Thèses de doctorat EDF R&D 2012-2013 3/CHERCHEURS... · Si un grand nombre des manuscrits de...

LES THÈSES DE DOCTORAT

2012-2013R&D

LES AXES DU PLAN SCIENTIFIQUELes huit priorités


SOMMAIRE

Le plan

scientifique de la

R&D d’EDF

Un plan scientifique pour la R&D

d‟EDF a été publié en 2012. Il

retient huit grandes priorités.

4 Conforter le nucléaire dans le mix énergétique d‟EDF

38 Préserver et optimiser la production hydraulique et l‟accès à la

ressource en eau

45 Développer les ENR et leur insertion dans le réseau

50 Maîtriser les mécanismes économiques et adapter la gestion et

l‟optimisation de production au nouveau paysage du système

électrique européen

56 Soutenir la conception et le déploiement des systèmes électriques

63 Développer les stockages d‟énergie et préparer la mobilité électrique

66 Contribuer à l‟émergence de bâtiments, des villes et territoires

durables

80 Développer la simulation numérique associée à l‟expérimentation

SO

MM

AIR

E

ÉDITORIAL

Stéphane ANDRIEUX, directeur scientifique d’EDF R&D


2012-2013

LES THÈSES

Les doctorants représentent pour EDF

R&D une part significative de l’effort

de recherche d’EDF. La thèse est en

effet à la fois une formation par la

recherche et une production

scientifique, soumise à l’analyse des

pairs. Cette particularité est précieuse

car elle garantit une évaluation

rigoureuse et externe des résultats

produits. Mais la thèse permet aussi au

doctorant et à l’entreprise de se

découvrir mutuellement. Ainsi en 2013,

une quinzaine de doctorants ayant

effectué leurs travaux de recherche au

sein des départements d’EDF R&D ont

rejoint le groupe EDF après leur thèse.

UNE VISION GLOBALE DES

RÉSULTATS

Cette toute première édition des « thèses

de doctorat » d‟EDF R&D vise à mieux

faire connaître les résultats des travaux

des doctorants et de leurs équipes

d‟encadrement constituées par un

ingénieur chercheur d‟EDF R&D et un

professeur ou chercheur habilité à diriger

les recherches de nos laboratoires

partenaires. La quasi-totalité des thèses

présentées ici ont été effectuées dans le

cadre de convention Cifre passées avec

l‟ANRT.

Si un grand nombre des manuscrits de

thèse est disponible sur le site

chercheurs.edf.com, il nous a semblé

utile de mieux en présenter les résultats

marquants, sous une forme plus

accessible que le simple intitulé de la

thèse, qui répond à d‟autres

considérations et doit bien évidemment

être le plus précis possible. On trouvera

donc dans ce document une phrase clé

résumant l‟apport de la thèse, le titre de

celle-ci et les acteurs, ainsi que deux

courts paragraphes précisant le contexte

et détaillant un peu les résultats.

Les priorités du

plan scientifique

Classés par priorité du plan

scientifique, ces fiches doivent

permettre une vision globale des

résultats et des enjeux de la

recherche menée à EDF R&D,

avec l‟aide des nombreux

partenaires académiques,

notamment dans nos

laboratoires communs, et qu‟il

faut ici remercier pour leur

engagement : les résultats sont

là, et la qualité en est attestée

par de nombreux prix de thèses,

de meilleur papier ou poster

présentés en congrès.

En

trées

DO

CT

OR

AN

TS

http://chercheurs.edf.com/chercheurs-edf-209797.html





Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com

4

7 Valider les solutions de protection incendie par spray de gouttes

d‟eau

8 Avoir une approche intégrée des risques pour prioriser les moyens

de réduction des risques

9 Evaluer la sûreté de fonctionnement de systèmes redondés

réparables

10 S‟adapter aux réévaluations des exigences sismiques

11 Prendre en compte le comportement non-linéaire d‟installations

industrielles soumises à un séisme

12 Atténuer le phénomène de colmatage dans l‟intégralité du

générateur de vapeur

13 Détermination non intrusive du colmatage des générateurs de

vapeur par couplage mesures-modèle

14 Développer et évaluer une méthodologie Crédit Burn-up adaptée

aux combustibles REP-MOx français

15 Modéliser le comportement moyen du combustible MOX par une

analyse micro-mécanique

16 Comment allouer des fonctions d'automatismes sur les

composants de contrôle-commande ?

CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX

ÉNERGÉTIQUE D‟EDF

Sommaire


5

17 Surveiller le vieillissement des matériels électriques Intégrés dans

les systèmes de contrôle-commande

18 Modéliser les armatures et les câbles de précontrainte dans les

enceintes de confinement en béton

19 Modéliser la dégradation d‟un matériau, de l‟apparition d‟un

endommagement diffus jusqu‟à sa fissuration

20 Réduire le risque de propagation de fissures dans les tuyauteries

du parc nucléaire

21 Modéliser la propagation de fissures de fatigue sous chargement

complexe dans les composants du nucléaire

22 Comprendre les mécanismes de vieillissement sous irradiation des

composants des centrales nucléaires

23 Contrôler la formation des couches d‟oxyde en surface des

tubes de générateurs de vapeur pour limiter le relâchement de

métaux dans le circuit

24 Prolonger la durée de vie des peintures epoxy des bâtiments

réacteurs par l‟analyse des mécanismes de vieillissement en

service

25 Modéliser l‟influence du vieillissement sous déformation sur la

rupture des aciers au C-Mn du circuit secondaire des réacteurs à

eau pressurisée

26 Améliorer la détection de défaut par ultrason dans les matériaux

polycristallins à « gros grains »



Sommaire


6

27 Résoudre les crises vibratoires des machines tournantes

28 Durabilité d‟un système de mesure de déformation par fibre optique

pour l‟auscultation d‟ouvrages en béton

29 Reconstruire des modèles CAO à partir de nuages de points 3D

30 Simulation de détection des courts-circuits entre tôles dans les

stators de turboalternateurs

31 Faciliter le maintien en exploitation des alternateurs et optimiser la

maintenance

32 Influence de la matière organique sur le confinement de la

radioactivité dans le stockage géologique de Bure

33 Reproduire numériquement les conditions atmosphériques pour

estimer la dispersion des rejets

34 Optimiser le traitement de l‟eau des réacteurs des centrales

nucléaires par les résines échangeuses d‟ions

35 Conception robuste et amélioration de la fiabilité des circuits

électroniques programmables de type FPGA

36 Contribution de l‟ergonome à l'analyse des besoins dans la

conception de systèmes informatiques industriels

37 Faciliter la recherche documentaire en incluant le contexte

professionnel


ENERGÉTIQUE D‟EDF

Sommaire


Thèse soutenue le 15/01/2013

Le modèle de flamme de diffusion

turbulente a été étendu pour prendre

en compte l‟inhibition par un diluant.

Ce modèle étendu a été mis en

œuvre dans Code_Saturne pour

représenter l‟interaction entre un foyer

d‟incendie et un spray de gouttes

d‟eau. Il s‟agissait de valider les

solutions de protection des

installations installées dans nos

centres de production en simulant

(code 3D) le déroulement d‟un

incendie avec déclenchement des

aspersions.

7

Résultats

Le modèle étendu a été mis en œuvre

dans Code_Saturne et s‟y est montré

capable de retrouver les résultats de

quelques expériences académiques ;

en configuration industrielle, il

quantifie l‟intérêt d‟utiliser des gouttes

fines (lances à brouillards) au lieu des

sprinklers classiques.

Contacts

Doctorant : Avner FARTOUK

Département EDF R&D : MFEE

Tuteurs :

Pierre PLION, Fatiha NMIRA

Laboratoire : Pprime

Ecole doctorale : ENSMA , SI

MMEA Sciences en Ingénierie en

Matériaux, Energétique et

Aéronautique

Directeurs de thèse :

Arnaud MURA, Vincent ROBIN



Valider les solutions de protection incendie par spray de

gouttes d‟eau

Modélisation de l‟interaction

entre un spray de

gouttelettes d‟eau et la

combustion turbulente :

application au procédé

d‟extinction d‟un foyer

d‟incendie par brouillards

d‟eau



Le contexte européen en gestion des

risques industriels évolue et propose

des agendas d‟actions mettant en

avant la nécessité d‟étudier les

phénomènes dangereux dans une

vision système. Ces systèmes ne

peuvent être étudiés comme un

ensemble de sous-systèmes

indépendants de par leur complexité :

l‟analyse de risques classique ne leur

est donc pas applicable.

L‟environnement physique et

réglementaire influence fortement les

différents enjeux d‟un système socio-

technique, sa performance et sa

sûreté. Des analyses de risques

couvrant globalement tous les risques

dans une même vue à partir des

modèles systèmes (fonctionnels,

organisationnels,…) sont ainsi

développées. EDF développe une

approche d‟analyse intégrée des

risques en phase avec cette vision

globale, faisant le lien entre plusieurs

disciplines (sûreté de fonctionnement,

fiabilité humaine, analyse

organisationnelle) et produisant un

ensemble de méthodes et d‟outils

d‟aide à la hiérarchisation des risques

permettant de prioriser les moyens de

réduction des risques associés tout

en assurant un partage entre les

acteurs de ces analyses.

8

Résultats

L‟enjeu principal de cette thèse est de

savoir prendre en compte les

incertitudes de natures différentes

dans cette approche intégrée des

risques et lève ce verrou. Après avoir

fourni des outils d‟aide à l‟élicitation

des experts pour les risques humains

et organisationnels traités dans cette

approche intégrée, les différents

types d‟incertitudes, aléatoires et

épistémiques, sont transportés dans

un modèle de risques issu de la

théorie de l‟évidence permettant de

représenter de façon cohérente les

différentes expressions des

connaissances.

Enfin, des règles sont proposées pour

prendre en compte ces incertitudes

sur les résultats des analyses

intégrées de risques en support à la

prise de décision. Ces supports

concernent à la fois la représentation

des résultats avec leurs incertitudes,

l‟identification des contributeurs à ces

incertitudes et leur réduction.

L‟application de ces contributions sur

un cas réel d‟EDF permet ensuite de

démontrer leur faisabilité et leurs

apports au regard d‟approches

conventionnelles.

Contacts

Doctorant :

Geoffrey FALLET-FIDRY

Département EDF R&D : MRI

Tuteur : Carole DUVAL

Laboratoire :

Centre de Recherche en

Automatique de Nancy (CRAN –

CNRS UMR 7039)

Ecole doctorale : IAEM Lorraine

Directeur de thèse : Benoît IUNG



Contribution à la

modélisation et au traitement

de l‟incertain dans les

analyses de risques

multidisciplinaires de

systèmes industriels -

application à la source froide

d‟une unité de production

d‟énergie

Avoir une approche intégrée des risques pour prioriser les

moyens de réduction des risques


Thèse soutenue le 15/04/2013L‟état de l‟art de la sûreté de

fonctionnement permet de modéliser

les systèmes non réparables

redondés, dont la structure est fixe,

par des techniques type d‟arbres de

défaillance ou arbres d‟événement de

manière qualitative (recherche de

coupes minimales, en particulier

preuve du respect du critère de

défaillance unique) ou quantitative

(estimation probabiliste de

disponibilité ou de sûreté). La

situation est plus difficile pour des

systèmes réparables redondés ou

combinés dans une architecture de

défense en profondeur, ou des

systèmes dont la structure évolue en

fonction du profil de mission. Dans ce

cas, les modèles employés, souvent à

base d‟arbres de défaillance

dynamiques, souffrent d‟un manque

de définition rigoureuse de la notion

de cohérence, et de séquence

minimale (notion équivalente à celle

de coupe minimale). L‟exhaustivité de

l‟exploration des séquences possibles

n‟est pas garantie. L‟emploi d‟un

cadre formel permet de bénéficier de

l‟existant issu de la théorie des

automates, en matière d‟algorithmes.

Les améliorations apportées seront

applicables pour des études de

disponibilité de systèmes à

redondance complexe.

9

Résultats

Les travaux sont menés dans le cadre

de la théorie des langages et des

automates à états finis. Ils portent sur

les modèles de fiabilité décrits par un

automate fini (arbres de défaillance

dynamiques, Boolean Driven Markov

Process, chaînes de Markov, réseaux

de Petri…). Les contributions portent

sur quatre points : la définition de la

cohérence d‟un système dynamique

réparable, la définition de l‟ensemble

des séquences de coupes minimales

d‟un tel système, la proposition d‟une

méthode de calcul systématique des

séquences de coupes minimales à

partir d‟un automate fini décrivant le

système dynamique cohérent, la

proposition d‟une méthode de

représentation de l‟ensemble des

scénarios d‟un BDMP (Boolean

Driven Markov Process) par un

automate fini. Les résultats sont

présentés sur un exemple (aval du

condenseur d'une tranche nucléaire

et système d'alimentation secouru).

Ils montrent l'intérêt de l‟approche en

terme d‟exhaustivité, par rapport aux

algorithmes existants, et sa principale

limite : l'explosion combinatoire

devient significative à partir de

séquences de huit événements.

Contacts

Doctorant : Pierre Yves CHAUX


Tuteur : Gilles DELEUZE

Laboratoire Universitaire de

Recherche en Production

Automatisée, ENS de Cachan,

EA 1385, Université Paris Sud 11

Ecole doctorale : Ecole Normale

Supérieure de Cachan


Jean Jacques LESAGE, Jean

Marc ROUSSEL



Evaluer la sûreté de fonctionnement de systèmes

redondés réparables

Formalisation de la

cohérence et calcul des

séquences de coupe

minimales pour les systèmes

binaires dynamiques

réparables



Dans le cadre de l‟évaluation de la

sûreté sismique des installations

nucléaires, EDF est amené à

caractériser la fragilité des bâtiments

en béton armé. Suite aux récentes

réévaluations des exigences

sismiques, il est en particulier

nécessaire de prendre en compte les

comportements non linéaires des

structures. Dans cet objectif, on

construit donc des modèles

numériques de plus en plus

complexes, tout en tenant compte des

incertitudes liées à ces modélisations

ainsi que de l‟événement sismique.

Même si la modélisation numérique

de l‟endommagement des structures

en béton armé sous séisme a connu

récemment des progrès, plusieurs

difficultés subsistent au démarrage de

la thèse : (1) sur la performance et la

robustesse des simulations, (2) sur la

description des phénomènes

(amortissement, comportement de la

liaison acier-béton), (3) sur les

éléments de justification théorique

des modèles utilisés. Il s‟agit de

mieux représenter la physique des

phénomènes, à l‟aide d‟une approche

à échelles multiples afin d‟offrir un

cadre justificatif adapté.

10

RésultatsUn nouveau modèle de plaque en

béton armé, noté "DHRC", est

disponible pour des applications

sismiques. Une méthode

d'homogénéisation permet de passer

de l'échelle locale des matériaux acier

et béton à l'échelle globale de la

section de la plaque. On représente

l'endommagement du béton et le

glissement entre les armatures et le

béton avoisinant, ainsi que la

dissipation d'énergie au cours des

cycles de chargement. Une procédure

automatisée d'identification des

paramètres du modèle à partir d'un

petit nombre de caractéristiques

géométriques et matériaux a été

développée. La robustesse de ce

modèle implanté et disponible dans

Code_Aster a été vérifiée. Il a été

validé numériquement par sa capacité

à simuler le comportement de

structures représentatives, en

particulier sur les essais SAFE (mur

en cisaillement, centre de recherche

d‟Ispra) et SMART (maquette de

bâtiment, CEA-EDF).

Contacts

Doctorant :

Christelle COMBESCURE

Départements EDF R&D :

AMA, LaMSID

Tuteur : François VOLDOIRE

Laboratoire : Institut Jean Le Rond

D‟Alembert (IJLRA), équipe MISES

Ecole doctorale : Université

Pierre et Marie Curie : Sciences

Mécaniques, Acoustique,

Electronique et Robotique

Directeur de thèse :

H.DUMONTET

CapitalisationCapitalisation et diffusion des résultats de la thèse via la plateforme Salomé-Méca,

logiciel open source développé par EDF R&D.



Formulation d‟un modèle

homogénéisé de plaque en

béton armé pour des

applications sismiques

S‟adapter aux réévaluations des exigences sismiques



Dans le cadre des nouvelles

exigences réglementaires et afin de

justifier la tenue au séisme de ses

installations de production (centres de

production électrique, barrages…)

devant les autorités de sûreté, EDF

développe des méthodologies

efficaces pour l‟évaluation du risque

sismique des structures de génie civil

et des équipements. A ce titre, EDF

progresse continûment dans la

modélisation numérique des

phénomènes physiques tels que le

comportement non-linéaire des

matériaux et les effets d‟interaction

sol-fluide-structure. Des

modélisations, appelées « best-

estimate », permettent de

représenter plus fidèlement la réalité

dans toute sa complexité.

11

Résultats

Cette thèse de doctorat a proposé

une nouvelle approche qui permet de

combiner, de manière plus

performante que les méthodes

classiques, plusieurs phénomènes

physiques dans une même simulation

numérique : l‟interaction entre le sol et

la structure, la dissipation d‟énergie

liée à la propagation des ondes

sismiques dans le sol et la prise en

compte du comportement non-linéaire

des matériaux (sol et béton). Plus

particulièrement, cette méthode

s‟appuie sur un couplage innovant

entre différentes techniques de

discrétisation des équations

physiques en espace et en temps. La

méthode a été validée sur plusieurs

maquettes industrielles et donne des

résultats très satisfaisants par rapport

aux méthodes de pratique courante.

Capitalisation et diffusion des

résultats de la thèse via la plateforme

Salomé-Méca, logiciel open source.

Contacts

Doctorant :

Alex NIETO FERRO

Département EDF R&D :

AMA, LaMSID

Tuteurs : Nicolas GREFFET,

Georges DEVESA

Laboratoire de Mécanique des

Sols, Structures et Matériaux

(MSSMat) - CNRS UMR 8579

Ecole doctorale : Ecole Centrale

de Paris


Didier CLOUTEAU



Interaction sol-structure non-

linéaire en analyse sismique

Prendre en compte le comportement non-linéaire

d‟installations industrielles soumises à un séisme

Evaluation de l‟endommagement

d‟un bâtiment soumis à un

séisme.

Modèle numérique d‟un

bâtiment reposant sur un

domaine de sol.



Des fissurations significatives de

tubes induisant des fuites du circuit

primaire vers le circuit secondaire

peuvent entraîner des arrêts fortuits

sur des sites d‟exploitation du parc

nucléaire français. Ces fissurations

ont pour origine l‟instabilité vibratoire

de tubes se situant en partie centrale

du faisceau tubulaire du générateur

de vapeur. Un colmatage important

de la plaque entretoise supérieure

crée une zone de survitesse

localisée, elle-même à l‟origine de

l‟instabilité vibratoire et des

fissurations. Le colmatage est un

phénomène de déposition de

matières au niveau d‟interstices,

appelés passages foliés, qui perturbe

la libre circulation de l‟écoulement

appartenant au circuit secondaire.

Dans ce contexte, la thèse a été

initiée dans l‟objectif de disposer d‟un

modèle permettant de simuler ce

phénomène de colmatage dans

l‟intégralité du générateur de vapeur à

l‟échelle du sous-canal du faisceau de

tubes.

12

Résultats

Le modèle de colmatage proposé se

décompose en deux étapes :

déposition de particules, et

consolidation du dépôt par

précipitation d‟espèces solubles. Une

méthode inverse d‟assimilation de

données a été développée pour

ajuster ce modèle sur les différentes

observations issues du retour

d‟expérience d‟EDF. Les résultats de

simulation sont comparables aux

données mesurées sur sites

d‟exploitation pour les générateurs de

vapeur étudiés. L‟impact du

colmatage sur l‟écoulement se

caractérise par l‟apparition de

survitesses en partie supérieure du

générateur de vapeur à l‟origine

d‟instabilités vibratoires des tubes, et

par la diminution du taux de

recirculation. Les résultats confirment

qu‟une augmentation du pH dans

l‟ensemble du circuit secondaire

semble une solution intéressante pour

atténuer le phénomène de colmatage.

Ce remède est actuellement envisagé

sur le parc nucléaire français.

Contacts

Doctorant : Thomas PRUSEK


Tuteurs : Edgar MOLEIRO , Fadila

OUKACINE

Laboratoire de Mécanique,

Modélisation & Procédés Propres

(M2P2) d‟Aix Marseille Université

Ecole Doctorale Sciences pour

l‟Ingénieur : Mécanique, Physique,

Micro et Nanoélectronique (ED 353)


Marc GRANDOTTO, Marc JAEGER



Modélisation et simulation

numérique du colmatage à

l‟échelle du sous-canal dans

les générateurs de vapeur

Atténuer le phénomène de colmatage dans l‟intégralité du

générateur de vapeur

Bâtiment réacteur de la centrale nucléaire du Tricastin. Deux

générateurs de vapeur. Photo : EDF – Cédric HELSLY.



Le parc des centrales nucléaires

d‟EDF exploite 198 générateurs de

vapeur qui peuvent se colmater par

dépôt interne de magnétite, et ainsi

poser des problèmes de sûreté

(fissuration de tubes causant une fuite

d‟eau primaire radioactive vers le

circuit secondaire). L‟enjeu pour les

exploitants est de maintenir le niveau

de sûreté, en mesurant et en

anticipant l‟évolution des colmatages :

une capacité accrue de surveillance

fine, en fonctionnement normal,

permettrait d‟optimiser les stratégies

de maintenance, et leurs coûts

(s‟échelonnant de 7 M€ à 110 M€, par

tranche, selon les options de

maintenance).

La piste explorée dans la thèse est

l‟analyse de la réponse dynamique

des générateurs de vapeur lors d‟un

transitoire de puissance (essai

périodique existant), à l‟aide d‟un

modèle physique monodimensionnel.

13

Résultats

Deux améliorations ont été apportées

au modèle existant : la prise en

compte des débits perpendiculaires à

l‟axe du générateur de vapeur et la

modélisation du déséquilibre

cinématique entre la phase liquide et

la phase vapeur. Ces éléments ont

ajouté des degrés de liberté

permettant de mieux reproduire le

comportement réel des générateurs

de vapeur. Une nouvelle

méthodologie de calage et de

validation a été proposée afin de

garantir la robustesse du modèle.

Comme plusieurs configurations

spatiales de colmatage peuvent

donner des réponses identiques, une

méthode de réduction de dimension

appelée régression inverse par

tranches a été mise en œuvre pour

déterminer des sous-espaces de

projection optimaux pour le

diagnostic. Une méthode de

diagnostic, plus robuste et mieux

maîtrisée que celle existante, a ainsi

pu être proposée grâce à cette

nouvelle formulation.

Contacts

Doctorant : Sylvain GIRARD

Département EDF R&D : STEP

Tuteurs :

Jean-Mélaine FAVENNEC,

Alexandre GIRARD

Laboratoire : Centre de

Géosciences (Fontainebleau),

Centre Efficacité énergétique des

systèmes (Paris)

Ecole doctorale : ENSMP Mines

ParisTech


Hans WACKERNAGEL



Diagnostic du colmatage des

générateurs de vapeur à

l‟aide de modèles physiques

et statistiques

Détermination non intrusive du colmatage des générateurs

de vapeur par couplage mesures-modèle

Prix de thèseThèse candidate au Prix annuel (2013) de Thèses ParisTech



Les études de sûreté-criticité

impactent l‟ensemble des activités de

l‟aval du cycle du combustible :

entreposage en piscine, transport

entre les CNPE et l‟usine de La

Hague et retraitement. En règle

générale, les études concernant les

combustibles usés stockés sont très

conservatives et considèrent ce

combustible comme neuf donc le plus

réactif possible. Le « Crédit Burn-up »

est la prise en compte de

l‟antiréactivité du combustible irradié

par rapport au combustible neuf. Sa

prise en compte dans les études de

sûreté-criticité permet de gagner des

marges importantes en termes de

dimensionnement des installations.

Actuellement, la mise en œuvre en

France du CBU se limite à la

dissolution des assemblages REP-

UOx à l‟usine de La Hague.

Cependant, 22 des 58 réacteurs

français utilisent du combustible MOx.

L‟enjeu de cette thèse est donc de

proposer une méthodologie Crédit

Burn-up adaptée aux particularités de

ce type de combustible et d‟en

évaluer l‟intérêt dans un cadre

industriel.

14

Résultats

Une méthodologie Crédit Burn-up

adaptée aux combustibles REP-MOx

validée et physiquement

représentative a été rigoureusement

établie, permettant de prendre en

compte les produits de fission et

permettant d'évaluer les biais liés au

bilan-matière et à l'antiréactivité des

isotopes considérés. Son application

à une piscine d'entreposage et un

château de transport a montré que les

conservatismes qu'elle introduit,

bénéficiant de la qualité des

programmes expérimentaux dédiés

du CEA, représentent 40 % du Crédit

Burn-up total pour les deux

configurations. L‟interprétation des

expériences d‟oscillation d‟isotopes

séparés réalisés dans le réacteur

expérimental MINERVE à Cadarache

a permis d‟évaluer l‟antiréactivité

individuelle des produits de fission et

d‟élaborer des matrices de

covariances associées à l'évaluation

JEFF-3.1.1 pour la capture du 149Sm

et du 103Rh.

Contacts

Doctorant :

Amalia CHAMBON


SINETICS

Tuteurs : Franck LAVAUD,

David LECARPENTIER

Laboratoire :

CEA DER/SPRC/LECy

Ecole doctorale :

IMEP-2 Grenoble


Alain SANTAMARINA



Le Crédit Burn-up des

combustibles REP-MOx

français : méthodologie et

conservatismes associés à

l‟évaluation JEFF-3.1.1

Développer et évaluer une méthodologie Crédit Burn-up

adaptée aux combustibles REP-MOx français

Minerve (photo : CEA)



Parmi les combustibles nucléaires

irradiés dans les réacteurs à eau

pressurisée d„EDF, on trouve le

combustible MOX, acronyme anglais

de Mixed Oxide car il combine du

dioxyde de plutonium et d'uranium.

On y distingue trois phases,

correspondant à des teneurs

massiques en plutonium différentes.

La teneur en matière fissile y étant

différente, ces phases évoluent

différemment sous irradiation, tant du

point de vue mécanique que du point

de vue chimique. Pour modéliser

correctement le comportement

macroscopique du combustible MOX

dans un code de calcul industriel, les

modèles ont besoin d'être alimentés

de façon pertinente en propriétés

effectives, mais il est aussi

intéressant de disposer d'informations

sur les champs locaux afin d'établir

des couplages entre les mécanismes

(couplage mécanique physico-

chimie).

15

Résultats

L'objectif de la thèse fut donc de

développer une modélisation par

changement d'échelles basée sur

l'approche NTFA (Michel et Suquet,

2003). Ces développements ont été

réalisés sur des microstructures 3D

représentatives du MOX et pour un

comportement local visco-élastique

vieillissant avec déformations libres.

Le modèle a été validé par rapport à

des calculs de référence en champs

complets, aussi bien sur le

comportement effectif que sur les

champs locaux et pour différents

types d'essais. Nous avons

également positionné notre approche

par rapport à une méthode

d'homogénéisation récemment

développée (Ricaud et Masson,

2009). Ces méthodes sont très

rapides en temps CPU d'exécution

mais la méthode NTFA reste par

définition la méthode fournissant le

plus d'informations, la plus précise

mais nécessitant un travail amont

bien plus conséquent.

