Application à un procédé
exothermique industriel
5.1 Introduction
Dans ce chapitre nous allons considérer un procédé de fabrication industrielle d’un produit
chimique, dont l’installation est représentée en figure 5.5 en page 143. Cette application est
tirée d’une installation de la société Rhône-Poulenc.
La nomenclature de représentation de l’installation est la suivante :
– la figure 5.1 représente les différents types de vannes utilisées
Fig. 5.1 – Liste des vannes utilisées dans l’application
– la figure 5.2 représente les différents types de capteurs/actionneurs utilisés
Fig. 5.2 – Liste des capteurs utilisés dans l’application
– la figure 5.3 représente les différents types de connexions utilisées
141
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.3 – Liste des connexions utilisées dans l’application
– la figure 5.4 représente les composants restants
Fig. 5.4 – Liste des autres composants utilisés dans l’application
– la numérotation des différents composants de l’installation a été entièrement reprise par
rapport à l’installation originale. La nomenclature utilisée est celle d’un découpage en
différentes sections : par exemple, tous les composants se rattachant à la section 33 seront
étiquetés 33???.
Le principe de fonctionnement de l’installation est le suivant :
→ les vannes XV 26036, XV 22307 et XV 24308 servent à introduire dans le réacteur R33030
respectivement les additifs 1, 2 et 3.
→ la fabrication du produit fini est le lieu d’une réaction chimique exothermique à fort
pouvoir calorifique.
Pour fournir un produit fini conforme aux normes de qualités ainsi que pour éviter l’em-
ballement de la réaction, le réactif est propulsé par la pompe P33040 vers l’échangeur
E33040, où il sera en contact indirect avec de l’eau froide de manière à abaisser sa tem-
pérature.
L’arrivée d’eau froide dans le système est assurée par la vanne XY SV 33027.
Un système d’asservissement permet de réguler la quantité d’eau froide arrivant dans
l’échangeur pour ajuster la température du milieu réactionnel, via le capteur de tempé-
rature TI33051 et l’actionneur FIC33052 de commande de la vanne CV 33053 :
– Si la quantité d’eau froide est trop faible, la réaction risque de s’emballer et d’augmenter
la pression dans le réacteur
– Si la quantité d’eau froide est trop forte, le produit fini ne répondra pas aux normes de
qualité et sera donc perdu
→ Pour éviter un emballement de la réaction, un système d’évacuation d’urgence du produit
est prévu. Le capteur de débit d’eau froide FI33053 commande la fermeture de la vanne
XV 33041 pour protéger l’échangeur et l’ouverture de la vanne de purge XV 33021 si le
débit d’eau froide maximal permis par l’installation a été atteint.
→ Pour réguler la pression, un système d’asservissement est monté sur le réacteur. Le
capteur de pression PIS33003 et l’actionneur PIC33007 :
142
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.5 – Schéma du procédé de fabrication exothermique
– Si la pression est trop forte, la vanne associée à l’actionneur PIC33007 s’ouvre pour
éviter l’explosion du réacteur
– Si la pression est trop faible, le produit fini ne répondra pas aux normes de qualité et
sera donc perdu
On peut aussi noter la présence d’une soupape de sécurité mécanique PSV 33009.
143
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
5.2 Analyse de l’application
Dans cette section, un cas concret d’évaluation des risques est proposé. Dans un premier
temps, le procédé industriel décrit précédemment sera modélisé structurellement, comporte-
mentalement puis fonctionnellement.
Ensuite, à partir d’hypothèses sur les valeurs des variables mesurées, les procédures de diagnos-
tic, pronostic puis mise en sûreté vont être appliquées.
On considérera que les additifs sont déjà présents dans le réacteur. Autrement dit, la partie
“Alimentation” du réacteur n’est pas étudiée (ceci pour réduire la complexité des schémas et
des analyses).
5.2.1 Modélisation structurelle, fonctionnelle et comportementale
Modélisation structurelle
En analysant l’installation, on constate qu’un découpage en sous-systèmes est possible. Ce
découpage correspond aux différentes fonctions globales qui ressortent de l’installation : le siège
de la réaction, le circuit de refroidissement, le circuit d’eau froide, l’asservissement en tempé-
rature et en pression ainsi que le système de sûreté en cas de débit d’eau froide trop faible. On
distinguera donc les sous-systèmes numérotés :
1. le réacteur R33030, les tuyaux sortant dessus et sous le réacteur, ainsi que la soupape de
sécurité PSV 33009
2. la pompe P33040, la partie de l’échangeur E33040 contenant le milieu réactionnel, les
tuyaux allant du réacteur à l’échangeur ainsi que la vanne XV 33041
3. le circuit d’eau froide avec les vannes XY SV 33027 et CV 33053, la partie “eau froide” de
l’échangeur ainsi que les tuyaux d’évacuation de l’eau froide réchauffée
4. l’asservissement de purge du réacteur et de protection de l’échangeur en cas de débit
d’eau froide insuffisant, i.e. le capteur FI33053 et les liaisons avec les vannes XV 33021
et XV 33041.
5. l’asservissement en température matérialisé par le capteur TI33051 et l’actionneur
FIC33052 ainsi que les liaisons
6. l’asservissement en pression, représenté par le capteur de pression PIS33003 et l’action-
neur PIC33007
7. les utilités (apport en air, eau, et électricité)
8. l’environnement, composé des bâtiments, de la faune et flore environnantes, des habita-
tions extérieures, des habitants, etc.
9. l’opérateur chargé de superviser le procédé
Ce découpage est représenté en figure 5.6.
144
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Reactor
R 33030

