Bientôt un jumeau numérique de chaque réacteur

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 1er 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).

Des réacteurs nucléaires à leurs jumeaux numériques

Une aide à la conception et à l’exploitation

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.

Un environnement de simulation sécurisé

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

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.

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En quoi consiste le Réacteur Numérique ?

C’est la construction d’un clone numérique qui va nous permettre de reproduire sur ordinateur tout le fonctionnement d’une centrale nucléaire. Les applications sont nombreuses aussi bien dans la formation, l’entraînement, l’exploitation que la conception et le démantèlement de centrales. C’est un important projet transversal pour la filière, mené par un groupe de neuf partenaires et financé au titre du Programme d’Investissements d’Avenir (PIA).

Qu’est-ce qui vous a amené à piloter ce projet ?

J’ai occupé des postes très variés depuis mon arrivée à EDF. D’abord du côté exploitation en tant que manager des équipes de maintenance et de modifications à Fessenheim, puis manager tertiaire du site de Paluel. J’ai également travaillé sur les systèmes d’information des données d’exploitation et sur la conception de l’EPR. En 2018, j’ai rejoint EDF R&D pour étudier le potentiel des technologies numériques dans le cadre de la maintenance, de l’exploitation et de la formation, prémices du Réacteur Numérique. Du fait d’avoir travaillé autant à l’exploitation qu’à l’ingénierie nucléaire, je me mets facilement à la place de chacun et je vois à quoi le Réacteur Numérique va servir. J’avais déjà découvert l’intérêt des programmes collaboratifs et multidisciplinaires dans ma mission précédente sur les innovations numériques pour le nucléaire. Du coup, j’ai été très intéressé par ce nouvel axe de digitalisation du nucléaire.

Comment conduit-on un projet d’une telle ampleur ?

C’est un vrai défi car le Réacteur Numérique implique une centaine de personnes dans différentes organisations pendant quatre ans. Je me vois avant tout comme un chef d’orchestre de compétences et de talents. Il faut faire confiance aux personnes, fédérer et mobiliser les équipes, travailler en mode agile et savoir s’adapter en permanence. En parallèle de mon poste à EDF R&D, je siège dans le comité de direction d’un fonds d’investissement pour des startups. Elles doivent convaincre leurs clients potentiels, leurs financiers, faire un business plan… Cette façon de gérer m’inspire. Nous aussi, nous devons convaincre, nous adapter afin de produire de nouveaux produits et services d’ici 2023.

À vos yeux, quelles sont les clés du succès d’un tel projet ?

Le plus important est de savoir écouter les attentes de chacun, contributeurs du projet, parties prenantes et futurs utilisateurs des produits et services, et bien rechercher l’efficacité pour atteindre l’ambition affichée. Avec tous les experts impliqués, tous spécialistes dans leur domaine, il me tarde de voir les résultats de cette belle alchimie !

Un enjeu pour la filière

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

Cecile Arbouille

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.

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Pourquoi avoir choisi de soutenir ce projet ?

Nous accompagnons ce projet car il est exemplaire pour la filière, notamment par sa dimension collective. Il regroupe neuf partenaires clés et rassemble les grands donneurs d’ordre, des PME, des ETI et des laboratoires de recherche afin de bâtir une offre de produits et de services de simulation unique et innovante dans le domaine de la physique des réacteurs.

Ce programme d’investissements pour l’avenir de la filière nucléaire va offrir à tout exploitant un jumeau numérique représentatif de son installation pour pouvoir s’entraîner à la conduite des réacteurs, quand il le souhaite. Il va également permettre d’offrir aux services d’ingénierie et aux nombreux bureaux d’études de la filière un environnement de calculs basé sur les meilleures techniques disponibles, tant au niveau des puissances de calculs que des codes scientifiques à la pointe de l’état de l’art.

Quel est le rôle du GIFEN dans le projet ?

Le GIFEN était en cours de constitution début 2018. Dominique Minière, alors futur président du GIFEN, a soutenu l’instruction du dossier en adressant un courrier au Secrétariat Général pour l'Investissement garantissant le sérieux du projet et explicitant tout l’intérêt industriel et économique que la filière peut retirer de ses résultats. Les membres du consortium viennent régulièrement nous rendre compte de leurs avancées au sein de la commission numérique. Nous interviendrons tout au long du projet pour en valoriser les résultats et porter l’offre de services qui en découlera.

Pourquoi ce projet est-il important pour la filière ?

Le Réacteur Numérique contribue directement au Contrat Stratégique de la Filière Nucléaire. Il vise à garantir le maintien des compétences et l’expertise de la filière nucléaire, et à structurer la démarche d’innovations grâce au numérique.
Il valorise, fait savoir et fait partager le meilleur de la simulation numérique dans le nucléaire. Chaque réacteur du parc nucléaire français disposera ainsi d’un clone numérique représentatif de son fonctionnement et qui évoluera au rythme de l’usine, sur tout son cycle de vie. Tout ce savoir-faire accumulé par la filière pourra être mis au service d’autres exploitants.
Enfin, ce projet accélère la différenciation avec la concurrence internationale par l’innovation et la fédération des principaux acteurs du domaine de la simulation numérique pour la physique des réacteurs.

De quoi s’agit-il ?

Qu’est-ce que le jumeau numérique d’un réacteur ?

« 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 bénéfices pour l’exploitant

Le projet Réacteur Numérique est un outil essentiel pour l’entraînement des opérateurs et la performance du parc.

De nombreux défis

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.

Réacteur Numérique : Carte d’identité