Mandats et structures de l'AEN

Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs (EGMUP)

Mandat (Document(s) de référence) :

• Groupe de travail du NSC sur les aspects scientifiques des systèmes de réacteurs (WPRS) : Proposition de hiérarchisation et de restructuration [NEA/NSC/WPRS/DOC(2020)19]
• Compte rendu succinct de la 31^e réunion du Comité des sciences nucléaires tenue en septembre 2020 [NEA/SEN/NSC(2020)20]
• Mandat du Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs (EGMUP) [NEA/NSC/WPRS/DOC(2021)2]
• Compte rendu succinct de la 4^e réunion du Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs tenue le 21 février 2024 [NEA/SEN/NSC/WPRS(2024)X] (à paraître)
• Mandat du Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs (EGMUP) [NEA/NSC/WPRS(2024)3] 

Mandat (Extrait) :

Extrait du document NEA/NSC/WPRS(2024)3

Contexte

Le processus de hiérarchisation des activités du Comité des sciences nucléaires (NSC) mené en 2020/2021 sous la direction de son Bureau a abouti à une réorganisation des activités du NSC. Il en est résulté la dissolution du Groupe d’experts sur les données d’expériences multiphysiques, les benchmarks et la validation (EGMPEBV), du Groupe d’experts sur la propagation des rayonnements et les blindages (EGRTS), du Groupe d’experts sur la physique des réacteurs et les systèmes de réacteurs avancés (EGRPANS) et du Groupe d’experts sur l’analyse des incertitudes de modélisation (EGUAM). Deux nouveaux organes ont été créés pour les remplacer : le Groupe d’experts sur la physique des systèmes de réacteurs (EGPRS) et le Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs (EGMUP).

Champ d’étude

Sous la direction du Groupe de travail sur les aspects scientifiques et l’analyse des incertitudes concernant les systèmes de réacteurs (WPRS), le Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs (EGMUP) fait progresser l’état de l’art en établissant des processus et procédures de certification de données expérimentales et de comparaison de modélisations et simulations (M&S) multiphysiques et multi-échelles. L’EGMUP évalue également les résultats des nouvelles applications d’intelligence artificielle et d’apprentissage automatique en matière de multiphysique et de M&S des systèmes de réacteurs.

Les couplages de deux, ou plus, des disciplines suivantes de la physique incluent, sans caractère limitatif :

• la physique des réacteurs ;
• la thermohydraulique du cœur et du système ;
• le comportement du combustible et, en particulier, l’intégration des codes de modélisation du comportement du combustible aux packages de multiphysique pour les systèmes de réacteurs commerciaux actuels et futurs (y compris de Génération IV) ainsi que pour les prototypes ;
• la mécanique des matériaux de structure ;
• la science, la chimie et la thermodynamique des matériaux.

Les modules mono-physique et multi-physique rassemblés dans un modèle complet multiphysique doivent être basés sur des modèles d’estimation non biaisée (« best-estimate »). Ils peuvent être aussi précis (haute-fidélité) que ceux dérivés d’outils entièrement mécanistes utilisant des techniques Hi2Lo.

Les aspects multiphysiques des systèmes nucléaires existants et avancés en conditions stables et en transitoire sont examinés, ainsi que la quantification et la propagation des incertitudes directe (vers l’avant) et inverse (vers l’arrière) à différentes échelles (M&S multi-échelle) et au regard de différents phénomènes physiques (M&S multiphysique).

Les types de réacteurs pris en compte, comprennent, sans caractère limitatif :

• le parc actuel de réacteurs à eau lourde et à eau légère ainsi que la génération actuelle de conception de combustibles ;
• les systèmes à eau lourde ou eau légère innovants ou évolutifs ainsi que les conceptions de combustibles plus résistants en conditions accidentelles ;
• les systèmes de réacteur de prochaine génération, y compris les systèmes de réacteurs à haute température refroidis par gaz (HTGR), de réacteurs rapides refroidis au sodium (RNR-Na), de réacteurs rapides à caloporteur plomb (RNR-Pb), de réacteurs rapides refroidis par gaz (RRG) et de réacteurs à sels fondus (RSF) ;
• les systèmes de réacteurs de différentes puissances, comme les réacteurs de forte puissance, les petits réacteurs modulaires (SMR) et les microréacteurs ;
• les systèmes nucléaires pour des utilisations spatiales ou de propulsion navale civile ;
• les systèmes pilotés par accélérateurs (sous-critiques) et les systèmes critiques pour des applications non électrogènes variées ;
• les systèmes de fusion et les systèmes hybrides fusion-fission.

Objectifs

Le Groupe d’experts sur la multiphysique des systèmes de réacteurs (EGMUP) formule des recommandations à l’intention du WPRS et de la communauté des sciences nucléaires sur les besoins de développement scientifique (données et méthodes, expériences de qualification, études de scénarios) pour la modélisation et la simulation multiphysique et multi-échelle, y compris les méthodes concernant la sensibilité et les incertitudes pour l’analyse de différents systèmes de réacteurs et de différents scénarios.

Il formule et met à jour périodiquement des recommandations et établit des protocoles pour qualifier des benchmarks basés sur des données expérimentales aux fins de modélisation et de simulation multiphysique et multi-échelle et pour utiliser les observations objectives et les expériences intégrales dans le cadre du processus de validation.