Heat exchanger

E
33040

P330

40

XV33041

XV33021

XYSV33027
CV 33053
Scrubber

Scrubber

Cold water

TI

33051

FIC

33052

PIS

33003

PIC

33007

FI

33053

PSV 33009
Sous - système 1
Sous - système 2
Sous - système 3
Sous - système 4
Sous - système 5
Sous - système 6
Fig. 5.6 – Découpage en sous-système de l’installation
Modélisation comportementale
La modélisation comportementale proposé dans cette partie s’appuie sur le découpage struc-
turel du point précédent. Les différentes ressources et les variables permettant leur description
sont représentés par la figure 5.7 :
– les variables sont représentées par des cercles avec leur intitulés à l’intérieur
– les contraintes décrivant le comportement sont représentées par des rectangles avec l’in-
titulé des ressources (contraintes détaillées ultérieurement)
145
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.7 – Variables décrivant le comportement de chacune des ressources de l’application
Les contraintes décrivant les comportements de chacune des ressources pour chacun des
sous-systèmes définis précédemment sont représentées par les figures 5.8, 5.9, 5.10, 5.11, 5.12
et 5.13. Pour simplifier les représentations, les modes physiquement impossibles n’ont pas été
intégrés aux figures.
146
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.8 – Représentation des contraintes du sous-système 1
Ainsi la figure 5.8 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 1 avec
les variables suivantes :
– Vj représentant la présence (Vj = OUI) ou l’absence (Vj = NON) d’un débit d’air
– Li représentant la présence (Li = OUI) ou l’absence (Li = NON) d’un débit du milieu
réactionnel
– Pin caractérisant la pression dans le réacteur par rapport au seuil Psecure qui est la pression
maximale permise par la soupape :
• Pin < Psecure ⇒ Pin = Normale
• Pin ≥ Psecure ⇒ Pin = Sup
147
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
La figure 5.9 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 2 avec les
variables suivantes :
– Li représentant la présence (Li = OUI) ou l’absence (Li = NON) d’un débit du milieu
réactionnel
– Ek représentant la présence (Ek = OUI) ou l’absence (Ek = NON) d’un débit d’eau
Fig. 5.9 – Représentation des contraintes du sous-système 2
Fig. 5.10 – Représentation des contraintes du sous-système 3
148
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
La figure 5.10 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 3 avec les
variables suivantes :
– Ek représentant la présence (Ek = OUI) ou l’absence (Ek = NON) d’un débit d’eau
– Db1 caractérise le débit en sortie de la vanne 4. Il est fonction du degré d’ouverture de la
vanne 4 et du débit amont D1
Fig. 5.11 – Représentation des contraintes du sous-système 4
La figure 5.11 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 4 avec les
variables suivantes :
– Li représentant la présence (Li = OUI) ou l’absence (Li = NON) d’un débit du milieu
réactionnel
– I5 représentant la présence (Ij = OUI) ou l’absence (Ij = NON) de courant
– D1 caractérisant le débit d’eau froide par rapport au seuil Dmax qui est le débit d’eau
froide maximal permit par l’installation :
• D1 < Dmax ⇒ D1 = Dok
• D ≥ Dmax ⇒ D1 = Dfaible
– A2 caractérisant la position des la vanne 2 et 3 :
149
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
• A2 = PasRisque ⇒Vanne 3 fermée et Vanne 2 ouverte
• A2 = Risque ⇒Vanne 3 ouverte et Vanne 2 fermée
La figure 5.12 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 5 avec les
variables suivantes :
– T1 caractérisant la température du milieu réactionnel par rapport à l’intervalle de tempé-