Contacts

Doctorant :

Rodrigue LARGENTON

Département EDF R&D : MMC

Tuteur : Gilles THOUVENIN

Laboratoire : CEA Cadarache

DEN/DEC/SESC/LSC, CNRS

Marseille LMA

Ecole doctorale Sciences pour

l‟Ingénieur : mécanique,

physique, micro et

nanoélectrique, Université de

Provence Aix Marseille 1 ED 353


Jean-Claude MICHEL, Pierre

SUQUET



Modélisation du

comportement effectif du

combustible MOX par une

analyse micro-mécanique en

champs de transformation

non uniformes

Modéliser le comportement moyen du combustible MOX

par une analyse micro-mécanique



Il est difficile pour l‟ingénierie de

construire une architecture de

contrôle-commande (CC) optimisée

(coût) répondant aux critères de

sûreté et de performance du

nucléaire. L‟enjeu est de proposer

aux ingénieries une méthode outillée

pour allouer les fonctions de CC sur

des composants d‟une architecture de

CC, avec les exigences et contraintes

du nucléaire, et valider l‟architecture

au plus tôt (minimiser les retours des

essais plate-forme).

Les difficultés principales à résoudre :

Les contraintes de sûreté et les

exigences de performance

temporelle.

Les contraintes de l‟offre en

systèmes : utilisation de produits du

commerce à caractéristiques

prédéfinies.

Le dimensionnement : 6000

fonctions (250 Systèmes

Elémentaires), + 90000 E/S TOR et

ANA, + 100 armoires de CC.

16

Résultats

Les travaux présentés dans cette

thèse proposent :

une formalisation des données et

contraintes du problème d'allocation

en modèle UML ;

une méthode d'allocation, par

analyse d'atteignabilité, basée sur un

mécanisme d'appel/réponse dans un

réseau d'automates communicants à

variables entières ;

le développement d‟un outil

d‟allocation basé sur cette méthode

(ATHENA) ;

la possibilité de trouver une ou un

ensemble de solutions ;

la comparaison de cette méthode à

une méthode de résolution par

programmation linéaire en nombres

entiers.

La démonstration/validation de l‟outil

a été validée sur des exemples de

cas fournis par le CNEN.

Les perspectives de ces travaux

sont :

l‟industrialisation de l‟outil ATHENA,

à la demande du CNEN pour le

dimensionnement des architectures ;

l'extension de la démarche

d‟allocation aux phases de validation

dans le cadre du cluster

CONNEXION.

Contacts

Doctorant : Thibault LEMATTRE


Tuteur : Patrick SALAUN

Laboratoires : LURPA de l‟ENS

Cachan et le CRAN de

l‟Université de Lorraine

Ecole doctorale de Sciences

Pratiques de l‟ENS Cachan

Directeurs de thèse : Jean-Marc

FAURE, Jean-François PETIN



Allocation de fonctions de

commande de systèmes

critiques par recherche

d'atteignabilité dans un

réseau d'automates

communicants

Comment allouer des fonctions d'automatismes sur les

composants de contrôle-commande ?



Le vieillissement des matériels

électriques intégrés dans les

systèmes du contrôle-commande des

CNPE doit être attentivement

surveillé afin de garantir les

exigences de sûreté de l‟installation et

de définir les plans de maintenance

préventive. Sachant que les

différentes manœuvres d‟insertion et

d‟extraction des cartes électroniques

dans les baies de contrôle-commande

peuvent endommager les

connecteurs, il est nécessaire

d‟étudier la cinétique de dégradation

conduisant à la défaillance des

connecteurs encartables dorés.

Plusieurs paramètres peuvent être à

l‟origine d‟un « faux contact » dans ce

type de connecteur : perte de force

des ressorts, corrosion, pollution. Si

des solutions ont été apportées pour

lutter contre la corrosion (dépôt d‟or

sur les surfaces en contact), la perte

des propriétés mécaniques des

contacts est inévitable du fait de la

longue durée de vie prévue pour ces

connecteurs. Leur durée de vie

résiduelle représente alors un enjeu

majeur et nécessite d‟être connue.

17

Résultats

L‟évolution des différents paramètres

caractérisant les connecteurs

encartables est étudiée pour un

nombre élevé de manœuvres

d‟insertion – extraction. Pour des

contacts avec revêtement d‟or, il a été

observé qu‟il existe une augmentation

de la force d‟insertion en fonction du

nombre et de la vitesse d‟insertion.

Cette augmentation, valable sur toute

la profondeur d‟insertion, s‟explique

par le phénomène d‟usure par

frottement. Ces frottements peuvent

survenir lors des manœuvres

successives d‟insertion et d‟extraction

et représentent l‟une des principales

contraintes mécaniques engendrant

la dégradation du connecteur. Aucune

valeur limite du pic d‟insertion n‟a

cependant été déterminée. Pour

surveiller l‟état des connecteurs, des

outils de diagnostic ont été

développés : un capteur innovant de

mesure directe de la force de contact

et un système d‟inspection visuelle

des connecteurs.

Contacts

Doctorant :

Hans ESSONE OBAME

Département EDF R&D : LME

Tuteur : Bastien COUSIN

Laboratoire :

Institut de Physique de Rennes

Ecole doctorale :

Université de Rennes 1, Science

de la matière


Rochdi EL-ABDI



Etude expérimentale des

défauts de connecteurs

encartables dorés et mise en

œuvre d'outils de diagnostic

Surveiller le vieillissement des matériels électriques

intégrés dans les systèmes de contrôle-commande

Système d‟inspection visuelle in-situ des connecteurs encartables



Dans un réacteur nucléaire, l‟enceinte

de confinement constitue la barrière

de protection ultime en cas

d‟accident. Or les contrôles

décennaux durant lesquels l‟enceinte

est mise en surpression semblent

indiquer, pour certains sites, une

dégradation de l‟étanchéité qui, à

terme, impliquerait des réparations

lourdes. On comprend dès lors tout

l‟enjeu d‟une modélisation numérique

pour discriminer les sources de fuite,

identifier leur localisation afin

d‟optimiser un programme de

réparation et estimer leur débit en

situations accidentelles – pour

lesquelles les conditions physiques

diffèrent sensiblement de celles des

épreuves – de sorte notamment à

quantifier la marge prise par les

critères réglementaires. Une telle

démarche pourra en outre s‟appuyer

sur le programme expérimental

Vercors, une enceinte à l‟échelle 1/3

située sur le site EDF R&D des

Renardières, dont les résultats

expérimentaux viendront valider les

hypothèses de modélisation.

18

Résultats

En se restreignant volontairement aux

fuites à travers des fissures, le débit

dépend pour une large part du niveau

d‟ouverture des fissures. Mais même

en ayant circonscrit le problème,

nombre de phénomènes concourent à

ce paramètre clé, parmi lesquels le

comportement du béton (fluage,

endommagement), l‟interaction avec

les armatures et les câbles de

précontrainte... A cela s‟ajoute le fait

que ces phénomènes se déroulent à

l‟échelle du centimètre, à comparer

aux dizaines de mètres d‟une

enceinte. La thèse a proposé une

modélisation simplifiée des câbles,

des armatures et de leur liaison avec

le béton, compatible avec des

modèles d‟endommagement et de

fluage du béton et raisonnablement

représentative de la réalité vis-à-vis

de l‟ouverture de fissure. Une

confrontation aux résultats d‟une

maquette industrielle a validé la

pertinence physique de la démarche

et son caractère opérationnel.

Contacts

Doctorant : Martin DAVID

Département EDF R&D : AMA

Tuteur : Eric LORENTZ


Solides (LMS Palaiseau)

Ecole doctorale :

Ecole Polytechnique


Jean-Jacques MARIGO



Approche multi-échelle du

comportement mécanique

des structures en béton

armé - Application aux

enceintes de confinement

des centrales nucléaires

Modéliser les armatures et les câbles de précontrainte

dans les enceintes de confinement en béton

Prix de thèse

Prix de thèse de l‟Ecole Polytechnique.

Capitalisation et diffusion à travers

Salomé-Méca, logiciel libre

Ferraillage de la maquette « Partie Courante d‟Enceinte »

à Karlsruhe

Armatures et

gaines de

précontrainte

de l‟EPR

FLA3



Dans un contexte d‟une part

d‟évolution des exigences de sureté

et d‟autre part de prolongation de la

durée de fonctionnement du parc

nucléaire exploité par EDF, les études

nécessaires pour justifier la tenue

mécanique des matériels exploités

par EDF conduisent souvent à sortir

du périmètre de validité des règles

codifiées habituellement utilisées. Il

est alors nécessaire de mettre en

œuvre des études complexes qui

s‟appuient sur la simulation

numérique. Les modèles permettant

de simuler la ruine d‟une structure

peuvent être classés en deux grandes

catégories : la première se base sur

une description continue de la

dégradation du matériau

(endommagement), la seconde sur

une description discontinue

(discontinuité franche). Considérés

séparément, ces modèles ne

permettent pas de représenter toutes

les étapes du processus de

fissuration : l‟enjeu principal de cette

thèse consiste à évaluer dans quelle

mesure leur mise en œuvre conjointe

est réalisable dans un code de calcul

et permet de lever ce verrou

scientifique.

19

Résultats

Afin de garantir la cohérence de

l‟approche consistant à passer d‟un

modèle d‟endommagement continu à

un modèle de fissuration discontinu

au sein d‟un même modèle

numérique, il est nécessaire de

respecter les principes fondamentaux

de la mécanique : préserver

l‟équilibre mécanique et assurer la

conservation de l‟énergie. Après avoir

déterminé les modèles les plus

adaptés à ce type d‟approche, un

premier résultat a consisté à établir

une stratégie permettant le passage

d‟un modèle continu à un modèle

discontinu sur la base d‟un problème

à une dimension, et assurant de

manière exacte le respect des

principes mentionnés ci-dessus.

Cette stratégie a ensuite été étendue

aux modélisations 2D et 3D, et mise

en œuvre dans le code de calcul

mécanique Code_Aster développé

par EDF R&D, permettant ainsi de

simuler l‟apparition et la propagation

de fissures.

Contacts

Doctorant : Sam CUVILLIEZ


Tuteur :

Sylvie MICHEL-PONNELLE

Laboratoire :

Centre des Matériaux, ONERA

Ecole doctorale :

MINES ParisTech


Frédéric FEYEL



Passage d‟un modèle

d‟endommagement continu

régularisé à un modèle de

fissuration cohésive dans le

cadre de la rupture quasi-

fragile

Modéliser la dégradation d‟un matériau, de l‟apparition

d‟un endommagement diffus jusqu‟à sa fissuration

Prix de thèse Paul Caseau 2013Ce prix, décerné chaque année à trois jeunes chercheurs, récompense des travaux

présentant un caractère exceptionnel sur le plan de la qualité scientifique et de

l'originalité des idées ou de la démarche.



Des composants de centrales

nucléaires sont soumis à de fortes

variations cycliques de température

dues au passage de fluide

alternativement froid et chaud, un

exemple étant le T de mélange où un

tuyau d‟eau chaude rejoint un tuyau

d‟eau froide avec une importante

différence de température. Les

fluctuations thermiques dans les tés

de mélange peuvent mener à

l'apparition de fissures qui se

propagent plus ou moins rapidement

dans la structure.

Pour réduire ces risques, on peut

installer des mélangeurs statiques

(static mixers) afin d‟accroître le

mélange. Une telle technologie a été

utilisée par Utveckling AB depuis

1980 dans des installations

nucléaires. Toutefois, ces

technologies sont très coûteuses.

C'est pour cette raison que plusieurs

investigations numériques ont été

faites pour prédire les fluctuations de

température causées par le mélange

turbulent dans cette configuration

d'écoulement.

20

Résultats

La problématique technique est la

fatigue thermique, facteur pénalisant

pour la disponibilité du parc nucléaire.

L‟intérêt scientifique est le progrès

concernant la prise en compte de la

thermique dans les modèles LES

(cœur de l‟écoulement et paroi). Un

autre intérêt est la participation aux

réseaux OCDE/AEN et NULIFE.

L‟objectif de compréhension fine des

phénomènes instationnaires de

fatigue thermique dans les T de

mélange a facilité la création d‟une

base de données numérique inédite

obtenue par simulation numérique

directe (DNS : Direct Numerical

Simulation) et quasi DNS sur une

configuration expérimentale

documentée de té de mélange. Son

exploitation devrait permettre à

l‟avenir de mieux comprendre les

phénomènes physiques mis en

œuvre. En outre, ces travaux ont

permis de consolider la participation

d‟EDF à un benchmark en aveugle

sur le té de mélange organisé par

l‟Agence pour l‟Energie Nucléaire de

l‟OCDE et par la R&D de l‟exploitant

Vattenfall.

Contacts

Doctorant :

Jean-Marc NDOMBO


Tuteur : Richard HOWARD

Laboratoire : M2P2 (Modélisation

en Mécanique et Procédés

Propres, UMR 6181), Université

Aix Marseille

Ecole doctorale : Sciences pour

l‟ingénieur - Mécanique,

Physique, Micro et

Nanoélectronique

Directeur de thèse : Eric SERRE



Modélisation numérique d'un

écoulement anisotherme

dans un té de mélange par

simulation des grandes

échelles

Réduire le risque de propagation de fissures dans les

tuyauteries du parc nucléaire



Dans un grand nombre d‟études de

durée de vie des composants des

centrales de production, des calculs

de propagation de fissures en fatigue

doivent être menés. Aujourd‟hui, ces

études de propagation sont réalisées

le plus souvent avec des hypothèses

simplificatrices sur les chargements,

sur le comportement des matériaux,

sur la géométrie de la fissure… Ces

hypothèses ne permettent pas

toujours de répondre de manière

satisfaisante aux problématiques

soulevées par le parc. Par exemple,

on ne peut pas bien représenter l‟effet

d‟histoire, c‟est-à-dire l‟influence de

l‟ordre des différentes séquences de

chargement sur les cinétiques de

propagation de fissure dans les

composants en acier. L‟enjeu

principal est donc de dépasser ces

limites, en s‟intéressant plus

spécifiquement aux chargements

complexes (multi-axiaux et non

proportionnels).

21

Résultats

En combinant de manière étroite les

aspects numériques et

expérimentaux, le travail conduit

pendant cette thèse a permis de

progresser significativement dans la

compréhension et la modélisation des

effets d‟histoire sous chargement

multiaxial. Les essais menés sur

l‟acier 316L, très courant sur le parc

nucléaire, ont permis de bien

discriminer les contributions de deux

mécanismes principaux évoqués pour

expliquer les effets d‟histoire : la

plasticité d‟une part, et les

interactions de type contact et

frottement, d‟autre part. Sur le plan

numérique, un modèle incrémental de

propagation a été proposé et validé

par comparaison aux résultats

expérimentaux. Le modèle permet

d‟identifier correctement les trajets de

chargement les plus

endommageants.

Contacts

Doctorant : Flavien FREMY


Tuteurs : Erwan GALENNE,

Jean-Christophe LE ROUX

Laboratoire : LMT Cachan

Ecole doctorale : ENS Cachan


Sylvie POMMIER



Fissuration par fatigue en

mode mixte I+II+III non

proportionnel dans l'acier

316L - Approche

expérimentale et

modélisation des effets de la

plasticité

Modéliser la propagation de fissures de fatigue sous

chargement complexe dans les composants du nucléaire

PrixBest Poster Award lors de la conférence Fatigue Damage 2010 à Hyanis

(Etats-Unis)

Observation au MEB de la surface de rupture après

chargement mixte alterné I+II+III



Afin de prédire la durée de vie des

centrales nucléaires, il est

indispensable de comprendre les

mécanismes de vieillissement sous

irradiation de leurs composants, et

notamment les mécanismes à

l‟origine de la fissuration de certaines

vis de liaison du cloisonnement des

structures internes des réacteurs à

eau pressurisée.

Ce travail expérimental permet

d‟apporter des données de référence

aux simulations et de valider des

résultats de simulations développés

dans le projet interne d‟EDF R&D

(PERFORM) et le projet Européen

PERFORM-60, dont l‟objectif est de

développer un modèle multi-échelle

permettant d‟appréhender les

phénomènes de vieillissement des

aciers austénitiques constituant la

structure interne du cœur des

réacteurs à eau pressurisée.

22

Résultats

Les différentes techniques de

caractérisation utilisées (Microscopie

électronique en transmission, sonde

atomique tomographique,

spectroscopie d‟annihilation des

positrons) ont permis d‟obtenir une

description de la microstructure

d'irradiation à différentes

températures et doses pour des

aciers de pureté commerciale et des

aciers modèles.

L‟irradiation entraîne la formation de

boucles de dislocation, de cavités, de

tétraèdres de fautes d'empilement

ainsi que la redistribution d'éléments

chimiques (Ni et Si) le long des

défauts d‟irradiation. Des différences

quantitatives et qualitatives de

microstructure ont été mises en

évidence entre les aciers modèles et

les aciers commerciaux. Cette étude

permet de fournir une base de

données qui sera utilisée pour la

réalisation de la modélisation des

effets d‟irradiation dans les aciers

austénitiques des structures internes

des REP.

Contacts

Doctorant : Alexandre VOLGIN


Tuteur : Cédric POKOR

Laboratoire : Groupe de

Physique des Matériaux

Ecole doctorale SPMII (Sciences

Physiques, Mathématiques et de

l‟Information pour l‟Ingénieur),

Université de Rouen


Philippe PAREIGE



Caractérisation et

compréhension des effets

d‟irradiation aux ions sur la

microstructure des aciers

inoxydables austénitiques

Comprendre les mécanismes de vieillissement sous

irradiation des composants des centrales nucléaires



La dégradation par la corrosion de

certains composants métalliques des

centrales nucléaires à réacteur à eau

sous pression engendre la présence

de produits de corrosion sous forme

de particules ou d‟espèces ioniques

dans le circuit primaire. Ces

particules conduisent, par leur

activation sous flux neutronique, à

l‟augmentation de la dosimétrie. Le

contributeur majoritaire à la dose est

le 58Co, issu de l‟activation du 58Ni,

qui provient lui-même principalement

de la corrosion des alliages base

nickel des tubes de générateur de

vapeur (GV). Dans ce contexte, il

apparaît nécessaire de bien

caractériser les couches d‟oxydes qui

se forment à la surface des alliages

base nickel, constitutifs des tubes de

GV et qui peuvent former une barrière

diffusive jouant un rôle passivant,

limitant ainsi le relâchement du nickel

depuis le métal de base. La formation

de ces couches est contrôlée par les

conditions physico-chimiques du

milieu mais aussi par les

caractéristiques du matériau. Il est

donc important de comprendre

l‟impact de chacune de ces

caractéristiques sur la nature et la

formation de la couche barrière.

23

Résultats

Cette étude a permis de poser des

jalons dans l‟utilisation du ToF-SIMS

pour la caractérisation des oxydes

formés en milieu primaire. Trois

paramètres matériaux ont été

étudiés : (i) un lien entre l‟orientation

cristallographique et l‟oxydation a

été mis en évidence, (ii) aucune

influence de la taille de grain n‟est

observée entre 20-25 µm et 100 µm

(répartition homogène de la taille ), et

(iii) la teneur en carbure de chrome

intergranulaire a une influence

significative sur la composition et la

structure de la couche interne riche

en chrome. L‟influence de différents

paramètres physico-chimiques du

milieu sur l‟oxydation et le

relâchement ont été étudiés : la

température et le pH diminuent le

relâchement lorsque ces deux

paramètres augmentent. Si, a priori,

on n‟observe pas de modification de

la composition des couches d‟oxydes

en fonction du pH, l‟épaisseur des

films est d‟autant plus faible que le pH

est élevé. Lors de l‟augmentation de

la température, l‟oxyde est plus fin et

plus riche en chrome. Un lien entre

corrosion et relâchement a pu être

mis en évidence

Contacts

Doctorant : Arnaud MAZENC


Tuteur : Stéphanie LECLERCQ

Laboratoire de Physico-Chimie

des Surface Chimie ParisTech

CNRS, UMR 7045

Ecole doctorale : ED388, Chimie,

Physique et Chimie Analytique

Directeurs de thèse : Anouk

GALTAYRIES, Philippe

MARCUS



Caractérisation par ToF-

SIMS des couches de

passivation des tubes GV en

alliage 690 pour l'industrie

nucléaire : apport à la

compréhension des

mécanismes

Contrôler la formation des couches d‟oxyde en surface des

tubes de générateurs de vapeur pour limiter le

relâchement de métaux dans le circuit

Prix

Prix du meilleur poster étudiant lors de la

conférence internationale SIMS XVIII.

0

5000

1 104

1.5 104

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0

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Temps d'érosion ionique (s)

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i2

- Temps d'érosion ionique (s)

Grains sombres

Répartition des grains en fonction de

leur orientation

Profil ToF-SIMS

Représentation schématique de la

couche d’oxydeAlliage à base nickel

Couche riche en oxyde de nickel

Hydroxyde de nickel Ni(OH)2

Ni(1-x)Fe(x)Cr(2)O4

Zone enrichie en nickel

Oxyde intragranulaire :

Couche riche en oxyde de chrome Cr2O3

Milieu Primaire

Alliage à base nickel

Ni(1-x)Fe(x)Cr(2)O4Oxyde intragranulaire :

Milieu Primaire






Milieu Primaire






Milieu Primaire




Grains gris



Les peintures constituent la première

barrière de protection de substrat

contre la contamination. Dans le

bâtiment réacteur, ces peintures

subissent un phénomène d‟oxydation

en service responsable de

l‟affaiblissement des propriétés

mécaniques conduisant

potentiellement à la libération de

débris en cas d‟accident. Cette étude

a permis d‟analyser le processus de

vieillissement de réseaux Epoxy en

régime thermo-radio oxydatif. L‟étude

de l‟influence de la formulation

(rapport résine/durcisseur) sur le

comportement de ces matériaux en

service est une approche intéressante

qui donne non seulement des

éléments sur la durabilité de ces

matériaux mais montre surtout qu‟une

optimisation de la résistance des

polymères nucléaires à leur

environnement est envisageable.

24

RésultatsLes vieillissements accélérés ont mis

en évidence des produits d‟oxydation

formés au cours d‟exposition. Des

systèmes chimiques modèles et des

caractérisations en spectrométrie

infrarouge ont permis l‟identification

de ces produits. Une espèce a été

particulièrement identifiée comme

responsable de la dégradation des

propriétés mécaniques : l‟acide. La

variation du rapport résine/durcisseur

avec la formation de l‟acide a été

examinée. Les cinétiques de

production se sont relevées assez

proches pour les différents rapports

stœchiométriques étudiés. En

revanche, l‟évolution de l‟élongation à

rupture en fonction du temps

d‟exposition en température, test

réalisé sur des films minces, a montré

une meilleure conservation de cette

propriété pour le rapport (R=1). Un

modèle cinétique simulant l‟évolution

de l‟espèce « acide » au cours d‟une

exposition thermique a été proposé.

Basées sur des critères de

fragilisation mécanique, des durées

de vie réalistes en service ont été

estimées montrant des différences

notables en fonction de la localisation

des revêtements et la température

d‟exposition dans le bâtiment

réacteur.

Contacts

Doctorant : Yahya ZAHRA


MMC

Tuteur : Marc KUNTZ

Laboratoire : Procédés

d'Ingénierie en Mécanique et

Matériaux (PIMM)

Ecole doctorale : Ecole Nationale

Supérieure des Arts & Métiers

(ENSAM)


Bruno FAYOLLE



Prolonger la durée de vie des peintures epoxy des

bâtiments réacteurs par l‟analyse des mécanismes de

vieillissement en service

Dégradation de réseaux

Epoxy/Amine en ambiance

nucléaire



La robustesse vis-à-vis de la

fissuration des matériels mécaniques

des circuits sous pression des REP

doit être démontrée, tant au niveau de

la conception que de l‟exploitation.

Des difficultés liées aux méthodes

d‟analyse en mécanique de la rupture

ou aux propriétés des matériaux sont

parfois rencontrées lors des études

de justification de la tenue d‟un

défaut.

Faute d‟une méthode adaptée ou de

données matériau précises, certaines

justifications de défaut n‟aboutissent

pas, ce qui conduit à des études

numériques complexes, des

contrôles, et parfois à des réparations

ou des prolongations d‟arrêt de

tranche. L‟objectif de ces travaux de

thèse est d'améliorer la prévision de

la rupture des tuyauteries du circuit

secondaire principal des centrales

nucléaires par une meilleure

connaissance des caractéristiques de

rupture des matériaux utilisés, en

particulier pour les aciers au carbone

manganèse sensibles au

vieillissement sous déformation.

25

Résultats

Tout d‟abord une large base de

données expérimentales a été

constituée pour étudier le

comportement et la rupture pour

différents états du matériau vieilli ou

non. Ces travaux ont ensuite permis

de définir et d‟identifier un modèle de

comportement détaillé et physique

permettant de représenter le

phénomène de vieillissement sous

déformation.

Une procédure d‟identification

simplifiée de ce modèle a en

particulier été proposée. Les essais

de mécanique de la rupture du

programme expérimental ont été

modélisés avec succès par des

calculs aux éléments finis avec le

modèle de comportement intégrant le

vieillissement. Enfin, l‟approche locale

de la rupture a été mise en œuvre

pour prédire la rupture du matériau

vieilli ou non. Les résultats obtenus

ont montré la possibilité de prévoir et

de reproduire les effets du

vieillissement sous déformation sur la

rupture.

Contacts

Doctorant : Anthony MARAIS


Tuteurs : Aurore PARROT,

Patrick LE DELLIOU

Laboratoire : Centre des

Matériaux de l‟École des Mines

de Paris

Ecole doctorale : École des

Mines de Paris

Directeur de thèse : S. FOREST



Influence du vieillissement

statique sur la transition

ductile - fragile des aciers au

C-Mn

Modéliser l‟influence du vieillissement sous déformation

sur la rupture des aciers au C-Mn du circuit secondaire

des réacteurs à eau pressurisée

Modélisation d‟essais

de résilience pour un

matériau vieilli ou non

vieilliMatériau non vieilli

Matériau vieilli



Le contrôle ultrasonore des matériaux

polycristallins dans l‟industrie

nucléaire représente un challenge

scientifique important pour EDF. En

effet, ces matériaux (soudure, alliages

à base nickel, acier austéno-ferritique

moulé…) sont couramment utilisés

dans les composants du circuit

primaire mais restent difficiles à

contrôler car l‟interaction de l‟onde

avec leur microstructure est complexe

et conduit à une dégradation mal

maîtrisée du faisceau ultrasonore lors

de sa propagation. En particulier,

lorsque la taille caractéristique des

hétérogénéités est de l‟ordre de la

longueur d‟onde, une atténuation de

l‟onde et l‟apparition d‟un bruit de

structure peut limiter les

performances des techniques

traditionnelles. Le phénomène de

diffusion multiple des ondes est

responsable de cette altération. Pour

étudier cette problématique, un travail

de thèse sur la réduction de la

diffusion multiple dans un alliage à

base nickel (Inconel600®) a été

réalisé en partenariat avec l‟Institut

Langevin.

