Le microréacteur qui transforme les déchets nucléaires en énergie propre et décarbonée
Selon l’Agence internationale de l’énergie*, la consommation mondiale d’énergie devrait quasiment doubler d’ici 2050. Outre que l’offre ne pourra pas suivre la demande, les pressions visant à inverser la tendance du changement climatique impose à la société de limiter sa dépendance aux combustibles fossiles, au profit d’une production énergétique à faible émission de carbone. Pour relever ce défi, une entreprise française développe une microcentrale nucléaire innovante qui fournit aux industriels une source d’énergie propre et fiable, tout en éliminant les déchets radioactifs du processus.
NAAREA a pour mission d’offrir une énergie abondante, décentralisée et sans carbone à grande échelle. Pour atteindre cet objectif ambitieux, la start-up met au point le XAMR® (eXtrasmall Advanced Modular Reactor), un microréacteur à neutrons rapides. Pour produire de la chaleur et de l’électricité sans émettre de gaz à effet de serre, le réacteur utilise des sels fondus comme liquide de refroidissement et des déchets nucléaires à vie longue comme combustible. Le XAMR transformera le combustible nucléaire radioactif usagé, issu de la filière nucléaire conventionnelle, en nouvelle source d’énergie. Il occupera ainsi une place cruciale dans l’économie circulaire.
* “Net Zero by 2050 – A Roadmap for the Global Energy Sector”, International Energy Agency, May 2021
00:00 – 00:14
Jean-Luc Alexandre, Président-Fondateur, NAAREA:
NAAREA a pour ambition de participer à la décarbonation de la planète et de fournir la demande énergétique qui va être colossale dans les 30 prochaines années. La contrainte principale, c'est le temps.
00:15 – 00:26
Timothée Kooyman, Directeur technique et adjoint aux opérations, NAAREA:
Pour développer le réacteur nous utilisons principalement la suite 3DEXPERIENCE de Dassault Systèmes, qui fournit l'ensemble des outils de traçabilité, d'ingénierie et de calcul pour la conception du réacteur.
00:27 – 00:37
Jean-Luc Alexandre:
NAAREA est une jeune entreprise française qui développe des micro générateurs nucléaires de quatrième génération, sels fondus, neutrons rapides pour produire de l'électricité et de la chaleur à partir de déchets nucléaires.
00:38 – 00:46
Timothée Kooyman:
On est sur un projet qui est extrêmement ambitieux. On veut le faire vite. Sans perte d'informations. Et en garantissant un bon niveau à la fois de traçabilité et de sûreté.
00:47 – 01:03
Jean-Luc Alexandre:
La plateforme 3DEXPERIENCE, c'est la colonne vertébrale du projet sur plusieurs décennies. Le jumeau numérique va permettre non seulement la conception, la mise au point, mais il va permettre de supporter les démonstrations de sûreté et de sécurité, la fabrication, le déploiement, l'exploitation, la maintenance jusqu'à la fin de vie du réacteur.
01:04 – 01:41
Timothée Kooyman:
Le jumeau numérique chez NAAREA repose sur trois piliers. Le premier, c'est la partie modèle 3D du réacteur et de l'ensemble des pièces sur lequel on va ajouter l'ensemble de ce qui est suivi de modifications et suivi de configuration. Le deuxième pilier, c'est la partie simulation, On va faire des calculs mécaniques, thermo-hydrauliques, de simulation de dynamique des fluides, de neutronique. La 3DEXPERIENCE permet, de faire directement des simulations sans avoir à passer par des étapes assez chronophage de conversion de données. Et le troisième pilier, c'est la partie traçabilité des données d'ingénierie, traçabilité des requis et des exigences. On vérifie que ce qui a été fait, ça a été fait correctement par les personnes qualifies et que ça répond bien aux besoins.
01:42 – 01:52
Jean-Luc Alexandre:
Un jumeau numérique permet de gagner de la vitesse au démarrage et permet d'accélérer le déploiement. Nous avons réussi à développer la première version du jumeau numérique en seulement 18 mois. Ce qui est un record.
01:53 – 02:02
Timothée Kooyman:
La solution Cloud faisait qu'on avait dès le début un outil complet sur lequel on pouvait directement travailler. Il n'y avait pas besoin d'avoir monté des serveurs et un service informatique en interne.
02:03 – 02:10
Jean-Luc Alexandre:
NAAREA, c'est un projet multi-système extrêmement complexe. Vous avez tout un tas de différentes disciplines qu'il faut pouvoir agréger ensemble.
