Les méthodes traditionnelles de dimensionnement à la fatigue s'appuient sur l'utilisation de coefficients dits de "sécurité" dans le but d'assurer l'intégrité de la structure en couvrant les incertitudes inhérentes à la fatigue. Ces méthodes de l'ingénieur ont le mérite d'être simples d'application et de donner des solutions heureusement satisfaisantes du point de vue de la sécurité. Toutefois, elles ne permettent pas au concepteur de connaître la véritable marge de sécurité de la structure et l'influence des différents paramètres de conception sur la fiabilité. Les approches probabilistes sont envisagées dans cette thèse afin d'acquérir ces informations essentielles pour un dimensionnement optimal de la structure vis-à-vis de la fatigue. Une approche générale pour l'analyse probabiliste en fatigue est proposée dans ce manuscrit. Elle s'appuie sur la modélisation des incertitudes (chargement, propriétés du matériau, géométrie, courbe de fatigue) et vise à quantifier le niveau de fiabilité de la structure étudiée pour un scénario de défaillance en fatigue. Les méthodes classiques de fiabilité nécessitent un nombre important d'évaluations du modèle mécanique de la structure et ne sont donc pas envisageables lorsque le calcul du modèle est coûteux en temps. Une famille de méthodes appelée AK-RM (Active learning and Kriging-based Reliability Methods) est précisément proposée dans ces travaux de thèse afin de résoudre le problème de fiabilité avec un minimum d'évaluations du modèle mécanique. L'approche générale est appliquée à deux cas-tests fournis par SNECMA dans le cadre du projet ANR APPRoFi.

Les machines agricoles doivent être conçues pour être optimales, fiables et résistantes à la rupture par fatigue. L'approche déterministe de la conception ne garantit pas ces exigences, elle est néanmoins traditionnellement appliquée pour la conception de machines agricoles. Cela est dû à la difficulté de modéliser la nature stochastique des forces agissant sur les machines agricoles, en particulier les machines de labour, car elles fonctionnent dans un environnement irrégulier et dans des conditions de fonctionnement variables. Le principal objectif de cette thèse est de développer un cadre général pour la conception de machines agricoles, en intégrant les outils d'optimisation, de fiabilité et de fatigue. En cela, nous visons à proposer une alternative à l'approche déterministe. Tout d'abord, cette thèse propose des méthodes et des modèles pour modéliser la variabilité des forces durant le labour en prenant en compte à la fois la variabilité des paramètres du système de labour et de rupture du sol. Deuxièmement, sur la base des méthodes d'optimisation fiabiliste et d'analyse de la fatigue, nous proposons des méthodologies pour la conception de machines agricoles. Tout au long de la thèse, les approches développées sont appliquées à la conception de la dent d'un chisel.

Les méthodes traditionnelles de dimensionnement à la fatigue s’appuient sur l’utilisation de coefficients dits de “sécurité” dans le but d’assurer l’intégrité de la structure en couvrant les incertitudes inhérentes à la fatigue. Ces méthodes de l’ingénieur ont le mérite d’être simples d’application et de donner des solutions heureusement satisfaisantes du point de vue de la sécurité. Toutefois, elles ne permettent pas au concepteur de connaître la véritable marge de sécurité de la structure et l’influence des différents paramètres de conception sur la fiabilité. Les approches probabilistes sont envisagées dans cette thèse afin d’acquérir ces informations essentielles pour un dimensionnement optimal de la structure vis-à-vis de la fatigue. Une approche générale pour l’analyse probabiliste en fatigue est proposée dans ce manuscrit. Elle s’appuie sur la modélisation des incertitudes (chargement, propriétés du matériau, géométrie, courbe de fatigue) et vise à quantifier le niveau de fiabilité de la structure étudiée pour un scénario de défaillance en fatigue. Les méthodes classiques de fiabilité nécessitent un nombre important d’évaluations du modèle mécanique de la structure et ne sont donc pas envisageables lorsque le calcul du modèle est coûteux en temps. Une famille de méthodes appelée AK-RM (Active learning and Kriging-based Reliability Methods) est précisément proposée dans ces travaux de thèse afin de résoudre le problème de fiabilité avec un minimum d’évaluations du modèle mécanique. L’approche générale est appliquée à deux cas-tests fournis par SNECMA dans le cadre du projet ANR APPRoFi. / Traditional procedures for designing structures against fatigue are grounded upon the use of so-called safety factors in an attempt to ensure structural integrity while masking the uncertainties inherent to fatigue. These engineering methods are simple to use and fortunately, they give satisfactory solutions with regard to safety. However, they do not provide the designer with the structure’s safety margin as well as the influence of each design parameter on reliability. Probabilistic approaches are considered in this thesis in order to acquire this information, which is essential for an optimal design against fatigue. A general approach for probabilistic analysis in fatigue is proposed in this manuscript. It relies on the modelling of the uncertainties (load, material properties, geometry, and fatigue curve), and aims at assessing the reliability level of the studied structure in the case of a fatigue failure scenario. Classical reliability methods require a large number of calls to the mechanical model of the structure and are thus not applicable when the model evaluation is time-demanding. A family of methods named AK-RM (Active learning and Kriging-based Reliability methods) is proposed in this research work in order to solve the reliability problem with a minimum number of mechanical model evaluations. The general approach is applied to two case studies submitted by SNECMA in the frame of the ANR project APPRoFi.

