SOFIA, un simulateur pour améliorer la sûreté des réacteurs

SOFIA,
simulateur d’étude
pour améliorer la sûreté
des réacteurs à eau sous pression
SOFIA : un simulateur pour anticiper et améliorer
la sûreté des réacteurs à eau sous pression
Parmi les moyens de l’IRSN disponibles pour
sa mission d’évaluation de la sûreté des réac-
Un simulateur d’étude est un système
teurs électronucléaires de puissance du parc
informatique permettant le calcul et le
français, SOFIA - Simulateur d’Observation
suivi en temps réel de l’évolution des
du Fonctionnement Incidentel et Accidentel -
paramètres physiques d’un réacteur
permet à l’Institut de réaliser des études
nucléaire. Il permet de simuler les
dans le cadre de ses missions d’expertise
défaillances de matériel et les actions
sur les réacteurs à eau sous pression. Avec
des opérateurs, d’arrêter le calcul pour
SOFIA, l’IRSN dispose ainsi d’une plate-
examiner l’état de l’installation à un
forme de modélisation représentative du
instant donné et de revenir en arrière,
fonctionnement des réacteurs de 900 MWe,
afin de modifier le scénario. Toutes
1 300 MWe, 1 450 MWe et de l’EPR. SOFIA
ces actions se font à partir d’une
permet de simuler une gamme étendue de
interface homme-machine conviviale
situations de fonctionnement, des états
matérialisée notamment par plusieurs
d’arrêt aux états en puissance. Afin de
écrans d’ordinateur.
disposer en permanence de configurations
conformes à l’état réel des installations,
son
architecture
informatique
moderne
et modulaire lui permet d’intégrer les
modifications introduites sur les réacteurs du
parc nucléaire français.
SOFIA : une utilisation performante pour l’évaluation
de sûreté, la formation et les exercices de crise
SOFIA permet d’améliorer la qualité de
(au rythme de 3 à 4 sessions de trois semaines
l’évaluation, de former les collaborateurs
par an, composées de 3 modules différents).
de l’IRSN ainsi que le personnel extérieur
et de préparer des exercices de crise.
Les exercices de crise
Les études en support
à l’évaluation de sûreté
Les scénarios des exercices nationaux de crise
à la charge de l’IRSN sont mis au point à
Les études réalisées viennent en support à
l’aide du simulateur et les données générées
l’évaluation de sûreté en particulier pour
sont utilisées lors de ces exercices.
l’analyse des systèmes, des incidents, de la
conduite en situation accidentelle et pour les
études probabilistes de sûreté, notamment.
La formation
Un outil moderne
d’étude et
de formation :
pour étudier le comportement
d’un réacteur nucléaire en
Le simulateur est l’outil de formation
fonctionnement normal ou
privilégié des ingénieurs de l’IRSN ou
lors d’accidents ;
d’autres organismes français et étrangers
au fonctionnement normal, incidentel et
accidentel des réacteurs à eau pressurisée.
Pédagogique, SOFIA illustre parfaitement
l’enseignement du fonctionnement des
systèmes et des circuits, ainsi que des
pour former le personnel
de l’IRSN et de l’ASN au
fonctionnement
en
situation
d’un
REP,
normale
ou
accidentelle ;
notions de sûreté, d’analyse physique et
pour préparer les exercices de
de conduite relatives aux accidents. Plus
crise nationaux à la charge de
de 800 stagiaires du niveau débutant à
l’IRSN.
celui d’expert ont été formés depuis 2000
Une équipe
d’experts
Une équipe d’experts de l’IRSN qui allient
des compétences sur le fonctionnement,
la physique et la sûreté des réacteurs, la
simulation et la formation, est dédiée
au développement et à l’exploitation du
simulateur SOFIA.
SOFIA : un domaine de simulation
très étendu
SOFIA représente le fonctionnement d’un
Le simulateur intègre également une descrip-
Grâce à cet outil adaptable, l’IRSN est en
réacteur à eau sous pression depuis l’état
tion conforme à l’installation :
mesure de maintenir son simulateur à jour
d’arrêt pour intervention jusqu’au fonction-
des circuits fluides connectés aux
nement à pleine puissance.
Le
domaine
transitoires
de
simulation
accidentels
pour
les
permet
la
circuits primaire et secondaire, qui sont
moins finement détaillés ;
des systèmes de contrôle-commande,
du
de protection et de sauvegarde, d’une
jusqu’au
début
de
la
dégradation du combustible.
partie de la distribution électrique ;
SOFIA utilise le code de calcul français
hydraulique
font
référence
pour
les
simulation pour faire progresser le niveau
à la diversité des besoins d’étude.
