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-

teurs électronucléaires de puissance du parc

français, SOFIA - Simulateur d’Observation

du Fonctionnement Incidentel et Accidentel -

permet à l’Institut de réaliser des études

dans le cadre de ses missions d’expertise

sur les réacteurs à eau sous pression. Avec

SOFIA, l’IRSN dispose ainsi d’une plate-

forme de modélisation représentative du

fonctionnement des réacteurs de 900 MWe,

1 300 MWe, 1 450 MWe et de l’EPR. SOFIA

permet de simuler une gamme étendue de

situations de fonctionnement, des états

d’arrêt aux états en puissance. Afin de

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.

Un simulateur d’étude est un système

informatique permettant le calcul et le

suivi en temps réel de l’évolution des

paramètres physiques d’un réacteur

nucléaire. Il permet de simuler les

défaillances de matériel et les actions

des opérateurs, d’arrêter le calcul pour

examiner l’état de l’installation à un

instant donné et de revenir en arrière,

afin de modifier le scénario. Toutes

ces actions se font à partir d’une

interface homme-machine conviviale

matérialisée notamment par plusieurs

écrans d’ordinateur.

SOFIA permet d’améliorer la qualité de

l’évaluation, de former les collaborateurs

de l’IRSN ainsi que le personnel extérieur

et de préparer des exercices de crise.

Les études en support à l’évaluation de sûreté

Les études réalisées viennent en support à

l’évaluation de sûreté en particulier pour

l’analyse des systèmes, des incidents, de la

conduite en situation accidentelle et pour les

études probabilistes de sûreté, notamment.

La formation

Le simulateur est l’outil de formation

privilégié des ingénieurs de l’IRSN ou

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

notions de sûreté, d’analyse physique et

de conduite relatives aux accidents. Plus

de 800 stagiaires du niveau débutant à

celui d’expert ont été formés depuis 2000

(au rythme de 3 à 4 sessions de trois semaines

par an, composées de 3 modules différents).

Les exercices de crise

Les scénarios des exercices nationaux de crise

à la charge de l’IRSN sont mis au point à

l’aide du simulateur et les données générées

sont utilisées lors de ces exercices.

Un outil moderne d’étude et de formation :

pour étudier le comportement

d’un réacteur nucléaire en

fonctionnement normal ou

lors d’accidents ;

pour former le personnel

de l’IRSN et de l’ASN au

fonctionnement d’un REP,

en situation normale ou

accidentelle ;

pour préparer les exercices de

crise nationaux à la charge de

l’IRSN.

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 : une utilisation performante pour l’évaluation de sûreté, la formation et les exercices de crise

SOFIA représente le fonctionnement d’un

réacteur à eau sous pression depuis l’état

d’arrêt pour intervention jusqu’au fonction-

nement à pleine puissance.

Le domaine de simulation pour les

transitoires accidentels permet la

modélisation du comportement physique

du réacteur jusqu’au début de la

dégradation du combustible.

SOFIA utilise le code de calcul français

CATHARE, dont les modèles de thermo-

hydraulique font référence pour les

industriels français et étrangers du nucléaire.

Il garantit à l’IRSN des modélisations

physiques au sommet de l’état de l’art.

Le simulateur intègre également une descrip-

tion conforme à l’installation :

des circuits fluides connectés aux

circuits primaire et secondaire, qui sont

moins finement détaillés ;

des systèmes de contrôle-commande,

de protection et de sauvegarde, d’une

partie de la distribution électrique ;

de l’enceinte de confinement ;

du comportement neutronique du cœur.

Grâce à cet outil adaptable, l’IRSN est en

mesure de maintenir son simulateur à jour

avec l’état réel des centrales nucléaires du

parc français et d’étendre le domaine de

simulation pour faire progresser le niveau

de modélisation. Ceci lui permet de s’adapter

à la diversité des besoins d’étude.

Le simulateur SOFIA bénéficie de

modélisations physiques au sommet

de l’état de l’art, représentatives de

l’ensemble des réacteurs nucléaires

en exploitation et en construction en

France (y compris EPR Flamanville 3).

Une interface conviviale permet à l’utilisateur

d’intervenir directement sur le déroulement

de la simulation pour générer des défaillances

ou des actions de l’opérateur. Elle permet

également de connaître en temps réel les

valeurs mesurées par les capteurs et l’état

des systèmes.

Sur SOFIA, les circuits d’un réacteur à eau sous

pression avec leurs différents organes sont

représentés de manière réaliste. Le compor-

tement thermohydraulique et les phéno-

mènes physiques sont illustrés en temps

réel par des images animées. Ils présentent

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

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

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.

Une visualisation réaliste des phénomènes

Une interface conviviale

SOFIA : un domaine de simulation très étendu

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.

Les circuits d’un réacteur à eau sous pression avec leurs différents organes (tuyauteries, générateurs de vapeur, cuve, pompes, vannes…) sont représentés schématiquement.