rature préconisé [Tinf , Tsup] :
• T ∈ [Tinf , Tsup] ⇒ T1 = Normale
• T < Tinf ⇒ T1 = Faible
• T > Tsup ⇒ T1 = Forte
– I1, I2 caractérisant l’intensité du courant en sortie du régulateur de température RegT et
en sortie du Fil2 :
• pour faire baisser la température, le régulateur envoie une intensité I ∈ [4mA, 20mA] ⇒
I1 = I+
• pour faire augmenter la température, le régulateur envoie une intensité I ∈
[−20mA,−4mA] ⇒ I1 = I−
• pour ne rien modifier, le régulateur envoie une intensité I = 1mA ⇒ I1 = 1
• enfin, I = 0mA ⇒ I1 = 0 si aucune tension n’est présente
– A1 caractérisant la position de l’action de l’actionneur D sur la vanne 4 :
• A1 = PasOrdre ⇒Pas de changement
• A1 = Diminue ⇒Diminution de l’ouverture
• A1 = Augmente ⇒Augmentation de l’ouverture
• A1 = PasAction ⇒Aucune action engagée
Fig. 5.12 – Représentation des contraintes du sous-système 5
150
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
La figure 5.13 représente les contraintes des ressources appartenant au sous-système 6 avec les
variables suivantes :
– Vl représentant la présence (Vl = OUI) ou l’absence (Vl = NON) d’un débit d’air
– P1 caractérisant la pression dans le réacteur par rapport au seuil Pmax qui est la pression
maximale permise sur le réacteur, sous peine de risque d’explosion :
• P1 < Pmax ⇒ P1 = Normale
• P ≥ Pmax ⇒ P1 = Trop
– I3 et I4 représentant la présence (Ij = OUI) ou l’absence (Ij = NON) de courant
Fig. 5.13 – Représentation des contraintes du sous-système 6
Modélisation fonctionnelle
L’analyse fonctionnelle de l’installation a été réalisée à partir du découpage en sous-
systèmes.
151
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Les fonctions sont indexées sous la forme ij où i est le numéro du sous-système et j le numéro
de la fonction dans la sous-système.
De la même manière, les modes de défaillance sont indexés sous la forme ijk, avec i le numéro
du sous-système, j le numéro de la fonction et k le numéro du mode de défaillance de la fonction.
Pour chacun des sous-systèmes, les fonctions et leurs modes de défaillances associés sont
les suivants :
– Pour le sous-système 1, composé du Réacteur, de la Soupape, du Tuyau 2, de la Vanne
1 et du Tuyau 3 :
Ressources Fonctions Modes de défaillance
Toutes 11 Résister aux chocs 111 Ne pas résister aux chocs
Toutes 12 Résister à la pression 121 Ne pas résister à la pression
Toutes 13 Être étanche 131 Ne pas être étanche
Réacteur 14 Contenir la solution chimique 141 Ne pas contenir la solution chi-
mique
Soupape 15 S’ouvrir en cas de surpression
151 Ne pas s’ouvrir en cas de sur-
pression
152 S’ouvrir intempestivement
Soupape
16 Laisser passer la vapeur 161 Ne pas laisser passer la vapeur
Tuyau 2
Tuyau 3
Vanne 1
– Pour le sous-système 2, composé de la Vanne 2, de la Vanne 3, de la Pompe, du Tuyau
9, de l’Échangeur et du Tuyau 5 :
152
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Ressources Fonctions Modes de défaillance
Pompe
21 Pomper la solution à la bonne
vitesse
211 Ne pas pomper la solution
212 Pomper la solution trop vite
213 Pomper la solution trop lente-
ment
Tuyau 9, Tuyau 5 22 Renvoyer la solution dans le ré-
acteur
221 Ne pas renvoyer la solution
Tuyau 9, Tuyau 5 23 Contenir la solution durant le
transfert
231 Ne pas contenir la solution
Toutes 24 Être étanche 241 Ne pas être étanche
Vanne 2 25 Purger la solution
251 Ne pas purger la solution
252 Purger la solution intempestive-
ment
– Pour le sous-système 3, composé de l’Échangeur, du Tuyau 7, de la Vanne 4, du Tuyau
8 et du Tuyau 6 :
Ressources Fonctions Modes de défaillance