02:11 – 02:33
Timothée Kooyman:
En termes de systèmes, il y en a à peu près une trentaine. Mais chaque système est ensuite subdivisé entre cinq et 50 sous-systèmes. Donc, on a plusieurs milliers de pièces. L'ensemble de l'ingénierie, travaille surtout sur les applications de la 3DEXPERIENCE qui permettent de faire de la simulation systèmes. Le fait d'utiliser la 3DEXPERIENCE permet d'avoir un point d'entrée unique, à savoir l'ensemble de l'information est sur une seule plateforme et c'est elle qui fait foi.
02:34 – 03:12
Jean-Luc Alexandre:
Le rôle d’Assystem, c'est de savoir paramétrer l'ensemble de la plateforme 3DEXPERIENCE et de pouvoir l'agréger avec l'ensemble des outils de calcul scientifique. Assystem a permis de mobiliser en un temps record des ingénieurs de très haut niveau qui permettent de réaliser cette intégration. La 3DEXPERIENCE permet de garantir une plateforme numérique commune à l'ensemble des collaborateurs et permet ce qu'on appelle la continuité numérique, ce qui est absolument capital sur un projet de cette complexité. Tout projet complexe aujourd'hui qui veut démarrer doit avoir son jumeau numérique.
« Une fois construits, les réacteurs XAMR feront à peu près la taille d’un bus et pourront être installés à proximité du site client, sans alimentation externe par le réseau », déclare Jean-Luc Alexandre, président-fondateur de NAAREA. « Cela en fait une solution idéale de fourniture d'énergie sans carbone, sûre et accessible à tous, même dans les régions isolées ou les pays en développement où les réseaux électriques sont limités. »
« La puissance du réacteur est extraite à l’aide de circuits à sels fondus pour transporter la chaleur soit vers le client, soit vers une turbine à dioxyde de carbone qui produit de l’électricité », ajoute Timothée Kooyman, directeur technique et adjoint aux opérations chez NAAREA. « La chaleur résiduelle provenant du refroidissement de la turbine est également récupérée pour chauffer ou rafraîchir. Ce système à haut rendement utilise l’atmosphère comme source pour refroidir le réacteur, sans masse d’eau nécessaire. »
Si la solution énergétique proposée par NAAREA est novatrice, son approche de développement l’est tout autant. L’entreprise a d’abord créé une version fonctionnelle du XAMR dans un environnement virtuel intégré pour gérer l’ensemble de ses processus de conception, d’ingénierie et de fabrication. Tout est maîtrisé depuis la plateforme 3DEXPERIENCE® sur le cloud.
Nous avons réussi à développer la première version du jumeau virtuel en seulement 18 mois, ce qui est un record.
Premier jumeau virtuel du XAMR
Seulement 18 mois auront suffi à NAAREA pour configurer le premier jalon du jumeau virtuel du XAMR avec CATIA sur la plateforme 3DEXPERIENCE. En appliquant les méthodes d’ingénierie système basée sur les modèles ou MBSE (Model-Based Systems Engineering) où toutes les disciplines et l’ensemble des systèmes sont interconnectés dès le départ, les ingénieurs de NAAREA ont pu valider l’architecture, la taille et la fonctionnalité du réacteur, et définir l’interface entre ses sous-systèmes dans un environnement virtuel. Ce jumeau virtuel assurera une continuité numérique tout au long du cycle de vie du réacteur.
Les ingénieurs bénéficient d’un environnement sécurisé pour collaborer et peuvent accéder à toutes les applications dont ils ont besoin en un lieu unique. Ils travaillent sur un jumeau virtuel partagé du XAMR qui englobe de multiples dimensions, notamment les exigences opérationnelles et de sécurité, le comportement dynamique et l’analyse fonctionnelle, les schémas en 2D et la maquette numérique en 3D.
« Nous visons une mise sur le marché d’ici 2030 ; nous devons donc agir vite », déclare Jean-Luc Alexandre. « Le jumeau virtuel est la meilleure solution pour atteindre cet objectif. C’est un fantastique accélérateur. L’une des fonctionnalités clé est la possibilité de combiner conception et simulation au fur et à mesure du développement du réacteur, afin de tester nos idées et s’assurer qu’elles méritent d’être développées. La plateforme 3DEXPERIENCE permet vraiment de travailler de manière collaborative. »
Quelle que soit la partie du réacteur ou la discipline, les ingénieurs conçoivent en contexte de sorte que l'expert en mécanique peut voir ce qui est fait au niveau hydraulique ou électrique.
