La simulation numérique, indispensable outil du nucléaire

Fin 2011, le CEA a inauguré un mur d’images 3D sur son site de Saclay. Cet un outil unique en France aide les physiciens pour la visualisation et l’analyse des données. Il illustre le rôle croissant de la simulation numérique dans les recherches sur l’énergie nucléaire.

 

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La simulation numérique, indispensable outil du nucléaire
La simulation intervient notamment pour prévoir des évènement peu accessibles, comme la surchauffe d'un réacteur

Avec sa dalle unique de 800 kg, ses 5,5 sur 3 mètres offrant une résolution de 6,4 millions de pixels, le mur d’image 3D qui trône au site du CEA à Saclay (91) n’en a pas fini de faire causer physiciens et ingénieurs. Causer ? A propos des résultats de leurs simulations. Sur cet écran, ils peuvent en observer le rendu en trois dimensions. « C’est un outil précieux de communication entre des chercheurs de différentes disciplines », souligne Christophe Béhar, directeur de l’énergie nucléaire au CEA. « Grâce à ce rendu visuel, ils peuvent repérer tout résultat contre-intuitif issu de leurs calculs, en discuter, et décider de pousser la recherche plus loin ».

Ce nouvel équipement, installé depuis quelques mois, montre surtout le niveau de performance et l’utilisation croissante de la simulation numérique dans les recherches sur l’énergie nucléaire. Cette montée en puissance est liée à celle des moyens de calcul disponibles en France depuis cinq ans. Le CEA est ainsi passé d’une dizaine de millions d’heures de calcul sur processeur en 2007 à plus de 50 millions en 2011. Trois équipements principaux sont mis à contribution : un quart des calculs est assuré par des machines en interne ; un autre quart échoit aux supercalculateurs du centre de calcul recherche et technologies du CEA (CCRT). Enfin, une moitié revient aux supercalculateurs du GENCI, le grand équipement national de calcul intensif dont le pétaflop de capacité -10^15 opérations par seconde- est dédié à la recherche.

Réacteurs de quatrième génération

Les possibilités ouvertes par la simulation sont multiples : explorer des situations difficilement accessibles (notamment le comportement des installations en situation accidentelle), confronter les modèles théoriques à l’expérience, optimiser les coûts et les durées de conception...

Pour produire des simulations, les chercheurs modélisent les observations obtenues de l’expérience sous forme de lois physiques et les convertissent en codes informatiques. Agrégés et homogénéisés par des spécialistes du traitement informatique, ces codes ont donné lieu à quatre plates-formes correspondant aux quatre grandes disciplines du CEA : neutronique ; thermo-hydraulique ; comportement des matériaux sous irradiation ; mécanique de structures. Des outils de couplage permettent enfin de combiner ces plates-formes pour simuler des applications spécifiques : combustible, stockage des déchets, réacteurs de deuxième ou de troisième génération, etc. En particulier, ils sont prépondérant dans la conception des réacteurs à neutrons rapides, une technologie en gestation au CEA et potentiel candidat pour la construction de réacteurs de quatrième génération.

400 personnes travaillent au CEA pour la simulation numérique de l’énergie nucléaire, qui représente un axe de recherche à part entière. Le budget total du département de l’énergie nucléaire se monte à 1,3 milliards d’euros.

Hugo Leroux

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