Le mur d’images du CEA pour simuler les technologies nucléaires

Composante incontournable des études de conception et de sûreté des installations nucléaires, la simulation numérique dispose depuis quelques mois de son "mur d'images" à Saclay pour permettre aux ingénieurs de visualiser les phénomènes physiques en évolution pendant le fonctionnement ou le dysfonctionnement d'un réacteur.

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Le mur d’images du CEA pour simuler les technologies nucléaires

Pour mieux visualiser et analyser les simulations faites sur les réacteurs, les ingénieurs du CEA disposent désormais d’un outil innovant, le mur d’images. Installé à Saclay, l’outil collaboratif permet de représenter en 3D la modélisation des phénomènes physiques en pleine évolution qui se produisent dans les réacteurs en fonctionnement.

Les réacteurs nucléaires présentent un inconvénient d’importance pour leurs concepteurs. Comment en effet expérimenter un accident sur un réacteur, dont les conséquences peuvent être dévastatrices, à la différence d’un crash test effectué sur une voiture ? Pour comprendre le comportement des installations nucléaires en situation accidentelle, la simulation numérique est devenue incontournable. Elle leur permet en outre d’explorer des domaines difficilement accessibles, de comprendre les phénomènes physiques, jusqu’à l’échelle de l’atome, et de confronter ces modèles avec l’expérience.

« L’objectif de la simulation numérique est de mettre sous forme d’équations la physique et la chimie présentes dans le réacteur. Elle repose sur des codes de calculs qui décrivent de façon primitive un certain nombre d’installations plus ou moins complexes », explique Jean-Paul Deffain, chef du programme silulation au CEA-DEN.

Le mur d’images permet ainsi d’aborder des études multi-échelles, du réseau cristallin d’atomes jusqu’à des écoulements complets de fluides dans le réacteur. Pour en arriver là, des dizaines de milliers de "photographies" de la simulation numérique sont enregistrées en vue d’analyse. Ces "photographies" fournissent non seulement la position et la géométrie des objets simulés, mais aussi des centaines d’autres paramètres pour chaque élément de simulation. Un calculateur graphique extrait et prépare ensuite les données à visualiser, puis calcule les images qui sont envoyées sur le mur. Hormis pour le choix des couleurs qui permet de distinguer les phénomènes visualisés (différents flux, variations de température des différents composants), les images visualisées ne font l’objet d’aucun arrangement graphique. L’ensemble des points des images traduisent les résultats du code de calcul : nombre de particules, formes trajectoires, vitesse de déplacement…

D’une dimension de 5,5 m sur 3 m, le mur d’images offre une résolution de 6,4 millions de pixels soit 0,4 pixel au mm². L’écran est constitué d’un seul pavé monobloc et pèse 800 kg. La visualisation 3D est obtenue via l’utilisation de lunettes stéréophoniques, générant des images séparées sur l’œil droit et sur l’œil gauche.

Bien sûr les calculs présentent toujours un écart avec la réalité. Pour en évaluer l’importance et en tenir compte dans la simulation, des simulations réelles d’accident peuvent être effectuées sur des prototypes chauffés sans combustible nucléaire, mais qui permettent tout de même de reproduire les flux de chaleur présents dans le réacteur.

Arrêt sur une image d'un film projeté sur le mur d'images et simulant la perte de l'alimentation électrique des pompes primaires d'un réacteur de quatrième génération (Astrid) à neutrons rapides.

Différents logiciels applicatifs d'environnement et de post-traitement permettent de sélectionner certains aspects des phénomènes étudiés au détriment d'autres données et de les visualiser en 3D.

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