28 Mai. 2020

La R&D et le Grand Carénage

Programme industriel nucléaire majeur, le Grand Carénage s’appuie sur l’ensemble des acteurs engagés pour le prolongement de la durée de fonctionnement des installations nucléaires, en toute sûreté. Mobilisé depuis le lancement du programme, la R&D d'EDF est fortement impliquée dans cette aventure industrielle

Le programme du Grand Carénage

Engagé depuis 2014 par EDF, le Grand Carénage est un programme industriel de rénovation et de modernisation des centrales nucléaires existantes.

Ce programme comporte un ensemble de projets regroupés selon trois catégories d’activités :

  • Rénover ou remplacer les gros composants arrivant en fin de vie technique
  • Réaliser les modifications nécessaires à l’amélioration de la sûreté 
  • Assurer la pérennité de la qualification des matériels après 40 ans

Les travaux sont réalisés principalement lors des arrêts pour maintenance, mais aussi pour certains durant les périodes de fonctionnement des installations.
Le Programme Grand Carénage repose sur la coopération. Ce programme rassemble tous les acteurs concernés par cette aventure industrielle : l’équipe programme, l’ingénierie, l’exploitant, les fonctions support et les entreprises partenaires.
 

Le périmètre du programme :

 

Interview de Christophe Varé, Responsable du Programme Durée de fonctionnement

Quels sont les enjeux du Grand Carénage ?
Christophe Varé : Selon moi, il existe deux grands enjeux :

Le premier est de réussir le programme techniquement et industriellement. Le Grand Carénage est en effet vital pour EDF, dont la première source de production est le parc nucléaire. Son objectif principal est d’assurer une exploitation des centrales performante et rentable au-delà de quarante ans tout en continuant d’améliorer la sûreté. Evidemment, on doit s’assurer à tout moment que l’Autorité de Sûreté Nucléaire (l'ASN) est convaincue de la pertinence de ce programme dans sa conception et dans sa réalisation.

Le second enjeu est de maîtriser la dimension budgétaire. Ce programme représente un investissement extrêmement lourd et il faut donc arriver à le réaliser conformément au budget établi, voire à budget moindre, dans les délais et avec la qualité requise.
 

Comment la R&D d'EDF contribue-t-elle à ce programme ?

C.V : La R&D d'EDF a mis en place différentes approches qui lui permettent de contribuer au Programme Grand Carénage :

  • Nous intervenons ainsi dans le cadre de programmes de justification de la prolongation de certains composants. En particulier, nous avons développé des méthodes de vieillissement accéléré que nous appliquons à des équipements prélevés sur site après plus d’une trentaine d’années d’exploitation. On peut ainsi simuler 10, 20 ou 30 années d’exploitation supplémentaires en quelques mois et vérifier ensuite que l’équipement vieilli fonctionne correctement. Cette démarche est extrêmement performante pour justifier de la prolongation d’exploitation de composants et éviter ainsi leur remplacement.
  • La R&D d'EDF contribue aussi à la qualification de nouveaux équipements. Dans le cadre du programme Grand Carénage, certains matériels sont amenés à être remplacés ou rénovés. Nos équipes interviennent, en appui de l’ingénierie, pour la qualification de nouvelles technologies afin de s’assurer que les nouveaux équipements répondront correctement à leur fonction pendant les 10, 20 ou 30 années à venir.
  • La R&D d'EDF développe enfin des outils de gestion des actifs industriels qui permettent de réaliser des optimisations technico-économiques des stratégies de maintenance. Ces outils permettent d’évaluer plusieurs scénarios, d’analyser les risques qui leur sont associés et d’identifier les décisions les plus pertinentes et ainsi d’accompagner le parc de manière optimale pour les grandes opérations industrielles qui ont lieu tout particulièrement dans le cadre du grand carénage.
Quelles sont les action concrètes de la R&D d'EDF sur ce sujet ?

