LES AXES DU PLAN SCIENTIFIQUELes huit priorités
LES THÈSES DE DOCTORAT
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
28 Préserver et optimiser la production hydraulique et l’accès à la
ressource en eau
35 Développer les ENR et leur insertion dans le réseau
41 Maîtriser les mécanismes économiques et adapter la gestion et
l’optimisation de production au nouveau paysage du système
électrique européen
43 Soutenir la conception et le déploiement des systèmes électriques
44 Développer les stockages d’énergie et préparer la mobilité électrique
46 Contribuer à l’émergence de bâtiments, des villes et territoires
durables
52 Développer la simulation numérique associée à l’expérimentation
SO
MM
AIR
E
ÉDITORIAL
Stéphane ANDRIEUX, directeur scientifique d’EDF R&D
LES THÈSES DE DOCTORAT
2014
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 et les
doctorants forment un vivier de
compétences important pour le groupe
EDF. En 2014, plus de 34% des
docteurs ayant travaillé dans nos
laboratoires ont rejoint la R&D mais
aussi d’autres unités du Groupe. Par
ailleurs, plus de la moitié des jeunes
embauchés d’EDF R&D en 2014 sont
titulaires du diplôme de doctorat.
UNE VISION GLOBALE DES
RÉSULTATS
Cette deuxième édition de présentation
des résultats des thèses de doctorat
menées au sein de la R&D d’EDF illustre
encore une fois le dynamisme et la
fécondité de ce dispositif, en grande
majorité soutenu par l’ANRT via les
conventions Cifre. Ce sont plus de 45
soutenances qui ont eu lieu en 2014,
avec quelques premières mondiales et de
nombreux prix reconnaissant la qualité et
l’originalité des résultats. Les brevets
déposés (13 en 3 ans) montrent qu’il n’y a
nullement contradiction entre objectifs
scientifiques et innovation.
En 2013 déjà, les prix de thèse Paul
Caseau, fondés en 2011 par EDF et
l’Académie des Technologies étaient allés
à trois nouveaux docteurs issus de
travaux en partenariat entre la R&D
d’EDF et des laboratoires académiques.
Si un grand nombre des manuscrits de
thèse est disponible sur le site
chercheurs.edf.com, il nous semble 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 quitte à être
obscur pour les non spécialistes. 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
Adoptant un classement par
priorité du plan scientifique, ce
recueil doit permettre une vision
globale des résultats et des
enjeux de la recherche.menée à
EDF R&D. Les travaux sont
effectués avec les nombreux
partenaires académiques,
(notamment dans nos
laboratoires communs) qu’il faut
remercier pour leur engagement.
Les résultats sont là, et la qualité
en est attestée par de nombreux
prix de thèse, de meilleur papier
ou poster présenté en congrès.
0
1
2
3
4
5
6
7
année 2012 année 2013 année 2014
Nombre de brevets publiésdans le cadre des thèses
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
4
6 Décrypter les phénomènes électromagnétiques dans les régions
frontales des turbo-alternateurs
7 Modéliser l’oxydation et la corrosion sous contrainte de soudures du
circuit primaire des réacteurs à eau sous pression
8 Améliorer la corrélation calcul-essai en présence de
méconnaissances sévères
9 Améliorer les calculs sismiques d’assemblages combustibles grâce à
l’interaction fluide – structure
10 Conforter le rôle des nettoyages chimiques dans la stratégie de
maintenance des générateurs de vapeur
11 Simuler la propagation tridimensionnelle des fissures non planes
dues à la fatigue afin de prédire leur nocivité
12 Une simulation validée des coups de bélier afin de garantir la sûreté
des installations
13 De nouvelles méthodes numériques pour garantir la sûreté de
fonctionnement des installations industrielles
14 Identifier les mécanismes d’évolution physique des câbles de
centrales pour contrôler leur vieillissement
15 Propagation d’incertitudes dans les calculs de transport neutronique
pour l’aide à l’exploitation des cœurs REP
16 Limiter le besoin en eau de refroidissement des centrales de
production d’électricité
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Sommaire
Centrale nucléaire du Bugey (photo : Jean-Luc PETIT)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
5
17 Comprendre les écoulements de vapeur humide dans les turbines
pour améliorer leur exploitation
18 Réduire les impacts des écoulements cavitants dans les groupes de
pompage
19 Mesurer les vitesses d’écoulement diphasiques grâce à l’imagerie
rapide par rayons X
20 Concevoir une base de données d'exigences et pratiques
internationales pour le contrôle-commande de centrales nucléaires
21 Vérifier si un modèle statistique de fiabilité est adapté aux données
de retour d'expérience
22 Simplifier la gestion des modèles d’analyse probabilistes de sûreté
des systèmes industriels
23 Maîtriser le risque incendie dans une centrale nucléaire
24 Améliorer conjointement la radioprotection des travailleurs et la
disponibilité des centrales nucléaires
25 Anticiper les effets de l’introduction d’innovations dans les situations
de travail
PRODUCTION HORS NUCLEAIRE
26 Etudier le système de traitement catalytique des oxydes d’azote émis
par les centrales thermiques à charbon
27 Comment concevoir un design optimisé d’une centrale à charbon
fonctionnant en oxy-combustion ?