26

Résultats

Une nouvelle technique de filtrage

basée sur la théorie des matrices

aléatoires a permis de séparer

efficacement les contributions de

diffusions simples (utiles à l‟imagerie)

et multiples (pénalisantes pour

l‟imagerie). Puis une détection de

cible basée sur le retournement

temporel (méthode DORT) a été

appliquée aux données filtrées. Les

résultats obtenus sur des maquettes

en Inconel600® ont montré une

amélioration importante du taux de

détection et du rapport signal à bruit

(Figure 1). De plus, une étude

numérique avec le code ATHENA 2D

(développé par EDF R&D) a montré

que le code était capable de

reproduire des phénomènes

complexes d'interférences qui

n'existent qu'en milieu multi-diffusant.

Une confrontation avec les résultats

expérimentaux a permis de valider le

code. En particulier, le pic de

rétrodiffusion cohérente a été

reproduit en modélisant le milieu à

l‟échelle du grain.

Contacts

Doctorant :

Sharfine SHAHJAHAN


Tuteur : Fabienne RUPIN

Laboratoire : Institut Langevin

(Paris)

Ecole doctorale : Matière

Condensée et Interfaces –

Université Paris Diderot


Arnaud DERODE



Étude expérimentale et

numérique d‟un procédé de

détection de défauts fondé

sur la théorie des matrices

aléatoires : application au

contrôle de matériaux

polycristallins multiplement

diffuseurs par un réseau de

transducteurs ultrasonores

Améliorer la détection de défaut par ultrason dans les

matériaux polycristallins à « gros grains »

(a): la détection du défaut situé à 70mm échoue. (b): le défaut à 70mm est correctement détecté.

Prix1er Prix Claude Birac (COFREND 2011).

Comparaison d‟images obtenues par contrôle ultrasonore : (a) Imagerie

classique par focalisation en tout point (b) Imagerie par méthode DORT

avec filtrage de la diffusion multiple.



Les machines tournantes, comme par

exemple les turbines des centrales

nucléaires, peuvent être

périodiquement le siège de crises

vibratoires. Il est important pour EDF

de savoir maîtriser ces effets car de

telles vibrations peuvent conduire à

un arrêt automatique du composant

(enjeu disponibilité) et à l‟initiation et

l‟amorçage de défauts (enjeu durée

de fonctionnement). La simulation

numérique constitue une aide pour la

compréhension et la résolution de

telles crises. L‟approche classique de

la simulation de machines tournantes

en régime dynamique est basée sur

une représentation simplifiée dite

poutre. Cette approche est

généralement suffisante, mais ne

permet pas la prise en compte d‟un

phénomène localisé (de type fissure,

contact, impact). Une étude basée sur

un modèle tridimensionnel fin serait

alors nécessaire, mais avec des

coûts de calcul rédhibitoires. L‟enjeu

de cette thèse consiste alors à

développer une méthode pour

superposer à une modélisation

globale « poutre » des modèles

volumiques locaux pour la prise en

compte de non-linéarités.

27

Résultats

Dans le cadre de la thèse, l‟approche

de raccord de modèle poutre – 3D en

dynamique a été proposée et

développée dans Code_Aster. La

pertinence de ces travaux a été

illustrée par un cas semi-industriel

représentant une application de type

machines tournantes avec contact

rotor - stator. Cette approche

permettra, grâce à la richesse des

modèles 3D, d‟étudier tout autre

phénomène physique apparaissant

au cours du fonctionnement au

niveau des zones susceptibles de voir

initier des phénomènes

d‟endommagement (les plateaux

d‟accouplement, les alésages et les

racines des disques et des ailettes,

etc.). Les résultats de telles études

pourront être validés par comparaison

à des résultats expérimentaux sur des

bancs d‟essais d‟EDF R&D ou de ses

partenaires.

Contacts

Doctorant : Assaf GHANEM


AMA, LaMSID

Tuteur : Mohamed TORKHANI

Laboratoire : LAMCOS de l‟INSA

de Lyon

Ecole doctorale : INSA de Lyon


Thouraya BARANGER

Représentation schématique d‟un groupe turbo-alternateur



Contribution à la

modélisation avancée des

machines tournantes en

dynamique transitoire dans

le cadre Arlequin

Résoudre les crises vibratoires des machines tournantes

Groupe turbo-alternateur de CNPE lors d‟une opération de

maintenance



L‟optimisation de la gestion d‟un

patrimoine d‟ouvrages nécessite une

base de données fiable répertoriant

l‟état de chaque ouvrage. La

déformation, globale et locale de la

structure lors des sollicitations de

service, ainsi que son état de

fissuration sont des indicateurs de la

tenue mécanique de l‟ouvrage et de

ses pathologies potentielles. Disposer

d‟un système de mesures de

déformation réparties par fibre

optique se révèle être un atout de

premier ordre pour la surveillance

d‟une structure de génie civil puisqu‟il

permet, généralement avec un seul

câble à fibre optique noyé dans le

béton, d‟obtenir des profils de

mesures avec un pas centimétrique

sur une portée kilométrique, à

condition que ses performances

soient en adéquation avec les

exigences du maître d‟ouvrage

gestionnaire.

28

Résultats

Une méthodologie a été développée,

puis appliquée à un câble à fibre

optique particulier, afin de

caractériser les processus de

transferts d‟efforts entre le milieu hôte

et la fibre optique à travers le

revêtement du câble. Un système de

mesure complet a été évalué

métrologiquement sur la base d‟une

analyse d‟essais « du laboratoire au

terrain ». Enfin, une étude de

vieillissement a été menée sur le

câble particulier pour connaître

l‟impact de conditions chimique,

thermique et mécanique, rencontrées

dans le cadre d‟une application

d‟enceinte de confinement de centrale

nucléaire.

Contacts

Doctorant :

Jean-Marie HENAULT


Tuteur : Jean SALIN

Laboratoire : Institut Français des

Sciences et Technologies des

Transports, de l‟Aménagement et

des Réseaux (IFSTTAR)

Ecole doctorale Sciences,

Ingénierie et Environnement 6

Université Paris Est


Karim BENZARTI



Capacité de la technique de mesure à détecter et localiser les fissures dans

une structure en béton armé (résultats de mesures de déformation réparties

le long d'une fibre optique d'un câble noyé dans une poutre en béton armé

sollicitée en flexion 4 points à différents chargements).

Durabilité d‟un système de mesure de déformation par

fibre optique pour l‟auscultation d‟ouvrages en béton

Approche méthodologique

pour l‟évaluation des

performances et de la

durabilité des systèmes de

mesure répartie de

déformation. Application à un

câble à fibre optique noyé

dans le béton



EDF fait des relevés laser 3D en

centrale au moins une fois par

semaine pour mener des études

d‟ingénierie (étude de déplacement

de colis par exemple) et doit réaliser

des modèles CAO à partir de ces

relevés laser. Ces modèles CAO sont

constitués d‟un assemblage de

primitives géométriques simples

(plans, cylindres etc.). Le travail de

reconstruction permettant d‟aboutir à

ces modèles CAO est long et

fastidieux. L‟objectif de la thèse vise à

accélérer ce travail en l‟automatisant

partiellement.

29

Résultats

Une méthode de reconstruction de

primitives géométriques simples

(plans, cylindres, coudes) a été

développée à partir d‟un modèle CAO

a priori qui sert de guide à la

reconstruction et d‟un nuage de

points issu du relevé laser. Le

prototype logiciel associé a permis de

tester les performances de la

méthode sur de vraies scènes issues

de centrales. L‟exemple ci-dessus

correspond à une portion d‟installation

EDF. Le modèle CAO a priori

apparaît en gris sur l‟image en haut à

gauche. Les primitives du modèle

CAO reconstruit sont montrées en

gris sur l‟image de droite. La méthode

développée par le doctorant est

intéressante mais présente des

limites : les paramètres d‟entrée des

algorithmes sont délicats à régler, le

modèle CAO reconstruit n‟est pas

exhaustif, des contraintes

d‟assemblage des primitives entre

elles (concentricité, coïncidence etc.)

devraient être prises en compte. De

ce fait, il est préférable de segmenter

sommairement les zones à modéliser

dans le nuage de points. Le prototype

logiciel n‟est pas encore utilisable en

production.

Contacts

Doctorant : Aurélien BEY


SINETICS

Tuteurs : Raphaël MARC,

Guillaume THIBAULT

Laboratoire : LIRIS (Laboratoire

d'InfoRmatique en Image et

Systèmes d'information)

Ecole doctorale : InfoMaths,

Université C. Bernard Lyon 1


Samir AKKOUCHE , Raphaëlle

CHAINE



Reconstruction de modèles

CAO de scènes complexes à

partir de nuages de points

basée sur l‟utilisation de

connaissances a priori

Reconstruire des modèles CAO à partir de nuages de

points 3D



Les turbo-alternateurs assurent la

conversion de l‟énergie mécanique

sur l‟arbre de la turbine en énergie

électrique. Leur disponibilité est donc

primordiale pour assurer une bonne

continuité de service. Des contrôles et

des diagnostics sont mis en œuvre

pour réduire les risques de défaillance

et planifier la maintenance

nécessaire. La thèse visait à

consolider, via une approche

éléments-finis, le diagnostic réalisé

avec le moyen de mesure Elcid

(ELectromagnetic Core Imperfection

Detector) et le test de magnétisation

sous flux nominal, qui permettent

dans une certaine mesure de détecter

la présence de court-circuit entre

tôles du circuit magnétique. Ces

courts-circuits sont associés, en

exploitation, à des points chauds

pouvant être la cause de brûlure du

système d‟isolation (risque

d‟amorçage) voire de fontes du circuit

magnétique.

30

Résultats

Le travail de thèse a porté sur la

modélisation des méthodes de

diagnostic ainsi que sur la

problématique de modélisation multi-

échelle posée par les tôles des

circuits magnétiques (faible épaisseur

pour grandes dimensions par

ailleurs). Le principal résultat de la

thèse a donc été l‟établissement et la

mise au point d‟une méthode

permettant d‟homogénéiser les

parties de circuit magnétique peu

affectées par le défaut et de mailler

finement les zones parcourues par les

courants de défaut.

Contacts

Doctorant :

Juliana-Luisa MÜLLER


LAMEL/THEMIS

Tuteur : Jean-Yves ROGER

Laboratoire : L2EP (Lille ),

Grucad (Brésil)

Ecole doctorale : Université de

Lille (France), Université de

Santa Catarina (Brésil)


Francis PIRIOU

1. Fonte d‟un circuit magnétique suite à un défaut (IEEE

transactions on energy conversion)

2.Modélisation des courants de défaut au niveau d‟une

dent du circuit magnétique

3. Calcul d‟une valeur de point chaud associé à la

présence d‟un court-circuit en bout de dent



Contribution à la

modélisation de tests de

diagnostic de courts-circuits

entre tôles dans les stators

de turboalternateurs

Simulation de détection des courts-circuits entre tôles

dans les stators de turboalternateurs

Centrale thermique : mise en place du rotor dans le stator.

Photo : EDF - Laurent VAUTRIN



Les bobinages statoriques des grands

turbo-alternateurs sont le siège de

forces de Laplace qui sont à l‟origine

de vibrations de ces structures. Ces

vibrations peuvent générer des

problèmes de maintenance et/ou

d‟exploitation. Les niveaux atteints

dépendent du design de la machine,

de sa réalisation mais également des

régimes de fonctionnement qu‟elle

subit. Il s‟agit principalement d‟un

problème mécanique dont l‟origine est

électromagnétique. La détermination

des efforts dans les cages de

développantes est donc une première

étape pour une meilleure maîtrise des

problèmes vibratoires des cages de

développantes d‟alternateurs. Une

bonne maîtrise des valeurs des

efforts et de leur répartition,

notamment en tenant compte des

régimes de fonctionnement, permettra

à terme de fournir des informations

utiles pour les modélisations

mécaniques. L‟objectif final est que la

modélisation électromagnétique et

mécanique facilite la réception de

machine neuve, le maintien en

exploitation des alternateurs et

l‟optimisation de la maintenance et

des coûts de production associés au

service système.

31

Résultats

La thèse a permis la synthèse et la

comparaison en termes de

performance et de précision du

passage de solutions d‟un maillage

adapté à une physique à un autre

maillage adapté à une seconde

physique. Elle a permis également

d‟établir les performances relatives

entre ces méthodes en fonction de la

position des champs de solutions

(nœuds, arêtes, facettes, volume).

Ces travaux permettent de coupler

divers codes d‟EDF (Code_Carmel

pour l‟électromagnétisme,

Code_Aster pour la mécanique et

Syrthès pour le thermique). Il a été

établi des schémas génériques de

chaînage, électromécanique,

magnétothermique et électro-thermo-

mécanique, utilisant un utilitaire

spécifiquement développé (à l‟état

quasi industriel). Un premier calcul

réalisé au niveau d‟une extrémité de

turboalternateur a été effectué en

utilisant un modèle mécanique idéal.

Contacts

Doctorant :

Antoine JOURNEAUX


THEMIS

Tuteur : Jean-Yves ROGER

Laboratoire : LGEP (Laboratoire

de Génie électrique de Paris)

Ecole doctorale : : STITS (ED

422) - Laboratoire de Génie

électrique de Paris


Frédéric BOUILLAULT



Faciliter le maintien en exploitation des alternateurs et

optimiser la maintenance

Modélisation multi-physique

en génie électrique



Avec 80% de l‟énergie électrique

d‟origine nucléaire, le mix énergétique

français est intimement lié à

l‟industrie électronucléaire. Un des

aspects incontournables de

l‟acceptabilité du nucléaire est

incontestablement la gestion des

déchets radioactifs. Cette thèse

s‟inscrit dans le contexte du stockage

profond des déchets radioactifs de

haute et moyenne activité à vie

longue. En France, l‟argilite de Bure

(Arg) a été choisie comme roche hôte

notamment pour ses propriétés de

rétention des radionucléides,

propriétés qui permettent le

confinement de la radioactivité au

sein du stockage (couche argileuse à

500 mètres de profondeur). Or, cette

roche argileuse dite du Callovo-

Oxfordien (COx) contient

naturellement de la matière organique

(MO). Le but de cette thèse est

d‟évaluer l‟influence de la MO

naturelle mobile sur la rétention sur

l‟argilite de l‟europium, analogue

classique des actinides trivalents des

déchets vitrifiés.

32

Résultats

L‟influence de trois molécules

organiques naturelles a été étudiée

(acides subérique, sorbique et

tiglique). Toutes les expériences ont

été réalisées dans un milieu simulant

l‟eau du COx. L‟étude expérimentale

de l‟interaction Eu-Arg confirme que

la rétention se fait par sorption sur

l‟argilite (faible CEu) et précipitation

dans l‟eau de COx (forte CEu). Le

coefficient de distribution Rd, qui

quantifie la sorption, est de 170 ± 30

L/g, valeur élevée conforme aux

valeurs documentées sur des argilites

naturelles. Enfin, l‟étude du système

ternaire Eu-MO-Arg montre une

légère augmentation de la rétention

de Eu en présence de matière

organique. Cet effet synergique est

très satisfaisant du point de vue de la

sûreté du stockage : la présence de

ces petits acides organiques naturels

ne remet pas en question les

propriétés de rétention de l‟argilite

vis-à-vis de l‟europium et des

actinides trivalents.

Contacts

Doctorant : Laurence VU-DO


MMC, MAI

Tuteur : Carine MANSOUR

Laboratoire : SUBATECH (Ecole

des Mines de Nantes)

Ecole doctorale Modélisation et

Instrumentation en Physique,

Energie, Géosciences et

Environnement (ED 534

MIPEGE), Université Paris-Sud

Orsay


Bernd GRAMBOW



Influence de la matière organique sur le confinement de la

radioactivité dans le stockage géologique de Bure

Influence de la matière

organique naturelle mobile

sur la rétention de l'europium

sur l'argilite de Bure

Schéma d‟une alvéole de stockage pour les déchets de haute

activité (source : ANDRA, dossier 2005 Argile)



La capacité à reproduire,

numériquement, la dispersion de

rejets radioactifs, suite à un

hypothétique accident nucléaire,

constitue un exemple concret de

l‟intérêt que peut porter une

entreprise comme EDF pour l‟étude

de la couche limite atmosphérique.

Ainsi l‟amélioration des procédés de

modélisation reste un enjeu important

pour des questions de sûreté ou de

qualité de l‟air. Ce type d‟événement

peut durer pendant plusieurs journées

sur une succession de situations

stables et instables. L‟étude de la

dispersion, sur le site de la centrale

nucléaire de Flamanville, représente

un exemple des motivations

principales, à long terme, de ce

travail. De ce fait, cette thèse traite de

la modélisation LES de l‟évolution des

écoulements turbulents dans la

couche limite atmosphérique lors d‟un

cycle diurne avec Code_Saturne, un

code numérique de mécanique des

fluides (CFD) adapté à l‟atmosphère

et supportant des géométries

complexes, explicitement prise en

compte dans un maillage non

structuré.

33

Résultats

Cette thèse a permis, sur une

situation atmosphérique diurne

complète, l‟intercomparaison de

différents modèles sous-maille

LES tels que les modèles de

Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-

Lilly et WALE (Wall-Adapting Local

Eddyviscosity). De plus, le fort impact

du couplage radiatif sur l‟évolution du

jet de basse couche et sur les profils

de température potentielle a

clairement pu être mis en évidence.

Enfin l‟influence de la stabilité de

l‟atmosphère sur la capacité de

Code_Saturne à reproduire les

conditions atmosphériques stables, la

nuit, a été étudiée et discutée dans ce

travail.

Contacts

Doctorant : Cédric DALL’OZZO


Tuteur : Maya MILLIEZ

Laboratoire : Centre

d'Enseignement et de Recherche

en Environnement

Atmosphérique (CEREA),

laboratoire commun Ecole des

Ponts ParisTech - EDF R&D

Ecole doctorale « Sciences,

Ingénierie et Environnement »,

Université Paris-Est


Bertrand CARISSIMO



Modélisation d'écoulements

atmosphériques stratifiés par

Large-Eddy Simulation à

l'aide de Code_Saturne

Reproduire numériquement les conditions atmosphériques

pour estimer la dispersion des rejets



Dans les centrales nucléaires de type

réacteur à eau sous pression, l'eau

joue un rôle majeur. Son épuration

est primordiale pour garantir la

sécurité du personnel, pour maintenir

la tenue des matériaux, et pour éviter

l'encrassement des circuits. Les

circuits d'épuration sont constitués de

filtres et de résines échangeuses

d'ions (REI), qui assurent la

décontamination des fluides, tout en

conservant leurs propriétés physico-

chimiques.

Augmenter les connaissances sur les

REI permettrait d'identifier les

paramètres et les facteurs cinétiques

limitant leur efficacité et leur durée de

vie. Un modèle dédié à la gestion des

REI étant co-developpé avec

MinesParisTech (OPTIPUR), l'objectif

de la thèse était d'étudier l'ensemble

des facteurs limitant la cinétique de

l'échange d'ions afin d'aider à la

validation du modèle.

34

Résultats

Une étude expérimentale a permis

d‟identifier les paramètres influençant

l'efficacité des REI. La cinétique de

l'échange d'ions a été étudiée par la

caractérisation de la résistance au

transfert de masse en colonne. La

sensibilité des paramètres influençant

ce phénomène a été étudiée.

L'importance de la vitesse de filtre et

de la température sont apparues. Les

nombreux résultats expérimentaux

ont ensuite été modélisés par

l'utilisation d'une corrélation empirique

basée sur le coefficient de transfert

de masse. Celle-ci pourra être

implémentée dans OPTIPUR afin de

simuler les échanges binaires. Puis,

OPTIPUR a été testé pour modéliser

des échanges multi-composants en

s'appuyant sur un modèle physico-

chimique prenant en compte le

transport convectif et diffusif dans la

totalité de la colonne. Les résultats

obtenus ont validé cette approche.

Outil puissant, OPTIPUR peut aider à

la gestion des REI par la Division

Ingénierie Nucléaire (CEIDRE et

CIDEN) pour les études menées sur

les résines (renouvellement du

marché nationale, épuration des

fluides liés au démantèlement des

installations,...).

Contacts

Doctorant : Aurélie MABROUK


Tuteur : Hélène SCHNEIDER

Laboratoire : CEP et HR de

l‟Ecole des Mines de Paris

Ecole doctorale n° 432 :

Sciences des Métiers de

l‟ingénieur


Christophe COQUELET

Maître de thèse :

Vincent LAGNEAU



Caractérisation des résines

échangeuses d‟ions d‟intérêt

pour les réacteurs à eau

sous pression. Application et

validation d‟un modèle dédié.

Optimiser le traitement de l‟eau des réacteurs des

centrales nucléaires par les résines échangeuses d‟ions

Billes de résine anionique (photo : Patrick Billard)



La sûreté de fonctionnement des

équipements intégrés au contrôle-

commande et à l‟instrumentation

nucléaire doit être optimisée afin de

garantir en permanence la maîtrise

des risques et d‟accroître les

conditions de sûreté et de

fonctionnement des installations.

Comprenant également que

l‟obsolescence des composants

électroniques doit faire l‟objet d‟une

gestion rigoureuse afin d‟anticiper les

problèmes d‟approvisionnement,

l‟intégration de composants

électroniques programmables

permettrait d‟apporter une solution

durable et efficace en ce qui concerne

la rénovation de matériels. Dans ce

contexte, de nouveaux outils pouvant

être utilisés pour analyser et

améliorer la fiabilité des circuits

électroniques programmables doivent

être proposés afin de faciliter leur

qualification conformément aux

exigences normatives de sûreté liées

à la conception de circuits

numériques et dédiées à l‟industrie

nucléaire.

35

Résultats

Afin d‟évaluer la fiabilité d'un circuit

en tenant compte de sa capacité à

tolérer les fautes (erreurs de

masquage), la notion de fiabilité

effective est proposée dans le but

d‟obtenir des résultats plus précis.

Afin d‟améliorer la fiabilité des circuits

intégrés dans des applications

critiques, une méthode de

partitionnement automatique est

proposée. Elle repose sur une

méthode optimisée de conception par

redondance sélective de type TMR

(triple modular redundancy) dont la

complexité dépend du niveau de

fiabilité souhaité. La méthode donne

des résultats proches de l'optimum.

Sa facilité d‟intégration dans les outils

de conception de circuits VLSI (very-

large-scale integration) et FPGA

(field-programmable gate array) est

démontrée. Un outil basé sur

l'injection de fautes a également été

développé dans le but d'analyser et

de valider en simulation le

comportement des circuits

numériques.

Contacts

Doctorant : Gutemberg

GONCALVES DOS SANTOS Jr


Tuteur : Bastien COUSIN

Laboratoire : Telecom ParisTech

École Doctorale d‟Informatique,

Télécommunications et

Électronique de Paris

Directeurs de thèse : Lirida

NAVINER, Jean-François NAVINER



Conception robuste de

circuits numériques à

technologie nanométrique

Conception robuste et amélioration de la fiabilité des

circuits électroniques programmables de type FPGA

Dépôt de brevetProcédé de durcissement logique par partitionnement d'un circuit électronique (Bastien

COUSIN, Gilles DELEUZE, Laurent CRETINON, Gutemberg GONCALVES DOS

SANTOS Junior, Lirida NAVINER). Dépôt le 29/11/2012.

Durcissement d‟un circuit numérique par redondance TMR et

optimisation du partitionnement



Un des buts de l'ergonomie est de

participer à la conception des

systèmes homme-machine. Il est

largement reconnu que la contribution

de l'ergonomie doit intervenir le plus

tôt possible dans le processus de

conception, depuis la découverte des

besoins des utilisateurs jusqu‟à la

définition des exigences et des

spécifications de conception, c'est-à-

dire dès l'analyse des besoins.

L'objectif de la thèse est d'analyser

notre propre participation, en tant

qu'ergonome co-concepteur, à

l'analyse des besoins d'un projet de

conception d'EDF R&D concernant un

nouveau système informatique pour

le pilotage de réacteurs nucléaires.

Au cours de celui-ci, nous avons

collaboré avec les ingénieurs du

projet et les futurs utilisateurs dans la

définition des différents aspects du

système (fonctionnel, organisationnel,

opérationnel, interaction et physique)

à travers la formulation d'exigences et

de spécifications. Cette collaboration

s'est cristallisée à travers la rédaction

du cahier des charges final.

36

Résultats

Une maquette d‟interface homme-

machine a été conçue, facilitant pour

les opérateurs de conduite la

réalisation de la montée de puissance

à 3% de Pn. Le rôle de l‟ergonome

dans le processus de conception a

été clarifié.

Thèse non diffusable

avant le 06/02/2017

Contacts

Doctorant : Stanislas COUIX


Tuteur : Cécilia DE LA GARZA


Recherche sur le Travail et le

Développement

Ecole doctorale du CNAM


Françoise DARSES



Contribution de l‟ergonome à l'analyse des besoins dans la

conception de systèmes informatiques industriels

L'ergonome co-concepteur :

quelle contribution à

l'analyse des besoins dans

la conception de systèmes

informatiques industriels ?



Dans de nombreux contextes

opérationnels, tels l‟exploitation du

retour d‟expérience, la préparation

d‟interventions, etc., il est capital de

retrouver rapidement l‟information

pertinente au sein de documents de

natures et d‟origines variées

(documents patrimoniaux, notes de

travail, bases documentaires métiers,

etc.). Or, l‟exploration du texte seul ne

fournit pas toujours des critères

pertinents pour identifier les « bons »

documents. Des observations ont

montré que les contextes dans

lesquels a été établi et est recherché

un document fournissent des

éléments importants pour orienter la

recherche : niveau de détail et de

technicité attendus, public visé,

objectifs du document conditionnent

largement le contenu et donc la

probabilité d‟y retrouver l‟information

cherchée. L‟objectif de la thèse est de

valider cette démarche, de définir des

méthodes de caractérisation du

contexte et d‟identifier des modalités

d‟implémentation dans des outils de

classification et de recherche

documentaires.

37

Résultats

A partir d‟une immersion et d‟une

cartographie détaillée de

l‟environnement informationnel d‟une

équipe d‟EDF-R&D, complétées par

des entretiens sur sites de production,

la thèse propose une démarche

méthodologique d‟observation et

d‟analyse permettant d‟identifier et de

caractériser ce qu‟est un contexte

professionnel et comment il se traduit

dans l‟environnement documentaire.

Cette cartographie a permis de définir

un certain nombre de points

caractérisant un « contexte » et

pertinents pour la classification et la

recherche documentaires.

La thèse est mise en application à

travers des propositions de prise en

compte du contexte dans une

démarche de classification par

facettes, appuyée sur un outil

prototype développé dans le cadre

d‟un projet ANR auquel la thèse était

rattachée.