« Le réacteur compte plusieurs milliers de pièces connectées les unes aux autres et leurs interfaces doivent être connues pour que chacun soit informé de toute modification », déclare Timothée Kooyman. « À terme, lorsqu'on cliquera sur une pièce, par exemple une vanne, on saura qui l’a conçue et pourquoi, ainsi que les calculs, exigences et spécifications associés. On pourra également accéder à son dossier de fabrication et d’assemblage, et savoir quand la remplacer ou en assurer la maintenance. »
Le partenaire technologique de NAAREA, Assystem, joue un rôle clé dans la réalisation du XAMR et de son jumeau virtuel. Forte de son expertise dans le secteur nucléaire, la société d’ingénierie fournit à NAAREA des services de gestion de projet, d’intégration et d’ingénierie. Assystem l’accompagne dans les étapes fondamentales du projet et le respect de la conformité avec les réglementations de sécurité en vigueur, et s’assure que le développement du XAMR reste sur la bonne voie.
« Assystem a contribué à créer le jumeau virtuel du réacteur et à connecter les sous-systèmes entre eux, ainsi que les processus associés », explique Jean-Luc Alexandre. « Leur connaissance de la plateforme 3DEXPERIENCE implique qu’ils savent créer les bons paramètres et flux opérationnels, et nous guider pour exploiter pleinement le potentiel de cette solution. Nous partageons la même vision et, ensemble, nous nous engageons pour un monde sans carbone. »
Tests et simulations virtuels au cœur de la sûreté
La capacité de modéliser et de simuler simultanément permet à NAAREA de travailler plus rapidement. Cette approche combinée appelée MODSIM est également essentielle à l’entreprise pour obtenir la certification du XAMR auprès des autorités de sécurité régionales et internationales. NAAREA effectue des essais en laboratoire et alimente le jumeau virtuel du réacteur avec les données de ses expériences afin de tester les paramètres de sécurité et d’analyser les performances opérationnelles avant la production de prototypes physiques.
« Les données liées aux tests, aux résultats de simulations et aux révisions de conception sont enregistrées dans le jumeau virtuel », explique Jean-Luc Alexandre. « Cette traçabilité est essentielle pour les autorités de sûreté. Elle nous assure de pouvoir traiter toute modification et détecter tout écart dans la gestion de configuration. Les capacités du jumeau virtuel sont un précieux atout pour démontrer la sûreté du réacteur dans le cadre du processus réglementaire. »
Afin de tester divers scénarios avant la mise en production du XAMR, NAAREA utilise la puissance de SIMULIA sur la plateforme 3DEXPERIENCE pour reproduire le comportement des matériaux du réacteur et effectuer les calculs mécaniques, thermo-hydrauliques, de dynamique des fluides et de neutronique.
« Le réacteur est refroidi par un mélange de sels fondus et alimenté par des combustibles irradiés provenant de la filière nucléaire conventionnelle », précise Timothée Kooyman. « C'est une nouvelle approche et nous voulons avancer rapidement. D’ici cinq ans, nous souhaitons réaliser toutes les étapes d’ingénierie sans perte d’information, tout en garantissant un haut niveau de traçabilité et de sécurité. »
Connecter les acteurs et les systèmes sur une plateforme unique
En opérant sur le cloud, NAAREA a pu concrétiser sa vision à une vitesse sans précédent et l’adapter à l’évolution de ses besoins.
« Notre objectif est très ambitieux : mettre les réacteurs en service avant la fin de la décennie », déclare Timothée Kooyman. « En utilisant la plateforme sur le cloud dès l'origine du projet, nous avons bénéficié d’une solution complète et prête à l’emploi, sans avoir à mettre en place de serveurs et un service informatique interne. »
Les fonctionnalités d’ENOVIA, inhérentes à la plateforme 3DEXPERIENCE, supportent la gestion du volume considérable de données générées. Elles permettent aux utilisateurs un stockage et un accès sécurisés aux informations dont ils ont besoin. La gestion des modifications et de la configuration est également supportée par la plateforme, ce qui est essentiel dans la mesure où le niveau de maturité est variable d'un sous-système à l'autre.