Echangeur 31 Refroidir la solution chimique
311 Ne pas suffisamment refroidir la
solution
312 Trop refroidir la solution
Tuyau 7, Vanne 4,
Tuyau 8
32 Contenir et acheminer l’eau
froide
321 Ne pas contenir l’eau froide
Tuyau 6 33 Évacuer et contenir l’eau réchauf-
fée
331 Ne pas évacuer l’eau réchauffée
– Pour le sous-système 4, composé du Régulateur D, du Fil 3 et du Capteur D :
153
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Ressources Fonctions Modes de défaillance
Régulateur D 41 Mesurer le débit d’eau froide
411 Ne pas mesurer le débit d’eau
froide
412 Sur-estimer le débit d’eau froide
413 Sous-estimer le débit d’eau
froide
Régulateur D,
Capteur D
42 Envoyer les informations à l’opé-
rateur
421 Ne pas envoyer les informations
à l’opérateur
Vanne 3
43 Fermer la vanne pour protéger
l’échangeur
431 Ne pas fermer la vanne de pro-
tection
432 Fermer intempestivement
Vanne 2
44 Ouvrir la vanne de purge en cas
de débit d’eau faible
441 Ne pas ouvrir la vanne de purge
442 Ouvrir la vanne de purge intem-
pestivement
– Pour le sous-système 5, composé du Régulateur T, du Fil 2 et de l’Actionneur D :
Ressources Fonctions Modes de défaillance
Régulateur T, Ac-
tionneur D
51 Envoyer les informations à l’opé-
rateur
511 Ne pas envoyer les informations
à l’opérateur
Régulateur T
52 Mesurer la température de la
solution
521 Ne pas mesurer la température
522 Sur-estimer la température
523 Sous-estimer la température
Actionneur D
53 Réguler le débit d’eau en
fonction de la température
531 Ne pas réguler le débit
532 Demander un débit trop fort
533 Demander un débit trop faible
– Pour le sous-système 6, composé du Fil 1, Vanne 1, Tuyau 2, Tuyau 3 et du Régulateur
P
:
154
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Ressources Fonctions Modes de défaillance
Régulateur P 61 Mesurer la pression interne
611 Ne pas mesurer la pression
612 Sur-estimer la pression
613 Sous-estimer la pression
Régulateur P 62 Laisser passer la vapeur 621 Ne laisser passer la vapeur
Vanne 1
63 Réguler la pression dans le
réacteur
631 Trop baisser la pression
632 Ne pas baisser la pression
– Pour le sous-système 7 : les Utilités
Fonctions Modes de défaillance
71 Alimenter le système en électricité
711 Ne pas fournir d’énergie
712 Fournir trop d’énergie
713 Ne pas fournir assez d’énergie
72 Alimenter le système en eau froide 721 Ne pas fournir d’eau froide
Les résultats de l’analyse AMDEC sont donnés dans les tableaux suivants. Pour simplifier
l’écriture, les fonctions ont été remplacées par leur index.
155
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
11 111 Ne pas résister aux
chocs
131 Ne pas être étanche
12 121 Ne pas résister à la
pression
Explosion réacteur
13 131 Ne pas être étanche Réacteur perforé
FM1(Reacteur)
14 141 Ne pas contenir la
solution chimique
Réacteur non étanche
131
15
151 Ne pas s’ouvrir en
cas de surpression
Soupape bloquée fer-
mée FM2(Soupape)
- Explosion Réacteur
152 S’ouvrir intempes-
tivement
Soupape bloquée ou-
verte
16
161 Ne pas laisser
passer la vapeur
Tuyau 2 bouché
FM1(Tuyau2) Explosion du réacteur
Tuyau 3 bouché
FM(Tuyau3)
Vanne 1 bloquée fermée
FM1(V anne1)
156
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
21
211 Ne pas pomper la
solution
Pompe défectueuse
FM(Pompe)
711 Ne pas fournir
d’énergie
221 Ne pas renvoyer la
solution
311 Ne pas refroidir la
solution
212 Pomper la solution
trop vite
Emballement de la
pompe
312 Trop refroidir la so-
lution
213 Pomper la solution
trop lentement
Pompe défectueuse 713 Pas assez de cou-
rant
311 Ne pas refroidir la
solution
22 221 Ne pas renvoyer la
solution
Tuyau 5 bouché
