VVUQ : références et ressources pour la mécanique des solides et l’aéronautique

Par Florent Mathieu, CEO d’EikoSim

On m’a souvent conseillé de consulter tel ou tel document sur les essais de validation et la VVUQ (Verification, Validation and Uncertainty Quantification : vérification, validation et quantification des incertitudes). J’ai donc décidé de les rassembler dans un article.

Voici une liste d’articles, de livres et de sites que j’ai trouvés en chemin et qui sont utiles pour découvrir les approches VVUQ en mécanique des solides et en aéronautique, notre cœur de métier chez EikoSim.

Certains documents sont propres à ce domaine, mais la plupart s’appliquent aussi à d’autres.

Ce domaine évolue vite : cette liste sera mise à jour régulièrement pour intégrer les nouveaux documents. La plupart des ressources citées sont en anglais.

Les normes VVUQ

Les normes sont sans doute les premiers documents que vous trouverez si vous cherchez à mettre vos pratiques en conformité avec la VVUQ.

Voici quelques-uns des documents les plus importants.

Commençons par les documents côté simulation :

• ASME V&V 10, norme de vérification et validation en mécanique des solides numérique. Elle porte sur les pratiques propres aux simulations en mécanique des solides : modélisation mathématique, convergence en maillage, vérification du code et validation. Un document spécifique à l’aéronautique est en préparation à l’ASME.

Remarque : cette norme dit quoi faire (par exemple, comparer la mesure d’une jauge de déformation au résultat de simulation) mais pas comment le faire. Cette étape vous pose problème ? Découvrez comment la mener avec EikoTwin Lite.

• NASA-STD-7009, norme pour les modèles et simulations. Cette norme de la NASA donne des lignes directrices pour développer, vérifier et valider les modèles et simulations des systèmes aérospatiaux. Elle couvre l’ensemble du processus de modélisation et de simulation : exigences, vérification, validation et documentation.

Côté essais, de nombreux documents traitent des erreurs de mesure, notamment :

• ISO 5725, exactitude (justesse et fidélité) des méthodes et résultats de mesure. Cette norme ISO donne les principes généraux pour évaluer l’exactitude des méthodes et des résultats de mesure. Elle n’est pas propre à l’aéronautique, mais elle aide à comprendre l’analyse des incertitudes et la validation des systèmes de mesure.
• Il n’existe pas de norme universellement reconnue pour déterminer l’incertitude et le biais des mesures par corrélation d’images (DIC). La communauté DIC réunie dans l’iDICs a toutefois rédigé un guide des bonnes pratiques de la DIC (Good Practices Guide for DIC) qui aide les utilisateurs à identifier les sources d’erreur et à évaluer les erreurs aléatoires de leurs mesures. L’approche du « plancher de bruit » (noise floor) est celle que nous utilisons dans EikoTwin DIC. EikoSim est fière d’être membre de l’iDICs !

Ces documents et procédures peuvent servir de références pour mettre en place des pratiques VVUQ et des procédures d’essai dans un service d’ingénierie mécanique aéronautique.

Vérifiez toujours que vous consultez la dernière version de ces normes et lignes directrices, et complétez-les par d’autres ressources pour disposer d’informations à jour.

Les cadres d’évaluation VVUQ

Les normes VVUQ sont des outils utilisés par les leaders de l’industrie pour asseoir la confiance dans leurs simulations.

Mais comment évaluer le niveau de confiance actuel d’un processus de modélisation et de validation, sur lequel les ingénieurs s’appuient de plus en plus pour prendre des décisions importantes ?

C’est pour répondre à cette question que des cadres spécifiques ont été développés pour évaluer la maturité de la simulation dans une organisation ou un programme.

Certains secteurs ont adapté des échelles de maturité existantes (comme les TRL), mais les deux cadres suivants ont été conçus spécifiquement pour la simulation :

• La Credibility Assessment Scale (CAS) est un cadre de qualité développé par la NASA, qui intègre les activités de vérification, de validation et de quantification des incertitudes pour garantir la fiabilité et la précision des simulations numériques. La CAS met l’accent sur la vérification rigoureuse des codes, la validation par rapport aux données expérimentales et la quantification des incertitudes des résultats.
• Le Predictive Capability Maturity Model (PCMM) est un cadre de qualité complet développé par les laboratoires Sandia. Il vise à améliorer la capacité prédictive des modèles et des simulations, et donne aux organisations une démarche structurée pour évaluer et améliorer leurs capacités de simulation, avec les activités VVUQ comme composantes clés. Le document original (2007) a été suivi de plusieurs mises à jour : nous vous conseillons de parcourir les publications des auteurs pour rester à jour. Les mêmes auteurs ont publié en 2013 un livre très complet sur la VVUQ.

Les communautés VVUQ

Rejoindre une communauté consacrée à la vérification, à la validation et à la quantification des incertitudes permet d’élargir son réseau, d’accéder à des ressources et de partager ses connaissances.

Voici quelques communautés où échanger avec des experts et des praticiens de la VVUQ :

• Les sociétés savantes de votre domaine sont un bon moyen de rencontrer des experts VVUQ. Dans notre secteur, l’American Society of Mechanical Engineers (ASME) est une référence mondiale de la VVUQ. Participer à ses événements, à ses conférences et à ses groupes de travail vous mettra en relation avec des professionnels de votre secteur qui s’intéressent à la VVUQ.
• La NAFEMS est une communauté internationale consacrée notamment à la simulation et aux éléments finis. Son groupe de travail Simulation Governance & Management (SGMWG) s’intéresse à la VVUQ et a publié plusieurs documents très utiles, par exemple :
  • sa page d’introduction à la VVUQ, et une série de vidéos de discussion sur le sujet ;
  • pour aller plus loin, je vous recommande vivement son livre Engineering Simulation Quality Management, qui réunit les bonnes pratiques de VVUQ et de gouvernance de la simulation.

Autres ressources sur les exigences de validation

• Simulation Verification and Validation for Managers : si vous avez lu cet article jusqu’ici, vous vous demandez sans doute comment justifier ces efforts auprès de votre responsable. Ce livre a été écrit pour vous (et pour lui) !
• Des ingénieurs de Sandia ont développé un « Credibility Framework », un logiciel d’évaluation PCMM et PIRT. Je ne l’ai jamais essayé, mais il peut être un bon point d’entrée pour mettre en pratique les techniques VVUQ.

Pour revoir les bases, lisez aussi notre article Qu’est-ce que la VVUQ ?