Plonger au cœur d’un réacteur nucléaire en fonctionnement depuis un simple ordinateur via une connexion Internet ? Ce qui relève encore du rêve pourrait rapidement devenir réalité. Même si de nombreux éléments existent déjà : couplage de modèles de simulation multi-physiques à différentes échelles, capteurs temps réel, recalage en ligne, modélisations 3D... Assembler toutes ces briques pour aboutir à des solutions fluides accessibles depuis un ordinateur de bureau vivant au rythme de la centrale est un véritable défi, relevé par la filière nucléaire française grâce au projet de Réacteur Numérique.

Source d’innovations, le numérique est au cœur de la transformation de la filière nucléaire française. Ainsi, depuis le 1^er janvier 2020, neuf acteurs se sont engagés à mutualiser leur expertise R&D pendant quatre ans afin de développer un jumeau numérique d’un réacteur nucléaire.

Piloté par EDF, le projet est financé par le Programme d’Investissements d’Avenir (PIA). Il est également soutenu par le Groupement des Industriels Français de l’Énergie Nucléaire (GIFEN) ainsi que par le pôle de compétitivité Nuclear Valley. Il contribue directement au Contrat Stratégique de la Filière Nucléaire et s’inscrit dans l’initiative Usine Nucléaire du Futur (vidéo).

Utile dès la conception jusqu’à la déconstruction en passant par l’exploitation et la maintenance, le Réacteur Numérique va fournir aux ingénieurs et exploitants un environnement intégré de visualisation des phénomènes physiques complexes, leur permettant d’aboutir à une simulation de plus en plus prédictive, et ce, en toute situation de fonctionnement (normal ou incidentel), même là où les données sont inexistantes.

Une plateforme de services de simulations avancées de la physique du réacteur sera développée pour les études. Elle sera proposée sous forme de services web sécurisés en ligne. Finis les outils métiers difficiles à installer et à faire évoluer ! Finies les mises en données interminables ! Ainsi, les clients français et étrangers pourront lancer en toute sécurité des calculs courants pour suivre et prédire leurs marges de sûreté à partir de leurs propres paramètres, qui feront ensuite appel à des supercalculateurs.

En s’appuyant sur les modèles les plus détaillés, le jumeau numérique du réacteur facilitera ainsi la spécification et la validation des exigences de sûreté, les études de fonctionnement et les requalifications fonctionnelles à la suite d’une modification de l’installation. Il améliorera la conception des moyens de conduite des centrales. Chaque étape de la conception ou de la modification d’une centrale pourra être simulée dans ses moindres détails et ce, de façon intégrée.

Formation et entraînement : Une autre plateforme de simulation du fonctionnement du réacteur, intégrant toutes les spécificités locales de chaque tranche et capable de se recaler grâce aux données acquises en temps réel, sera développée pour l’entraînement des opérateurs à la conduite. Elle sera également utile pour évaluer différents scénarios d’actions en dehors des opérations quotidiennes (arrêt d’une pompe, remplacement d’un matériel…), en permettant d’accélérer le temps afin d’anticiper les conséquences de telle ou telle décision. Elle s’appuiera sur des modèles de simulation réduits afin d’avoir des temps de réaction rapide, en temps réel.

Benoît Levesque, chef de file du projet du Réacteur Numérique

Ingénieur généraliste formé à l’École Centrale, Benoît Levesque a fait toute sa carrière dans le nucléaire, d’abord chez Framatome puis à EDF depuis 2000. Après avoir occupé différents postes en production puis à l’ingénierie nucléaire, il a rejoint EDF R&D en juillet 2018. Aujourd’hui pilote du « Réacteur Numérique », il met toutes ses compétences au service d’un projet de filière collaboratif de grande ampleur. Rencontre avec un véritable chef d’orchestre.

Si le Réacteur Numérique est bien un projet de R&D destiné à lever de nombreux verrous technologiques, il aidera à terme les industriels et les PME du secteur à développer des produits et services exploitables et commercialisables, contribuant ainsi à développer la compétitivité de l’écosystème français.

Gain de sûreté, requalifications fonctionnelles simplifiées, arrêts automatiques évités, baisse du coût des études… le Réacteur Numérique est essentiel pour développer le nucléaire.

« Le projet est centré sur le fonctionnement du cœur du réacteur et du circuit primaire. Son organisation est représentative de la coopération qui doit exister au sein de la filière pour relever les défis de demain… D’autres jumeaux numériques d’équipement ont été ou seront créés. Un fois que nous aurons tout intégré, nous aurons une véritable centrale numérique et immersive qui vivra au rythme de l’exploitation » promet Benoît Levesque

Avec le Réacteur Numérique, le GIFEN soutient un projet clé pour l’avenir de la filière

Créé officiellement en juin 2018, le Groupement des Industriels Français de l’Énergie Nucléaire, alias GIFEN, réunit aujourd’hui plus de deux cents entités adhérentes, qui vont des grands donneurs d’ordre aux PME et TPE du secteur. Syndicat professionnel porteur des enjeux collectifs, il s’intéresse de près au rôle du numérique dans la transformation et la compétitivité de la filière. Cécile Arbouille, sa déléguée générale, revient sur le projet Réacteur Numérique.

« C’est une réplique numérique et fonctionnelle d’une centrale nucléaire » résume Benoît Levesque, chef de file du projet à la R&D d’EDF. Ce clone digital permet de s’immerger virtuellement dans le fonctionnement d’un réacteur, d’accéder à toutes sortes d’informations sur le comportement de ses composants, ce qui est impossible à faire dans le monde réel. »

Pour ce faire, les partenaires s’appuieront sur de nombreux logiciels de simulation et codes de calculs capables de modéliser les différents phénomènes à l’œuvre dans un réacteur existent, mais l’enjeu est désormais d’aboutir à des clones représentatifs de chaque centrale (tranche) et non plus de chaque type de réacteur (palier). Pour cela, le Réacteur Numérique intégrera les données propres à chaque installation, qu’il s’agisse de données de conception, de gestion technique, d’historique du fonctionnement ou de mesures en temps réel.»

Les défis sont nombreux. « Nous avons identifié pas moins d’une vingtaine de codes de calculs et d’applications à coupler chez les partenaires, dont certains ont été conçus depuis 25 ans, tous dans des environnements informatiques différents » détaille Benoît Levesque.

Certains codes de calcul modélisent les aspects neutroniques, d’autres la thermo-hydraulique, la chimie, le comportement et la fiabilité des principaux équipements du circuit primaire ; certains sont focalisés sur un composant ou une opération particulière, d’autres abordent l’ensemble du système ; certains traitent de phénomènes à l’échelle système ; d’autres zooment sur le cœur du réacteur ou des portions de tuyauterie… Au-delà de l’interopérabilité, il va falloir orchestrer tous ces codes.

C’est pourquoi ce projet collaboratif associe des spécialistes du nucléaire (EDF, Commissariat à l'énergie atomique (CEA), Framatome, Corys), un laboratoire de recherche en automatisme du CNRS (le Centre de Recherche en Automatique (CRAN) de Nancy) et des entreprises aux compétences variées dans l’informatique, le traitement des données et la création d’interfaces comme Aneo, Boost-Conseil, ESI Group ou Axone.