FM(Tuyau5)
211 Ne pas pomper la
solution
Explosion de l’échan-
geur
23 231 Ne pas contenir la
solution
241 Échangeur non
étanche
311 Ne pas refroidir la
solution
24 241 Ne pas être étanche Échangeur bouché
FM(Echangeur)
231 Ne pas contenir la
solution
25
251 Ne pas purger la so-
lution
441 Ne pas ouvrir la
vanne de purge
Explosion Réacteur
252 Purger la solution
intempestivement
442 Ouvrir la vanne
de purge intempestive-
ment
157
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
31
311 Ne pas refroidir la
solution
Tuyau 8 bouché
FM(Tuyau8)
721 Pas d’alimentation
en eau froide
Explosion Réacteur
Vanne 4 bloquée fermée
FM1(V anne4)
211 Ne pas pomper la
solution
Tuyau 7 bouché
FM(Tuyau7)
321 Ne pas contenir
l’eau froide
Tuyau 6 bouché
FM(Tuyau6)
331 Ne pas évacuer
l’eau réchauffée
Tuyau 6 bouché
FM(Tuyau6)
331 Ne pas évacuer
l’eau réchauffée
531 Ne pas ré-
guler le débit
(FM1(ActionneurD))
533 Demander un débit
d’eau trop faible
412 Sur-estimer le débit
d’eau froide
213 Pomper trop lente-
ment
158
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
231 Ne pas contenir
la solution durant le
transfert
432 Fermer la vanne
de protection intempes-
tivement
312 Trop refroidir la
solution
413 Sous-estimer le dé-
bit d’eau froide
212 Pomper trop vite
532 Demander un débit
d’eau trop fort
531 Ne pas ré-
guler le débit
(FM2(ActionneurD))
32
321 Ne pas contenir
l’eau froide
Échangeur perforé
FM(Echangeur)
311 Ne pas refroidir la
solution
Tuyau 8 perforé
Tuyau 7 perforé
33 331 Ne pas évacuer
l’eau réchauffée
Tuyau 6 bouché
FM(Tuyau6)
311 Ne pas refroidir la
solution
159
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
41
411 Ne pas mesurer le
débit d’eau froide
Capteur D défectueux
711 Ne pas fournir
d’énergie
431 Ne pas fermer la
vanne de protection
441 Ne pas ouvrir la
vanne de purge
412 Sur-estimer le débit
d’eau froide
Capteur D défectueux
432 Fermer la vanne
de protection intempes-
tivement
442 Ouvrir la vanne
de purge intempestive-
ment
413 Sous-estimer le
débit d’eau froide
Capteur D défectueux
431 Ne pas fermer la
vanne de protection
441 Ne pas ouvrir la
vanne de purge
42 421 Ne pas envoyer les
informations à l’opéra-
teur
Capteur D défectueux
43
431 Ne pas fermer la
vanne de protection
Régulateur défectueux
FM(CapteurD)
411 Ne pas mesurer le
débit d’eau froide
Explosion de
l’échangeur
Vanne 3 bloquée ou-
verte FM2(V anne3)
413 Sous-estimer le dé-
bit d’eau froide
160
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
432 Fermer
intempestivement
Régulateur défectueux
FM(CapteurD)
412 Sur-estimer le débit
d’eau froide
311 Ne pas refroidir la
solution
Vanne 3 bloquée fermée
FM1(V anne3)
Fil 3 défectueux
FM(Fil3)
44
441 Ne pas ouvrir la
vanne de purge
Régulateur défectueux
FM(CapteurD)
411 Ne pas mesurer le
débit d’eau froide
251 Ne pas purger la
solution
Vanne 2 bloquée fermée
FM2(V anne2)
413 Sous-estimer le dé-
bit d’eau froide
Fil 3 défectueux
FM(Fil3)
442 Ouvrir la vanne de
purge intempestivement
Régulateur défectueux 412 Sur-estimer le débit
d’eau froide
252 Purger la solution
intempestivement
Vanne 2 bloquée ou-
verte FM1(V anne2)
161
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
51 511 Ne pas envoyer les
informations à l’opéra-
teur
Capteur T défectueux
52
521 Ne pas mesurer la
température
Capteur T défectueux 711 Ne pas fournir
d’énergie
531 Ne pas réguler le
débit
522 Sur-estimer la tem-
pérature
Capteur T défectueux
FM1(CapteurT)
532 Demander un débit
trop fort
523 Sous-estimer la
température
Capteur T défectueux
FM2(CapteurT)
533 Demander un débit
trop faible
53
531 Ne pas réguler le
débit
