Les ingénieurs utilisent des logiciels parce que les ordinateurs peuvent effectuer des analyses répétitives et des calculs de conception des milliers de fois plus rapidement que s’ils devaient le faire manuellement avec un stylo et du papier. En théorie, chaque conception introduite aboutit au même résultat, mais si vous demandez à 10 ingénieurs d’effectuer le même calcul à l’aide d’un logiciel de calcul, il y aura toujours une certaine différence dans les résultats. Nous interrogeons Dorien Elleboog, ingénieur support chez BuildSoft, sur la valeur de la validation des logiciels et des calculs.
Commençons par le début : qu’est-ce que la validation ?
La « validation », dans son sens le plus large, consiste à démontrer par la vérification qu’un dispositif, un système, un modèle mathématique ou un instrument est capable, avec un degré élevé de certitude, de produire les résultats escomptés.
Si l’on transpose ce concept aux logiciels d’analyse structurelle, il s’agit de vérifier, d’une part, si les données ont été introduites correctement dans le logiciel et, d’autre part, si le logiciel utilise des méthodes valables pour ses analyses et sa conception.
Pourquoi la validation est-elle si importante ?
Il ne faut jamais perdre de vue que le logiciel de calcul est un outil. Vous devez considérer le logiciel comme une calculatrice qui exécute une certaine donnée (= la géométrie, les charges) à travers certains algorithmes (= tels que le maillage et les paramètres d’analyse) et génère ainsi une certaine sortie (= les résultats). Au cours de ce processus, aucun contrôle de la cohérence ou de la logique de ces données n’est effectué. Si vous entrez des données erronées, vous obtiendrez des résultats erronés.
À aucun moment, Diamonds, ou tout autre logiciel de calcul, n’est en mesure d’interpréter ou de juger cette donnée ou cette sortie.
Il ne faut jamais perdre de vue que le logiciel de calcul est un outil. Vous devez considérer le logiciel comme une calculatrice qui exécute une certaine donnée (= la géométrie, les charges) à travers certains algorithmes (= tels que le maillage et les paramètres d’analyse) et génère ainsi une certaine sortie (= les résultats). Au cours de ce processus, aucun contrôle de la cohérence ou de la logique de ces données n’est effectué. Si vous entrez des données erronées, vous obtiendrez des résultats erronés.
À aucun moment, Diamonds, ou tout autre logiciel de calcul, n’est en mesure d’interpréter ou de juger cette donnée ou cette sortie.
Qui procède à cette validation ?
À mon avis, vérifier si les données saisies aboutissent au résultat souhaité (attendu) est une tâche personnelle et spécifique à un projet.
- Permettez-moi de mieux expliquer le mot « personnel ». Supposons que je impose certaines données à un logiciel, que je vérifie les résultats et que je conclus qu’ils ont un sens. Mais que vaut cette affirmation si je ne partage pas les données que j’ai utilisées et la manière dont je les ai saisies ? Car sans ces informations, personne ne peut apprendre à transmettre correctement ces données.
- « Lié au projet », parce que chaque projet a son propre ensemble de problèmes. La validation d’un projet n’est pas nécessairement valable pour un autre.
J’espère donc que les utilisateurs de notre logiciel ne seront pas les seuls à valider leurs propres calculs, mais aussi ceux de leurs collègues. Car ces discussions, ce partage d’idées et de connaissances, sont inestimables.
En outre, il ne faut pas oublier les mécanismes de contrôle externes, tels que Seco (BE), Vinçotte (BE et FR), Socotec (BE et FR).
Validez-vous vos logiciels vous-mêmes ?
Absolument ! Avant chaque version, les fonctionnalités nouvelles et existantes (telles que les méthodes de calcul pour l’analyse et la conception) sont testées.
J’ai passé beaucoup de temps à chercher un moyen de publier ces tests de manière simple, et entre-temps une sélection de ces tests de validation se trouve sur notre site web d’assistance.
Nous avons tenté de couvrir un large éventail de calculs : charges, béton, acier, incendie, analyse statique et modale. Cette liste est en cours d’élaboration. Si je trouve quelque part un exemple de calcul qui peut ajouter de la valeur à la liste, il sera ajouté.
Les exemples ont parfois été repris mot pour mot de la littérature, parfois ils ont été inspirés par celle-ci ou parfois il s’agit de calculs purement manuels.
J’espère que ces exemples aideront nos utilisateurs à mieux comprendre le fonctionnement de Diamonds.
Les calculs manuels, constituent-ils un premier pas vers la validation ?
Il est bon d’avoir une idée de l’ordre de grandeur des résultats à calculer. Un calcul manuel est certainement nécessaire dans ce cas.
L’objectif d’un calcul manuel n’est pas d’obtenir exactement le même résultat que le logiciel, mais plutôt un résultat « acceptable ».
