{"id":3159,"date":"2018-12-18T19:31:27","date_gmt":"2018-12-18T18:31:27","guid":{"rendered":"http:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/science-pour-tous\/la-simulation-numerique-au-coeur-des-centrales-nucleaires\/"},"modified":"2018-12-18T19:31:27","modified_gmt":"2018-12-18T18:31:27","slug":"la-simulation-numerique-au-coeur-des-centrales-nucleaires","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.cinam.univ-mrs.fr\/cinam\/en\/events\/science-pour-tous\/la-simulation-numerique-au-coeur-des-centrales-nucleaires\/","title":{"rendered":"La simulation num\u00e9rique au c\u0153ur des centrales nucl\u00e9aires"},"content":{"rendered":"
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Par Alexandre Zappelli<\/em><\/p>\n

Qu'est ce que la simulation num\u00e9rique ?<\/h2>\n

Pour aborder un probl\u00e8me scientifique, il est souvent tr\u00e8s enrichissant de croiser les approches exp\u00e9rimentales et th\u00e9oriques. Cependant, il existe certains ph\u00e9nom\u00e8nes scientifiques que l'on ne peut pas exp\u00e9rimenter soit pour des raisons de co\u00fbt financier et\/ou pour des raisons de non faisabilit\u00e9 technique.<\/p>\n

Afin de faire progresser la connaissance sur ce type de probl\u00e8mes, on peut proposer une approche th\u00e9orique de mod\u00e9lisation math\u00e9matique. L\u00e0 encore il existe une difficult\u00e9 car pour de nombreux probl\u00e8mes nous ne pouvons pas r\u00e9soudre les \u00e9quations du mod\u00e8le qui serait le mieux adapt\u00e9. La simulation num\u00e9rique peut alors apporter une r\u00e9ponse par la r\u00e9solution approch\u00e9e de ces \u00e9quations au moyen d'un traitement informatique. Il est alors n\u00e9cessaire de d\u00e9velopper des algorithmes sp\u00e9cifiques et de disposer de moyens de calculs (ordinateurs sp\u00e9cialis\u00e9s) adapt\u00e9s au probl\u00e8me consid\u00e9r\u00e9.<\/p>\n

Ces derni\u00e8res ann\u00e9es, l'utilisation de l'outil num\u00e9rique s'est d\u00e9velopp\u00e9 de mani\u00e8re cons\u00e9quente dans de nombreux domaines de recherche.<\/p>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>

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Fonctionnement d'une centrale nucl\u00e9aire : quelques principes de base<\/h2>\n

L'\u00e9nergie fournie par une centrale nucl\u00e9aire a pour origine la fission d'un atome lourd en atomes plus l\u00e9gers. Cette fission est initi\u00e9e par une particule appel\u00e9e neutron. Chaque r\u00e9action de fission produit aussi des neutrons qui \u00e0 leur tour provoqueront de nouvelles fissions. Une r\u00e9action en cha\u00eene est ainsi \u00e9tablie. Le combustible des centrales (les atomes lourds), est constitu\u00e9 d'oxyde d'uranium enrichi. Parmi les produits de cette r\u00e9action (les atomes l\u00e9gers), se trouvent des gaz rares comme le x\u00e9non. Le combustible est encapsul\u00e9 dans une gaine m\u00e9tallique sous la forme d'un \u00abcrayon\u00bb de 4 m\u00e8tres de long et de 1 centim\u00e8tre de diam\u00e8tre constitu\u00e9 d'un alliage sp\u00e9cifique \u00e0 base de zirconium. Ces crayons sont plong\u00e9s au c\u0153ur du r\u00e9acteur et sont soumis \u00e0 des conditions physiques tr\u00e8s s\u00e9v\u00e8res. La temp\u00e9rature, la pression et le bombardement neutronique y sont tr\u00e8s forts.<\/p>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>

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Quelle est l'implication du CINaM dans ces questionnements ?<\/h2>\n

Dans le contexte de l'industrie nucl\u00e9aire civile, de nombreuses questions scientifiques concernant la physique et la chimie des mat\u00e9riaux \u00e9mergent. Des chercheurs du CINaM en collaboration avec des chercheurs de l'Institut de Radioprotection et de Suret\u00e9 Nucl\u00e9aire (IRSN) se sont saisis des probl\u00e8mes suivants\u00a0:<\/p>\n

Quels sont les effets (en particulier les effets m\u00e9caniques de gonflement) d'une production de gaz (le x\u00e9non) dans la matrice de combustible ?<\/p>\n

Apr\u00e8s un temps de vie sous des conditions extr\u00eames de fonctionnement d'une centrale nucl\u00e9aire, comment transporter, entreposer en recycler les gaines de combustible\u00a0?<\/p>\n

Pour tenter d'apporter des r\u00e9ponses, des mod\u00e8les \u00e0 l'\u00e9chelle de l'atome sont en cours de d\u00e9veloppement. Pour ce faire, il faut \u00eatre capable de d\u00e9crire les interactions entre les diff\u00e9rents atomes, puis dans un deuxi\u00e8me temps de d\u00e9crire leurs mouvements. Diff\u00e9rentes techniques issues de la physique quantique et de la physique statistique sont alors utilis\u00e9es. Ces simulations \u00e0 l'\u00e9chelle de l'atome sont limit\u00e9es dans la description de ph\u00e9nom\u00e8nes physiques sur des petites \u00e9chelles de temps et d'espace.<\/p>\n

Une autre pr\u00e9occupation actuelle des chercheurs est\u00a0:\u00a0\"comment faire le lien entre les simulations \u00e0 petite, moyenne et grande \u00e9chelle qui utilisent des techniques tr\u00e8s diff\u00e9rentes pour d\u00e9crire la mati\u00e8re ?\"<\/i>\u00a0L'objectif vis\u00e9 est d'\u00eatre capable de faire des pr\u00e9dictions sur le comportement \u00e0 grande \u00e9chelle des mat\u00e9riaux utilis\u00e9s dans les centrales nucl\u00e9aires en se basant sur la physique des ph\u00e9nom\u00e8nes \u00e0 l'\u00e9chelle atomique. Des pr\u00e9conisations concr\u00e8tes sur les limites d'utilisation de ces mat\u00e9riaux (vieillissement pr\u00e9coce, fragilisation m\u00e9canique...) devraient pouvoir \u00eatre donn\u00e9es aux autorit\u00e9s comp\u00e9tentes de s\u00e9curit\u00e9 nucl\u00e9aire ainsi qu'aux exploitants des centrales.<\/p>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div>

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Evolution temporelle d'une coupe d'un crayon de combustible soumis \u00e0 un fort bombardement neutronique. Au cours du temps les mat\u00e9riaux constitu\u00e9s de la gaine ext\u00e9rieure en zirconium et du combustible d'oxyde d'uranium se d\u00e9forment d'une mani\u00e8re caract\u00e9ristique. Des d\u00e9fauts sous forme de dislocations (fissures) apparaissent aussi nettement dans le combustible.<\/figcaption><\/figure>\n<\/div>\n<\/div><\/div><\/div><\/div><\/div>
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Pour en savoir plus<\/h2>\n