« Nos conceptions évoluent ; nous devons savoir sur quelle version travailler et à quelle étape du processus de développement se trouve chacun des composants et systèmes », explique Jean-Luc Alexandre. « ENOVIA garantit une traçabilité complète des données, de sorte que nous savons où nous en sommes et quels sont les sous-systèmes à valider. »
Une technologie de pointe n’est pas le seul facteur qui fera du XAMR une réalité. Les équipes de NAAREA apportent leur pierre à l’édifice et l’entreprise reconnaît l’importance d’intégrer son approche virtuelle dans sa culture d’entreprise.
« Nos utilisateurs comprennent que le jumeau virtuel est le point d’entrée unique des données et que, pour tirer le meilleur parti de la plateforme, tout doit y être consigné, y compris leurs connaissances et méthodes de travail », déclare Jean-Luc Alexandre. « Lorsqu’on développe un produit aussi complexe que le XAMR, les erreurs sont souvent humaines. Le jumeau virtuel contribuera à les éviter. La disponibilité des informations sur la plateforme 3DEXPERIENCE est également indispensable pour la formation continue, tant en termes d’intégration des nouvelles recrues que pour montrer aux futurs clients comment utiliser le XAMR. »
Un fournisseur complet d'énergie à faible émission carbone
Dès la deuxième phase de son cycle de développement achevée et la mise en service opérationnel du prototype physique, NAAREA prévoit de passer rapidement à la production en série de ses réacteurs. Dans cette attente, le jumeau virtuel et les capacités de génération de contenu de 3DEXCITE sur la plateforme 3DEXPERIENCE seront exploités pour offrir aux investisseurs et clients potentiels une expérience immersive du XAMR et partager son évolution.
« Tant que le XAMR n’est pas construit, il est difficile d’expliquer clairement ce que nous faisons et comment nous travaillons », déclare Jean-Luc Alexandre. « 3DEXCITE est un outil incroyable pour révéler un concept qui n’existe pas encore. Ces représentations réalistes du réacteur sont essentielles pour montrer à nos partenaires, parties prenantes, investisseurs et clients ce sur quoi ils s’engagent et notre parcours. »
Pour autant, l’aventure de NAAREA ne se limite pas à la construction de ses microréacteurs. L’entreprise entend gérer l'ensemble du cycle de vie du XAMR – du transport et de la livraison sur site à sa mise en œuvre, en passant par la formation, la sécurité, l’assurance, l’exploitation et la maintenance, jusqu’à sa désactivation et la gestion de sa fin de vie. NAAREA se positionne comme un fournisseur de services global ; ses clients ne s’acquitteront que de l’énergie consommée. Et le jumeau virtuel est au cœur de cette stratégie.
« J’ai toujours su que nous devions développer notre produit d'emblée dans un environnement virtuel intégré où tout est connecté », conclut Jean-Luc Alexandre. « Notre stratégie consiste à utiliser le jumeau virtuel pour tout, depuis l’approvisionnement en combustible et la création du sel fondu jusqu’à la construction, l’installation et l’exploitation du réacteur. C’est la pierre angulaire de notre plan de développement. Tout comme Dassault Systèmes avec son jumeau virtuel, NAAREA change la donne avec le XAMR. Ce partenariat nous apporte une grande crédibilité et accélère la concrétisation de notre projet. »
À propos de NAAREA
NAAREA élargit le champ des énergies renouvelables en créant le XAMR, un micro-générateur nucléaire de quatrième génération à neutrons rapides et à sels fondus. Grâce à la science et l’innovation, l'entreprise contribue à l’avènement d’une solution énergétique sûre, sans carbone, circulaire, continue, décentralisée et économique, produite à partir de déchets nucléaires industriels. Sa vision s’inscrit dans les 17 Objectifs de Développement Durable des Nations Unies et repose sur une conviction : le climat est notre héritage ; afin protéger notre planète et notre espèce, une évolution majeure est nécessaire pour sortir de l’impasse énergétique et décarboner notre avenir.
En savoir plus : https://www.naarea.fr
À propos d’Assystem
Entreprise indépendante internationale, Assystem a pour mission d'accélérer la transition énergétique. Forte de plus de 55 ans d’expérience dans des secteurs hautement réglementés et soumis à des exigences strictes en matière de sécurité et de sûreté, Assystem propose à ses clients des services d’ingénierie et de gestion de projet, ainsi que des services et solutions digitaux visant à optimiser la performance d’infrastructures complexes tout au long de leur cycle de vie.
En savoir plus : https://www.assystem.com/fr