Contacts

Doctorant : Noémie MUSNIK


Tuteurs : Benoit RICARD,

Sylvain MAHE

Laboratoire : équipe de

recherche DICEN (CNAM)

Ecole doctorale Abbé Grégoire -

CNAM


Manuel ZACKLAD (CNAM)



La gestion de l‟information

en contexte. Enquête sur les

pratiques informationnelles

des ingénieurs chercheurs

d‟EDF R&D

Faciliter la recherche documentaire en incluant le contexte

professionnel


38

39 Analyser les tendances d'évolution des macroinvertébrés

des rivières dans un contexte de réchauffement des eaux

40 Quantifier l‟impact du changement climatique sur les

crues pour le dimensionnement d‟évacuateurs

41 Rétablir par érosion de berge des apports de sédiments

dans les rivières aménagées

42 Vallées hydroélectriques : optimiser en temps-réel et sous

contraintes d‟exploitation la puissance électrique

43 Prendre en compte les risques physiques et financiers dans

la gestion d‟un barrage hydraulique

44 Prévoir l‟évolution de la ressource en eau dans la

perspective d‟une évolution climatique

PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION

HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU

Photo : EDF - Marc DIDIER

Sommaire



Cette thèse a été réalisée dans le

cadre du programme de recherche

Thermie-Hydrobiologie (2008-2012)

validé par les directions d‟EDF R&D

et d‟IRSTEA puis par le groupe de

travail « Rejets thermiques des

centrales électriques » réunissant le

ministère en charge de

l‟environnement, l‟Autorité de sûreté

nucléaire (ASN) et EDF. Dans un

contexte de changement climatique et

de difficultés à respecter les seuils

réglementaires de température, il est

essentiel pour EDF de mieux

appréhender le rôle de la température

sur les organismes aquatiques.

L‟objectif de cette thèse consistait à

réaliser des analyses poussées de

données (environnementales et

biologiques) obtenues depuis trente

ans en amont et en aval de centrales

nucléaires situées en milieu fluvial.

Au total, dix paramètres

environnementaux ont été analysés

ainsi que les réponses d‟organismes

vivant au fond des rivières (crustacés,

mollusques, larves d‟insectes, vers)

en relation avec les changements

observés dans trois fleuves.

39

Résultats

Les données exploitées dans cette

thèse proviennent des suivis

hydrobiologiques des quatre centrales

nucléaires de Loire moyenne, de

Nogent-sur-Seine et de Chooz sur la

Meuse. Globalement, ces travaux ont

permis de mettre en évidence que

l'évolution sur trente ans des

macroinvertébrés benthiques est liée

au réchauffement de l'eau mais le

débit et l'amélioration des traitements

d'épuration (réduction du phosphore)

expliquent également en grande

partie les changements observés

(apparition d‟espèces polluo-

sensibles). Il est important pour EDF

d'avoir estimé la part des

changements observés due aux

facteurs hydroclimatiques et celle en

lien avec d‟autres facteurs

environnementaux. En outre, aucune

différence significative n'a été mise en

évidence entre l'amont et l'aval des

sites. L‟effet des centrales nucléaires

est beaucoup plus ténu et localisé

dans ce contexte d‟évolutions

globales.

Contacts

Doctorant : Mathieu FLOURY

Département EDF R&D : LNHE

Tuteur : Cécile DELATTRE

Laboratoire : IRSTEA

Ecole doctorale Science de la

vie, santé, agronomie,

environnement, Université Blaise

Pascal - Clermont-Ferrand II


Yves SOUCHON



Analyse des tendances

d'évolution de peuplements

de macroinvertébrés

benthiques dans un contexte

de réchauffement des eaux

Analyser les tendances d'évolution des macroinvertébrés

des rivières dans un contexte de réchauffement des eaux

Photo : Perla DREAL Auvergne



Depuis 2006, EDF applique une

nouvelle approche hydro-

climatologique de prédétermination

des pluies et crues extrêmes, la

méthode SCHADEX, pour le

dimensionnement des évacuateurs de

crues de ses barrages. Dans un

contexte de changement climatique

global, potentiellement amplificateur

de la fréquence et de l'intensité des

événements extrêmes, l'application

de la méthode SCHADEX en

conditions non-stationnaires est un

sujet d'intérêt majeur pour les

hydrologues d'EDF. Aussi, l'objectif

scientifique des travaux de thèse

entrepris a été d'évaluer la capacité

de la méthode SCHADEX à prendre

en compte l'information contenue

dans les simulations du climat futur,

pour estimer les crues extrêmes du

futur.

40

Résultats

Une analyse de sensibilité des

estimations de crues extrêmes

SCHADEX à la variabilité climatique

observée a tout d‟abord été réalisée

sur plusieurs bassins versants (en

France, Autriche, Canada et en

Norvège), et a révélé la grande

sensibilité des estimations à l'aléa

pluie forte et à la transformation pluie-

débit. L‟incorporation d‟évolutions

climatiques simulées par plusieurs

modèles climatiques au sein de la

méthode SCHADEX a ensuite montré

la difficulté de quantifier l'impact du

changement climatique sur les crues

extrêmes, du fait de processus qui

s'additionnent (diminution des débits

extrêmes due à la fois à l'évolution

des fréquences d'occurrences

d'épisodes pluvieux et à l'évolution

des conditions de saturation des

bassins versants) et d'autres qui

s'opposent (augmentation des débits

extrêmes due à l'augmentation de

l'intensité future des épisodes

pluvieux).

Contacts

Doctorant : Pierre BRIGODE


Tuteur : Pietro BERNARDARA

Laboratoire :

UMR 7619 SISYPHE

Ecole doctorale Géosciences et

Ressources Naturelles (ED 398),

Université Pierre et Marie Curie


Pierre RIBSTEIN

PrixPrix du meilleur poster délivré par la division EGU “Climate: Past, Present, Future (CL)”

pour un poster présenté lors de l‟assemblée générale 2012 de l‟EGU, à Vienne

https://www.egu.eu/awards-medals/union-osp-award/2012/pierre-brigode/



Changement climatique et

risque hydrologique :

évaluation de la méthode

SCHADEX en contexte non-

stationnaire

Quantifier l‟impact du changement climatique sur les crues

pour le dimensionnement d‟évacuateurs

Evacuateur de crues












La dynamique sédimentaire des

rivières, souvent modifiée par les

aménagements, n‟a pas été

considérée comme un facteur

significatif pour la qualité de

l‟environnement riverain et dans la

définition des stratégies de

restauration. Les approches

destinées à rétablir la charge

sédimentaire d‟une rivière afin qu‟elle

soit compatible avec les exigences

environnementales (développement

de la biodiversité) et humaines sont

encore peu étudiées. Les stratégies

existantes telle que l‟injection de

sédiments sont souvent coûteuses et

nécessitent une intervention humaine.

Cette thèse porte sur l‟érosion induite

des berges, qui constitue une

alternative innovante et plus durable

pour le rétablissement du transport

solide. Cette approche consiste à

accroître le potentiel d‟érosion latérale

des berges d‟une rivière, permettant

ainsi l‟alimentation du lit en sédiments

et la génération d‟une morphologie

variée. Elle a été appliquée au Rhin,

en aval du barrage hydroélectrique de

Kembs, dans le cadre de la nouvelle

concession (2010-2035).

41

Résultats

Les travaux de thèse ont permis de

proposer une configuration optimale

pour amorcer l‟érosion de berge. Son

efficacité a été soigneusement

vérifiée grâce à un modèle physique

réduit représentant un site pilote du

Vieux Rhin de 1 km. Des mesures ont

été réalisées par Scanner3D

(topographie) et LSPIV (vitesse de

surface) afin de rendre compte des

processus mis en place et de la

réponse morphologique. Les mesures

sur le modèle réduit ont été exploitées

pour développer et valider un

processus de rupture de berge dans

la plateforme de modélisation

hydrosédimentaire Telemac-

Mascaret.

Contacts

Doctorant : Andrés DIE MORAN


Tuteur :

Kamal EL KADI ABDERREZZAK

Laboratoire Saint-Venant (EDF

R&D, CETMEF, Ecole des Ponts

ParisTech)

Ecole doctorale : Sciences,

Ingénierie, Environnement (SIE) -

ED 531 ; Université Paris-Est

Directeurs de thèse : Catherine

VILLARE, Erik MOSSELMAN



Rétablissement de la

dynamique sédimentaire

dans les cours d'eau en lits

aménagés : modélisation

physique et numérique. Cas

du Vieux Rhin (France)

Rétablir par érosion de berge des apports de sédiments

dans les rivières aménagées

Prix

Prix "Excellence Paper Award" au

12th International Symposium on

River Sedimentation (ISRS), Kyoto,

Japon, 2013.



Dans un contexte de développement

des EnR (énergies renouvelables) et

d‟optimisation de la production, EDF

cherche à répondre à de nouveaux

enjeux concernant les moyens de

production hydrauliques telles que

l‟utilisation partagée de la ressource

en eau et l‟utilisation de ces moyens

comme levier d‟optimisation

supplémentaire. Un des leviers est

d‟améliorer l‟optimisation actuelle, qui

définit des consignes demi heure par

demi heure pour chaque centrale, en

proposant à l‟intérieur de cette

période une conduite adaptée en

temps-réel. Une problématique

importante dans cet objectif est que

l‟interaction forte entre les biefs

nécessite d‟avoir une vision

coordonnée de l‟ensemble de la

vallée. Comme il est coûteux

informatiquement de réaliser une

optimisation globale avec la prise en

compte des contraintes, le but de la

thèse a été de développer des

méthodes d‟optimisation associant

échelles locale et globale, en

recourant à des méthodologies

d‟automatique appropriées et

robustes vis-à-vis de défaillances.

42

Résultats

La coordination entre biefs d‟une

vallée hydroélectrique permettant

d‟obtenir l‟optimum global a été

obtenue en proposant le

développement de méthodes de

décomposition-coordination. En vue

d‟une implémentation temps-réel, les

problèmes d‟optimisation sont

exprimés de manière à obtenir des

solutions explicites pour être

indépendants de la convergence

d‟algorithmes itératifs. Ces méthodes

ont été testées sur la plate-forme

Supervision-NG permettant la

communication avec un modèle fin de

la vallée hydroélectrique (basé sur les

équations de Saint-Venant et la

bathymétrie de la rivière). Les

simulations avec des données réelles

ont montré que l‟objectif d‟avoir une

optimisation de la puissance rapide et

robuste face aux défaillances, et qui

permette de prendre en compte

facilement les contraintes, a été

atteint. Cet algorithme a montré en

particulier l‟intérêt de la coordination

entre centrales.

Contacts

Doctorant :

Jennifer ZARATE FLOREZ


Tuteurs : Frans DAVELAAR,

Serge MAURIN

Laboratoire de Grenoble d'Image,

Parole, Signal, Automatique

(GIPSA-Lab)

Ecole doctorale : E.E.A.T.S

(Electronique, Electrotechnique,

Automatique & Traitement du

Signal)

Directeurs de thèse : Gildas

BESANCON, John MARTINEZ



Vallées hydroélectriques : optimiser en temps-réel et sous

contraintes d‟exploitation la puissance électrique

Etudes de commande par

décomposition-coordination

pour l‟optimisation de la

conduite de vallées

hydroélectriques



Les barrages hydrauliques sont la

principale source d‟énergie

renouvelable en France, représentant

près de 14% de l‟énergie produite.

Un enjeu crucial pour EDF consiste à

optimiser la gestion de ce moyen de

production soumis à des incertitudes

telles que les apports en eau. Cette

thèse aborde deux questions de

gestion hydraulique formulées

comme des problèmes d‟optimisation

dynamique stochastique. La première

partie de cette thèse traite de la

gestion, sur un horizon annuel, de la

production hydroélectrique d‟un

barrage soumise à une contrainte dite

de cote touristique. Cette contrainte

vise à assurer une hauteur de

remplissage du réservoir

suffisamment élevée durant l‟été avec

un niveau de probabilité donné. La

seconde partie du manuscrit

considère le cas de plusieurs

barrages connectés en cascades. On

néglige ici la contrainte de cote et on

se concentre sur la recherche d‟une

stratégie de gestion de la vallée sur

une année minimisant les coûts

moyens de production de la vallée. La

difficulté technique adressée ici est la

grande taille du problème

d‟optimisation stochastique.

43

RésultatsUne méthode de résolution originale

fondée sur la dualisation de la

contrainte en probabilité au moyen

d‟un multiplicateur a été développée.

Une discussion avec les

opérationnels a conduit à la nécessité

de reformuler le critère d‟optimisation

mettant en évidence les difficultés

intrinsèques de formulation d‟un

problème avec contrainte de risque.

Deux critères conservant la contrainte

de cote touristique en probabilité ont

été proposés. Les algorithmes de

résolution associés ont été

développés. En simulation, ces

algorithmes fournissent des résultats

conformes aux demandes des

opérationnels mais en des temps de

calcul encore importants. Dans la

seconde partie de la thèse, on

considère le cas de plusieurs

barrages en cascade. On propose

une méthode de résolution approchée

par décomposition-coordination,

l‟algorithme Dual Approximate

Dynamic Programming (DADP). Les

résultats numériques obtenus

donnent de performances très

proches de l‟optimum. On conclut par

une discussion sur des extensions

possibles à un plus grand nombre de

barrages en cascade et à des cas de

réseaux de structure plus complexe.

Contacts

Doctorant :

Jean-Christophe ALLAIS


OSIRIS / PGMO

Tuteurs : Laetitia ANDRIEU,

Nadia OUDJANE

Laboratoire : Optimisation et

Systèmes, laboratoire CERMICS

de l‟Ecole des Ponts Paris Tech

Ecole doctorale : Université

Paris-Est


Michel DELARA, Pierre

CARPENTIER



Photo : EDF - Marc DIDIER

Prendre en compte les risques physiques et financiers

dans la gestion d‟un barrage hydraulique

Risque et optimisation

pour le managements

d‟énergies : application à

l‟hydraulique



Les hydrologues sont questionnés sur

le sujet de l‟évolution à moyen et long

terme de la ressource en eau. Les

enjeux pour le groupe EDF sont liés à

la production hydraulique-nucléaire-

thermique ainsi qu‟à l‟impact du

changement climatique sur les

moyens de production. Une

quantification des incertitudes

associées à leurs projections est

souvent demandée aux hydrologues

et pose la question de la robustesse

de ces modèles conceptuels,

notamment dans le contexte d‟un

climat en évolution. L‟utilisation d‟un

modèle dans des conditions

différentes de celles où il a été calé

repose sur une hypothèse de

transférabilité des paramètres, c‟est-

à-dire la possibilité d‟utiliser les

paramètres d‟un modèle dans des

conditions différentes de celles de sa

construction. Nous tentons d‟apporter

des éléments de réponse aux

questions suivantes :

• Quel est le niveau de robustesse

des modèles hydrologiques

conceptuels face à des conditions

climatiques variables ?

• Quelles sont les causes de ce

manque de robustesse et y a-t-il des

façons de s‟en prémunir ?

44

Résultats

Les résultats montrent des

corrélations entre les problèmes de

robustesse et les écarts de conditions

climatiques entre les périodes de

calage et de validation des modèles.

Des situations de biais systématiques

corrélés à des changements de

température de l‟air ressortent en

particulier de ces analyses. L‟étude

des biais de simulation sur les

bassins où les modèles ne sont pas

robustes, montre des alternances de

phases de sous-estimation et

surestimation des débits, le biais sur

le module décennal pouvant atteindre

20%. Pour les modèles conceptuels

utilisés dans ces travaux, les

problèmes de robustesse détectés

découlent de difficultés à bien

reproduire les bilans moyens de façon

simultanée sur différentes périodes.

Ces travaux ouvrent sur les réflexions

sur la capacité insuffisante de

certains modèles hydrologiques

conceptuels à reproduire des

dynamiques basses fréquences et sur

le rôle des erreurs d‟estimation des

forçages, notamment les variations

temporelles de l‟évapotranspiration,

dans les situations de modélisation

incorrecte.

Contacts

Doctorant : Laurent CORON


Tuteur : Marie BOURQUI

Laboratoire : IRSTEA

Ecole doctorale : AgroParisTech

- ED 398 (Géosciences et

ressources naturelles)


Vazken ANDRÉASSIAN



Les modèles hydrologiques

conceptuels sont-ils robustes

face à un climat en

évolution ? Diagnostic sur un

échantillon de bassins

versants français et

australiens

Prévoir l‟évolution de la ressource en eau dans la

perspective d‟une évolution climatique

Barrage de St Pierre-de-Cognet (photo : EDF - Audrey VALÉRY)


45

46 Baisser le coût de l‟électricité produite par le solaire

thermodynamique

47 Réduire les coûts de production du solaire photovoltaïque

48 Caractériser des cellules solaires photovoltaïques par

analyse spectrale et spatiale de la luminescence

49 Apporter des solutions pour une meilleure intégration des

éoliennes dans le système électrique

Photo : EDF – Marc DIDIER

DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS

LE RÉSEAU

Sommaire



La meilleure architecture de centrale

solaire thermodynamique est un

récepteur central à tour, associé

aujourd‟hui à un cycle

thermodynamique à vapeur classique.

Adopter un cycle de Brayton, c‟est-à-

dire une turbine à gaz, permettra de

baisser significativement le coût de

l‟électricité produite. Le récepteur

solaire constitue le principal verrou

technologique d‟une centrale

tour/Brayton : il doit allier un transfert

thermique important à de faibles

pertes de charge. Le récepteur

bimétallique (cuivre et Inconel)

développé dans le cadre du projet

PEGASE apporte une réponse

innovante à ce défi. PEGASE aborde

aussi l‟intégration des principaux

composants (récepteur, turbine,

stockage thermique). Les résultats

obtenus dans le cadre de cette thèse

constituent un savoir-faire et une

propriété intellectuelle qu‟EDF pourra

valoriser par la suite lorsque la filière

tour/Brayton se déploiera, dans le

cadre de projets menés par EDF ou

par d‟autres entreprises.

46

Résultats

L‟optique de chaque héliostat du

champ solaire de la centrale Thémis

(réutilisée pour le projet Pégase) a

été caractérisée individuellement.

L‟étude de la carte des flux incidents

a permis d‟agencer la disposition des

absorbeurs solaires au fond de la

cavité du récepteur pilote. Des

simulations thermiques ont permis de

vérifier que les températures d‟air

obtenues étaient conformes ; en

revanche, les pertes de charges sont

excessives, ce qui est préjudiciable

au rendement de la turbine. La

conception générale du récepteur

(modulaire composée d‟absorbeurs

bimétallique cuivre-Inconel) n‟est pas

remise en cause, mais le nombre de

rangées de tubes dans les

absorbeurs doit être augmenté. La

prochaine mise en service de la

boucle d‟essai à air chaud pressurisé

en haut de tour permettra bientôt de

tester le récepteur pilote en conditions

réelles.

Contacts

Doctorant : Benjamin GRANGE

Département EDF R&D : EFESE

Tuteur : Frédéric SIROS

Laboratoire : PROMES (CNRS)

Ecole doctorale : Direction de la

Recherche et des Ecoles

Doctorales


Gilles FLAMANT

Dépôt de brevet en coursLe futur brevet concernera la disposition des modules absorbeurs dans le récepteur

solaire ainsi que l‟intégration d‟une cavité active.


LE RÉSEAU

Modélisation et

dimensionnement d‟un

récepteur solaire à air

pressurisé pour le projet

PEGASE

Baisser le coût de l‟électricité produite par le solaire

thermodynamique

Centrale solaire thermodynamique en Andalousie

(photo : EDF - Robert SOLER)



Le marché du photovoltaïque est

actuellement dominé par les

technologies à base de silicium

cristallin. Un intérêt croissant est

porté pour les technologies en

couches minces. En particulier, les

cellules solaires à base de CIGS

(diséléniure de cuivre-indium-gallium)

présentent des rendements

supérieurs à 20 % en laboratoire, et

sont en pleine phase

d'industrialisation. Les techniques

majoritairement utilisées, comme la

co-évaporation ou la pulvérisation

cathodique, sont des méthodes de

dépôts sous vide. Afin de diminuer les

coûts de production, des alternatives

de dépôts atmosphériques sont

développées, comme l'électrodépôt

suivi d‟un recuit sélénisant. Avec cette

technique, déjà développée à l'échelle

industrielle, le cuivre, l'indium et le

gallium sont déposés

séquentiellement, en trois étapes

distinctes. L'électrodépôt des trois

éléments en une étape s'avère

difficile, mais constitue un enjeu

important dans la réduction des coûts

de fabrication.

47

Résultats

Un procédé stable, rapide et

homogène de co-électrodépôt du

cuivre de l‟indium et du gallium sous

forme d‟oxydes a été développé.

Dans ce procédé, un agent oxydant

est réduit à la surface du substrat,

provoquant ainsi une augmentation

locale du pH et la précipitation des

trois oxydes. Les principaux

mécanismes de dépôt ont été

identifiés et les conditions

d‟électrodépôt ont été optimisées.

Deux étapes de recuit sont ensuite

nécessaires : un recuit réducteur, afin

de transformer les oxydes déposés

en alliages métalliques, puis un recuit

sélénisant, pour former le CIGS. Une

réduction totale des oxydes a été

obtenue sous atmosphère

d‟hydrogène, et le mécanisme de

réduction a été identifié. Un travail sur

le recuit sélénisant a été initié et a

permis d‟obtenir une cellule à 9.4%

de rendement de conversion.

Contacts

Doctorant :

Aurélien DUCHATELET


Tuteur : Grégory SAVIDAND

Laboratoire : UCCS (Unité de

Catalyse et Chimie du Solide -

UMR 8181)

Ecole doctorale : ED 104 - SMRE

(Science de la Matière du

Rayonnement et de

l‟Environnement)


Daniel LINCOT

Dépôt de brevetProcédé d‟analyse de la structure cristalline d‟un matériau semi-conducteur poly-

cristallin, FR1257556, PCT/EP2013/066043.


LE RÉSEAU

Synthèse de couches

minces de Cu(In,Ga)Se2

pour cellules solaires par

électrodépôt d‟oxydes mixtes

de cuivre-indium-gallium

Réduire les coûts de production du solaire photovoltaïque



Le photovoltaïque occupe

actuellement une place importante

dans notre mix énergétique, qui est

susceptible de grandir encore dans le

futur. Pour accompagner cette

croissance, des méthodes de

caractérisation fiables sont

nécessaires, à la fois pour améliorer

les rendements des nouvelles filières

en R&D et pour augmenter la

rentabilité des lignes de production et

qualifier les panneaux produits dans

l‟industrie. En particulier à l‟IRDEP, la

filière à base d‟absorbeur

Cu(In,Ga)Se2 est étudiée, de sa

fabrication à sa caractérisation. Les

propriétés optoélectroniques de ce

matériau ont la particularité de

fluctuer spatialement, ce qui en altère

l‟efficacité par des mécanismes que

nous voulons clarifier ici. Pour ce

faire, nous allons tirer profit de

l‟émission de luminescence de la

cellule. L‟objectif de cette thèse est

donc double, il s‟agit premièrement de

développer des outils de mesure et

d‟analyse de la luminescence, et de

les appliquer ensuite à l‟étude des

cellules de Cu(In,Ga)Se2.

48

Résultats

En collaboration avec Photon etc.,

une PME basée à Montréal, le

premier volet de la thèse a conduit à

l‟application d‟un imageur

hyperspectral pour le PV. Cet outil

innovant acquiert une image de la

cellule pour chaque longueur d‟onde

d‟émission, autrement dit, il permet

d‟accéder à la fois aux variations

spatiales et spectrales de la

luminescence. Expérimentalement,

nous avons démontré que l‟imageur

hyperspectral permet de mesurer

optiquement la tension délivrée par

une cellule photovoltaïque, sans

utiliser de contacts électriques. C‟est

donc une méthode de caractérisation

pertinente de la cellule, rapide, et

dépourvue d‟artefacts liés par

exemple à des résistances de

contacts. Dans le cas du

Cu(In,Ga)Se2, des variations de

propriétés à l‟échelle du micron ont

été mises en évidence, telles que des

résistances locales ou des temps de

vie des porteurs de charges.

Contacts

Doctorant :

Amaury DELAMARRE


Tuteur : Laurent LOMBEZ

Laboratoire : IRDEP

Ecole doctorale : ED397-

Physique et Chimie des

Matériaux - UPMC Paris 6


Jean-François GUILLEMOLES

Dépôt de brevetProcédé d‟analyse de la structure cristalline d‟un matériau semi-conducteur poly-

cristallin, FR1257556, PCT/EP2013/066043.


LE RÉSEAU

Développement de nouvelles

méthodes de caractérisation

optoélectroniques des

cellules solaires par imagerie

hyperspectralePhoto : © Photon. Imageur hyperspectral permettant d‟enregistrer les

variations spatiales et spectrales de la luminescence en une seule

acquisition.

Schéma : variation à l‟échelle micrométrique de la séparation des niveaux

de Fermi sur une cellule photovoltaïque Cu(In,Ga)Se2. Cette valeur peut

être reliée à la tension locale délivrée par la cellule.

Caractériser des cellules solaires photovoltaïques par

analyse spectrale et spatiale de la luminescence



Le travail de thèse s‟inscrit dans un

projet R&D intitulé « Insertion des

énergies renouvelables (EnR) dans

les réseaux électriques ». Il s‟agit

d‟anticiper ce que sera un réseau à

fort taux de pénétration des EnR en

identifiant les contraintes induites par

ces moyens de production

intermittents et les solutions

techniques qui peuvent être

proposées. Ce travail est en appui au

producteur EDF, ainsi qu‟à la

recherche amont de la R&D, sur la

production EnR. L‟impact des EnR

sur la fourniture des services système

par les groupes de production

raccordés au réseau constitue le

cœur de la réflexion menée par le

projet.

49

Résultats

Le premier résultat de la thèse a été

de caractériser l‟impact d‟un fort taux

de pénétration des éoliennes sur le

comportement dynamique du réseau.

Il a été montré que la participation

des éoliennes au réglage de

fréquence était indispensable pour le

maintien de la sûreté du système

électrique à partir d‟un certain taux de

pénétration. Deux solutions

permettant aux éoliennes de

contribuer au réglage de fréquence,

dont l‟inertie synthétique et le réglage

primaire, ont ensuite été étudiées.

Afin d‟évaluer le potentiel et la fiabilité

de la réserve éolienne, des études

statistiques ont été menées en

prenant en compte la variabilité et

l‟incertitude de la prévision de la

production. Deux stratégies du

placement de réserve ont été

proposées et comparées. L‟impact

des erreurs de prévision sur le

potentiel de la réserve éolienne a

également été mis en évidence.

Contacts

Doctorant : Ye WANG


Tuteurs :

Jérôme DUVAL, Herman BAYEM

Laboratoire d‟Electrotechnique et

Electronique de Puissance -

L2EP – EA2697, Ecole Centrale

de Lille


l‟Ingénieur – 072

Directeur de thèse : Bruno

FRANCOIS, Xavier GUILLAUD

PrixLe premier des deux prix décernés par le bureau du chapitre français de l‟IEEE PES

dédiés aux jeunes chercheurs dans le domaine du système électrique et de l‟énergie.


LE RÉSEAU

Evaluation de la

performance des réglages

de fréquence des éoliennes

à l‟échelle du système

électrique : application à un

cas insulaire

Apporter des solutions pour une meilleure intégration des

éoliennes dans le système électrique


50

51 Déterminer le rôle du coût de l'énergie dans la compétitivité

de l'industrie manufacturière

51 Justifier les politiques de soutien aux technologies non-

émettrices de carbone

53 Améliorer la prévision de la consommation en prenant en

compte des informations externes

54 Adapter les systèmes de prévisions météorologiques aux

besoins d‟EDF pour la gestion du risque climatique

55 Résoudre le problème d‟équilibre offre-demande en

électricité sur un horizon moyen terme

MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA

GESTION ET L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU

PAYSAGE DU SYSTÈME ÉLECTRIQUE EUROPÉEN

Sommaire

Photo : EDF - Stéphanie JAYET



La crainte d'une perte de compétitivité

industrielle est au cœur des débats

sur de nouvelles politiques

énergétiques et environnementales.