C.V : A titre d’exemple, la R&D d'EDF est intervenue de manière déterminante et a obtenu des résultats très positifs, sur la prolongation d’exploitation des câbles des réacteurs. Dans une centrale, il existe des milliers de kilomètres de câbles dont certains ont des fonctions de sûreté absolument primordiales pour la centrale. Dans la réalité, le remplacement massif de ses câbles paraît impossible. Nous avons donc dû démontrer que nous étions en capacité d’en prolonger la durée de fonctionnement, en toute sûreté évidemment, afin d’éviter leur remplacement. C’est en mettant en place, conjointement avec l’ingénierie une méthodologie innovante que nous avons pu mener à bien cette démonstration. Des câbles prélevés sur site ont été vieillis dans nos labos, puis testés via des essais réglementaires. Des outils de modélisation développés par la R&D d'EDF ont également été utilisés afin de conforter les résultats. Tout cela a permis à l’ingénierie de convaincre l’ASN de la robustesse de notre méthode et nous avons obtenu une autorisation d’exploitation de dix ans supplémentaires des câbles que nous avions étudiés sur la base de nos résultats. Le remplacement de ces câbles aurait coûté à l’entreprise des centaines de millions d’euros.

Nous travaillons également sur un certains nombres de matériels électriques comme les transformateurs et les alternateurs. Dans ces domaines, les nouveaux équipements peuvent faire appel à de nouvelles technologies dont il faut s’assurer qu’elles répondent bien à l’ensemble des contraintes très spécifiques du nucléaire. Les fabricants doivent mener un certain nombre d’actions de qualifications, une surveillance est faite par l’ingénierie avec l’appui de la R&D d'EDF, qui dispose de moyens de calculs et d’essais pour s’assurer de la conformité des résultats.

Enfin, la R&D d'EDF utilise de nouvelles approches comme celles proposée par les jumeaux numériques. Nous faisons cela pour optimiser la planification des opérations de nettoyage des générateurs de vapeur (GV) par exemple. Ces opérations coûteuses nécessitent plusieurs mois de préparation et sollicitent de manière importante les prestataires industriels. Grâce au jumeau numérique GV que nous développons, l’exploitant disposera d’informations fiables et actualisées qui lui permettront de décider de la pertinence des opérations lourdes qu’il envisage. Nous testons d’ailleurs cette méthode pour optimiser le bouchage des tubes GV dont dépend la durée de vie technique des GV. Autrement dit, nous voulons donner au parc les moyens de reporter certains remplacements de GV, une vraie ambition industrielle !
 

Pouvez-vous nous citer une ou deux pistes pour l'avenir ?

C.V : La première piste concerne les procédés de fabrication innovants.
C’est l’idée que des procédés de fabrication innovants comme la fabrication additive ou  la compaction isostatique à chaud pourraient permettre de produire des équipements à coûts moindres et/ou de qualité supérieure et plus facilement contrôlable. La contrôlabilité d’un équipement est un facteur clé de sa qualité et de son coût. Fabriquer un équipement aisément contrôlable sur toute sa durée de vie de l’équipement, est un investissement avec à la clé des gains non négligeables pour l’avenir.  

La deuxième piste porte sur la  maîtrise de la qualité des fabrications.
En décembre dernier, le Président d’EDF Jean-Bernard Lévy a lancé le Plan Excell, son programme de renforcement de la qualité industrielle du parc nucléaire. La R&D d'EDF travaille aujourd’hui à construire sa contribution à ce programme en lien avec la Direction Industrielle. Nous sommes en effet tout à fait pertinents pour apporter notre expertise dans les domaines importants pour EDF que sont le soudage et la maîtrise de la qualité des fabrications et des réparations…

Les travaux de la R&D d'EDF sur le Grand Carénage

Un programme dédié à la durée de fonctionnement du parc :

Le programme sur la durée de fonctionnement du parc nucléaire vise à acquérir et à capitaliser des connaissances relatives aux mécanismes de vieillissement ayant un impact significatif sur la durée de fonctionnement des tranches. Cette connaissance est également utilisée pour contribuer à la maîtrise des aléas génériques et pour optimiser les stratégies de maintenance, de rénovation voire de remplacement des matériels et structures importants pour la sûreté et la disponibilité.

