Dans le contexte de la sûreté de fonctionnement des systèmes critiques, nous nous intéressons aux analyses par arbres de défaillance dynamiques (AdDD). Notre contribution est la définition d'un cadre algébrique permettant de déterminer la fonction de structure des AdDD et d'étendre les méthodes analytiques communément utilisées pour analyser les arbres statiques aux arbres dynamiques. Dans un premier temps, nous passons en revue les principales approches utilisées pour analyser les arbres de défaillance dynamiques, ainsi que leurs limites respectives. Le cadre algébrique permettant la modélisation des AdDD est ensuite présenté. Ce cadre algébrique est fondé sur un modèle temporel des événements et sur la définition de trois opérateurs temporels permettant de traduire la séquentialité d'apparition des événements. Ces opérateurs temporels permettent de définir algébriquement le comportement des portes dynamiques, et donc la fonction de structure des AdDD. Un modèle probabiliste de ces portes dynamiques est ensuite donné afin de pouvoir déterminer la probabilité de défaillance de l'événement sommet des arbres à partir de cette fonction de structure. Nous montrons enfin comment la fonction de structure des AdDD peut être ramenée à une forme canonique grâce à des théorèmes de réécriture, puis à une forme minimale grâce à la définition d'un critère de minimisation, et comment les AdDD peuvent être analysés de manière analytique et directe à partir de cette forme canonique minimale de la fonction de structure. Nous illustrons cette approche avec deux exemples d'AdDD issus de la littérature.

L'introduction de systèmes instrumentés dédiés aux applications de sécurité impose l'évaluation de leur sûreté de fonctionnement. On utilise généralement pour cela les bases de données de fiabilité génériques. Cependant, le retour d'expérience pour ces systèmes qui présentent en général des défaillances rares est insuffisant pour valider les résultats obtenus. En outre, la collecte de données de fiabilité et leur extrapolation à d'autres composants introduisent des incertitudes.<br />Les travaux de cette thèse portent sur la problématique de la prise en compte des incertitudes relatives aux données de fiabilité des composants pour l'évaluation de la sûreté de fonctionnement des systèmes par le formalisme des sous ensembles flous. La méthodologie proposée est appliquée à l'évaluation des probabilités de défaillance des Systèmes Instrumentés de Sécurité (SIS) en présence de données de fiabilité imprécises. Nous introduisons deux nouveaux facteurs d'importance pour aider le concepteur. En outre, nous proposons une méthodologie d'aide à la conception des SIS basée sur la modélisation par réseaux de fiabilité et l'optimisation par des algorithmes génétiques de la structure des SIS pour le respect des niveaux d'intégrité de sécurité (SIL) exigés.

L’augmentation de la fréquence et de l’intensité des événements de grande ampleur est unanime. En France, l’État impose à l’échelle communale, de se préparer à de tels événements en établissant un Plan Communal de Sauvegarde. Cependant les instances décisionnaires à ce niveau ne disposent pas d’outils leurs permettant au préalable de connaitre la capacité de fonctionnement de leur organisation. Ces travaux de recherche proposent une méthode d’évaluation a priori de l’organisation locale d’urgence pour permettre aux instances décisionnaires, d’identifier des points vulnérables dans leur organisation et ainsi leur fournir une aide à la décision. Cette méthode d’évaluation repose sur le formalisme d’une méthode de modélisation établie, permettant d’une part d’appréhender la complexité des éléments mis en jeux dans l’organisation de gestion d’événements et d’autre part sert de base pour les mécanismes d’évaluation. Ces derniers sont quant à eux supportés par le formalisme des arbres de défaillance. Cependant, ce formalisme est limitant, car il ne propose qu’une évaluation de la défaillance à deux états discrets (complètement nulle ou complètement avérée). C’est pourquoi, ces travaux se sont intéressés à la conception d’une méthode d’évaluation à base d’arbre de défaillance multi-États. Cela se traduit par une nouvelle définition des événements et des portes pour les arbres utilisés dans la méthode de modélisation retenue. Un questionnaire a été créé pour collecter auprès des gestionnaires, les informations sur les états de défaillance. Les résultats de l’évaluation sont présentés sous forme de tableaux de bord et permettent ainsi de guider le choix des actions d’amélioration. / The increase in frequency and intensity of major disasters make a consensus. In France, the state imposes to local administrations to be prepared to face such events by describing their local organizations in a Local Emergency Response Plan (LERP). However, there are no existing tools for decision-Makers at this authority scale to a priori assess functioning capacity of the organization described in their plans. This research work proposes an a priori assessment method of Local Emergency Response Plans, to allow local authorities to identify organizational vulnerabilities of their plans, and thus giving to them an aid to decision-Making. This assessment method is laid on an established formalism of modelling methods. This allows, in one hand, to catch the complexity of elements’ stakes in emergency management and in another hand to lay assessment mechanisms for this one. These mechanisms are supported by Fault-Tree formalism. However, this is restricting because the failure of modelled elements can only be assessed on two discrete levels: complete functioning or complete dysfunctioning. This is why this work aims to build an assessment method based on Multi-Level Fault-Tree. This means that new gates have to be described according to the assessed object (LERP). Furthermore, modelled elements have to be improved to take into account Multi-Level considerations in the chosen modelling method. According to that, a questionnaire has been developed to collect information from local authorities about failure states of modelled elements. The results of this assessment are presented in a dashboard format. The purpose is first, to guide local authorities by having a quick overview of the overall organization system represented in the LERP. Secondly, it helps them to plan the vulnerabilities reductions in a management program.