Fil 2 défectueux
FM(Fil2)
521 Ne pas mesurer la
température
311 Ne pas refroidir la
solution
532 Demander un débit
trop fort
Actionneur
D défectueux
FM2(ActionneurD)
523 Sous-estimer la
température
312 Trop refroidir la so-
lution
533 Demander un débit
trop faible
Actionneur
D défectueux
FM1(ActionneurD)
522 Sur-estimer la tem-
pérature
311 Ne pas refroidir la
solution
162
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
61
611 Ne pas mesurer la
pression
Capteur P défectueux 711 Ne pas fournir
d’énergie
Explosion du réacteur
612 Sur-estimer la pres-
sion
Régulateur
P défectueux
FM2(RegulateurP)
631 Trop baisser la
pression
613 Sous-estimer la
pression
Régulateur
P défectueux
FM1(RegulateurP)
632 Ne pas baisser la
pression
62 621 Ne pas laisser pas-
ser la vapeur
FM(Tuyau2),
FM(Tuyau3)
63
631 Trop baisser la
pression
Vanne 1 bloquée ou-
verte FM2(V anne1)
612 Sur-estimer la pres-
sion
632 Ne pas baisser la
pression
Vanne 1 bloquée fermée
FM1(V anne1)
613 Sous-estimer la
pression
Explosion du réacteur
Tuyau 2 bouché
FM(Tuyau2)
Tuyau 3 bouché
FM(Tuyau3)
Fil 1 coupé FM(Fil1)
163
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fcts Modes de défaillance Causes Effets
Modes de défaut Modes de défaillance Modes de défaut Modes de défaillance
71
711 Ne pas fournir
d’énergie
Panne fournisseur
d’énergie
211 Ne pas pomper la
solution
Câble rompu 411 Ne pas mesurer le
débit d’eau froide
521 Ne pas mesurer la
température
611 Ne pas mesurer la
pression
712 Fournir trop de
courant
Orage
713 Ne pas fournir assez
de courant
213 Pomper la solution
trop lentement
72 721 Ne pas fournir
d’eau froide
Canalisation rompue 311 Ne pas refroidir la
solution
164
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Pour terminer, les résultats de l’AMDEC sont représentés sous forme de Graphe Causal de
Dysfonctionnement, permettant ainsi de visualiser les relations de cause à effets tout en intégrant
les informations supplémentaires qu’apportent les portes logiques. La figure 5.14 représente une
partie de cette arbre de défaillance.
165
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.14 – Extrait de l’arbre de défaillance du système
166
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
5.2.2 Diagnostic - Pronostic - Mise en sûreté
On suppose que les variables suivantes sont mesurées : E1, E6, V1, V4, P1, T1, A1, L8, L4,
D1, L1 et L3.
En utilisant la méthode des graphes bipartis [Staroswiecki et al., 2000], on trouve les tests
donnés dans le tableau 5.1.
Tab. 5.1 – Tests de diagnostics réalisables sur l’application
Soupape Réacteur Echangeur Reg P Reg T Act D Reg D Tuyau 1
Test 1 x x
Test 2 x
Test 3 x
Test 4 x
Test 5 x
Test 6 x
Tuyau 2 Tuyau 3 Tuyau 4 Tuyau 5 Tuyau 6 Tuyau 7 Tuyau 8 Tuyau 9
1 x x
2
3
4 x x x
5 x x
6 x
Vanne 1 Vanne 2 Vanne 3 Vanne 4 Fil 1 Fil 2 Fil 3 Pompe
1 x x
2 x
3 x x x
4 x
5 x
6
Diagnostic
On considère les informations suivantes :
“La pression dans le réacteur est normale P1 = Normale et aucun débit de vapeur n’est présent
en sortie de l’échappement de régulation de pression V4 = NON. On observe un débit de
liquide réactionnel en sortie du réacteur L3 = OUI ainsi qu’en entrée du réacteur L1 = OUI
et en amont de la pompe L4 = OUI, mais pas en sortie de la vanne de purge L8 = NON.
Concernant l’eau froide, un débit est présent en entrée de l’installation E1 = OUI avec une
valeur conforme D1 = Dok et un débit d’eau réchauffée est présent en sortie de l’échangeur
167
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
E6 = OUI. Par contre, la température du milieu réactionnel est en hausse et dépasse le seuil