Les machines agricoles doivent être conçues pour être optimales, fiables et résistantes à la rupture par fatigue. L’approche déterministe de la conception ne garantit pas ces exigences, elle est néanmoins traditionnellement appliquée pour la conception de machines agricoles. Cela est dû à la difficulté de modéliser la nature stochastique des forces agissant sur les machines agricoles, en particulier les machines de labour, car elles fonctionnent dans un environnement irrégulier et dans des conditions de fonctionnement variables. Le principal objectif de cette thèse est de développer un cadre général pour la conception de machines agricoles, en intégrant les outils d'optimisation, de fiabilité et de fatigue. En cela, nous visons à proposer une alternative à l'approche déterministe. Tout d'abord, cette thèse propose des méthodes et des modèles pour modéliser la variabilité des forces durant le labour en prenant en compte à la fois la variabilité des paramètres du système de labour et de rupture du sol. Deuxièmement, sur la base des méthodes d’optimisation fiabiliste et d’analyse de la fatigue, nous proposons des méthodologies pour la conception de machines agricoles. Tout au long de la thèse, les approches développées sont appliquées à la conception de la dent d'un chisel. / Agricultural machines should be designed to be optimal, reliable and have thecapacity to resist failure by fatigue. Although, the deterministic design approach does not guarantee these requirements, it is traditionally applied in the design of agricultural machines. This is due to the difficulties to model the stochastic nature of the forces acting on agricultural machines, especially the forces acting on tillage machines which work in irregular environment and under varying conditions. Therefore, the main objective of this dissertation is to develop a general framework for the design of agricultural machines by integrating the optimization, the reliability and the fatigue tools. We aim to provide an alternative to the traditional deterministic design one. First, this dissertation proposes methods and models for modeling the variability in tillage forces considering both thevariability in tillage system parameters and the soil failure. Second, based on the available methods in reliability-based design optimization and fatigue analysis approaches, itproposes methodologies for the design of agricultural machines. Throughout the dissertation, the developed approaches are applied to the design of the shack of a chisel plough.

RESUME A partir de lanalyse des incidents des FSOs de type CALM Soft Yoke de Vietsovpetro aux gisements White Tiger (Tigre Blanc) et Dragon, on saperçoit du besoin de développer des structures offshore (y compris les FPSOs) installées et opérées «en sécurité» dans les conditions spéciales des états de mer du Vietnam, où apparaissent de nombreux vents violents et de fréquents typhons tropicaux. Dans le cadre de cette thèse, une recherche générale sur les systèmes dancrage des FPSO a été réalisée en considérant divers problèmes : efforts hydrodynamiques du second ordre, réponses dynamiques aléatoires des systèmes dancrage des FPSO, analyses du dommage de fatigue aléatoire et estimation de la durée de vie des lignes dancrage. Plus spécialement, une étude plus approfondie avec un nouveau concept a été proposée pour estimer la fiabilité totale dun système de lignes d'ancrage des FSPO. La fiabilité totale a été déterminée selon les conditions de mer extrêmes (ULS), elle diminue avec le temps à cause de la prise en compte de l'accumulation du dommage en fatigue des lignes d'ancrage (FLS). Dans la dernière part de thèse, cette méthode a été appliquée aux conditions de mer sévères du Vietnam, surtout dans les états limites extrêmes, prenant en compte l'accumulation du dommage en fatigue. En application numérique, deux FSOs existants au Vietnam ont été analysés. Le contenu principal des études de la thèse a également contribué à réaliser un Projet National de Recherche du Vietnam (intitulé code KC.09.15/06-10), dont lun des membres est lauteur de cette thèse./ ABSTRACT From analyzing incidents of the CALM Yoke FSOs of Vietsovpetro in the White Tiger and Dragon fields, we can identify the need to develop offshore structures (including FPSO) installed and operated in safety in most severe Vietnamese sea states, with many and frequent strong winds and tropical typhoons. In this thesis, a general research on the FPSO mooring systems has been carried out by considering various problems: second order hydrodynamic efforts, random dynamic responses of the FPSO mooring systems, analyzing random damage of fatigue and estimating the durability of the mooring lines. In particular, a thorough study with a new concept was proposed to estimate the total reliability of FSPO mooring line systems. The total reliability was estimated for extreme sea conditions (ULS), which decreases with the time due to the accumulation of the damage by fatigue of the moorings lines (FLS). In the last part of thesis, this method was applied to the severe sea conditions of Vietnam, especially considering the ultimate limit states and taking into account the accumulation of the fatigue damage. For numerical application, two FSOs existing now in Vietnam were analyzed. The main studies in this thesis have also contributed to develop a National Research Project in Vietnam (entitled code KC.09.15/06-10), in which the author acts as a research team member.