques issus de la littérature scientifique contemporaine, sont mis à disposition des étudiants.

Modalités d'évaluation et critères

L'évaluation consiste en deux rapports portant sur les projets. L'évaluation prend en compte leur contenu, clarté, et netteté.

Stage(s)

Remarques organisationnelles

Le cours est donné au premier quadrimestre.

Contacts

Maarten ARNST : maarten.arnst@uliege.be