Cette thèse étudie les effets d'une

asymétrie des prix de l'énergie et des

régulations environnementales entre

pays sur la compétitivité de l'industrie

manufacturière en Europe et dans le

Monde. L'étude est étendue à toute

l'industrie manufacturière sur un

périmètre mondial. L'objectif est

d'appréhender les interdépendances

énergétiques des secteurs industriels,

en incluant les différences nationales

et sectorielles, au travers d'une étude

matricielle sur les tableaux entrées-

sorties. La dépendance de l'industrie

aux prix de l'énergie, et donc sa

compétitivité, n'est pas seulement un

enjeu national, mais une

problématique européenne, voire

mondiale.

51

Résultats

Les coûts de l‟énergie déterminent à

la fois le niveau relatif de production

et de compétitivité des industries

nationales et l‟évolution de ce niveau

dans un pays au cours du temps.

Cependant, cette influence reste

modérée vis-à-vis d‟autres facteurs

de compétitivité tels que la proximité

des marchés, la productivité et les

salaires. Une variation des prix de

l‟énergie, ou une taxe

environnementale, ne concerne pas

uniquement les IGCE (industrie

grosse consommatrice d„énergie),

mais la compétitivité de toute

l‟industrie manufacturière. La

compétitivité des secteurs industriels

en aval de cette chaîne dépend donc

de l‟évolution à la fois nationale et

internationale des prix de l‟énergie.

Contacts

Doctorant :

Mathieu BORDIGONI

Département EDF R&D : EPI

Tuteur : Alain HITA

Laboratoire :

CERNA, Mines ParisTech

Ecole doctorale Economie,

organisations, société (Nanterre)


Gilles LE BLANC

Prix de thèseNominé pour le meilleur article sur l‟économie de l‟énergie par la FAEE en 2012.

MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA GESTION ET

L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU PAYSAGE DU SYSTÈME

ÉLECTRIQUE EUROPÉEN

Détermination du rôle de

l'énergie dans la

compétitivité de l'industrie

manufacturière : études

économétriques et

modélisation des

interdépendances

Déterminer le rôle du coût de l'énergie dans la

compétitivité de l'industrie manufacturière



Cette thèse s‟intéresse au choix et à

l‟efficacité des portefeuilles

d‟instruments de politique climat-

énergie mis en place pour assurer

une transition vers un secteur

électrique décarboné. Elle s‟articule

ainsi autour de cinq questions de

recherche transversales principales.

Un prix du carbone est-il suffisant

pour déclencher une transition

décabonée, dans un cadre incertain

et dynamique ?

La mise en place d‟instruments

additionnels de promotion de

technologies de réduction d‟émissions

est-elle justifiée par les défaillances

du prix du carbone ?

Quels sont les impacts des

instruments de promotion de

technologies de réduction d‟émissions

ajoutés au prix du carbone ?

Quelle est l‟efficacité d‟un

portefeuille donné incluant des

instruments de promotion des

renouvelables et de l‟efficacité

énergétique pour réduire les

émissions de GES à long terme ?

La France peut-elle s‟affranchir

d‟une perte de ses instruments ?

52

RésultatsEn présence d‟incertitude, le prix du

carbone issu d‟un marché de permis

d‟émissions peut ne pas entraîner

assez de réductions d‟émission,

justifiant l‟ajout d‟une politique au

marché de permis. Dans le cadre

d‟une transition vers une production

électrique décarbonée, l‟accumulation

du capital électrique génère des effets

dynamiques complexes. L‟utilisation

naïve du signal-prix du carbone ou de

critères statiques pour évaluer les

investissements peut conduire à un

sous-investissement en capital vert.

Si on suppose une seule technologie

de production fossile à taux

d‟émission constant, contrainte par un

plafond d‟émissions, augmenter à la

marge le tarif d‟achat renouvelable

réduit le prix de l‟électricité perçu par

le consommateur, et ce

paradoxalement, même si la taxe à la

consommation nécessaire pour

financer le tarif augmente. Une

évaluation qualitative du portefeuille

actuel de politiques climat-énergie en

France montre que les multiples

défaillances du prix du carbone

justifient l‟utilisation d‟une

combinaison de politiques, même si

le portefeuille cible varie en fonction

des hypothèses sur les trajectoires du

prix du carbone.

Contacts

Doctorant : Oskar LECUYER


Tuteur : Benoît PELUCHON

Laboratoire : CIRED

Ecole doctorale : EHESS


Philippe QUIRION

Photo : EDF – Francis CORMON




Quelle place pour les aides

aux technologies de

réduction d‟émissions en

présence d‟un prix du

carbone ? Le cas du secteur

électrique

Justifier les politiques de soutien aux technologies non-

émettrices de carbone



La modélisation et la prévision de la

consommation d‟électricité est une

activité clef pour EDF. L‟équilibre doit

être maintenu à tout instant entre

l‟offre et la demande sur le réseau.

L‟ouverture du marché de l‟électricité

à la concurrence en 2004 a conduit à

des évolutions dans le domaine de la

prévision de consommation. Le

périmètre des clients EDF, jusqu‟alors

égal au périmètre France, est

désormais soumis à des variations

dues aux arrivées et départs de

clients. En 2008, la crise économique

a lourdement impacté la

consommation française. Demain, le

développement de nouveaux usages

électriques et les évolutions

réglementaires vont à leur tour

modifier la consommation. Par

ailleurs, le besoin d‟étude de données

de sous-population s‟étend de la

surveillance des clients profilés à de

nouveaux panels par usage ou par

tarifs et concernera demain les

remontées des compteurs

communicants. EDF travaille au

développement de nouvelles

méthodes pour répondre à ces défis.

53

Résultats

Les méthodes bayésiennes

permettent d‟intégrer des informations

externes comme par exemple celles

issues d‟autres données proches

(courbes de charge d‟une autre

population), des données

commerciales (départs de clients),

etc. pour améliorer la prévision.

Deux points ont été abordés dans la

thèse qui correspondent à deux

situations où la qualité de prévision

est compromise :

Historique court : dans le cas d‟une

étude d‟un nouveau panel, l‟historique

d‟apprentissage peut s‟avérer trop

court pour estimer les paramètres du

modèle. Les méthodes bayésiennes

avec modèles hiérarchiques ont

permis d‟exploiter des données de

populations proches et mieux

connues.

Variations de périmètre : un modèle

bayésien adaptatif basé sur des

techniques de filtrage particulaire

permet de suivre automatiquement

les évolutions des paramètres au

cours du temps. Il donne en outre un

intervalle de confiance.

Contacts

Doctorant : Tristan LAUNAY

Département EDF R&D : OSIRIS

Tuteur : Sophie LAMARCHE

Laboratoire : Université de

Nantes, Laboratoire Jean Leray

(UMR 6629 UN-CNRS-ECN)

Ecole doctorale :

Université de Nantes


Anne PHILIPPE

Filtres particulaires




Méthodes bayésiennes pour

la prévision de

consommation d‟électricité

Améliorer la prévision de la consommation en prenant en

compte des informations externes



Les prévisions météorologiques sont

relativement incertaines au-delà de

quelques jours, parce que

l‟atmosphère est un système

chaotique. Pour décrire cette

incertitude, les météorologues

utilisent des Systèmes de prévisions

d‟ensemble (SPE) : pour chaque

prévision, on fait tourner plusieurs fois

(51) le même modèle météorologique

avec des données d‟entrée

légèrement différentes.

Par ailleurs, en raison de son impact

sur la consommation, la température

est un élément important de la

gestion de production d‟EDF, ainsi

que de la gestion du risque de

déséquilibre entre offre et demande

(le niveau de risque à respecter est

de l‟ordre de quelques occurrences

par décennie).

Le but de la thèse est donc d‟adapter

les SPE aux besoins d‟EDF, y

compris pour les températures vues

comme extrêmes dans les prévisions.

En effet, on sait que les prévisions

sont légèrement sous-dispersives,

qu‟il est possible de corriger

partiellement cette sous-dispersion,

mais que les extrêmes restent mal

représentés.

54

Résultats

La température réalisée est parfois

inférieure (ou supérieure) à toutes les

prévisions. Ces cas « au bord » sont

particulièrement intéressants : ils sont

importants pour le risque, ils sont

fréquents, les erreurs constatées

dans ce cas sont plus grandes que

dans les autres cas.

Par ailleurs, l‟une des méthodes

usuelles pour le traitement des SPE

consiste à ajouter un terme de bruit

sur chacun des membres du SPE, ce

terme étant calibré à partir de la

comparaison des prévisions et des

réalisations passées.

La première voie d‟amélioration a

consisté à donner une forme

particulière au bruit dans le cas « au

bord ». La seconde a consisté à

changer la méthode d‟estimation de

l‟amplitude du bruit, ce qui était

particulièrement utile pour les cas

« au bord ». Les résultats étaient

meilleurs qu‟avec les méthodes

usuelles, et légèrement meilleurs

avec la seconde méthode.

Contacts

Doctorant : Adriana GOGONEL


Tuteur : Jérôme COLLET

Laboratoire : MAP 5

(Mathématiques Appliquées à

Paris 5)

Ecole doctorale de Sciences

Mathématiques de Paris Centre


Avner BAR-HEN

courbes

d'erreurs de

prédiction pour

trois jours fixés,

pour les 14

horizons de

prédiction




Méthodes de post-traitement

statistique et leur mise en

œuvre sur le système de

prévision d'ensemble de

température pour la gestion

de l‟équilibre offre-demande

à EDF

Adapter les systèmes de prévisions météorologiques aux

besoins d‟EDF pour la gestion du risque climatique


Thèse soutenue le 28/06/2012La thèse porte sur la résolution

numérique d‟un problème d‟équilibre

offre-demande en électricité sur un

horizon moyen terme. Le modèle

mathématique s‟appuie sur une

représentation des aléas sous la

forme d‟un arbre de scénarios. Le

défi est de rendre efficace l‟algorithme

dit de « progressive hedging » qui

découple la formulation arborescente

du modèle mathématique suivant les

branches de l‟arbre, puis recombine

les décisions de manière à construire

une décision admissible et non

anticipative. L‟enjeu est d‟améliorer la

robustesse des valeurs d’usage

calculées pour les centrales

nucléaires d‟EDF, qui constituent

l‟indicateur utilisé en exploitation pour

optimiser leur gestion hebdomadaire.

Un facteur structurant du problème

est la taille de l‟espace aléatoire qu‟il

est possible de prendre en compte

dans la phase de résolution

numérique (demande, prix/capacités

d‟échanges sur les marchés, pannes

des unités de production …), le calcul

de ces valeurs passant par

l‟optimisation d‟un problème

stochastique défini sur cet espace.

La méthode investiguée permet de

gérer davantage de scénarios d‟aléas

dans cette phase d‟optimisation.

55

Résultats

Au niveau théorique, un résultat de

convergence de l‟algorithme de

« progressive hedging » a été obtenu

pour les problèmes pour lesquels il

n‟y a pas de solution admissible, et,

dans ce cas, la limite de l‟algorithme

a été caractérisée ainsi que le lien

avec l‟ensemble des contraintes du

modèle. Le prototype d‟un algorithme

de « progressive hedging » a été mis

en œuvre au cours de la thèse et a

donné lieu à de nombreuses

comparaisons numériques qui ont

permis de confirmer l‟intérêt de

l‟approche sur le problème de gestion

de production moyen terme et de

calcul des valeurs d‟usage des 58

centrales nucléaires d‟EDF.

Contacts

Doctorant : Alice CHICHE


Tuteurs :

Kengy BARTY, Marc

PORCHERON

Laboratoire : INRIA Paris

Rocquencourt, POMDAPI project

Ecole doctorale de sciences

mathématiques de Paris centre


Jean Charles GILBERT

MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA

GESTION ET L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU

PAYSAGE DU SYSTÈME ÉLECTRIQUE EUROPÉEN

Résoudre le problème d‟équilibre offre-demande en

électricité sur un horizon moyen terme

Théorie et algorithmes pour

la résolution de problèmes

numériques de grande taille

Photo : EDF - Stéphanie JAYET


56

57 Définir les évolutions possibles dans la distribution

d‟électricité face aux „smart technologies‟ et aux évolutions

régulatoires

58 Modéliser et simuler les systèmes électriques

59 Modélisation électromagnétique des câbles

(souterrains/sous-marins) pour le transport d'énergie

60 Améliorer la connaissance des défaillances des matériels

électriques

61 Un outil pour améliorer la gestion des actifs de réseau. Un

modèle de vieillissement des liaisons enterrées

62 Utiliser des transformateurs à haute efficacité énergétique

SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT

DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES

Sommaire



La thèse illustre les évolutions

possibles d‟ici 2030 des réseaux de

distribution et du rôle des GRD face à

l‟arrivée des nouvelles

technologies en analysant :

la capacité des régulations actuelles

à répondre totalement aux besoins

d‟investissement futurs et à tenir de

plus en plus compte de la

composante locale ;

l‟émergence, selon les contextes

géographiques et

macroéconomiques, de combinaisons

technologiques différentes, ces

arbitrages se basant sur la notion de

potentiel naturel de développement

de chaque technologie selon ces

contextes ;

les évolutions envisageables des

modèles d‟affaires des GRD en

réponse à ces différentiations

technologiques, avec de nouvelles

activités qui pourraient relever du

dérégulé ;

les effets d‟une régulation nationale

qui ne prendrait pas en compte les

caractéristiques propres à chaque

zone géographique et qui pourrait

conduire à s‟éloigner de l‟optimum ;

le risque d‟effets lock-in qui

dévieraient le déploiement

technologique de l‟optimum.

57

Résultats

La thèse montre que la théorie des

coûts de transaction avec le modèle

principal-agent est adaptée au cas

des négociations entre le régulateur

(principal) et le distributeur (agent)

autour du déploiement des nouvelles

technologies. Elle anticipe tout

d‟abord l‟émergence des nouvelles

technologies qui vont structurer les

futurs réseaux de distribution et les

nouvelles activités et responsabilités

qui viendront s‟ajouter à celles

existantes aujourd‟hui. Dans un

contexte économique et

géographique donné et en fonction

des hypothèses d‟évolutions

macroéconomiques, régulatoires et

technologiques, les technologies se

développeront asymétriquement dans

les différents scénarii. La thèse

propose enfin une formalisation

analytique des lock-in identifiés à

l‟arrivée des nouvelles technologies

en reprenant le modèle général de

Brian Arthur et en l‟adaptant au cas

de la distribution d‟électricité. Pour

dépasser ces lock-in identifiés,

plusieurs solutions sont avancées et

discutées.

Contacts

Doctorant :

Alvaro ANDALUZ ALCAZAR


Tuteur : Lionel CAURET


Géopolitique de l‟Energie et des

Matières Premières (Leda-

CGEMP)

Ecole doctorale : Université de

Paris Dauphine


Jan Horst KEPPLER



Choix d‟investissement sous

incertitude des gestionnaires

des réseaux de distribution

(GRD) en Europe à l‟horizon

2030

Définir les évolutions possibles dans la distribution

d‟électricité face aux „smart technologies‟ et aux évolutions

régulatoires



La science de la complexité vise à

mieux comprendre les processus des

systèmes naturels et artificiels qui

sont composés de nombreuses

entités en interaction à différentes

échelles. Une approche désagrégée

est proposé pour la simulation des

systèmes électriques intelligents, en

utilisant des modèles multi-agents

couplés avec des modèles physiques

continus. L'approche peut aider à

acquérir une meilleure

compréhension du fonctionnement du

système lui-même, par exemple, sur

les phénomènes émergents ou les

effets d'échelle, ainsi que dans la

conception et amélioration des futurs

réseaux intelligents.

58

Résultats

Deux études de cas sont présentées,

montrant le potentiel de l‟approche et

illustrant le phénomène des systèmes

complexes. On a les propriétés

émergentes d‟un système de gestion

de la demande pour les réfrigérateurs

piloté par la fréquence, dans lequel le

consommateur final et le réseau à

haute tension ont été modélisés et

couplés. Des synchronisations

spontanées ont été détectées en

extrapolant le mécanisme de

délestage en sous fréquence à de

grandes échelles de populations. Le

modèle permet de développer des

algorithmes robustes évitant ces

oscillations et de les tester

virtuellement. La théorie de la

complexité peut aider à l'amélioration

et à la conception des futurs réseaux

d'énergie, ainsi qu‟à l'acquisition

d'une meilleure compréhension du

fonctionnement du système lui-même

dans une perspective

interdisciplinaire.

Contacts

Doctorant :

Enrique KREMERS

Institut EDF R&D : EIFER

Tuteurs :

Pablo VIEJO, Kevin McKOEN

Laboratoire : Escuela

Universitaria de Ingeniería de

Vitoria, Departamento Ingeniería

de Sistemas y Automática,

Espagne

Ecole doctorale :

Universidad del País Vasco


Oscar BARAMBONES




des systèmes électriques

par une approche de

systèmes complexes

utilisant des modèles multi-

agents

A multi-scale system with different layers

and horizontal and vertical interactions,

which is the base of the complex systems

approach used in the model, where sub-

systems can interact, even across

different scales.

Modéliser et simuler les systèmes électriques

Multi-scale modelling of an energy system for the evaluation of the

impact of refrigerator demand response based on the grid frequency

using an agent-based approach. The individual refrigerators are

modelled and have heterogeneous states, whereas the totality of them

is coupled with a simplified energy system model which reflects the high

voltage behaviour.

Dépôt de brevetsBrevets FR1253216 (B2359)

et FR 13 58436 (B2426) en cours



La thèse était inscrite dans les

développements qui sont menés à

EDF R&D autour du logiciel EMTP-

RV. Ce logiciel permet de simuler les

réseaux électriques et les matériels

qui y sont connectés (machines,

transformateurs, protections, etc.)

dans le domaine temporel. Une

grande précision des modèles est

nécessaire car les phénomènes

analysés (transitoires lents ou

rapides, résonances, etc.) ont des

fréquences caractéristiques très

variées (de quelques Hertz à

quelques Mégahertz).

La thèse a été menée en co-tutelle

avec l'appui :

d'un laboratoire français, l'Institut

Pascal de Clermont-Ferrand, avec le

Prof. Françoise Paladian et l'équipe

de CEM (Compatibilité

Electromagnétique) ;

d'un laboratoire italien, celui de

Systèmes Electriques de l'Université

de Bologne, avec le Prof. Carlo

Alberto Nucci, le co-directeur de

thèse ;

du département THEMIS à EDF

R&D, avec le Dr. Alain Xémard dans

l'équipe de modélisation et

transitoires.

59

Résultats

La thèse a abouti à la conception d‟un

modèle pour les câbles tripolaires en

courant alternatif. Ces câbles sont

utilisés de plus en plus, notamment

en moyenne tension pour connecter

les fermes éoliennes offshore et en

haute tension pour des liaisons sous-

marines en courant alternatif, avec

des niveaux de tension allant jusqu'à

245 kV et pour des distances jusqu'à

50-100 km.

La thèse a montré la nécessité et la

façon de prendre en compte les effets

de proximité présents entre les

conducteurs (négligés dans les

modèles préexistants) comme

d'autres effets liés à la composition

matérielle des différentes couches

isolantes et conductrices.

Contacts

Doctorant : Alberto PAGNETTI


THEMIS

Tuteur : Alain XEMARD

Laboratoire : Università di

Bologna - Facoltà d‟ingegneria


l‟Ingénieur de Clermont-Ferrand,

Université Blaise Pascal,

Clermont II

Directeurs de thèse : Françoise

PALADIAN, Carlo Alberto NUCCI

Différentes couches d‟un

câble tripolaire sous-marin.

SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT DES

SYSTÈMES ÉLECTRIQUES

Modélisation des câbles pour

l‟évaluation des transitoires

électromagnétiques dans les

réseaux électriques

Modélisation électromagnétique des câbles

(souterrains/sous-marins) pour le transport d'énergie



Dans le contexte d‟un paysage

énergétique en pleine mutation,

l‟amélioration de la qualité du service

de distribution d‟électricité demeure

une préoccupation constante. Des

efforts importants de maintenance et

de renouvellement permettent aux

distributeurs d‟honorer leurs

engagements en matière de qualité

de service. Pour que les

investissements visant à améliorer la

qualité de fourniture soient les plus

pertinents possibles, une anticipation

des défaillances est primordiale.

Les coupures d‟électricité sont dues

aux défaillances des matériels

électriques sous l‟effet des

dégradations liées au vieillissement et

aussi sous l‟effet des contraintes

qu‟ils endurent. Le comportement des

matériels sous l‟influence des

agressions liées à leur

environnement, s‟il est un phénomène

bien connu, est difficile à quantifier en

termes de risque de défaillance.

L‟objectif de la thèse est d‟en

améliorer la connaissance.

.

.

60

Résultats

Notre approche repose sur

l‟estimation statistique de la fiabilité à

partir d‟observations du réseau et de

ses composants. Des méthodes

adaptées à cette observation sont

développées.

Notre contribution concerne trois

aspects de la fiabilité en

environnement dynamique :

Nous étudions les propriétés

mathématiques de la loi exponentielle

par morceaux, qui modélise un taux

de défaillance constant par morceaux.

Nous proposons des modèles

reliant la propension de défaillance

d‟un matériel aux conditions

d‟environnement auxquelles ce

matériel est soumis.

Nous montrons comment des

processus stochastiques permettent

d‟étudier l‟évolution d‟un système

réparable constitué de liens et de

nœuds et d‟en déduire des

informations sur la fiabilité des

composants dans un contexte de

données manquantes.

Contacts

Doctorant : Lise GUERINEAU

Département EDF R&D : MIRE

Tuteurs :

Philippe CARER, Romain

LATTES

Laboratoire de Mathématiques

de Bretagne Atlantique (UMR

6205), Université de Bretagne

Sud

Ecole doctorale : SICMA


Evans GOUNO



Analyse statistique de

modèles de fiabilité en

environnement dynamique

Améliorer la connaissance des défaillances des matériels

électriques



En France, 35% des liaisons

électriques sont enterrées,

principalement en basse et moyenne

tension. L‟importance croissante

attachée par la population au respect

des paysages devrait amplifier ce

phénomène ainsi que les événements

climatiques sévères subis depuis la

tempête « Martin » en 1999. De

nombreuses recherches visent à

réduire les coûts d‟installation liés aux

aspects techniques et technologiques

des câbles, de leurs accessoires de

raccordement et à leurs méthodes

d‟installation en souterrain. Une

prédiction précise de la durée de vie

des câbles est un enjeu économique

et stratégique important pour le

transporteur RTE, le distributeur

d‟énergie électrique ERDF mais

également pour le producteur. Il

existe deux familles de câbles

caractérisés par leur enveloppe

isolante : les câbles d‟ancienne

technologie où le système d‟isolation

est en papier imprégné et la barrière

d‟étanchéité est une gaine de plomb,

les câbles de nouvelle technologie où

le système d‟isolation est un

polymère et la barrière d‟étanchéité

peut être soit une gaine de plomb,

soit une feuille d‟aluminium.

61

RésultatsDans le cas du polyéthylène (PE), la

prise d‟eau est le résultat de

l‟apparition de différents produits

d‟oxydation qui ont une grande affinité

avec l‟eau (schéma ci-dessus). Dans

le cas du polychlorure de vinyle

(PVC), la prise d‟eau est liée à la

perte de plastifiant et à l‟apparition de

microfissures qui vont permettre le

passage de l‟eau (schéma de droite).

Les principaux résultats obtenus

sont :

l‟identification des formulations

industrielles des matériaux utilisés et

leur quantification : le PE est stabilisé

par un mélange synergique

d‟antioxydants ;

le PVC est plastifié par du di-

isodecyl phtalate (DIDP) ;

la définition, via le suivi du

vieillissement accéléré du

polyéthylène, d‟un certain nombre de

grandeurs cinétiques qui permettent

de caractériser la thermo-oxydation

du matériau.

Ces résultats alimentent un modèle

de vieillissement développé à partir

des connaissances déjà acquise sur

le vieillissement des polymères. Ceci

permettra de quantifier la pénétration

d‟eau à travers la gaine externe des

câbles en fonction du temps et des

conditions d‟exploitation.

Contacts

Doctorant : Inès M’KACHER


Tuteurs : Valérie MURIN , Yves

BRUMENT

Laboratoire : PIMM (procédés et

ingénierie en mécanique et

matériaux)

Ecole doctorale :

Arts et Métiers ParisTech


Xavier COLIN



Cinétique de pénétration

d'eau et d'oxygène dans le

système gaine / enduction

des câbles HTA et HTB

Un outil pour améliorer la gestion des actifs de réseau : un

modèle de vieillissement des gaines des liaisons enterrées

Mécanismes régissant la prise d‟eau dans le polyéthylène (ci-dessus)

et dans le polychlore de vinyle (à droite)



Le projet ERDF de "Réduction des

pertes techniques dans les

transformateurs de distribution" confié

à EDF R&D vise à diversifier les

sources d‟approvisionnement de

transformateurs notamment grâce à

l‟ouverture à de nouvelles

technologies.

Les rubans magnétiques amorphes

représentent une des possibilités

prometteuses autant en terme de

réduction des pertes à vide qu‟en

terme d‟élargissement de

l‟approvisionnement. Bien que cette

technologie semble éprouvée dans de

nombreux pays (Asie et Amérique du

nord), les concepts évoluent et

l'application en France demande à

être confirmée et validée, par

l‟intermédiaire d‟EDF R&D, sur de

nombreux points techniques et

économiques. Les informations et

résultats des travaux de thèse

renseignent ERDF sur les possibilités

et limites de cette technologie

appliquée aux transformateurs de

distribution. Ces travaux contribueront

aux développements du groupe EDF

dans une démarche d'investissement

dans des matériels à haute efficacité

énergétique.

62

Résultats

Ce projet de thèse avait pour objectif

d‟évaluer la technologie amorphe et

apporter un avis au client ERDF.

Cette étude sur les transformateurs

amorphes a montré que les rubans

amorphes offrent une réduction nette

des pertes à vide (50%, voire 60%)

par rapport aux transformateurs

conventionnels. Cette technologie

s‟inscrit de façon cohérente dans la

démarche de ERDF et de l‟Union

européenne concernant l‟utilisation

des transformateurs à haute efficacité

énergétique. Bien que cette

technologie soit prometteuse, il reste

des obstacles à surmonter. Un des

défauts majeurs de ces appareils est

la mauvaise tenue aux courts-circuits.

Il a été observé que certains

constructeurs proposent tout de

même des produits satisfaisants mais

des progrès restent à faire afin de

parvenir à un matériel recevable.