Pour atteindre ces objectifs, le groupe d’experts fournit :

• des modèles standardisés de benchmark avec évaluations détaillées des incertitudes et recommandations méthodologiques à cet effet ;
• des recommandations sur les pratiques optimales à suivre pour combiner des outils de simulation de haute et de basse fidélité dans un cadre de M&S multiphysique ;
• des recommandations et un cadre consensuels pour la validation des simulations multiphysiques ;
• des méthodes d’évaluation des sensibilités et des incertitudes pour faciliter la quantification et le classement des physiques couplées ;
• des méthodes d’évaluation de l’impact sur les simulations multiphysiques des incertitudes générées par les paramètres suivants :
  • données (par ex. géométrie, matériaux, conditions initiales et aux limites) ;
  • méthodes numériques et algorithmes de calcul ;
  • modèles mathématiques des processus et phénomènes physiques ;
• des formations pour démontrer les pratiques et principes de validation ;
• des démonstrations des recommandations de validation pour des applications spécifiques.

Pour mener à bien ses activités, le groupe recueille et évalue des données multiphysiques d’installations intégrales et des données expérimentales de centrales nucléaires. Des études comparatives analytiques et numériques sont également utilisées pour atteindre ces objectifs.

Méthodes de travail

L’EGMUP rend compte de ses activités au WPRS. L’EGMUP se réunit une fois par an et organise d’autres réunions concernant des activités spécifiques, notamment des réunions des groupes d’étude placés sous sa tutelle. Les produits livrables de l’EGMUP sont développés par des groupes d’études ou de benchmark dont les travaux sont organisés sous forme de projets avec des jalons et des résultats attendus.

Interactions

L’EGMUP travaille en étroite collaboration avec d’autres organes de l’AEN pertinents, notamment le Groupe d’experts sur la physique des systèmes de réacteurs (EGPRS) et le Groupe d’experts sur les aspects scientifiques de la thermohydraulique et de la mécanique des cœurs de réacteur (EGTHM) ainsi que les organes placés sous la tutelle du Comité des sciences nucléaires (NSC), du Comité sur la sûreté des installations nucléaires (CSNI) et du Comité sur les activités nucléaires réglementaires (CNRA). L’objectif recherché est de s’assurer que les programmes respectifs de ces organes sont complémentaires, de fournir conseil et appui si nécessaire et d’entreprendre des travaux communs, selon que de besoin. L’EGMUP bénéficie de l’appui du Groupe de travail sur les questions relatives aux sciences des matériaux pour les combustibles nucléaires et les matériaux de structure (WPFM) du NSC pour les questions concernant le comportement du combustible et l’analyse des matériaux de structure. L’EGMUP poursuit sa collaboration étroite avec le Groupe de travail sur les aspects scientifiques des cycles du combustible avancés (WPFC) du NSC et de ses groupes d’experts.

La préservation et la gestion des connaissances spécifiques aux domaines d’intérêt sont coordonnées via des cadres pertinents sous les auspices du NSC.

Produits livrables

Les produits livrables de l’EGMUP sont des rapports techniques, des actes de séminaires ou d’ateliers, des rapports sur l’état de l’art et des positions techniques et/ou communes, des bases de données et des études comparatives ou benchmarks. L’EGMUP organise également des réunions ou ateliers spécialisés pour s’acquitter de sa mission. La liste détaillée des produits livrables est mise à jour dans les rapports d’étape semestriels au NSC.

Pour la période 2024-2026, priorité est donnée aux développements, rapports et benchmarks présentés ci-dessous :

• Rapport de synthèse contenant des recommandations sur les efforts multinationaux de développement et de benchmarking d’outils avancés de M&S multiphysique et multi-échelle, dont une synthèse des conclusions du Groupe d’experts sur les données d’expériences multiphysiques, les benchmarks et la validation (EGMPEBV) ;
• Élaboration d’un manuel sur les benchmarks expérimentaux évalués convenant à la validation phénoménologique des outils, modèles et librairies de données multiphysiques et multi-échelles ;
• achèvement (y compris l’analyse comparative) des benchmarks suivants :
  • benchmark sur la validation multiphysique des interactions mécaniques pastille-gaine (MPCMIV) et développement d’un protocole de validation des calculs multiphysiques portant sur les transitoires ;
  • benchmark sur l’appauvrissement multicycle TVA WB1 et développement d’un protocole de validation des calculs multiphysique de l’appauvrissement multicycle ;
  • benchmark sur la multiphysique multi-fidélité des transitoires du VVER-1000 de Rostov-2 ;
  • phase III du benchmark sur l’analyse des incertitudes de modélisation (UAM) du réacteur à eau légère REL (LWR-UAM);
  • la phase III du benchmark UAM sur le réacteur rapide refroidi au Sodium (RNR-Na) (SFR-UAM) ;
• archivage des benchmarks historiques :
  • benchmark Kalinin-3 ;
  • phase II (exercices sur transitoires) du benchmark MHTGR ;
  • benchmark sur les transitoires Oskarshamn-2.
• début des activités sur le benchmarking des outils de M&S multiphysique multi-échelle adaptés aux études conceptuelles et à l’élaboration des dossiers de sûreté des systèmes nucléaires avancés, y compris les SMR et les microréacteurs, et les éléments de leur cycle du combustible ;
• soutien à l’organisation annuelle de l’École internationale de simulation des systèmes de réacteurs nucléaires (SINUS) ;
• organisation d’ateliers annuels sur le benchmark UAM et d’autres benchmarks multiphysiques et diffusion des résultats des activités du groupe d’experts lors de conférences scientifiques internationales.