Ce programme contribue à l’amélioration des performances actuelles du parc. Il englobe également le développement des méthodes et outils de contrôle et de surveillance des matériels (détection de vieillissement, dégradations, désordre) et les techniques de diagnostic et de pronostic qui s’y rapportent.

Les moyens d’essai utilisés par le programme Grand Carénage
  • VVPRO PREPA

L'application VVPRO Prepa est un outil numérique très puissant qui permet aux opérateurs de préparer leurs interventions et en particulier de se repérer de façon virtuelle, au centimètre près, dans le bâtiment réacteur des centrales nucléaires. Cet outil de repérage, de guidage, permet aux intervenants de s'approprier rapidement les lieux et l'espace du bâtiment réacteur, grâce à des visuels panoramiques et en 3D. Les techniciens gagnent ainsi en performance, sécurité et temps d'intervention.
 

  • LES JUMEAUX NUMERIQUES

Les jumeaux numériques permettent de récolter des données sur les équipements grâce à des capteurs placés sur l’objet physique et ainsi d’actualiser les informations sur l’objet virtuel. L’objectif est d’accéder à un maximum d’informations sur le comportement de l’objet physique grâce au numérique. Un moyen efficace pour évaluer les capacités actuelles et futures du matériel et d’en optimiser le fonctionnement.
 

VERCORS et son jumeau numérique

VERCORS est une maquette d’enceinte double paroi à l’échelle 1/3 construite sur le site d’EDF Lab les Renardières qui permet d’étudier le vieillissement des enceintes de manière accélérée. Cette maquette, qui « vieillit » neuf fois plus vite qu’un bâtiment réacteur réel, permet ainsi d’appréhender en accéléré le comportement du béton de l’enceinte après plusieurs dizaines d’années de fonctionnement. Un jumeau numérique de l’enceinte VERCORS a été développé. Il se nourrit des mesures réalisées en continu sur la maquette et permet ainsi de réaliser des études prédictives particulièrement précises.
 

Le jumeau numérique du Générateur de vapeur (GV)

La plateforme Jumeau Numérique GV permet de suivre l’historique de fonctionnement et le comportement de chaque générateur de vapeur du parc. Ces copies numériques se nourrissent des données récoltées en fonctionnement et par les contrôles réalisés lors des arrêts de tranche. Elles permettent de lancer des simulations pour tester des scénarios et se projeter dans le futur
 

  • MOSAIC - Méthodes et Outils au Service des projets d’Arrêt via les technologies de l’Information et de la Communication

MOSAIC est une plateforme de données qui fournit des services métiers en temps réel aux différents acteurs des arrêts de tranche (de l’intervenant terrain à la direction du Parc) à partir des données agrégées du Système d’Information de la Production.
 

  • Fabrication additive

La fabrication additive propose des procédés innovants de fabrication et de réparation pour les composants.
A l’échelle de la R&D d'EDF, une démarche d’évaluation de l’apport de ces nouveaux procédés pour les parcs nucléaires a été mise en place. La R&D d'EDF étudie ainsi les niveaux de performance atteints par ces procédés pour la fabrication et la réparation des composants afin d’évaluer dans quelle mesure ils pourraient être déployés sur le parc.

Les travaux de la R&D d'EDF ont pour objectif de démontrer l’apport de cette technologie notamment pour :

  • Améliorer la qualité des composants, en termes d’homogénéité chimique, métallurgique et mécanique ;
  • Optimiser la maintenance des parcs en traitant les problèmes d’obsolescence et en réduisant les stocks et les délais d’approvisionnement de pièces de rechange ;
  • Gagner en performance grâce à l’allègement des composants et au design optimisé.