Tsup (T1 = Forte). Cependant, l’action demandée par l’actionneur D contrôlant le débit d’eau
froide est de réduire le degré d’ouverture de la vanne 4 (A1 = Diminue)”.
Quelle est l’origine de cette défaillance ? Quelles peuvent être les conséquences de cette
défaillance à court et long terme ?
Ces questions légitimes d’un opérateur face à une défaillance trouveront des éléments de
réponse en suivant les procédures de diagnostic et de pronostic décrites dans les chapitres
précédents.
Étape 1 : Recherche des diagnostics minimaux
L’analyse diagnostique nous conduit à considérer le test 1 du tableau 5.1 comme faux,
les autres tests étant vrais.
Les diagnostics minimaux sont donc définis par :
D = {{RegT}, {Fil2}, {ActD}}
Étape 2 : Complétion des diagnostics
En propageant les différents modes de défaut possibles des diagnostics dans le Graphe
Causal de Dysfonctionnement (figure 5.14 en page 166) de l’installation, aucun diagnostic
incomplet n’apparaît. Ceci provient du fait qu’aucun mode de défaut (valide) n’est la consé-
quence des diagnostics dans le graphe.
Étape 3 : Elimination des diagnostics physiquement impossibles
– En propageant les différents modes de défaut possibles des diagnostics dans le graphe, on
s’aperçoit que le mode de défaut du Fil2 (FM(Fil2)) conduit au mode de défaillance
“Ne pas réguler le débit” fm1(RgulerLeDebit).
Or, la contrainte fonctionnelle de la fonction “Réguler le débit” (figure 5.16), issue de
l’analyse fonctionnelle de cette même fonction (figure 5.15), montre que les contraintes
associées au mode de défaillance fm1 possèdent toutes la valeur PasAction pour la
variable A1, qui, par hypothèse vaut Diminue.
En conclusion, {Fil2} n’est pas un diagnostic cohérent.
Concernant les autres diagnostics, aucune incohérence n’est relevée.
– En propageant les valeurs des variables mesurées aucun diagnostic physiquement impos-
sible n’est relevé parmi les diagnostics restant.
Les diagnostics restant sont donc :
D = {{RegT}, {ActD}}
168
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.15 – Analyse fonctionnelle de la fonction “Réguler le débit”
Fig. 5.16 – Contrainte fonctionnelle de la fonction “Réguler le débit”
Étape 4 : Détermination des modes de défaut
La recherche des modes de défaut s’effectue à nouveau en utilisant la propagation des
169
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
valeurs :
– Considérons le premier diagnostic {RegT}. La propagation des valeurs donnée en figure
5.17 permet de déterminer que le Régulateur de Température est dans le mode de défaut
FM1(RegT) correspondant au mode de défaut “Mal étalonné (seuil trop élevé)”.
Fig. 5.17 – Affinage du diagnostic {RegT}
– Considérons maintenant le second diagnostic {ActD}. La propagation des valeurs don-
née en figure 5.18 permet de déterminer que l’actionneur est dans le mode de défaut
FM1(ActD), correspondant au mode de défaut “Mal réglé (diminue intempestivement le
débit”.
Fig. 5.18 – Affinage du diagnostic {ActD}
170
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.19 – Recherche des modes prédits et des risques
171
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Pronostic/Mise en sûreté
Supposons que les diagnostics minimaux [Reiter, 1987] et les modes des ressources en dé-
faut [Struss & Dressler, 1989] soient les mêmes que ceux précédemment établis. A partir de ces
diagnostics, il est possible de pronostiquer les modes de défaillance et modes de défauts futurs
de l’installation. Pour cela, nous allons analyser le Graphe Causal de Dysfonctionnement.
En propageant tour à tour les diagnostics (figure 5.19 en page 171), on s’aperçoit qu’ils
