Tome3 environnement à simuler

ANNEXE GENERALE CLIMATIQUE TOME 3 DETERMINATION DE
L’ENVIRONNEMENT A SIMULER PR ASTE 01-02
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ANNEXE GENERALE CLIMATIQUE
TOME 3
DETERMINATION DE L’ENVIRONNEMENT A SIMULER

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SOMMAIRE
1. INTRODUCTION 5
1.1 Cas de défaillances par contraintes extrêmes 5
1.2 Cas de défaillances par dommages cumulés 5
2. MODELES DE DEGRADATION 7
2.1 Dégradation purement thermique 7
2.2 Dégradation sous l’effet d’une association de contraintes 9
2.3 Dégradation thermomécanique 11
2.4 Dégradation non thermo-activée 13
2.5 Paramètres de modèles de vieillissement 14
2.6 Échelle d’utilisation des modèles de dégradation 16
2.7 Exemples d’application de modèles de dégradation 19
2.7.1 Fiabilité d’un dispositif électronique soumis à des températures extrêmes 19
2.7.2 Durée de vie d’un propergol 21
2.7.3 Vieillissement thermique d’un matériel 23
2.8 Les écarts entre la réalité et les prévisions 25
3. SPECTRES DE REPONSE EXTREME ET SPECTRE DE DOMMAGE PAR
FATIGUE 27
3.1 Comparaison de spécifications 27
3.2 Modèle étalon (ou de référence) 28
3.3 Critères de sévérité 29
3.4 Spectre de réponse extrême thermique 29
3.5 Spectre de dommage par fatigue 30
3.6 Réaction chimique thermiquement activée 31
3.7 Ecarts entre la réalité et les hypothèses sur les modèles retenus 34

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3.8
Etablissement de l’environnement à simuler 35
3.8.1 Traitement de chaque évènement 35
3.8.2 Critères de regroupement des évènements d’une situation ou synthèse de
plusieurs situations 36
3.8.3 Synthèse des évènements d’une situation 36
3.8.4 Synthèses de plusieurs situations 37
3.8.5 Réduction et validation de la durée des essais 39
3.9 Applications 40
3.9.1 Comparaison des modes opératoires 1 et 2 de la norme GAM EG13, 1ère
partie. Variations de température – Fascicule 6 (juin 1989) 40
3.9.2 Réduction de la durée à nombre de cycles constant 41
3.9.3 Elaboration d’une spécification d’essai 41
4. PRISE EN COMPTE DES VARIABILITES 43
4.1 La variabilité des caractéristiques de l'environnement 43
4.2 La variabilité des caractéristiques climatiques des matériels 45
4.3 Coefficient de garantie 46
4.3.1 Conditions d’application de la méthode de calcul du coefficient de garantie 49
4.3.2 Choix de l’unité des températures 50
4.3.3 Modalités de détermination du coefficient de garantie 52
5. ESTIMATION DU COEFFICIENT DE VARIATION ASSOCIE A UNE
TEMPERATURE EXTREME MAXIMALE 53
5.1 Contexte 53
5.2 Problématique 53
5.3 Contexte déterministe 53
5.4 Contexte statistique 54
5.4.1 Utilisation des quantiles extrêmes 54
5.4.2 Reconstitution de la distribution extrémale 54
5.5 CONCLUSIONS 58

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6.
METHODES DE SYNTHESE 59
6.1.1 Méthode basée sur les distributions de températures. 59
6.1.2 Guides CEI 60721-3 pour le choix des essais d’environnement climatiques 61
6.1.3 Méthode basée sur les configurations fonctionnelles. 63
6.1.4 Les climatogrammes 69
6.1.4.1 Définition 69
6.1.4.2 Exemple 69
6.1.4.3 Utilisation des climatogrammes 70
6.1.4.4 Essais « valeurs refuges » 71
6.1.4.5 Exemples d’utilisation 72
6.1.4.6 Règle d’utilisation des climatogrammes 74
6.1.4.7 Conclusion 74
7. RECOMMANDATIONS SUR LE CHOIX DES VALEURS DES PARAMETRES 75
7.1 Coefficient d’exagération 75
7.1.1 Pour la loi d’Arrhenius 75
7.1.2 Pour les SRE et SDF 75
7.2 Valeurs des paramètres des modèles des SRE et SDF 75
7.2.1 Choix de la valeur b 75
7.2.2 Choix des valeurs K et C 78

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1. INTRODUCTION
Cette étape consiste à rechercher un environnement simplifié réputé de même sévérité que
l’ensemble des environnements de tout ou partie du profil de vie.
La démarche doit être réalisée à la fois vis-à-vis des risques de défaillances par contraintes extrêmes
et vis-à-vis des risques par dommages cumulés (vieillissement)
1.1 Cas de défaillances par contraintes extrêmes
Les défaillances de ce type correspondent à la dégradation d’une fonction du matériel considéré
résultant d’un franchissement de seuil d’un ou de plusieurs agents d’environnement. Il s’agit en
général d’une valeur proche des valeurs maximales prises en compte lors de la conception, bien que
dans certains cas particuliers la défaillance puisse se produire pour des valeurs intermédiaires.
Dans ce cas, la modélisation peut porter par exemple sur :
• l’élaboration d’un modèle par éléments finis de l’équipement et le calcul de sa réponse en
température au niveau d’un matériel sensible, dans les conditions d’installation réelles et
dans celles de la chambre climatique du laboratoire d’essai.
On peut alors identifier les conditions de pilotage du caisson climatique d’une part et
d’installation du matériel en essai d’autre part permettant de reproduire la réponse
recherchée en laboratoire (prise en compte des différences entre mécanismes d’échanges
(conduction, convection et radiation) entre le laboratoire et l’emploi réel),
• le calcul d’un niveau de contrainte environnementale permettant d’assurer la probabilité de
tenue visée pour le matériel. Ce calcul qui s’effectue à partir des distributions des valeurs
extrêmes de cette contrainte et des résistances à cette contrainte ainsi que du nombre
d’essais possibles (calcul du CG et du FE)
1.2 Cas de défaillances par dommages cumulés
La démarche du présent guide vise à disposer de matériels ayant les performances requises au cours
du profil de vie spécifié. Le vieillissement du matériel doit donc être pris en compte lorsque c’est
possible dans la démarche de développement, c'est-à-dire lorsque ceci est compatible avec les délais
et les coûts de développement du projet, sachant que les essais de vieillissement peuvent être très
longs et que l’on pourra être amené à les réaliser en parallèle avec la mise en exploitation du
matériel.
Dans ce cas, la mise en évidence d’un point faible ou d’une situation à risque en fin de vie pourra
conduire à une action de maintenance corrective et/ou à des modifications de conditions d’emploi.
La modélisation du vieillissement dont il est question ici porte sur les modèles utilisables au cours
des différentes phases d'un programme de prise en compte de l’environnement climatique.
Ces modèles sont utilisés en vue d'atteindre deux types d’objectif :
• prévision de la durée de vie d'un matériel: la prise en compte de l’impact de
l’environnement sur sa durée de vie est réalisée lors des phases de conception et de
définition,
• validation expérimentale d’un matériel : le matériel est soumis à une procédure d’essais
visant à accélérer des processus de dégradation de manière à engendrer l’apparition de
défaillances escomptées.
En fait, il n'existe pas de séparation nette entre des modèles qui seraient spécifiques de ces deux
objectifs.
Dans la plupart des cas, les modèles résultent des considérations suivantes :