Réacteur EPR en fonctionnement normal : l’eau liquide apparait en bleu foncé et l’eau à l’état de vapeur en blanc.

SOFIA : Simulateur d’Observation du Fonctionnement Incidentel et Accidentel

Une rénovation nécessaire

L’IRSN et Areva NP, qui possédaient chacun

un simulateur depuis le début des années

1990, se sont trouvés contraints de les

rénover pour des raisons d’obsolescence de

matériels et de logiciels, mais aussi de coûts

de maintenance devenus prohibitifs.

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

d’étude convivial et pérenne, bénéficiant de

modélisations physiques au sommet de l’état

de l’art.

La réalisation de cette rénovation a

été confiée à la société canadienne

L-3 COMMUNICATIONS MAPPS Inc., dans

le cadre d’un appel d’offres international

mettant en concurrence les meilleurs

spécialistes.

Depuis 2006, SOFIA remplace progressive-

ment le précédent simulateur de l’IRSN

- SIPA - en augmentant l’étendue de ses

fonctionnalités, de ses performances et de sa

convivialité

Dans le cadre de ce projet, un avenant a

été signé en octobre 2009, entre l’IRSN

et Areva NP, pour le co-développement

d’une configuration correspondant à l’EPR

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).

Un planning maîtrisé

2006 - 2008 : la première partie du

projet, dédiée à la rénovation du simulateur

pour les trois types de réacteur du parc

électronucléaire français (paliers 900 MWe,

1 300 MWe et 1 450 MWe), a été réalisée à

raison d’un palier par an.

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

simulateur du palier 1 450 MWe, avril 2010

pour celle du palier 900 MWe et octobre

2010 pour celle du palier 1 300 MWe.

2009 - 2012 : la troisième partie du

projet, dédiée à la réalisation d’une configu-

ration EPR Flamanville 3, a débuté fin 2009 et

a été validée en septembre 2011. La livraison

d’une version intégrant le code CATHARE est

programmée pour le printemps 2012.

Représentatif des réacteurs de 900 MWe -

1 300 MWe - 1 450 MWe et du réacteur

EPR dans leurs états actuels.

Un outil adaptable à tout type de REP.

Code thermohydraulique CATHARE 2.

Modélisation 3D de la neutronique du

cœur EPR.

Précision de la simulation de 1 000 à

1 200 mailles pour la modélisation avec

CATHARE.

Simulation en temps réel sauf en

situation très dégradée de la tranche.

Modélisation du comportement physique

du réacteur jusqu’au début de la dégrada-

tion du combustible.

Simulation possible du fonctionnement

depuis l’état à 100 % de puissance

nominale jusqu’à l’état d’arrêt pour

intervention incluant les accidents

associés.

SOFIA : une collaboration fructueuse entre l’IRSN et Areva NP

Siège social31, avenue de la Division Leclerc92260 Fontenay-aux-Roses RCS Nanterre B 440 546 018

Téléphone+33 (0) 1 58 35 88 88

CourrierBP 17 - 92262 Fontenay-aux-Roses Cedex

Site Internetwww.irsn.fr

Cré

dits

pho

tos

: N

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Le B

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l/IR

SN

Concepteurs constructeurs

Exploitants

Parlement

Autorités publiques

Société civile

Parties prenantes (CLI)

Recherche sur les risques

IRSN, expertise publique

L’Institut de radioprotection et de sûreté

nucléaire (IRSN), créé par la loi 2001-398 du

9 mai 2001 sous le statut d’établissement

public à caractère industriel et commercial

(EPIC), est l’expert public national des risques

nucléaires et radiologiques. L’IRSN concourt

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.

L’IRSN rassemble plus de 1 700 collaborateurs :

ingénieurs, chercheurs, experts, médecins,

agronomes, vétérinaires, spécialistes et

techniciens.

En France, la prévention des risques

nucléaires et radiologiques repose sur

4 piliers complémentaires.

Les exploitants sont responsables de la

sûreté de leurs installations. Ils doivent

démontrer la pertinence des solutions

techniques et organisationnelles rete-

nues à cet effet (dossiers de sûreté et

études d’impact des rejets).

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 rela-

tive à la transparence et la sûreté en

matière nucléaire.

L’IRSN, organisme français de

sûreté, sécurité et radioprotection

nucléaires, évalue les dossiers soumis

par les exploitants. Il analyse en

permanence les retours d’expérience du

fonctionnement des installations.

Il évalue l’exposition de l’homme et de

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

international, qui lui assurent les

moyens d’investigation les plus

performants.

Les Commissions locales d’informa-

tion (CLI) et le Haut Comité pour

la transparence et l’information

sur la sûreté nucléaire (HCTISN)

réunissent les acteurs sociétaux concernés

par les installations nucléaires. Ils cons-

tituent des organes privilégiés pour

l’accès à l’information en matière de

sûreté, de sécurité, de santé publique et

de protection de l’environnement.

L’IRSN : expert public national en matière de risques nucléaires et radiologiques

Système de managementde la qualité IRSN certifié