conduisent aux mêmes modes, dont voici la liste :
– 522 “Sous-estimer la température”
– 533 “Demander un débit trop faible”
– 311 “Ne pas refroidir la solution chimique”
Ce qui a pour conséquence le risque : “Explosion du réacteur”.
Pour éviter une telle conséquence, les éléments suivants du systèmes doivent être opérationnels :
– La purge de la solution (en empêchant l’apparition du mode de défaillance 441 “Ne pas
ouvrir la vanne de purge”)
– La soupape de sécurité mécanique (en empêchant l’apparition du mode de défaillance
151 “Ne pas s’ouvrir en cas de surpression”)
Pour ajouter de l’information à cette analyse, nous allons chercher maintenant à évaluer la
probabilité de ce risque, compte tenu des diagnostics.
Le mode de défaillance “Ne pas refroidir la solution chimique” est la conséquence directe des
diagnostics. Sa FPE est donc définie par :
FPE(NePasRefroidirSolution) =  (1, [tdiag,+∞) 
où tdiag est la date où le diagnostic a été effectué.
La FPE du mode de défaillance “Ne pas s’ouvrir en cas de surpression” est la même
que celle du mode de défaut FM2(Soupape) donnée en figure 5.20. En effet, l’expression
booléenne est donnée par fm151 “Ne pas s’ouvrir en cas de surpression”= FM2(Soupape).
Fig. 5.20 – FPE du mode de défaut FM2(Soupape)
172
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
La FPE du mode de défaillance “Ne pas ouvrir la vanne en cas de purge” est donné en figure
5.21. Elle provient de l’analyse de la coupe minimale associée à ce mode, définie par : fm444. “Ne
pas ouvrir la vanne en cas de purge”= FM(V anne2)+FM2(CapteurD)+FM(Fil3)+fm711.
Fig. 5.21 – FPE du mode de défaillance “Ne pas ouvrir la vanne en cas de purge”
En conséquence, le FPE de la conjonction de ces modes est déterminée graphiquement donnée
par la figure 5.22 en page 174.
En conclusion, en supposant que la pression est correctement régulée, la probabilité que le
réacteur explose, dans ce contexte, est évaluée à 0, 18/an.
5.3 Conclusion
A partir de ce procédé exothermique, les différentes méthodes proposées dans les chapitres
précédents ont été appliquées. Grâce aux outils de modélisation du chapitre 2 et des outils
de diagnostics proposés dans la chapitre 3, il est possible de déterminer les éléments a priori
en défaut en précisant leur mode de défaut et en évitant des diagnostics incohérents et/ou
physiquement impossibles. A partir de ces diagnostics, en analysant le Graphe Causal de Dys-
fonctionnement, il est alors possible de mettre en exergue les futurs modes de défaillance et/ou
de défaut du système ainsi que les points du système à surveiller pour éviter ces risques.
173
Chapitre 5. Application à un procédé exothermique industriel
Fig. 5.22 – FPE représentant la conjonction des trois modes amont du mode de défaut “Réacteur
explosé”

Euh j'en pense rien

1- bonjour ! ! ! (c'est vrai que ce mot est très difficile à taper )
2- avec un titre de topic aussi explicite, tu vas sans doutes attirer les réponses que tu attends
3- bravo, tu sais faire des copier-coller !!

j'ai pas lu mais pour faire bref quelle est la question

Euuhhhhh .... Toujours rien.

Je pense qu'il y a des fuites aux niveaux des vannes XV 22307 et XV 24308, donc le réacteur va explosé. Dans 5, 4, 3, 2, 1 BOUMMMMMM

Je l'avais dis?......

Je trouve que la 67e ligne demande quelques précisions
A part ça, l'ensemble me parait juste. Tu peux donc te lancer sans problème. Attention tout de même au moment d'appuyer sur le détonnateur

Beurk ça me fait penser au génie chimique xD.

je ne suis pas d'accord avec ta conclusion !!

kécéquecetopikalakon ?