Contacts

Doctorant : Malick MOUHAMAD


Tuteur : Christophe ELLEAU

Laboratoire : Systèmes et

Applications des Technologies de

l‟Information et de l‟Energie

(SATIE)

Ecole doctorale : Ecole Normale

Supérieure de Cachan


Frédéric MAZALEYRAT



Réduction des pertes à vide

des transformateurs de

distribution par utilisation de

rubans amorphes

Utiliser des transformateurs à haute efficacité énergétique


63

64 Stocker efficacement les énergies renouvelables sous forme

d‟hydrogène par électrolyse à haute température

65 Elaborer et tester de cellules pour des piles à combustible à

oxyde solide (SOFC)

DÉVELOPPER LES STOCKAGES D‟ENERGIE ET

PREPARER LA MOBILITE ÉLECTRIQUE

Sommaire



Afin de garantir l‟équilibre entre l‟offre

et la demande d‟électricité, il est

essentiel de développer des

technologies permettant de stocker

efficacement de grandes quantités

d‟énergie sur plusieurs semaines.

Le stockage sous forme d‟hydrogène

par électrolyse de la vapeur d‟eau à

800°C satisfait ces critères de par son

rendement très élevé, associé aux

diverses possibilités du stockage de

l‟hydrogène. Cette technologie

novatrice a été développée, jusqu‟à

présent, pour une utilisation en base.

Or, pour le stockage des surplus de

production électrique, l‟électrolyse à

haute température doit fonctionner de

manière flexible. Il est donc

nécessaire d‟identifier les limites de

fonctionnement de cette technologie

et de développer des stratégies de

pilotage innovantes pour assurer une

flexibilité maximale.

64

RésultatsPour évaluer la flexibilité de la

technologie, deux critères sont

considérés : le comportement

intermittent et la plage de

fonctionnement en puissance. Le

comportement intermittent est validé

en laboratoire par des variations

rapides de la puissance qui

n‟engendrent pas de dégradation

prématurée, ce qui implique que la

technologie peut gérer une

alimentation électrique intermittente.

Néanmoins, la modélisation

numérique permet d‟établir que la

plage de fonctionnement en

puissance est restreinte. Plusieurs

stratégies de pilotage sont donc

développées pour élargir cette plage

tout en maintenant des performances

optimales. L‟électrolyseur à haute

température peut ainsi fonctionner

quelle que soit la puissance

appliquée. Enfin, ces résultats sont

validés par la simulation du

fonctionnement d‟électrolyseurs à

haute température alimentés par de

l‟énergie d‟origine solaire et éolienne.

Contacts

Doctorant : Floriane PETIPAS


Tuteur : Annabelle BRISSE

Laboratoire : Centre Efficacité

énergétique des Systèmes

(CES), MINES ParisTech

Ecole doctorale : Sciences et

Métiers de l‟Ingénieur


Chakib BOUALLOU

Dépôt de brevet« Pilotage d'un électrolyseur à haute température », Floriane PETIPAS, Annabelle

BRISSE, Chakib BOUALLOU. Déposé le 25 Octobre 2013 (numéro de demande

1360471 / numéro de soumission 1000212966).



Conception et conduite de

systèmes d‟électrolyse à

haute température alimentés

par des énergies

renouvelables

Stocker efficacement les énergies renouvelables sous

forme d‟hydrogène par électrolyse à haute température

L‟électrolyseur à haute température convertit l‟électricité, même

intermittente, en hydrogène.



Il s‟agissait d'évaluer le potentiel d'un

nouveau couple cathode/électrolyte

pour une application en IT-SOFC

(700°C), par l'élaboration et le test de

cellules à anode support de

configuration planaire. Les avantages

de la technologie SOFC sont des

rendements énergétiques élevés et

une flexibilité de la source

hydrogénée entrante de part le

caractère élevé de la température

(800-1000°C). Les problèmes de coût

et de vieillissement, doivent être

résolus avant le déploiement

industriel. La baisse des températures

d'opération présente des avantages

mais la performance de la pile à

combustible, basée sur des matériaux

céramiques, diminue sensiblement

aux températures modérées

(<800°C). Le développement de la

technologie SOFC implique des

matériaux électrodes/électrolyte

innovants et performants et une

architecture de cellule améliorée.

Deux matériaux brevetés EDF-CNRS,

un électrolyte (anode) et une cathode,

ont été combinés en une première

cellule "made in France" à anode

support SOFC opérant aux

températures intermédiaires (700°C).

Ce travail a été mené en parallèle du

projet ANR INNOSOFC

65

Résultats

Le résultat majeur de la thèse a été

d'établir de nouveaux équipements

dans les laboratoires EIFER au

Fraunhofer ICT. Ces laboratoires

nous permettent désormais

d'élaborer des cellules en utilisant des

techniques industrialisables et à bas

coûts - coulage en bande, sérigraphie

et coulage sous vide.

La faisabilité de l'assemblage

innovant électrode/électrolyte "made

in EIFER" utilisant les matériaux EDF-

CNRS cités a été évaluée.

L'architecture et la microstructure de

la cellule ont été optimisées

permettant d'atteindre une densité de

puissance de 200 mw/cm² avec une

résistance de polarisation compétitive

de 0.29 ohms.cm² à 700°C et 0,7V.

La principale limitation de la

performance est liée à la résistance

interne du banc de test lui-même.

Cette cellule a finalement pu opérer

avec succès au-delà de 500h sous

courant, avec un taux de dégradation

électrique significatif (27%/kh).

Contacts

Doctorant : Anne MORANDI


Tuteurs :

Mathieu MARRONY, Qingxi FU

Laboratoire : Agence de

l‟Environnement et de la Maîtrise

de l‟Energie (ADEME), Institut de

la Chimie de la Matière

Condensée de Bordeaux

(ICMCB), Institut des Matériaux

de Nantes (IMN)

Ecole doctorale des Sciences

Chimiques de l‟Université

Bordeaux1 (EDSC)

Directeurs de thèse : Jean-Marc

BASSAT, Olivier JOUBERT

Cellule “made in EIFER” à

anode support de

configuration planaire IT-

SOFC



Intégration de matériaux

oxydes innovants dans une

cellule IT-SOFC

(Intermediate Temperature

Solid Oxide Fuel Cell)

Elaborer et tester de cellules pour des piles à combustible

à oxyde solide (SOFC)

Microstructure of planar anode-supported French SOFC determined by

Scanning Electron Microscopy

10 µm

3.3 cm


66

68 Gérer l‟énergie du bâtiment par commande optimale sous

contraintes

69 Développer des méthodes de mesure sur des pompes à

chaleur installées en logement et sur de longues périodes

70 Estimer la consommation électrique

71 Modéliser la courbe de charge électrique résidentielle

72 Identifier un appareil électrique à partir de l‟énergie

électrique qu‟il consomme

73 Prendre en compte le facteur humain dans le

développement de la « smart home »

CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES

VILLES ET TERRITOIRES DURABLES

Sommaire


67

74 Mieux connaître les consommations d‟énergie dans les

logements français à l‟horizon 2030-2050

75 Eco-concevoir des moteurs électriques efficaces,

économes et respectueux de l‟environnement

76 Concevoir un outil de diagnostic énergétique pour les

machines électriques

77 Récupérer de l‟énergie sur des produits solides chauds

pour produire de l‟électricité

78 Comment se diffusent les EnR décentralisées chez des

ménages propriétaires en France et au Royaume-Uni ?

79 Analyser la manière dont EDF développe et valorise la

relation client dans un contexte d‟évolutions technique et

sociétale



Sommaire



La croissance démographique et

l'augmentation de la part des énergies

renouvelables dans le mix électrique

menacent aujourd'hui l'équilibre

production - consommation

d'électricité, notamment durant les

périodes de pointe de consommation.

Pour gérer ces pics, les producteurs

et transporteurs d‟électricité

augmentent les moyens de

production et les capacités

d'acheminement pour maintenir cet

équilibre. Or, cette stratégie présente

un risque à l'investissement élevé.

Une alternative à cette solution

consiste à développer des

programmes de gestion de la

demande consistant à lisser la courbe

de demande, en décalant la

consommation des heures de pointe

vers les heures creuses (Demand

Response). Une solution est de se

tourner vers le secteur résidentiel

pour lequel la gestion de la demande

n'est pas encore très développée.

Mais, il faut auparavant quantifier

l‟aptitude des usages électriques à

servir le système électrique, c‟est

l‟objet de cette thèse.

68

Résultats

Du point de vue théorique, le principal

résultat de cette thèse a été de

généraliser de façon rigoureuse les

méthodes de points-intérieurs bien

connues en optimisation de

dimension finie à l‟optimisation de

dimension infinie (contrôle optimal)

avec contraintes d‟état pures. De

plus, nous avons montré que ces

problèmes de contrôle optimal sous

contraintes peuvent se ramener à la

résolution d‟une suite de problèmes

sans contrainte dont les solutions

sont caractérisées par les conditions

de stationnarité du Principe du

Minimum de Pontryagin. Du point de

vue applicatif, ces algorithmes nous

ont permis de mener des études pour

quantifier précisément le potentiel

maximal de flexibilité d‟usages

électriques dans l‟habitat comme, par

exemple, la durée maximale

d‟effacement du chauffage sous

contrainte de confort en fonction du

niveau d‟isolation du bâtiment.

Contacts

Doctorant : Paul MALISANI


ENERBAT

Laboratoire : Centre Automatique

et Systèmes, Unité

Mathématique et Systèmes,

MINES-ParisTech

Ecole doctorale n°432 :

Sciences et Métiers de

l‟Ingénieur

Directeurs de thèse : Nicolas

PETIT, François CHAPLAIS






Pilotage dynamique de

l‟énergie du bâtiment par

commande optimale sous

contraintes utilisant la

pénalisation intérieure

Gérer l‟énergie du bâtiment par commande optimale sous

contraintes



Les pompes à chaleur constituent une

solution performante énergétiquement

et peuvent contribuer largement aux

économies d‟énergie et à la

diminution des émissions de CO2 du

secteur résidentiel. Cependant les

pompes à chaleur air/air souffrent

d‟une mauvaise image de marque

auprès des pouvoirs publics, ce qui

leur a valu d‟être éliminées du crédit

d‟impôt en 2009. Le retour

d‟expérience quasi-inexistant de ces

systèmes a largement contribué à cet

état de fait.

L‟enjeu principal de la thèse vise au

développement de méthodes de

mesure fiable et simple permettant de

mesurer le coefficient de performance

saisonnier in-situ.

L‟affichage des performances de ces

systèmes devrait permettre une plus

large acceptation et confiance quant à

leur efficacité. Ce travail contribue

également au projet européen

SEPEMO destiné à proposer des

méthodes de mesures in-situ

harmonisées sur tous les types de

pompes à chaleur.

69

Résultats

Deux méthodes de mesure in-situ ont

été développées : l‟une basée sur des

mesures sur le fluide frigorigène

(méthode interne), l‟autre basée sur

des mesures sur l‟air (méthode

externe), leurs incertitudes

respectives ayant été calculées.

Une méthode de référence, non

utilisable in-situ, a d‟abord été validée

en conditions stabilisées et

dynamiques. La méthode sur l‟air,

validée en statique et en dynamique

dépend fortement des conditions

d‟installation des capteurs,

notamment ceux de mesure de la

vitesse d‟air ; son incertitude est

proche de 12%.

Enfin, la méthode interne constitue

l‟originalité de ce travail car elle est

basée sur des mesures non

intrusives. Validée, hors conditions

diphasiques, elle prend en compte les

pertes thermiques du compresseur et

son incertitude est inférieure à 10%.

A terme, ces travaux permettront

l‟affichage en continu de la

performance des pompes à chaleur.

Contacts

Doctorant : Cong-Toan TRAN


ENERBAT

Tuteur :

Christine ARZANO-DAURELLE

Laboratoire : Centre Energétique

de Procédés (CEP)

École doctorale n° 432 :

Sciences des Métiers de

l‟Ingénieur - École nationale

supérieure des mines de Paris


Dominique MARCHIO



Méthodes de mesure in situ

des performances annuelles

des pompes à chaleur air/air

résidentielles

Développer des méthodes de mesure sur des pompes à

chaleur installées en logement et sur de longues périodes



Dans cette thèse, nous nous

intéressons à l'estimation de la

synchrone de consommation

électrique (courbe moyenne). Comme

les variables étudiées sont

fonctionnelles, les capacités de

stockage limitées et les coûts de

transmission élevés, nous nous

sommes intéressés à des méthodes

d'estimation par sondage, alternatives

intéressantes aux techniques de

compression du signal. Nous

étendons au cadre fonctionnel des

méthodes d'estimation qui prennent

en compte l'information auxiliaire

disponible afin d'améliorer la

précision de l'estimateur de Horvitz-

Thompson de la courbe moyenne de

consommation électrique. La

première méthode fait intervenir

l'information auxiliaire au niveau de

l'estimation, la courbe moyenne est

estimée à l'aide d'un estimateur basé

sur un modèle de régression

fonctionnelle. La deuxième l'utilise au

niveau du plan de sondage, nous

utilisons un plan à probabilités

inégales à forte entropie puis

l'estimateur de Horvitz-Thompson

fonctionnel.

70

Résultats

Une estimation de la fonction de

covariance est donnée par l'extension

au cadre fonctionnel de

l'approximation de la covariance

donnée par Hajek. Nous justifions de

manière rigoureuse leur utilisation par

une étude asymptotique. Pour

chacune de ces méthodes, nous

donnons, sous de faibles hypothèses

sur les probabilités d'inclusion et sur

la régularité des trajectoires, les

propriétés de convergence de

l'estimateur de la courbe moyenne

ainsi que de sa fonction de

covariance. Nous établissons

également un théorème central limite

fonctionnel. Afin de contrôler la

qualité de nos estimateurs, nous

comparons deux méthodes de

construction de bande de confiance

sur un jeu de données de courbes de

charge réelles. La première repose

sur la simulation de processus

gaussiens. Une justification

asymptotique de cette méthode est

donnée pour chacun des estimateurs

proposés. La deuxième utilise des

techniques de bootstrap qui ont été

adaptées afin de tenir compte du

caractère fonctionnel des données.

Contacts

Doctorant : Pauline LARDIN

Département EDF R&D : ICAME

Tuteur : Jérôme CUBILLE

Laboratoire : Institut de

Mathématiques de Bourgogne,

Université de Dijon

Ecole doctorale Carnot (Dijon)

Directeurs de thèse : Hervé

CARDOT, Camelia GOGA.



Estimation de synchrones de

consommation électrique par

sondage et prise en compte

de l‟information auxiliaire

Estimer la consommation électrique



Le secteur résidentiel débute une

mutation structurelle :

introduction de nouveaux usages et

équipements ;

avènement de bâtiments faibles

consommateurs d‟énergie ;

modification des comportements

humains ;

introduction de production

décentralisée d‟énergie etc

Les impacts en énergie de ces

ruptures peuvent être relativement

bien estimés mais cette seule

réflexion quantitative est toutefois

insuffisante. En effet, il est impératif

de prendre en considération l‟aspect

qualitatif de la demande électrique

résidentielle à savoir sa dynamique

temporelle au travers de la courbe de

charge. L‟augmentation de la pointe

de consommation journalière ces

dernières années, en particulier

provoquée par la concomitance

d‟usages résidentiels, est une des

manifestations de la mutation du parc

de logements.

La thèse tente donc de répondre à la

question suivante : quels sont les

impacts de ces ruptures sur la courbe

de charge électrique résidentielle ?

71

Résultats

La thèse a permis de développer une

méthode conceptuelle de

reconstitution des appels de

puissance, inédite et a priori

universelle. Celle-ci a été pensée

pour prendre en compte l‟ensemble

des usages domestiques de

l‟électricité et pour expliciter la

diversité de consommation appelée

foisonnement. Nous avons mis en

œuvre une partie de la méthode de

manière à générer du foisonnement

d‟origine comportemental. Pour cela,

nous avons développé un algorithme

stochastique qui représente

l‟utilisation réaliste des appareils

domestiques. Pour observer et

analyser le foisonnement entre les

courbes de charge, nous avons

adapté une technique de traitement

du signal. Enfin, de manière à mieux

représenter le comportement humain

dans notre outil de simulation, nous

avons cherché à identifier des

typologies de comportement à l‟aide

de méthodes d‟analyse de données

appliquées à des mesures réelles.

Contacts

Doctorant :

Arnaud GRANDJEAN


ENERBAT

Tuteur : Guillaume BINET

Laboratoire : Mines ParisTech,

Centre Énergétique et Procédés

(CEP)

École n°432 Sciences des



Jérôme ADNOT



Introduction de non linéarités

et de non stationnarités dans

les modèles de

représentation de la

demande électrique

résidentielle

Modéliser la courbe de charge électrique résidentielle

Profil de disponibilité et résumé d‟un jour-type Semaine pour un

ménage-type Actif



Peut-on identifier un appareil

électrique à partir de l‟énergie

électrique qu‟il consomme ? C‟est

essentiellement cette question qui

guide les travaux de recherche

présentés dans cette thèse.

Historiquement, les compteurs

électriques ne fournissent que la

quantité d‟énergie totale consommée.

Cette unique donnée ne permet

qu‟une identification sommaire des

appareils électriques. Cependant, les

récents développements en matière

de compteurs électriques intelligents

permettent de disposer en temps réel

de la consommation électrique d‟un

foyer, d‟un bâtiment ou d‟une

entreprise. Ces compteurs permettent

donc de disposer du profil temporel

de la consommation, qui constitue un

outil puissant pour l‟analyse de

l‟électricité consommée et

développement de services

énergétiques aux clients d‟EDF.

72

RésultatsPlusieurs besoins métiers d‟EDF, tels

que la surveillance des moyens de

production ou encore le suivi des

courbes de charge électrique pour

des besoins de maîtrise de la

consommation d‟électricité,

s‟appuient sur la modélisation-

caractérisation de signaux physiques

transitoires issus de différents

capteurs. La thèse adresse la

problématique de modélisation d‟un

mélange de signaux transitoires et

leur classification à des fins de

diagnostic - caractérisation. Le

périmètre applicatif retenu est celui

des signaux transitoires électro-

domestiques. Nous recherchons une

méthode de régression adaptée à la

modélisation de la puissance active

de signaux transitoires électriques.

Ces signaux sont engendrés par

l‟enclenchement d‟appareils

électriques sur le réseau. Un modèle

de régression par morceaux

permettant l‟introduction de transitions

régulières entre les différents régimes

est présenté. L‟estimation des

paramètres du modèle et du nombre

de régimes est réalisée conjointement

dans un cadre bayésien hiérarchique.

Contacts

Doctorant : Mathieu SANQUER

Départements EDF R&D :

STEP, MIRE

Tuteur : Mabrouka EL GUEDRI

Laboratoire : GIPSA lab

Ecole doctorale :

Université de Grenoble


Nadine MARTIN



Détection et caractérisation

de signaux transitoires :

application à la surveillance

de courbes de charge

Identifier un appareil électrique à partir de l‟énergie

électrique qu‟il consomme



Cette thèse vise à contribuer à la

conception de situations

informatiques basées sur des

systèmes ambiants plus ou moins

adaptatifs. L‟idée est de permettre

que ces nouvelles situations

domestiques soient à la fois efficaces

énergétiquement mais aussi

appropriables par les habitants au

quotidien. Pour cela, à partir d'une

approche centrée sur l'activité, nous

caractérisons les contextes d'activité

quotidienne, ce qui permet d'élaborer

nos principes de conception et des

scénarios. Les spécificités de

l'informatique diffuse (e.g., en réseau

disséminé dans l'environnement) et

des situations domestiques

investiguées (e.g., plusieurs pièces et

étages) nous amènent à créer une

méthodologie pour l‟analyse formelle

des activités dans le logement : le

format « multi-portées ». Sur ces

bases, nous caractérisons les

contextes d'activité de plusieurs

familles vivant dans des maisons à

forte consommation énergétique.

73

Résultats

Nos résultats mettent en évidence les

préoccupations des habitants et les

anticipations qui les structurent. Les

membres de la famille sont engagés

dans des préoccupations à la fois

similaires et différentes, à différentes

échelles de temps. Enfin, nous

comparons 85 agencements du

collectif dans l'habitat et les types

d'(im)possibilités perceptives et

pratiques qui en émergent entre

humains, objets et espaces

physiques. Ces travaux s‟intègrent à

ceux réalisés sur la problématique

des services dans l‟habitat dans la

perspective de la généralisation de

l‟internet des objets et de

l‟informatique ambiante et ubiquitaire

et pour la maitrise de la demande en

énergie. Ils visent à prendre en

compte le facteur humain dans le

développement de la « smart home ».

Les apports de ce travail, théoriques

et méthodologiques, permettent aussi

de contribuer à la conception de

systèmes ambiants de maîtrise de

l‟énergie dans l‟habitat : en tenant

compte des activités humaines et en

définissant la façon dont les systèmes

dits « intelligents » doivent interagir

avec les habitants.

Contacts

Doctorant :

Julien GUIBOURDENCHE


Tuteurs : Myriam FREJUS, Yvon HARADJI

Laboratoire : « Interactions,

Corpus, Apprentissages &

Représentations » (UMR 5191

CNRS , Lyon 2 - E.N.S Lyon -

IFÉ)

Ecole doctorale EPIC (ED 485)

Institut de Psychologie Lyon 2,

Université de Lyon


Michèle GROSJEAN, Jacqueline

VACHERAND-REVEL, Yves

CLOT



Préoccupations et

agencements dans les

contextes d'activité

domestique. Contribution à

la conception de situations

informatiques diffuses,

appropriables et

énergétiquement efficaces

Prendre en compte le facteur humain dans le

développement de la « smart home »

Crédit photo : EDF / Stéphanie TETU - La Company



Les besoins de planification des

investissements énergétiques

(production, réseau) d‟EDF

nécessitent une compréhension

approfondie de la dynamique à long

terme de la demande énergétique

nationale, dont celle du secteur

résidentiel. Les modèles prospectifs

les plus utilisés pour ces deux

applications dans le secteur

résidentiel sont basés sur des

estimations de demandes issues de

modèles de thermique du bâtiment.

Cependant, ces modèles sont

relativement pauvres vis-à-vis de la

description des comportements des

ménages, aussi bien concernant la

façon dont ils utilisent leurs

équipements que concernant la façon

dont ils les renouvellent. L‟enjeu

principal de la thèse était donc

d‟améliorer le réalisme

comportemental de ces modèles

grâce aux apports de l‟économie.

74

Résultats

Le premier résultat de cette thèse a

été de révéler des divergences très

importantes entre les consommations

de chauffage (deux tiers de la

demande énergétique des logements)

estimées par les modèles thermiques

et celles observées sur les factures

des clients. L‟analyse économique a

montré que les ménages adaptent

fortement leur niveau de

consommation au coût du service

chauffage, ce qui peut leur permettre

de consommer jusqu‟à deux fois

moins d‟énergie que prévu dans les

logements peu performants ayant une

énergie de chauffage onéreuse.

L‟autre résultat principal concerne la

représentation du marché de la

rénovation thermique des logements.

Il a été montré que la diffusion des

technologies performantes était

fortement ralentie par des barrières

de marché, dont a été réalisée une

quantification, ainsi que par la forte

hétérogénéité de ce marché.

Contacts

Doctorant : Benoît ALLIBE


ENERBAT

Tuteur : Marie-Hélène LAURENT

Laboratoire : Centre International

de Recherche sur

l'Environnement et le

Développement (CIRED)

Ecole doctorale : EHESS (Ecole

des Hautes Etudes en Sciences

Sociales)


Jean-Charles HOURCADE






Modélisation des

consommations d‟énergie du

secteur résidentiel français à

long terme - Amélioration du

réalisme comportemental et

scénarios volontaristes

Mieux connaître les consommations d‟énergie dans les

logements français à l‟horizon 2030-2050



Chaque année, environ 30 millions de

moteurs électriques sont vendus dans

le monde pour un parc mondial

estimé de 300 millions. Étant donnés

ces volumes importants, une

amélioration, même faible, des

performances énergétiques de

chaque moteur apporte des

économies d'énergie importantes.

Dans un monde où l'énergie est plus

rare, donc plus chère, l'utilisation de

moteurs à haut rendement devient

importante. La conception des

moteurs électriques est généralement

optimisée sur la base de critères tels

que le coût, la durée de vie, la

puissance massique... Ces approches

ne prennent pas en compte les

performances énergétiques ni l'impact

écologique du moteur (bilan

énergétique global, quantification des

émissions de gaz à effet de serre et

des déchets). L‟enjeu principal de

cette thèse est de proposer une

démarche d'éco-conception de

moteurs électriques verts pour

applications industrielles et tertiaires

et de contribuer au développement de

services d'éco-efficacité énergétique.

75

Résultats

L‟écobilan global a permis d‟évaluer

tous les impacts environnementaux

générés par le moteur électrique en

prenant en compte toutes les phases

de son cycle de vie (fabrication,

utilisation, fin de vie). Il a donc été

possible de prendre des décisions

stratégiques lors de la conception du

prototype. Ce dernier montre des

performances optimales grâce à

l‟utilisation d'un acier spécifique (tôles

à grains orientés disposées

judicieusement), d‟un fil émaillé sans

solvant, de matières plastiques

d‟origine végétale et de roulements à

billes à faibles pertes. Ces procédés

augmentent l‟efficacité énergétique

jusqu'à trois points par rapport au

moteur de référence et permettent de

gagner une classe de rendement

sans augmenter la taille de la

machine.

Ainsi, cette thèse prouve que les éco-

technologies employées permettent

d‟améliorer l‟écobilan de la machine

de référence tout en respectant le

cahier des charges demandé.

Contacts

Doctorant :

Wallid BOUGHAMNI


THEMIS

Tuteur : Thierry JACQ

Laboratoire : Université d‟Artois,

LSEE

Ecole doctorale : Université Lille

Nord de France – Université

d‟Artois

Directeur de thèse : D. ROGER



Eco-conception des

motorisations électriques :

application à la machine

asynchrone

Eco-concevoir des moteurs électriques efficaces,

économes et respectueux de l‟environnement



Les travaux présentés dans ce

mémoire concernent la conception

d‟un outil (cellule) de diagnostic

énergétique. Le verrou majeur à lever

consiste à estimer le couple

électromagnétique des machines AC,

sans décapoter leurs boîtes à bornes

ni mesurer leurs vitesses de rotation.

La thèse a permis de développer des

techniques non invasives, basées sur

la mesure du courant de ligne et/ou

du flux de dispersion dans

l‟environnement proche de la

machine. Des analyses fines de la

distribution du flux de dispersion

autour de la carcasse ont été

réalisées car le flux est atténué et

déphasé sous l‟influence des

courants de Foucault. L‟analyse a

également permis de distinguer la

contribution des conducteurs actifs de

celle des têtes de bobines dans la

génération du flux externe. Une

image du flux d‟entrefer a donc pu

être mise en évidence, ainsi que la

manière de la mesurer, conduisant à

la définition de protocoles de

détermination du couple. Ces derniers

sont complétés par une méthode

reposant sur la mesure ou

l‟estimation à partir du flux de

dispersion du courant de phase.

