Framatome s’appuie sur l’expertise d’IMT Atlantique en ingénierie des systèmes et contrôle commande pour développer le mix énergétique

L’industriel Framatome reconnu pour ses solutions innovantes et ses technologies à forte valeur ajoutée à destination du parc nucléaire mondial vise à améliorer la flexibilité des réacteurs, permettant une conduite à la fois souple et optimisée en fonction des besoins des centrales dans le respect des règles de sécurité en vigueur. En effet les centrales ont été initialement conçues pour produire une puissance quasi-constante au fil du temps, qui pouvait jusqu’ici, encore aujourd’hui dans certains pays, être complétée par le charbon. Aujourd’hui ce complément est apporté par des énergies renouvelables. L’apport hydraulique initialement, puis plus récemment l'augmentation de la part du solaire et de l’éolien dans le mix énergétique a un bon impact sur la production d'électricité globale (réduction de CO2). Ces sources d’énergies intermittentes requièrent cependant l’utilisation de sources d’énergie complémentaires, capables de produire à tout moment et à un niveau modulable. La flexibilité opérationnelle des centrales nucléaires est un enjeu majeur dans ce contexte. Sa mise en œuvre passe par une adaptation de la puissance thermique du réacteur à la demande électrique et au service du contrôle de la fréquence du réseau. Cette adaptation réclame un contrôle précis, agile et sûr de la puissance du réacteur.

Deux thèses CIFRE par deux ingénieurs diplômés de l’Ecole.

La collaboration entre le DAPI et Framatome s’est nouée via le laboratoire SUBATECH de notoriété internationale dans le domaine du nucléaire. L’expertise en ingénierie des systèmes et contrôle commande des chercheurs a convaincu l’industriel et les premiers travaux ont débuté en 2014 et se sont traduits par le financement de deux thèses CIFRE conduites par deux ingénieurs diplômés d’ IMT Atlantique. L’étude systématique de possibilités nouvelles d’augmentation de la flexibilité des réacteurs à eau pressurisée a fait l’objet de la première thèse, en croisant deux disciplines pour atteindre des objectifs complémentaires : l’Ingénierie Système (IS) et l’Automatique. «L’expertise en automatique était portée par IMT Atlantique, explique Philippe Chevrel, responsable de l’équipe Commande du LS2N, tandis que Mines Alès encadrait le volet IS. La thèse a produit l’architecture et les moyens de réglage d’un système de contrôle-commande avancé, dit RMOSC pour Régulateur Multi-Objectif Supervisé du Cœur. Des simulations très précises ont pu montrer la pertinence de la solution proposée, et sa capacité à être optimisée au plus près des éléments du référentiel d’exigences.» Après avoir soutenu sa thèse en 2017, Lori Lemazurier (promo 2014) a été recruté en tant qu’automaticien chez Framatome. Il a ensuite été repéré et embauché par ArianeGroup.

La deuxième thèse, en cours, reprend les résultats très encourageants de la première, en focalisant davantage sur l’élaboration d’une solution industrialisable à court terme, adaptable à différents modes de pilotage historiques. « En France, certains PWR en activité sont dits pilotés en mode A, mode conçu essentiellement pour du fonctionnement à puissance stabilisée, poursuit Philippe Chevrel. Les modes G et T conçus et implémentés par la suite apportent une flexibilité opérationnelle accrue, qui peuvent cependant s’avérer insuffisante en regard des besoins accrus liés notamment à l’accroissement de la part de production d’énergie renouvelable. La solution à l’étude, à base de modèles dynamiques simplifiés du réacteur, possède un étage de supervision doté de capacités de prédiction. Elle a vocation à pouvoir être combinée avec les modes de pilotage actuels, afin de leur conférer un surcroit de flexibilité ». Guillaume Dupré (promotion 2018, double diplôme avec Polytechnique de Montréal) a entamé son doctorat sur ce sujet (Ecole Doctorale Mathstic) en 2019.

" Cette coopération est particulièrement fructueuse. Elle permet à Framatome d’envisager de nouveaux produits réellement innovants et performants pour ses clients, souligne Alain Grossetete, Senior Expert en conception coeur et pilotage réacteur, qui poursuit: "Dans l’industrie, les avancées sont le plus souvent évolutionnaires. Le pilotage des réacteurs, même s’il y a eu de notables évolutions entre les premières centrales en mode A (peu flexible) et le mode T de l’EPR (beaucoup plus flexible et complètement automatique) est basé sur des correcteurs PID (Proportionnel, Intégral, Dérivé). Cette technologie, très robuste, est la plus répandue dans l’industrie de la commande. Notre coopération avec l’équipe commande d' IMT Atlantique aboutit à une réelle avancée en introduisant notamment de la commande prédictive calculant des trajectoires optimales."  Aussi de nouvelles pistes de collaborations sont d’ores et déjà à l’étude.