Le simulateur SOFIA bénéficie de
modélisations physiques au sommet
de l’enceinte de confinement ;
CATHARE, dont les modèles de thermo-
parc français et d’étendre le domaine de
de modélisation. Ceci lui permet de s’adapter
modélisation du comportement physique
réacteur
avec l’état réel des centrales nucléaires du
de l’état de l’art, représentatives de
du comportement neutronique du cœur.
l’ensemble des réacteurs nucléaires
industriels français et étrangers du nucléaire.
en exploitation et en construction en
Il garantit à l’IRSN des modélisations
France (y compris EPR Flamanville 3).
physiques au sommet de l’état de l’art.
Une interface
conviviale
Une visualisation réaliste
des phénomènes
Une interface conviviale permet à l’utilisateur
Sur SOFIA, les circuits d’un réacteur à eau sous
d’intervenir directement sur le déroulement
pression avec leurs différents organes sont
de la simulation pour générer des défaillances
représentés de manière réaliste. Le compor-
ou des actions de l’opérateur. Elle permet
tement thermohydraulique et les phéno-
également de connaître en temps réel les
mènes physiques sont illustrés en temps
valeurs mesurées par les capteurs et l’état
réel par des images animées. Ils présentent
des systèmes.
l’évolution locale des écoulements en
phases liquide et/ou vapeur. L’évolution des
paramètres physiques est calculée en temps
réel. Les écoulements sont ainsi illustrés
par des nuances de bleu en fonction de la
Réacteur EPR en fonctionnement normal : l’eau liquide
apparait en bleu foncé et l’eau à l’état de vapeur en blanc.
proportion d’eau liquide et de vapeur dans
le fluide.
SOFIA propose une image représentant
le découpage en mailles utilisé pour la
modélisation
des
circuits
primaire
et
secondaire, avec un affichage des valeurs
Les circuits d’un réacteur à eau sous pression avec
leurs différents organes (tuyauteries, générateurs de
vapeur, cuve, pompes, vannes…) sont représentés
schématiquement.
des paramètres thermohydrauliques calculés
dans chacune de ces mailles. Pendant la
simulation, l’utilisateur peut à tout moment
connaître l’état thermohydraulique d’une
partie du circuit en positionnant le pointeur
sur la maille correspondante.
Représentation dans CATHARE du découpage en mailles du
circuit principal d’un réacteur où dans chaque maille sont
résolues les équations régissant les phénomènes physiques.
SOFIA : une collaboration fructueuse
entre l’IRSN et Areva NP
Depuis 2006, SOFIA remplace progressive-
Une rénovation nécessaire
ment le précédent simulateur de l’IRSN
Un planning maîtrisé
- SIPA - en augmentant l’étendue de ses
L’IRSN et Areva NP, qui possédaient chacun
un simulateur depuis le début des années
fonctionnalités, de ses performances et de sa
convivialité
2006 - 2008 : la première partie du
projet, dédiée à la rénovation du simulateur
1990, se sont trouvés contraints de les
Dans le cadre de ce projet, un avenant a
pour les trois types de réacteur du parc
rénover pour des raisons d’obsolescence de
été signé en octobre 2009, entre l’IRSN
électronucléaire français (paliers 900 MWe,
matériels et de logiciels, mais aussi de coûts
et Areva NP, pour le co-développement
1 300 MWe et 1 450 MWe), a été réalisée à
de maintenance devenus prohibitifs.
d’une configuration correspondant à l’EPR
raison d’un palier par an.
L’IRSN et Areva NP ont ainsi signé en
2005 un accord de collaboration pour le
développement conjoint de deux simulateurs
d’étude identiques.
L’IRSN s’est ainsi doté, avec un coût
financier et humain maîtrisé, d’un simulateur
Flamanville 3.
Un outil adaptable pour reproduire
et analyser tout type d’accident
survenu sur des réacteurs à eau sous
pression (exemple : Three Mile Island).
2009 - 2010 : la deuxième partie du
projet, consacrée à l’amélioration de la
modélisation physique avec l’intégration
du code de thermohydraulique français de
référence « CATHARE » a été réalisée en
trois étapes : juin 2009 pour la fourniture du
d’étude convivial et pérenne, bénéficiant de
simulateur du palier 1 450 MWe, avril 2010
modélisations physiques au sommet de l’état
pour celle du palier 900 MWe et octobre
de l’art.