76

Résultats

L‟accroissement des performances

énergétiques de systèmes industriels

motorisés mettant en œuvre des

machines électriques à courant

alternatif est actuellement l‟objet

d‟enjeux majeurs. Les travaux portent

sur la conception d‟un outil de

diagnostic énergétique. L‟originalité

de cette étude consiste à estimer le

couple électromagnétique d‟une

manière non invasive, sans mesurer

la tension d‟alimentation, sans

démonter la machine ou accéder à

son arbre. Une mesure du champ

magnétique rayonné par la machine

et/ou du courant statorique est

réalisée via la caractérisation du flux

de dispersion, ce qui a nécessité de

définir la position idéale du capteur.

Trois modèles d‟estimation non

invasive du couple électromagnétique

ont été développés sur des machines

asynchrones de 3 à 200 kW. L‟erreur

est inférieure à 15%. Une cellule

prototype autonome en énergie a été

développée.

Contacts

Doctorant : Farid ZIDAT


THEMIS

Tuteur : Thierry JACQ

Laboratoire : LSEE, Université

d‟Artois

Ecole doctorale : Université Lille

Nord de France – Université

d‟Artois


Jean-François BRUDNY



Sur la conception d‟une

cellule de suivi des

performances d‟éco-

efficacité énergétique

des machines électriques

tournantes à courants

alternatifs

Concevoir un outil de diagnostic énergétique pour les

machines électriques

Etude de la localisation optimale du capteur de flux de dispersion


Thèse soutenue le 4/10/2012Dans les usines sidérurgiques, l‟acier

liquide est acheminé vers la coulée

continue. La surface extérieure étant

solidifiée, l‟acier circule entre des

cylindres refroidis à l‟eau. Une fois

son cœur solidifié, le lingot d‟acier est

coupé en brames par oxycoupage.

Ces brames sortent à 900°C et sont

soient déposées dans des parcs à

brames pour y être refroidies par l‟air

ambiant, soit enfournées directement

à chaud dans un four de réchauffage

pour laminage. Dans les parcs à

brames, elles sont simplement

refroidies par l‟air ambiant avant

d‟être transportées vers un autre site.

L‟énergie ainsi perdue vers

l‟atmosphère par rayonnement et

convection représente 540 MJ/t

d‟acier. L‟objectif du projet est de

définir une stratégie de récupération

de l‟énergie perdue par les brames

après la coulée continue ainsi qu‟un

moyen de valorisation adaptée. La

production française d‟acier annuelle

est de 17 800 000 tonnes. L‟énergie

non valorisée est de 4,3 TWh.

La consommation annuelle

d‟électricité en France est de l‟ordre

de 450 TWh annuels. La

consommation d‟électricité du secteur

sidérurgie est de 12 TWh annuels.

77

RésultatsUne stratégie de récupération de

chaleur cohérente a été définie sur

des brames d‟acier issues de la

coulée continue. La récupération se

fait directement par échange radiatif

entre les brames et les tubes des

échangeurs. Un cycle thermo-

dynamique de vapeur à resurchauffe

permet de valoriser l‟énergie captée

sous forme de vapeur surchauffée,

ensuite détendue au travers d‟une

turbine afin de produire de l‟électricité.

Une preuve de concept par la

réalisation d‟un banc d‟essai à échelle

laboratoire a permis d‟étudier les

phénomènes thermiques mis en jeu

et de valider le principe de

récupération. Les travaux d‟ingénierie

de base ont permis d‟adapter le

système à l‟échelle industrielle et de

réaliser une étude technico-

économique d‟une chaîne complète

de récupération de chaleur et de

valorisation en électricité. Le système

ainsi dimensionné assure une

production électrique de 112

GWhe/an.

Contacts

Doctorant : Haytham SAYAH

Département EDF R&D : EPI

Tuteur : Florence de CARLAN

Laboratoire : CES Mines

PARISTECH Palaiseau

Ecole doctorale : Science des



Denis CLODIC

Dépôt de brevetN° enregistrement : 1259476 « Dispositif de captage de chaleur par conduction et

enceinte de refroidissement comportant un tel dispositif »



Récupération de l‟énergie

des solides massifs – cas

d‟acier de la coulée continue

Récupérer de l‟énergie sur des produits solides chauds

pour produire de l‟électricité



Dans un contexte de développement

de la production décentralisée

(revente sur le réseau et/ou

autoconsommation énergétique), la

compréhension fine des conditions

d‟émergence et de développement de

l‟acquisition d‟équipements de

production d‟énergie décentralisée

par les ménages est primordiale, pour

anticiper les évolutions en termes de

production et de gestion du réseau,

ainsi que les évolutions sociétales du

rapport à l‟énergie.

78

Résultats

La thèse montre la co-construction

des politiques publiques, du marché

et des décisions d'installation d'EnR

(énergies renouvelables)

décentralisées. Au Royaume-Uni, le

marché reste embryonnaire, les

politiques publiques sont hésitantes,

les adoptants sont des membres de

communautés pionnières. En France,

le public est plus diversifié et les

logiques d‟action également : logique

environnementale, autonomie

énergétique, logique économique

(économies et valeur patrimoniale),

logique identitaire (acquérir un

équipement innovant), confort, mise

en conformité avec ses valeurs

(harmonisation pratiques – systèmes

- valeurs). Les ménages engagent un

« parcours du combattant » et

s‟appuient sur un réseau social

d‟entraide et d‟échange, mais pas

sous la forme de communautés. Ils

sont très dépendants des aides

publiques qui configurent le marché et

le processus de décision. Installer

une EnR décentralisée participe d‟un

projet d‟attention énergétique plus

vaste, antérieur à l‟installation, alliant

économies, environnement, confort,

patrimonialisation.

Contacts

Doctorant :

Marjorie FILLIASTRE-ROUX


Tuteur : Isabelle MOUSSAOUI

Laboratoire : CERLIS

Ecole doctorale 180 « Sciences

humaines et sociales : culture,

individus, sociétés »


Dominique DESJEUX



Formes de l‟adoption d‟une

innovation « énergétique ».

Analyse sociologique de la

diffusion des énergies

renouvelables décentralisées

en France et au Royaume-

Uni

Comment se diffusent les EnR décentralisées chez des

ménages propriétaires en France et au Royaume-Uni ?



Cette thèse s‟inscrit dans la continuité

d‟un questionnement relatif à

l‟insertion des pratiques de relation

client d‟EDF dans des tendances plus

lourdes, dans des évolutions

sociétales susceptibles d‟impacter

l‟efficience des stratégies de

communication ainsi mises en œuvre.

79

Résultats

A travers l‟analyse de la manière dont

EDF a participé à l‟élaboration d‟une

relation symbolique avec son public,

cette thèse montre que ce rapport de

sens s‟est exprimé à travers des

formes de plus en plus complexes.

De la nationalisation au tournant

commercial puis à l‟émergence de la

thématique relationnelle, cette

évolution, inscrite dans celle plus

générale du marketing, a conduit à

l‟émergence de discours et de formes

dont on peut se demander dans

quelle mesure ils font sens pour le

public. Ce questionnement est

appuyé par une analyse détaillée du

cas du lancement d‟EDF Bleu Ciel

comme marque commerciale grand

public et de la perception de cette

dernière par les clients. Il l‟est

également à l‟aune des pratiques

d‟autres entreprises et notamment de

l‟énergéticien allemand Yello Strom.

Contacts

Doctorant : Fabien BONNET


Tuteurs : Christiane LEGRIS-

DESPORTES, Jérôme CIHUELO

Laboratoire : GRIPIC (Groupe de

Recherches Interdisciplinaires

sur les Processus d‟Information

et de Communication ), CELSA -

Université Paris Sorbonne

Ecole doctorale : CELSA,

Université Paris Sorbonne, école

doctorale 5 « Concepts et

langages »


Nicole D‟ALMEIDA



Evolutions sociétales et

mutations de la relation

client – Une approche

communicationnelle de la

relation client d‟EDF

Analyser la manière dont EDF développe et valorise la

relation client dans un contexte d‟évolutions technique et

sociétale


80

82 Maîtriser les transferts thermiques des écoulements confinés

dans le domaine du nucléaire

83 Modéliser et simuler les écoulements diphasiques dans le

circuit des réacteurs à eau pressurisée

84 Améliorer le rendement des turbines à vapeur via la

modélisation des gouttes et films d‟eau condensée

85 Simuler les écoulements complexes eau-vapeur dans tous les

régimes de fonctionnement d‟un générateur de vapeur

86 Protéger l‟environnement des éléments chimiques et

biologiques présents dans le circuit de refroidissement

87 Lutter contre les infections nosocomiales par la modélisation

de déposition et ré-envol de particules

88 Modéliser les vibrations induites par écoulement autour de

réseaux d‟obstacles cylindriques

89 Modéliser le dépôt de particules colloïdales, du dépôt simple

au colmatage

90 Coupler deux approches classiques pour modéliser les

écoulements turbulents de gaz-particules

91 Modéliser l‟effet du soudage d‟un nouveau revêtement dur

pour les appareils de robinetterie nucléaire

DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE

ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION

Sommaire


81

92 Simuler le bain de fusion pour simuler le soudage

93 Prédire la qualité mécanique et métallurgique des soudures

94 Simuler et représenter l‟arrangement et la forme des granulats

dans les bétons

95 Améliorer la corrélation calcul-essai avec de nouvelles

méthodes numériques avancées

96 Vérification numérique des codes de calcul de simulation

97 Améliorer la gestion des ressources des infrastructures de

calcul à haute performance

98 Évaluer le potentiel énergétique et économique d'une filière

de captage de CO2

99 Réduire drastiquement les coûts de résolution des grands

systèmes linéaires par une approche multifrontale

100Des domaines fictifs pour diminuer le temps de réalisation des

maillages pour les calculs CFD

101Développer des algorithmes pour améliorer in-situ la qualité

de maillages avec le code Code_Saturne



Sommaire



Les transferts thermiques dans les

écoulements sont d‟une importance

capitale dans plusieurs applications

industrielles, en particulier dans le

domaine du nucléaire. Les

problématiques thermiques dans le

circuit primaire des réacteurs

nucléaires sont nombreuses : fatigue

thermique dans les zones de

mélange, chocs thermiques sur des

organes de robinetterie ou dans le

« downcomer », distribution de

température dans les branches

chaudes ou le long des assemblages

combustibles, etc… et concernent

aussi bien la sûreté des installations

que les performances industrielles. La

maîtrise des transferts thermiques est

également cruciale pour les

problématiques de stockage et

l‟entreposage (la thermohydraulique

conditionne en effet la température

des matériaux) ainsi que pour la

conception de systèmes de

refroidissement passifs (basés sur le

principe de la convection naturelle)

pour l‟évacuation de la puissance

résiduelle du cœur lors de l‟arrêt d‟un

réacteur nucléaire.

82

Résultats

Plusieurs formulations basées sur le

principe de pondération elliptique pour

la résolution des flux thermiques

turbulents, allant jusqu‟à un modèle à

équation de transport sont proposées.

Une attention particulière est portée

aux échelles de longueur et de temps

turbulentes en jeu. Après une étape de

validation a priori et a posteriori sur

des canaux plans prenant en compte

les trois régimes de convection,

forcée, mixte et naturelle, les différents

modèles sont testés sur des cas de

cavité en convection naturelle. La

supériorité des approches

développées par rapport à celles qui

existait dans Code_Saturne est claire

et le modèle à équation de transport

sur les flux thermiques turbulents est

le plus performant. Des tests sur une

matrice de tubes ont démontré la

possibilité d‟utiliser ces modèles sur

une géométrie complexe, plus proche

de celles rencontrées dans

l‟ingénierie.

Contacts

Doctorant :

Frédéric DEHOUX


Tuteur :

Sofiane BENHAMADOUCHE

Laboratoire : Institut Pprime

(UPR 3346), CNRS, Université

de Poitiers, ENSMA

Ecole doctorale Science et

Ingénierie en Matériaux,

Energétique et Aéronautique,

SI-MMEA (Université de Poitiers)


Rémi MANCEAU



Modélisation statistique des

écoulements turbulents en

convection forcée, mixte et

naturelle

Maîtriser les transferts thermiques des écoulements

confinés dans le domaine du nucléaire

1. Vitesse axiale de l‟écoulement dans une matrice de tubes

(modèle le la thèse : EB-RSM, référence : LES)

2. Complexité de l‟écoulement dans une matrice de tubes.



Dans le cadre du projet NEPTUNE de

co-développement quadripartite EDF-

CEA-AREVA-IRSN , et afin de prédire

les différentes configurations

d‟écoulement dans le circuit primaire

et secondaire des centrales REP, il

est impératif de développer des

modèles locaux de représentation

monophasique et diphasique du

fluide, et des outils de simulation

numérique associés, qui soient fiables

et performants dans toutes les

situations. Les modèles diphasiques

permettant de simuler de tels

écoulements, pouvant comporter des

transitoires lents ou rapides, se

classent en deux grandes catégories :

la première consiste en une

description homogénéisée

monofluide, et la seconde privilégie la

description phase par phase,

autorisant ainsi de prendre en compte

les transferts interfaciaux. Un enjeu

dans cette thèse réside dans la

description de phénomènes fortement

instationnaires avec apparition de

phases évanescentes, le niveau de

complexité étant sensiblement plus

important en régime diphasique.

83

Résultats

Le modèle considéré dans cette thèse

propose une représentation bifluide

instationnaire avec des équations de

bilan de masse, de dynamique et

d‟énergie pour les phases liquide et

vapeur du fluide caloporteur. Les

outils numériques développés, qui

font appel à des techniques récentes

de relaxation, sont tout d‟abord

vérifiés afin d‟assurer la convergence

des algorithmes, et sont ensuite

confrontés à d‟autres schémas plus

classiques, afin d‟évaluer leurs

performances en configuration

instationnaire, en terme de précision

à coût CPU donné. Une attention

particulière est apportée au traitement

des phases résiduelles, ce qui est

essentiel puisque le fonctionnement

nominal est monophasique liquide.

Les développements, intégrés dans

Code_Saturne, permettront à terme,

pour des applications de type APRP,

d'augmenter la robustesse et la

précision sur maillage de taille

industrielle.

Contacts

Doctorant : Khaled SALEH


Tuteur : Jean-Marc HERARD

Laboratoire : LJLL (Laboratoire

Jacques-Louis Lions)

Ecole Doctorale de Sciences

Mathématiques de Paris Centre

(ED 386)

Directeurs de thèse : Frédéric

COQUEL, Jean-Marc HERARD



Analyse et simulation

numérique par relaxation

d‟écoulements diphasiques

compressibles. Contribution

au traitement des phases

évanescentes

Modéliser et simuler les écoulements diphasiques dans le

circuit des réacteurs à eau pressurisée (REP)



Dans les turbines à vapeur des

centrales nucléaires, 5% de la

puissance électrique est perdue du

fait de la présence sur les aubes

d‟eau liquide, sous forme de gouttes

et de films. Si la production de cette

eau liquide est inévitable, une

meilleure connaissance de la cascade

de phénomènes en jeu et des

mécanismes de pertes qu‟elle

engendre doit permettre des

réductions des pertes par des actions

appropriées (évacuation bien placées,

régime de condensation modifié,

séchage adéquat). L‟objectif est donc

d‟ajouter la modélisation des

différents phénomènes à celle de

l‟écoulement de vapeur dans un code

de calcul d‟écoulement 2D existant

afin de décrire et simuler le

comportement de cette eau liquide,

de la nucléation à l‟arrachement de

gouttes sur les films en passant par la

déposition.

84

Résultats

Divers modèles pour pour la

nucléation, la déposition et le film

liquide, adaptés au calcul méridien

(axisymétrique) de turbine à vapeur

ont été développés et implantés dans

le code. Les calculs effectués sur

une turbine de huit étages ont

démontré l‟apport de la prise en

compte de l‟eau liquide permettant de

déterminer la part des pertes dues

aux différents phénomènes.

Film liquide et répartition de pertes sur les

étages 6 à 8

Contacts

Doctorant : Yoann FENDLER


Tuteur : Jean-Marc DOREY

Laboratoire : LMFA

Ecole doctorale : GEGA (Lyon)


Michel LANCE



Analyse des phénomènes

liés à la présence de la

phase liquide dans les

turbines à vapeur et

élaboration de modèles

méridiens pour en prédire

les effets

Améliorer le rendement des turbines à vapeur via la

modélisation des gouttes et films d‟eau condensée

Fraction massique d‟eau sous forme liquide dans une turbine

de huit étages



Ce travail de thèse est lié au besoin

de modélisation des écoulements

diphasiques en générateurs de

vapeur (entrée liquide et sortie

vapeur).

L‟enjeu pour EDF est une meilleure

compréhension des phénomènes au

sein des générateurs de vapeur.

L‟observation in situ est limitée par

l‟encombrement des composants

réels et par la difficulté de réalisation

d‟une expérience en eau-vapeur.

Avoir à disposition un modèle

numérique de « tout régime

d‟écoulement » est donc un enjeu

crucial.

85

Résultats

Après avoir validé et vérifié une

approche de localisation d‟interface

dans le code NEPTUNE_CFD, le

couplage numérique de cette

approche avec l‟approche existante

pour les bulles dispersées est réalisé.

Le principal résultat est une

modélisation avec le modèle hybride

multichamp effectif du point de vue

numérique sur un cas d‟écoulement

complexe (panache de bulles de

l‟expérience Castillejos).

Contacts

Doctorant : Romain DENEFLE


Tuteur : Stéphane MIMOUNI

Laboratoire : TREFLE - I2M

Ecole doctorale :

Bordeaux 1 SPI


Jean-Paul CALTAGIRONE,

Stéphane VINCENT



Modélisation locale

diphasique eau-vapeur des

écoulements dans les

générateurs de vapeur

Simuler les écoulements complexes eau-vapeur dans tous

les régimes de fonctionnement d‟un générateur de vapeur

Bâtiment réacteur de la centrale nucléaire du Tricastin.

Deux générateurs de vapeur. Photo : EDF - Cédric HELSLY.



Les aéroréfrigérants humides

assurent l‟évacuation de la puissance

thermique des centrales de

production thermique ou nucléaire.

L‟échange thermique par contact

direct air/eau produit un écoulement

sursaturé en vapeur d‟eau ainsi qu‟un

flux de gouttes arrachées

mécaniquement. La masse de liquide

transférée par ces gouttes (dites de

primage) doit être maîtrisée et limitée

dans la mesure où elle ne participe

pas au processus de refroidissement

mais est susceptible d‟entraîner, vers

l‟environnement, les éléments

chimiques et biologiques présents

dans le circuit de refroidissement. La

thèse avait pour objectif de

développer un système de mesure

permettant de connaître le spectre de

taille de gouttes présentes dans

l‟écoulement au-delà de la zone

d‟échange. La technique de mesure

par holographie numérique a été

développée pour rendre cette

information accessible avec deux

contraintes principales : l‟utilisation au

sein d‟un écoulement chargé en très

fines gouttelettes et in situ.

86

Résultats

La thèse a permis le développement

d‟un prototype de mesure par

holographie numérique de

gouttelettes dans un écoulement d‟air

sursaturé en eau (brouillard de

gouttelettes 2-10 µm). Les diamètres

des gouttes de primage recherchées

étaient supérieurs à 20 µm. Le travail

théorique et expérimental a permis

de démontrer l‟impact de la

cohérence spatiale du faisceau laser

sur l‟efficacité de la mesure. Un

prototype de mesure portable et

résistant aux conditions d‟utilisation

en milieu humide a été réalisé ainsi

qu‟une méthodologie de traitement

automatique des hologrammes. Le

prototype a été testé avec succès au

sein du laboratoire sur des cibles

calibrées puis en situation industrielle

sur le banc d‟essai Mistral de

validation de performance des corps

d‟échange d‟aéroréfrigérants du

CNPE de Bugey. Le traitement des

mesures permet d‟obtenir à la fois la

distribution des diamètres et la

position des gouttes au sein du flux

d‟air.

Contacts

Doctorant : Clément REMACHA


Tuteurs : Franck DAVID , Jean-

Marc DOREY

Laboratoire : CORIA (Complexe

de Recherche Interprofessionnel

en AeroThermochimie), UMR

6614

Ecole doctorale Sciences

physiques, mathématiques et de

l‟information pour l‟Ingénieur (ED

351)


Denis LEBRUN



Etude et développement

d‟un dispositif d‟holographie

numérique pour la mesure

de taille de gouttes dans les

tours aéroréfrigérantes

Protéger l‟environnement des éléments chimiques et

biologiques présents dans le circuit de refroidissement



Il s‟agit d‟une approche fondamentale

et explicative visant à identifier et

analyser les facteurs déterminants de

phénomène de déposition

réentraînement de particules. La

thèse comprend deux parties. Une

première partie est composée d‟une

importante étude expérimentale

permettant d'étudier à l'échelle de la

particule individuelle les phénomènes

de déposition et ré-envol. La seconde

partie est caractérisée par le

développement numérique d‟un

modèle qualitatif de déposition ré-

envol. Cette thèse fait suite et est

complémentaire d‟un partenariat de

recherche entre AP-HP Hôpital Saint-

Louis et EDF R&D sur la

compréhension fine de la déposition

et le ré-envol de particules

dangereuses véhiculées par l‟air.

Cofinancée par la Fondation EDF

Diversiterre et EDF R&D, elle est la

première thèse réalisée dans le cadre

du mécénat de compétence.

87

Résultats

Ces travaux ont permis à EDF

d‟enrichir son outil de modélisation et

d‟augmenter son expertise dans le

domaine de la simulation de

déposition ré-envol de particules. Ces

travaux ont permis au secteur

hospitalier de lutter contre les

infections, d‟améliorer des protocoles

de soins, de traiter des surfaces en

zone protégée et de disposer de

recommandations architecturales.

Contacts

Doctorant : Amine METAHNI


Tuteur : Christian BEAUCHENE

Sofiane BENHAMADOUCHE

Laboratoire de Physique de

l‟ENSL - UMR CNRS 5672

Ecole doctorale : École Normale

Supérieure de Lyon - Physique et

Astrophysique (Phast)


Vance BERGERON



Déposition et ré-envol de

spores fongiques -

Contribution à la

compréhension du risque

nosocomial aérotransmis

Lutter contre les infections nosocomiales par la

modélisation de déposition et ré-envol de particules



La thèse s‟inscrit dans le cadre du

projet QUALIFS-GV au titre des

actions d‟optimisation des modèles

vibratoires mis en œuvre pour les

études de sûreté et de

dimensionnement des échangeurs.,

L‟un des principaux verrous identifiés

porte sur la prévision des charges

pariétales instationnaires

responsables des couplages non

conservatifs entre les dynamiques

fluide et solide à même de

déstabiliser les réseaux tubulaires et

de conduire à des mécanismes

d‟usure ou de fatigue prématurée

dans des conditions

thermohydrauliques, géométriques,

voire mécaniques, évolutives tout au

long du cycle de vie des composants.

A ce stade des développements en

CFD (computational fluid dynamics

ou mécanique des fluides numérique)

statique et dynamique, la simulation

numérique permet d‟évaluer

l‟évolution spatio-temporelle de

champs thermohydrauliques et

dynamiques à même de renseigner

sur la nature des mécanismes

physiques intervenant dans les

transitions entre régimes en présence

de bifurcations stationnaires ou

instationnaires.

88

Résultats

La synchronisation entre les

fréquences d‟échappement

tourbillonnaire et de vibration d‟un

obstacle solide cylindrique soumis à

un écoulement de fluide

monophasique transverse en milieu

infini en régime sous-critique est

reproduite par le biais d‟une

simulation des grandes échelles

tridimensionnelle avec mise en

évidence de la perte de cohérence

associée entre signaux de charge et

de réponse. L‟évolution avec la

vitesse réduite des modes de

transitions entre régimes,

intermittents ou hystérétiques et des

branches de réponses est simulée.

Les corrélations décrivant les effets

inertiels, dissipatifs et statiques

induits par la présence du fluide en

écoulement sur l‟évolution du

système mécanique sont évaluées

avec des valeurs en accord avec les

données expérimentales de la

littérature. L‟extension aux réseaux

de cylindres est abordée.

Contacts

Doctorant : Yoann JUS


Tuteurs :

Elisabeth LONGATTE

LACAZEDIEU

Laboratoire : : Institut Jean Le

Rond d‟Alembert, Université

Pierre et Marie Curie-Paris 6

Ecole Doctorale Sciences

Mécaniques, Acoustique,

Electronique, et Robotique de

Paris, ED SMAER 391


Pierre SAGAUT




numérique de vibrations

induites par écoulements

autour d‟obstacles

cylindriques seuls ou en

réseaux

Modéliser les vibrations induites par écoulement autour de

réseaux d‟obstacles cylindriques



Ce travail de thèse a été mené dans

le cadre du projet MOFPHET-C2 qui

étudie les phénomènes de dépôt de

particules colloïdales en proposant

une synthèse entre thermo-

hydraulique et chimie des interfaces.

Ces développements visent à

comprendre et à simuler les dépôts

de particules qui sont observés sur

divers composants, depuis le dépôt

sur les crayons combustibles jusqu‟au

possible colmatage des générateurs

de vapeur.

89

Résultats

Ce travail a permis le développement

d‟un modèle fin pour la simulation du

dépôt de particules colloïdales.

Le modèle regroupe les aspects liés à

la turbulence (transport de particules

par un écoulement), à la chimie des

interfaces (interaction entre particules

et parois solides) et à la rugosité

(propriétés des surfaces) au sein d‟un

même ensemble cohérent, permettant

de simuler des phénomènes allant du

dépôt de particules isolées à la

formation d‟amas.

Contacts

Doctorant : Christophe HENRY


Tuteur : Jean-Pierre MINIER

Laboratoire : LECIME, Paris

Ecole doctorale : Génie des

Procédés et Technologies

Avancées (UFR 926)


Grégory LEFEVRE



Modélisation stochastique du

dépôt de particules

colloïdales sur des parois

rugueuses dans un

écoulement turbulent

Modéliser le dépôt de particules colloïdales, du dépôt

simple au colmatage



L‟objectif de cette thèse consistait à

proposer des techniques numériques

innovantes permettant une simulation

plus précise des écoulements

diphasiques turbulents polydispersés,

hors équilibre thermodynamique,

souvent rencontrés dans les procédés

de combustion. L‟approche classique

s'appuie sur des méthodes

Euler/Lagrange qui sont bien

adaptées à ce type d'écoulement, et

permettent d‟avoir une description

fine de la polydispersion, de la

convection et des termes sources.

Cependant, les approximations issues

de telles simulations sont bruitées, ce

qui, dans certaines situations,

occasionne un biais. L‟approche

alternative étudiée dans la thèse

consiste à coupler une description

Eulerienne avec une description

stochastique Lagrangienne pour la

phase dispersée, permettant de

réduire l‟erreur statistique et

d‟éliminer le biais. Une des difficultés

dans ce cadre est d'obtenir des

approximations discrètes des

solutions instationnaires du modèle

qui soient stables et suffisamment

précises.

90

Résultats

L'approche étudiée dans la thèse

consiste à introduire un couplage de

descriptions de type Euler/Lagrange à

l'intérieur de la phase des particules,

en gardant une description Eulerienne

de la phase gazeuse. L‟outil

numérique développé s'appuie sur les

techniques de relaxation, et permet

d'obtenir des approximations stables

et convergentes des solutions

instationnaires du système

d‟équations aux dérivées partielles,

avec des données peu régulières du

tenseur de Reynolds provenant de la

description stochastique de la phase

dispersée. Une comparaison des

résultats issus de la méthode

couplée, qui permet d‟éliminer le biais

et de réduire l‟erreur statistique, avec

ceux provenant de la méthode

“classique”, est présentée pour un

cas de jet co-courant gaz-particules, .