En règle générale, vous pouvez considérer que si les résultats d’un calcul manuel diffèrent de moins de 10 % des résultats du logiciel [1], le logiciel et votre calcul manuel sont tous deux corrects. Si les résultats diffèrent de plus de 20 %, vous avez commis une erreur quelque part. En supposant que le calcul manuel soit correct, l’erreur se situe très probablement au niveau de… :
- une entrée incorrecte
Par exemple: mauvaises conditions limites, mauvaise couverture concrète, … - ne pas comprendre le fonctionnement des paramètres (par défaut)
Par exemple: les paramètres pour le maillage - ne pas comprendre le fonctionnement du logiciel
Par exemple: utiliser inutilement des excentricités - ne pas comprendre les limites du logiciel
Par exemple: modéliser des éléments volumineux dans un logiciel qui n’est pas adapté à cela.
Voici quelques exemples spécifiques dans Diamonds pour clarifier ce point :
- Lorsque le maillage est généré, l’algorithme de maillage de Diamonds détecte si deux surfaces sont adjacentes ou non. Si deux surfaces sont adjacentes, leur bord commun est coloré en rose. Lorsqu’une surface n’est pas adjacente à une autre surface, le bord concerné est coloré en vert. Un bord vert est donc équivalente à un bord où aucune force n’est transférée.
Supposons que je crée un modèle Diamonds dans lequel les murs de deux étages ne sont pas parfaitement superposés. L’algorithme de maillage voit que les murs ne sont pas parfaitement alignés et colore en vert le bord entre les deux murs… Bien qu’il devrait être rose parce que je veux que les deux murs s’accrochent l’un à l’autre.
À aucun moment Diamonds ne dira : « Hé Dorien, fais attention, parce que je ne pense pas que ces deux murs soient bien superposés ! Car pour Diamonds, il ne s’agit pas de deux murs l’un sur l’autre, mais de deux surfaces qui se trouvent quelque part dans un espace tridimensionnel.
À première vue, il n’y a rien à redire à cette géométrie.
Si vous vérifiez la position des bords verts, vous pouvez voir que quelque chose ne va pas.
- Diamonds calcule la flèche d’une dalle, mais ne peut pas vérifier si cette flèche est satisfaisante. Cela est dû à la longueur de la portée : si la dalle n’a pas de direction préférentielle et une forme erratique comme dans l’exemple à côté, il existe de nombreuses options pour la portée : la ligne jaune, la ligne orange, la ligne bleue, la ligne verte …. En tant qu’ingénieur structurel, je peux comprendre cela, mais Diamonds ne le peut pas. En effet, le programme ne voit que les lignes qui font partie d’une plaque.
Les calcul manuels ont-ils donc sacrés?
Non. Je pense que toute méthode de calcul ou tout outil de calcul a ses limites. Les calculs manuels aussi. Les logiciels de calcul peuvent prendre en compte des effets qui sont négligés dans les calculs manuels… Alors qu’en pratique, ces effets ne sont pas négligeables ! Une certaine prudence est donc de mise.
Existe-t-il des moyens de validation ?
Juger si un résultat a du sens ou non demande de l’expérience. Cette intuition s’acquiert par l’esprit critique, la simplification et la dissection.
Un calcul manuel sera certainement utile, mais il ne faut pas non plus sous-estimer la valeur ajoutée de la formation, d’une base de connaissances interne, de procédures internes et du soutien de collègues plus expérimentés. En tant qu’ingénieur, vous devez être ouvert à l’apprentissage tout au long de votre carrière.
Un ingénieur est un étudiant éternel
Chez BuildSoft, nous proposons des formations sur l’utilisation du logiciel au moins trois fois par an (aller au calendrier). Cette formation va du clic sur les bons boutons à l’approfondissement de l’Eurocode, en passant par la connaissance des raisons pour lesquelles les choses sont telles qu’elles sont. Nous disposons également d’une base de connaissances étendue et des formations en ligne via l’e-learning.
Avez-vous des conseils à donner aux lecteurs ?
Je pense que la caractéristique la plus sous-estimée de Diamonds est la configuration du maillage. Voir l’exemple de sur la page précédente.
J’ai encore trop souvent l’impression que les utilisateurs pensent : « Diamonds calcule, donc les résultats seront logiques ». Lors de la conception, certaines bizarreries apparaissent quand même et la question « D’où cela vient-il? » se pose. Je crains alors pour l’utilisateur inattentif, qui ne remarque pas les bizarreries dans les résultats… Alors que 98% des problèmes d’un modèle sont en fait déjà visibles dans le maillage. Je ne répéterai donc jamais assez « vérifiez le maillage ». C’est en forgeant qu’on devient forgeron.
Literature:
[1] Validating the results of structural engineering software, Cliff Swinger (Structure magazine article)
[2] Quality assurance for structural engineering firms, Cliff Swinger