2010 pour celle du palier 1 300 MWe.
La
réalisation
été
confiée
de
la
rénovation
société
a
2009 - 2012 : la troisième partie du
canadienne
projet, dédiée à la réalisation d’une configu-
L-3 COMMUNICATIONS MAPPS Inc., dans
ration EPR Flamanville 3, a débuté fin 2009 et
le cadre d’un appel d’offres international
a été validée en septembre 2011. La livraison
mettant
d’une version intégrant le code CATHARE est
en
à
cette
concurrence
les
meilleurs
spécialistes.
programmée pour le printemps 2012.
SOFIA : Simulateur d’Observation
du Fonctionnement Incidentel et Accidentel
Représentatif des réacteurs de 900 MWe -
Simulation en temps réel sauf en
1 300 MWe - 1 450 MWe et du réacteur
situation très dégradée de la tranche.
EPR dans leurs états actuels.
Modélisation du comportement physique
Un outil adaptable à tout type de REP.
du réacteur jusqu’au début de la dégrada-
Code thermohydraulique CATHARE 2.
tion du combustible.
Modélisation 3D de la neutronique du
Simulation
possible du fonctionnement
cœur EPR.
depuis l’état à 100 % de puissance
Précision de la simulation de 1 000 à
nominale jusqu’à l’état d’arrêt pour
1 200 mailles pour la modélisation avec
intervention incluant les accidents
CATHARE.
associés.
L’IRSN : expert public national en matière de risques
nucléaires et radiologiques
L’Institut de radioprotection et de sûreté
Les exploitants sont responsables de la
L’IRSN,
nucléaire (IRSN), créé par la loi 2001-398 du
sûreté de leurs installations. Ils doivent
sûreté, sécurité et radioprotection
9 mai 2001 sous le statut d’établissement
démontrer la pertinence des solutions
nucléaires, évalue les dossiers soumis
public à caractère industriel et commercial
techniques et organisationnelles rete-
par les exploitants. Il analyse en
(EPIC), est l’expert public national des risques
nues à cet effet (dossiers de sûreté et
permanence les retours d’expérience du
nucléaires et radiologiques. L’IRSN concourt
études d’impact des rejets).
fonctionnement
aux politiques publiques en matière de
sûreté nucléaire, de protection de la santé
et de l’environnement contre les effets
des rayonnements ionisants. Organisme
de recherche et d’évaluation, l’IRSN agit
en concertation avec toutes les parties
concernées par ces politiques.
Les pouvoirs publics déterminent les
politiques de sûreté nucléaire et de
radioprotection. Ils organisent et mettent
en œuvre des contrôles conformément
à la loi 2006-686 du 13 juin 2006 relative à la transparence et la sûreté en
matière nucléaire.
spécialistes
techniciens.
l’environnement aux rayonnements et
propose des mesures visant à protéger
la population dans l’hypothèse d’un
accident. L’expertise de l’IRSN repose
sur ses activités de recherche, conçues
le
plus
souvent
dans
le
cadre
d’investigation
les
plus
Les Commissions locales d’informa-
Concepteurs constructeurs
Exploitants
tion (CLI) et le Haut Comité pour
En France, la prévention des risques
4 piliers complémentaires.
installations.
performants.
et
nucléaires et radiologiques repose sur
des
de
Il évalue l’exposition de l’homme et de
moyens
ingénieurs, chercheurs, experts, médecins,
vétérinaires,
français
international, qui lui assurent les
L’IRSN rassemble plus de 1 700 collaborateurs :
agronomes,
organisme
la transparence et l’information
Recherche
sur les risques
Parlement
IRSN, expertise
publique
Autorités
publiques
sur la sûreté nucléaire (HCTISN)
réunissent les acteurs sociétaux concernés
par les installations nucléaires. Ils cons-
Parties prenantes
(CLI)
Société civile
tituent des organes privilégiés pour
l’accès à l’information en matière de
sûreté, de sécurité, de santé publique et
Système de management
de la qualité IRSN certifié
Siège social
31, avenue de la Division Leclerc
92260 Fontenay-aux-Roses
RCS Nanterre B 440 546 018
Téléphone
+33 (0) 1 58 35 88 88
Courrier
BP 17 - 92262 Fontenay-aux-Roses Cedex
Site Internet
www.irsn.fr
Crédits photos : Noak/Le Bar floréal/IRSN
de protection de l’environnement.