L'introduction de systèmes instrumentés dédiés aux applications de sécurité impose l'évaluation de leur sûreté de fonctionnement. On utilise généralement pour cela les bases de données de fiabilité génériques. Cependant, le retour d'expérience pour ces systèmes qui présentent en général des défaillances rares est insuffisant pour valider les résultats obtenus. En outre, la collecte de données de fiabilité et leur extrapolation à d'autres composants introduisent des incertitudes. Les travaux de cette thèse portent sur la problématique de la prise en compte des incertitudes relatives aux données de fiabilité des composants pour l'évaluation de la sûreté de fonctionnement des systèmes par le formalisme des sous ensembles flous. La méthodologie proposée est appliquée à l'évaluation des probabilités de défaillance des Systèmes Instrumentés de Sécurité (SIS) en présence de données de fiabilité imprécises. Nous introduisons deux nouveaux facteurs d'importance pour aider le concepteur. En outre, nous proposons une méthodologie d'aide à la conception des SIS basée sur la modélisation par réseaux de fiabilité et l'optimisation par des algorithmes génétiques de la structure des SIS pour le respect des niveaux d'intégrité de sécurité (SIL) exigés / The use of safety related systems imposes to evaluate their dependability. Laboratory data and generic data are often used to provide failure data of safety components to evaluate their dependability parameters. However, due to the lower solicitation of safety systems in plant, safety components have not been operating long enough to provide statistical valid failure data. Furthermore, measuring and collecting failure data have uncertainty associated with them, and borrowing data from laboratory and generic data sources involve uncertainty as well. Our contribution is to propose a fuzzy approach to evaluate dependability parameters of safety systems when there is an uncertainty about dependability parameters of systems components. This approach is applied to determine the failure probability on demand of Safety Instrumented Systems (SIS) in presence of uncertainty. Furthermore, we present an optimal design of SIS by using reliability graphs and genetic algorithms to identify the choice of components and design configuration in a SIS to meet the required SIL

L'objet des travaux de cette thèse est de proposer de nouveaux processus de définition de tests (testabilité), de nouvelles méthodes de tests, ainsi que de nouvelles méthodes d'interprétation des tests (diagnostic). Ces travaux ont été menés dans le cadre de l'aéronautique et ont porté dans un premier temps sur l'identification des besoins en diagnostic des hélicoptères. Les problématiques liées au test et au diagnostic des hélicoptères portaient sur : - La non-détection de certaines défaillances - L'occurrence de nombreuses fausses alarmes - L'ambiguïté de localisation de défaillances Dans un premier temps nous avons réalisé l'état de l'art des recherches en diagnostic, ceci afin de sélectionner les technologies et méthodologies permettant de répondre aux problématiques identifiées. Les technologies candidates ont ensuite été architecturées afin de proposer un traitement intégré permettant de répondre à l'ensemble des besoins identifiés. Ainsi nous avons travaillé sur les méthodologies de définition du test, aux moyens d'outils de simulation de la testabilité. Nous avons aussi défini de nouvelles méthodes de test permettant de déterminer l'état de capteurs analogiques aux moyens d'algorithmes basés sur des évaluateurs de calcul de variation de l'écart type, du facteur de forme et du rapport signal sur bruit. Nous avons ensuite travaillé sur l'amélioration du diagnostic au niveau système à l'aide d'automates temporisés afin de simuler le fonctionnement des arbres de tests élémentaires. Ces travaux ont ensuite conduit à la modélisation et au diagnostic des systèmes complexes à l'aide des diagrammes d'état, des arbres de défaillances dynamiques, ainsi que leur simulation à l'aide des réseaux de Petri. Les modèles utilisés ont été complétés au moyen de nouvelles portes dynamiques. Ces travaux ont été appliqués au monde aéronautique, sur plusieurs hélicoptères et ont fait l'objet de deux brevets.