Démarche de Vérification & Validation proposée par l’ASME

Terminologie adoptée par l’ASME

La suite du mémoire utilise les termes suivants et leur signification associée, telle que décrite dans le guide de l’ASME (2006).
• code : implémentation informatique d’algorithmes développés pour simplifier la formulation et l’approximation d’une famille de problèmes donnée.
• modèle : représentation conceptuelle, mathématique et numérique d’un phénomène physique expliquant des conditions ou un scénario de la réalité. Le modèle intègre la représentation géométrique, les équations principales, les conditions initiales et aux limites, le chargement, les modèles constitutifs, les paramètres liés aux matériaux, les approximations spatiales et temporelles et enfin les algorithmes de solution numérique.
• résultats de simulation : le produit généré par le modèle numérique.
• vérification : processus visant à déterminer que le modèle informatique représente correctement le modèle mathématique sous-jacent ainsi que ses solutions.
• validation : processus visant à déterminer dans quelle proportion un modèle est une « bonne » représentation de la réalité (dans la perspective d’une utilisation donnée).

Aperçu de la norme ASME V&V 10

Depuis toujours, les ingénieurs s’interrogent sur la validité des modèles qu’ils utilisent pour réaliser des simulations. En effet, même si on explique bien de nombreux phénomènes physiques grâce à des modèles mathématiques, des incertitudes persistent sur la validité des postulats (par exemple : homogénéité de la matière, exactitude des constantes, etc.) et sur le renseignement des conditions aux limites (ou encore initiales) ; de plus, ces modèles ne sont applicables que sous certaines hypothèses. De plus, les simulations numériques sont réalisées grâce à l’implémentation des modèles dans des programmes informatiques. De ce fait, le résultat de ces simulations est alors sujet aux possibles erreurs de programmation ou encore aux artefacts informatiques. Pour de démocratiser l’usage d’un vocabulaire lié aux activités de Vérification et Validation (V&V, cf. Sec. 1.1.1), l’ASME a publié plusieurs guides appliqués à la mécanique des fluides ou encore à la mécanique du solide (ASME, 2006) et (ASME, 2009). Ces guides constituent un outil de travail dans lesquels sont proposés des conseils et bonnes pratiques à adopter. Ainsi, ils permettent entre autres d’établir de façon appropriée un plan dans lequel sont décrites les différentes étapes de V&V.

La démarche V&V telle que décrite par l’ASME V&V 10 (ASME, 2006) repose sur les points clés suivants :
• La vérification (concerne les erreurs de programmation et de calculs numériques) doit précéder la validation (évalue la précision du modèle physique en comparant les prédictions avec des valeurs expérimentales).
• Les expériences nécessaires à l’évaluation de la précision du modèle doivent être cohérentes par rapport à l’utilisation in fine de ce dernier et doivent faire partie intégrante des activités du plan de V&V.
• La validation d’un système complexe doit être opérée de façon hiérarchique : en commençant du composant pour aller au niveau du système.
• La validation est propre au modèle numérique choisi et à l’utilisation que l’on compte en faire.
• Les résultats expérimentaux et de simulation doivent prendre en compte les incertitudes pour être en mesure d’évaluer leurs probabilités.

La documentation des différentes étapes du processus de V&V est primordiale pour assurer un travail de qualité et la pérennité de l’information. Pour ce faire, l’établissement d’un plan de V&V est particulièrement recommandé. Ce dernier doit être de préférence réalisé avant même d’avoir entamé les différentes étapes de V&V.

Les points clés à retrouver dans le plan de V&V tels que décrits par le guide de l’ASME (2012) sont les suivants :
a. une description du composant de plus haut niveau hiérarchique ;
b. une présentation de l’utilisation in fine du modèle de plus haut niveau hiérarchique;
c. pour chaque élément de la hiérarchie, on doit retrouver :
• une sélection des caractéristiques à étudier (i.e. : ce qui est mesuré, simulé, comparé) ;
• une présentation des vérifications nécessaires, y compris les logiciels utilisés et les tests de convergence réalisés ;
• la métrique utilisée pour comparer les valeurs simulées à celles mesurées ;
• la précision attendue du modèle ;
• les actions correctives à mener si le modèle ne respecte pas le niveau de précision;
• une liste des expériences à mener ;
• le coût estimé et un planning des tâches.

Un renseignement correct des points précédemment cités permet aux projets subséquents ou même futurs de bénéficier des connaissances acquises lors du processus de V&V

Bien souvent les composants de niveaux hiérarchiques proches peuvent présenter des modélisations similaires les unes des autres. Ainsi, la consultation de la documentation associée à un projet donné pourra être mise à profit dans un projet connexe. Enfin l’investissement en termes de coût et de temps réalisé dans la constitution d’une documentation de qualité permet à terme de réduire les coûts liés aux activités de V&V.