Cette approche permettra à terme

d'améliorer la précision des

approximations numériques à budget

de calcul donné.

Contacts

Doctorant :

Kateryna DOROGAN


Tuteurs : Jean-Marc HERARD,

Jean-Pierre MINIER

Laboratoire :

LATP (Laboratoire d‟Analyse,

Topologie et Probabilités)

Ecole Doctorale de

Mathématiques et Informatique

de Marseille (ED 184)

Directeur de thèse : Jean-Marc

HERARD



Schémas numériques

pour la modélisation

hybride des écoulements

turbulents gaz-particules

Coupler deux approches classiques pour modéliser les

écoulements turbulents de gaz-particules



Le bon fonctionnement de la

robinetterie nucléaire est crucial, tant

du point de vue de la construction et

de la qualification des nouveaux

paliers, que des durées des phases

de maintenance du parc. Les

revêtements durs (généralement

proches des superalliages) sont

utilisés massivement sur les portées

d‟étanchéité des robinets pour palier

les propriétés des matériaux de

structure, en assurant à la fois la

tenue aux nombreuses sollicitations

(du fluide, d‟irradiation, tribologiques,

thermiques, chimiques…) et

l‟étanchéité interne des appareils.

Pour évaluer la capacité des

revêtements durs à assurer cette

fonction, il convient d‟évaluer les

sollicitations auxquels ils sont soumis.

C‟est un des objectifs du projet de

R&D METRONOME (Maîtrise de

l‟Etanchéité et de la Robinetterie :

Nouveaux Outils et Moyens

Expérimentaux). Dans le cas des

revêtements durs, il est ainsi

nécessaire de prendre en compte

l‟influence des procédés de

fabrication - de soudage - sur le

comportement en service.

91

Résultats

Les travaux s‟intéressent à un

matériau nouveau amené à se

généraliser dans les centrales REP à

l‟avenir, le NOREM02 et à un procédé

de fabrication peu modélisé, le

Plasma à arc transféré (PTA).

Un des premiers résultats est une

caractérisation fine du matériau

NOREM02 et de sa microstructure,

qui apporte l‟ensemble des

informations utiles à la modélisation

du soudage. On propose ensuite une

modélisation sous Code_Aster du

procédé, avec un recalage de la

source de chaleur sur des dépôts

linéaires effectués chez un fabricant.

La simulation de dépôts sur des

maquettes proches d‟un robinet,

montre par la suite un très bon accord

entre simulation et expérience sur les

quantités d‟intérêt (contraintes et

déformations). La méthode est donc

validée par ces travaux, et son

évaluation sur les cas industriels est

en cours dans le projet

METRONOME.

Contacts

Doctorant : Gauthier BEAURIN


Tuteur : Jean-Philippe MATHIEU

Laboratoire : Laboratoire de

Mécanique des Contacts et des

Structures (LaMCoS)

Ecole doctorale : MEGA


Daniel NELIAS



Simulation et étude

expérimentale des

contraintes résiduelles dans

les dépôts durs Norem02

des matériels de robinetterie

Modéliser l‟effet du soudage d‟un nouveau revêtement dur

pour les appareils de robinetterie nucléaire

Comparaison des déformations

après soudage du substrat

mesurées par stéréo-

corrélation d‟image et simulées

avec Code_Aster.



Ces dernières années, les projets de

la simulation numérique du soudage

laissent entrevoir des perspectives

d‟applications industrielles. En

conséquence, EDF R&D a ouvert un

projet de recherche sur cette

thématique afin d‟évaluer les

potentialités de la simulation

numérique du soudage. L‟objectif est

de développer des modèles

physiques pour la simulation

numérique du soudage et ainsi de

permettre de substituer

progressivement, sans toutefois la

remplacer totalement, la simulation

numérique à la phase d‟essais

expérimentaux inhérente à l‟étude du

soudage.

92

Résultats

Les travaux de cette thèse ont permis

de développer et de valider à partir de

la littérature et d‟essais réalisés, un

modèle physique pour la simulation

numérique du bain de fusion avec

prise en compte de l‟essentiel des

phénomènes physiques impliqués qui

sont étudiés de manière découplée et

avec une prise en compte de la

dépendance des propriétés physiques

et de la tension de surface en fonction

de la température et de la teneur en

soufre. Trois configurations de

soudage (statique, ligne de fusion et

assemblage de matériaux de teneurs

en soufre différentes) et différents

paramètres opératoires ont été

étudiés.

Contacts

Doctorant : Koffi KOUDADJE


Tuteurs :

Jean Michel CARPREAU,

Clarisse DELALONDRE

Laboratoire : Institut Universitaire

des Systèmes Thermiques

Industriels, Université Aix-

Marseille

Ecole doctorale « Science pour

l‟Ingénieur » Mécanique,

Physique, Micro et

Nanoélectronique


Marc MEDALE



Etude expérimentale et

modélisation numérique du

bain de fusion en soudage

TIG d‟aciers

Simuler le bain de fusion pour simuler le soudage

photo : Koffi KOUDAJE



Le soudage, et principalement le

soudage à l‟arc, est un procédé

couramment utilisé en construction

mécano-soudée. Le principe du

soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est

relativement simple. Entre une

cathode réfractaire (tungstène) et une

anode fusible (pièce à souder), un arc

est amorcé. Le plasma qui s‟établit

entre les deux électrodes chauffe

l‟anode et conduit à sa fusion. Les

mouvements dans le bain de fusion

mélangent le métal liquide qui lors de

son refroidissement soude les pièces.

Le soudage est régi par un ensemble

de règles de l‟art, codifiées ou

normalisées, qui assure la qualité des

joints soudés. Dans un souci

d‟amélioration de la maîtrise du

procédé, des travaux de modélisation

et simulation du soudage ont été

entrepris. Ce travail de thèse

consistait donc en l‟étude d‟un arc

électrique et de ses interactions avec

la pièce à souder dans le procédé de

soudage TIG.

93

Résultats

En simulation numérique du soudage,

le plasma d‟arc est la source de

chaleur permettant la fusion du

matériau soudé et il est donc

nécessaire de bien connaître les

transferts d‟énergie arc-pièce afin de

modéliser correctement le procédé

(bain de fusion, contraintes,

fissuration,...). A l‟heure actuelle, la

plupart des études de SNS ne

tiennent pas compte du calcul plasma

et assimilent celui-ci à une condition

de chauffage sur une face du

domaine : c‟est la source thermique

équivalente. Cette approche a

toutefois ses limites puisque lorsque

les paramètres opératoires sont

modifiés, il est nécessaire, soit

d‟extrapoler une nouvelle condition de

chauffage à partir de la condition

initiale, soit de mener une nouvelle

étude expérimentale pour en déduire

une seconde adaptée aux nouveaux

paramètres. Cette méthode est donc

lourde et coûteuse à mettre en place.

Ce travail de thèse a donc montré

que le plasma doit être modélisé afin

que le calcul du chauffage du

matériau à souder soit estimé

correctement, quels que soient les

paramètres opératoires étudiés.

Contacts

Doctorant : Damien BOREL


Tuteurs :

Jean-Michel CARPREAU,

Clarisse DELALONDRE

Laboratoire : UMR 6614 -

CORIA, Rouen

Ecole doctorale : SPMII - ED

351, Rouen


Bruno CHERON



Etude numérique et

expérimentale des transferts

thermiques dans un plasma

d‟arc : application au

soudage TIG

Prédire la qualité mécanique et métallurgique des

soudures

Soudage TIG. Photo : EDF - David QUEYREL



EDF s‟intéresse aux propriétés à long

terme du béton, telles que le fluage,

en raison de son rôle de garantie de

la sûreté et de la disponibilité des

centrales hydroélectriques et

nucléaires. La durée de

fonctionnement de ses ouvrages est

étroitement liée au vieillissement des

matériaux. En raison de la diversité

des types de béton dans un même

ouvrage, l‟utilisation d‟une méthode

purement expérimentale pour tous les

caractériser est illusoire. La

modélisation de la microstructure des

bétons est une étape clé dans la

prédiction de leur comportement. La

prise en compte de la morphologie

des matériaux étudiés influence les

propriétés mécaniques des matériaux

cimentaires : l‟arrangement spatial

des granulats et des pores à

l‟intérieur de la pâte de ciment, la

forme et la distribution de taille des

granulats. Ainsi, la nature multi-

échelle des matériaux cimentaires

demande que leur modélisation soit

conduite avec soin pour qu‟elle soit

prédictive.

94

Résultats

Des résultats ont été obtenus dans

plusieurs domaines :

Une analyse expérimentale de la

morphologie des bétons a été

réalisée : production puis analyse fine

d‟images 3D issues de tomographes.

La modélisation avec le

développement puis le codage d‟un

modèle morphologique représentatif

multi-échelle des bétons constitue la

principale originalité scientifique du

travail.

Des calculs mécaniques poussés

réalisés sur la base du modèle ont

permis de comprendre les lieux où se

localisent les déformations dans le

béton dans le cas du fluage.

Contacts

Doctorant : Julie ESCODA


Tuteurs :

Charles TOULEMONDE, Julien

SANAHUJA


Morphologie Mathématiques

(Mines ParisTech -

Fontainebleau)

École doctorale n°432 : Sciences

des Métiers de l‟Ingénieur (Mines

ParisTech)


Dominique JEULIN



Modélisation morphologique

et micromécanique 3D de

matériaux cimentaires

Simuler et représenter l‟arrangement et la forme des

granulats dans les bétons

Trois coupes : cylindre de béton réel, cube de béton modèle

numérique, localisation des contraintes de cisaillement en élasticité

dans le cube



Dans le cadre de son activité

industrielle, EDF est souvent conduit

à résoudre des problèmes vibratoires,

aussi bien dans une optique de

surveillance des installations en

fonctionnement que de diagnostic

afin, notamment, d'évaluer leur

fiabilité. Pour répondre au mieux à ce

besoin, des informations issues de

modèles numériques éléments finis

(EF) sont régulièrement utilisées pour

la prédiction ou la compréhension du

comportement dynamique des

structures, pouvant être complétées

par des mesures physiques.

Dans ce contexte industriel, ce travail

cherche à exploiter des données de

mesure pour les combiner avec les

informations numériques. L‟objectif

est, d'une part, d‟identifier des

éventuels défauts de modélisation et,

d'autre part, de les corriger dans le

but d'améliorer la qualité et la

capacité prédictive des modèles

représentant le comportement

dynamique des structures. De plus, le

cas des structures ayant des

propriétés mécaniques évolutives est

traité.

95

Résultats

L'approche proposée couplant le

filtrage de Kalman et l'erreur en

relation de comportement a été testée

et illustrée au moyen de différentes

études numériques. Des

problématiques industrielles variées

ont été traitées, telles que l'apparition

et la progression de

l'endommagement structurel au cours

d'une sollicitation, la modification des

conditions aux limites d'une structure

entre différentes étapes de son

exploitation, ou encore la

reconstruction de champs sur un

modèle numérique à partir de

données expérimentales ponctuelles.

Les exemples choisis vont d'une

structure relativement simple (poutre

en béton armé bi-encastrée) à des

modèles de taille industrielle (tour

d'aéroréfrigérant d'une centrale

nucléaire et modèle de bâtiment

d'auxiliaire du benchmark SMART

lancé en 2007 par EDF et le CEA).

Contacts

Doctorant :

Albert ALARCON COT


AMA, LaMSID

Tuteur : Charles BODEL


Solides, Ecole Polytechnique

Ecole Doctorale de l‟X (EDX)


Marc BONNET



Une approche de

l‟identification en dynamique

des structures combinant

l‟erreur en relation de

comportement et le filtrage

de Kalman.

Améliorer la corrélation calcul-essai avec de nouvelles

méthodes numériques avancées

Résultats d‟une simulation

de localisation de

l‟endommagement utilisant

les méthodes de filtrage de

Kalman et erreur en relation

de comportement sur un

modèle de tour

aéroréfrigérante

CapitalisationCapitalisation et diffusion des méthodes de la thèse via la plateforme Salomé-

Méca, logiciel « open source » développé au sein de la R&D d‟EDF.



La simulation numérique par le calcul

haute performance est devenue,

grâce à la constante évolution des

ordinateurs, un atout crucial et un

enjeu majeur pour l'industrie. En

effet, la modélisation numérique

permet à des acteurs industriels

comme EDF de simuler des

phénomènes physiques très

complexes afin d'étayer des

décisions d'exploitation (barrages,

centrales). On peut, par exemple,

simuler le fonctionnement complet

d'une centrale nucléaire : de sa

construction à la production

d'électricité et même la gestion de

scénarios d'accidents. Les exigences

de sûreté des ouvrages de production

imposent de s'assurer de la

reproductibilité et de la qualité et

fiabilité des résultats des simulations.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de

la vérification numérique des codes

de simulation qui consiste à étudier

sa fiabilité. Nous appelons ici fiabilité

d'un code de calcul, sa capacité à

produire des résultats justes malgré

les erreurs d'arrondi dues à

l'arithmétique flottante IEEE 754.

96

Résultats

La vérification numérique, en

particulier pour les codes de calcul

industriels, est importante. Un état de

l'art des outils et méthodes de

validation numérique a été présenté.

Nous avons alors exposé les besoins

spécifiques aux acteurs industriels en

termes de vérification numérique. Le

logiciel de validation CADNA est

adapté aux études de qualité dans un

contexte industriel. La bibliothèque

CADNA permet de localiser

précisément les résultats entachés

d'erreurs d'arrondi. CADNA est assez

facile à implémenter sur un code

séquentiel écrit dans un seul langage

(Fortran90, C/C++). L'implémentation

d‟extensions doit répondre à un

critère de performance. Il est donc

important de chercher à minimiser

l'impact de CADNA sur les

performances de ces bibliothèques.

Notre expérience de validation

numérique nous a alors permis de

proposer des idées pour la mise en

place d'une plate-forme (efficace et

performante) de vérification

numérique industrielle basée sur le

logiciel CADNA. Intuitivement, le

développement de cette plate-forme

constitue la suite naturelle des

travaux présentés dans ce mémoire.

Contacts

Doctorant : Séthy MONTAN


SINETICS

Tuteur : Christophe DENIS

Laboratoire d‟Informatique de

Paris 6 (LIP6)

Ecole doctorale Informatique,

Télécommunications et

Electronique (EDITE, Paris)


Jean-Marie CHESNEAUX, Jean-

Luc LAMOTTE



Sur la validation numérique

des codes de calcul

industriels

Vérification numérique des codes de calcul de simulation



Les organisations qui possèdent des

infrastructures de calcul à haute

performance (HPC) font souvent face

à certaines difficultés dans la gestion

de leurs ressources. En particulier,

ces difficultés peuvent provenir du fait

que des applications de différents

types doivent pouvoir accéder

concurremment aux ressources

tandis que les utilisateurs peuvent

avoir des objectifs de performance

(SLOs) variés. Pour atteindre ces

difficultés, cette thèse propose un

cadre générique et extensible pour la

gestion autonome des applications et

l'allocation dynamique des ressources

tout en tirant avantage de la flexibilité

d'une nuage informatique. Il s‟agissait

de faciliter l‟accès à nos ressources

de calcul avec un ordonnancement

juste entre les besoins des

utilisateurs.

97

Résultats

Un résultat est le développement d‟un

système d‟ordonnancement des

applications sur nos ressources HPC

utilisant l‟idée d‟un marché des

ressources avec chaque utilisateur

libre de choisir leur priorisation sur

leurs applications. Ce système

d‟ordonnancement a été validé sur

une plate-forme réel montrant la

capacité du système à adapter aux

changements sur la demande des

ressources et de remplir les

expectations de temps d‟exécution de

plus d‟utilisateurs que des systèmes

existants.

Contacts

Doctorant :

Stéfania COSTACHE


SINETICS

Tuteur : Samuel KORTAS

Laboratoire : INRIA

Ecole doctorale :

Université de Rennes 1


Christine MORIN



Gestion autonome des

ressources et des

applications dans un nuage

informatique selon une

approche fondée sur un

marché

Améliorer la gestion des ressources des infrastructures de

calcul à haute performance

Photo : supercalculateur ZUMBROTA



Le captage et stockage du CO2

(CSC) est identifié comme une

solution nécessaire pour limiter les

émissions de CO2 liées à la

combustion d‟énergies fossiles et

ainsi atteindre les objectifs

internationaux de réduction

d‟émissions de gaz à effet de serre.

Le captage dit "par absorption

chimique", technologie actuellement

la plus mature, repose sur la

séparation du CO2 des fumées par

action d'un solvant chimique puis sur

la restitution du CO2 par apport de

chaleur.

La consommation énergétique des

procédés disponibles ainsi que le coût

du CO2 ainsi évité constituent

toutefois des freins au déploiement

des technologies de captage du CO2

émis par les centrales thermiques.

Afin de se préparer aux choix à venir,

EDF souhaite disposer d‟une maîtrise

des filières technologiques

envisagées et d‟une vision claire des

coûts. Il s‟agissait alors, dans le cadre

de cette thèse, d‟évaluer et de

proposer, via la simulation

numérique, les procédés

énergétiquement et économiquement

les plus efficients.

98

Résultats

Une méthodologie générique

d‟évaluation de procédés a été

établie, reposant sur une modélisation

fine de la physicochimie complexe du

procédé, couplée à un algorithme

d'optimisation.

Par rapport aux simulateurs

conventionnels, l‟originalité repose

sur la détermination systématique du

dimensionnement même du procédé

et des paramètres opératoires,

utilisant la technico-économie comme

critère d‟optimisation.

Le choix du solvant, des architectures

du procédé et de l‟intégration

thermique avec la centrale ont été

étudiés, permettant de réduire de

38 % la pénalité énergétique du

procédé et de 25 % du coût du CO2

évité par rapport à la référence.

L‟approche technico-économique

retenue, couplée à une optimisation

automatique du design et de

l‟opération d‟un procédé s‟est révélée

un outil d‟aide à la conception

pertinent, capable de proposer des

solutions non-intuitives prometteuses.

Contacts

Doctorant : Thibaut NEVEUX


Tuteur : Yann LE MOULLEC

Laboratoire Réactions et Génie

des Procédés (LRGP) de

l'Université de Lorraine à Nancy

Ecole doctorale : Ressources

Procédés Produits

Environnement (RP2E)

Directeur de thèse : Eric FAVRE



Modélisation et optimisation

des procédés de captage de

CO2 par absorption chimique

Évaluer le potentiel énergétique et économique d'une

filière de captage de CO2



Dans certains de nos codes de

physique des champs (Code_Aster,

Code_Carmel…), une étape très

coûteuse concerne les résolutions de

systèmes linéaires. A tel point que

cette étape est souvent

dimensionnante pour l‟étude globale.

Pour l‟effectuer on utilise

généralement une méthode directe de

type multifrontale, soit pour résoudre

directement le système, soit pour

fournir un préconditionneur robuste à

une méthode itérative. Par souci

d‟efficacité, on confie de plus en plus

cette étape à la multifrontale du

package externe MUMPS.

Cependant, pour résoudre les très

gros systèmes (> 5 millions

d‟inconnues) requis par les futures

études d‟ingénierie, ce produit atteint

ses limites. Notamment, son

parallélisme distribué et ses

déchargements disque ne permettent

plus d‟endiguer ses besoins en

mémoire. L‟objectif de cette thèse est

de réduire ses consommations en

temps et en mémoire sans restreindre

son champ d‟applications, sa

robustesse et sa précision.

99

Résultats

Cette thèse propose une approche

novatrice pour réduire le volume de

données et de tâches générées par

l‟approche multifrontale. Ainsi, via des

techniques de compression low-rank,

elle « simplifie » les fronts matriciels

denses de la méthode. Les gains

estimés, en temps et en pic mémoire

RAM, sont alors très appréciables :

souvent entre 50% et 80%. Cette

stratégie en cours d‟industrialisation

dans le package externe MUMPS, doit

nous permettre, à terme, de résoudre

couramment de très gros problèmes

(entre 5 et 20 millions d‟inconnues)

sans même changer de machine ou

augmenter son nombre de

processeurs. D‟autre part, ces travaux

ne perturbent en rien les procédures

actuelles. Ils vont « booster » les

performances de l‟algorithme

multifrontal sans modifier son

interface, son comportement

numérique, son périmètre et avec une

précision de résultats contrôlable.

Contacts

Doctorant :

Clément WEISBECKER


SINETICS

Tuteur : Olivier BOITEAU

Laboratoire : INP (ENSEEIHT)-

IRIT-UMR5505

Ecole doctorale Mathématiques

Informatique

Télécommunications de

Toulouse (EDMITT)

Directeurs de thèse : Patrick

AMESTOY (INPT-ENSEEIHT-

IRIT), A.BUTTARI (CNRS-IRIT).



Amélioration des solveurs

multifrontaux à l‟aide de

représentations algébriques

rang-faible par blocs

Réduire drastiquement les coûts de résolution des grands

systèmes linéaires par une approche multifrontale

HPC

Prix de thèseProposée par le jury de thèse pour concourir au « Prix Léopold Escande 2013 » de

l‟Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT).



Les études de CFD (computational

fluid dynamics ou mécanique des

fluides numérique) sont

consommatrices non seulement en

ressources de calcul, mais aussi en

temps ingénieur, notamment pour la

phase de préparation de maillages

qui peut durer jusqu‟à plusieurs mois.

La nécessité d‟itérer entre le calcul et

la réalisation du maillage pour

d‟éventuelles retouches allonge

encore les délais. Un des leviers

possibles pour diminuer le temps

destiné à la réalisation du maillage

est de développer des méthodes

numériques ne nécessitant pas de

générer un maillage volumique

respectant la géométrie mais

permettant de « plonger » la

géométrie 2D dans un maillage

volumique généré de manière

automatique. Ces méthodes doivent

être adaptées pour convenir aux

modèles numériques de

Code_Saturne, outil de calcul CFD

d‟EDF, afin d‟être utilisable dans un

contexte d‟études de recherche ou

d‟ingénierie, et ce notamment dans le

cadre des études d‟écoulements

autour de crayons combustibles dont

la géométrie est difficile à mailler.

100

Résultats

Après un examen des méthodes de

domaines fictives pré-existantes et de

leurs adéquations avec les

méthodologies développées dans

Code_Saturne, la méthode dite de

pénalisation sous-maille (SMP, Sub-

Mesh Penalty) s‟est révélée la plus

pertinente. Son développement et son

adaptation dans l‟outil de calcul

scientifique Code_Saturne a permis,

d‟une part de conserver dans la

plupart des configurations la précision

numérique des schémas du code

(ordre 2 en espace), et d‟autre part

d‟appliquer cette méthode au cas

industriel de l‟écoulement autour de

crayons combustibles. Il reste à l‟issue

de la thèse à généraliser à certaines

configurations numériquement

délicates et à industrialiser la méthode

dans Code_Saturne.

Contacts

Doctorant :

Adrien ETCHEVERLEPO


Tuteur : David MONFORT

Laboratoire : Université de

Bordeaux 1 / Laboratoire

TREFLE

Ecole doctorale des sciences

physiques de l‟ingénieur -

Université Bordeaux 1


Jean-Paul CALTAGIRONE



Développement de

méthodes de domaines

fictifs au second ordre

Des domaines fictifs pour diminuer le temps de réalisation

des maillages pour les calculs CFD

Figure 1. Assemblage combustible avec la méthode de pénalisation

Figure 2. Assemblage combustible avec la méthode standard



Les études de CFD (computational

fluid dynamics ou mécanique des

fluides numérique) sont

consommatrices non seulement en

ressources de calcul, mais aussi en

temps ingénieur, notamment pour la

phase de préparation de maillages

qui peut durer jusqu‟à plusieurs mois.

La nécessité d‟itérer entre le calcul et

la réalisation du maillage pour

d‟éventuelles retouches allonge

encore les délais. La possibilité

d‟intégrer dans la chaîne de calcul un

remaillage automatique de certaines

zones, dans le but d‟améliorer la

qualité d‟un maillage, et à terme

d‟adapter la résolution des zones

« proche paroi » aux options et

modèles de calcul utilisés pourrait

donc réduire considérablement le

temps de retour de certaines études.

La possibilité de remailler la zone de

« proche paroi » en adéquation avec

la modélisation de la couche limite

permettrait en outre d‟élargir la palette

des algorithmes de maillage

envisageables pour des calculs CFD

à des algorithmes ne proposant pas

de telles fonctionnalités, mais

présentant par ailleurs toutes les

autres qualités nécessaires.

101

Résultats

Plusieurs algorithmes parallèles ont

été développés et expérimentés dans

le but d‟améliorer la qualité de

maillages de calcul pour l‟outil de CFD

Code_Saturne. L‟objectif à moyen

terme est de pouvoir améliorer de

manière très automatique de gros

maillages de calcul, de manière ciblée

par rapport au code, et sur les mêmes

plateformes informatiques parallèles

que le calcul lui-même. Dans ce

contexte, de manière à ne pas

introduire d‟aléas dans les calculs, des

algorithmes déterministes ont été

privilégiés. Un lisseur innovant issu du

traitement du signal, ainsi qu‟un

remailleur basé sur un modèle de

crystal se sont révélés efficaces en

2D, mais coûteux en 3D. Enfin, un

algorithme de remaillage des zones

« proche-paroi » a été développé, qui

allie automatisme et préservation de la

qualité des mailles hors de ces zones.

Contacts

Doctorant :

Guillaume VIALANEIX


Tuteur : Yvan FOURNIER

Laboratoire : Télécom ParisTech

Ecole doctorale :

EDITE – ED 130


Tamy BOUBEKEUR



Algorithmes parallèles de

manipulation de maillages

Développer des algorithmes pour améliorer in-situ la

qualité de maillage avec le code Code_Saturne

EDF R&D EN CHIFFRES


2012-2013

Crédits photos :

EDF - Philippe ERANIAN, EDF -

Rémy LE BERRE.

2100 personnes dont 200 chercheurs enseignants dans

des universités ou grandes écoles.

370 docteurs et 150 doctorants.

15 départements.

12 laboratoires communs.

Partenaire de 4 fonds de capital-risque dans le domaine

des technologies propres.

7 centres de R&D dans le monde.

Plus de 250 millions d’euros de budget annuel.

70 % de l’activité en appui à la performance des

métiers du groupe EDF.

30 % de l’activité pour anticiper les ruptures et préparer

l’avenir.

7 grands instituts dans le cadre des investissements

d‟avenir.

ED

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lés

EDF22-30, avenue de Wagram - 75382 Paris cedex 08SA au capital de 930 004 234 euros - 552 081 317 R.C.S. Paris

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Publication éditée et diffusée par EDF R&D

Directeur de publication : Stéphane ANDRIEUX

Secrétaire de rédaction : Florence METGE-LAYMAJOUX

Conception, édition : Florence METGE-LAYMAJOUX

Pour plus de renseignements :

http://chercheurs.edf.com

Thèses de doctorat EDF R&D 2012-2013 3/CHERCHEURS... · Si un grand nombre des manuscrits de...

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