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Sommaire
Centrale nucléaire du Bugey (photo : Jean-Luc PETIT)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 6/12/2013
Dans les zones frontales des turbo-
alternateurs, le champ magnétique de
dispersion présente des composantes
normales aux plans des tôles du
circuit magnétique, appelé « flux
magnétique axial ». A l’intérieur des
premiers paquets de tôles des dents
frontales du stator, le champ
magnétique axial induit des courants
de Foucault dont les lignes circulent
dans le plan des tôles et y
développent des pertes
supplémentaires. Ainsi, des
échauffements locaux excessifs
peuvent être engendrés (contrainte
thermique). La présence de la
composante axiale du champ
magnétique conduit également à une
augmentation de la tension entre
deux tôles adjacentes (contrainte
électrique). Les contraintes thermo-
électriques que subit l’isolant entre
tôles, peuvent entraîner une
dégradation sévère du stator de
l’alternateur (court-circuit entre tôles).
6
Résultats
L’objectif industriel a été de
développer un modèle fonctionnel
simple et une méthode permettant
d’estimer l’intensité du flux axial en
fonction des grandeurs globales
opérationnelles de l’alternateur telles
que les puissances active et réactive
atteintes en régime permanent. A la
fin de la thèse, EDF dispose d’outils
d’analyse des phénomènes
électromagnétiques dans les régions
frontales d’un alternateur. Il s’agit de
modèles par éléments finis, d’un
modèle vectoriel de composition des
flux et d’une maquette 3D
«représentative». La connaissance de
l'intensité du flux axial va ensuite
permettre d'évaluer les pertes
supplémentaires dues au flux axial
aux extrémités du circuit magnétique,
données d’entrées nécessaires au
calcul des sur-échauffements en
parties frontales de l’alternateur.
Contacts
Doctorant : Gilles VOGT
Département EDF R&D :
THEMIS
Tuteur : Valentin COSTAN
École doctorale : Université
d'Artois LSEE (Béthune)
Directeur de thèse :
Raphaël ROMARY
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Étude des phénomènes
électromagnétiques dans les
zones frontales des
grandes machines
synchrones. Outils de tests
sur le 125 MW
Décrypter les phénomènes électromagnétiques dans les
régions frontales des turbo-alternateurs
Salle des machines de la centrale nucléaire de Tricastin, groupe
turbo alternateur (photo : EDF - Stéphanie JAYET)
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Thèse soutenue le 14/11/2014
De nombreux composants des
réacteurs à eau sous pression (REP)
sont constitués d’alliages
austénitiques, qu’il s’agisse des
matériaux de structure ou de
soudures. Or, des fissures de
corrosion sous contrainte (CSC) ont
été observées en milieu primaire sur
l’alliage base nickel 600. Les
premières fissures de CSC sont
apparues dès 1994 dans des
soudures base nickel de liaisons
bimétalliques et de piquages de
pressuriseurs. D’autres fissures ont
ensuite été mises en évidence par
des contrôles non destructifs ou par
l’existence de fuites révélées par la
présence d’un dépôt blanc d’acide
borique. Ainsi, en 2007, plus de 300
soudures en alliages base nickel
étaient affectées par la CSC pour des
durées de fonctionnement de 53400 h
à 180000 h. Il est donc indispensable
de disposer de modèles prédictifs de
CSC pour ces soudures.
7
Résultats
Un modèle cinétique d’oxydation
intergranulaire a été proposé, basé
sur de multiples observations au
microscope électronique à
transmission. Ce modèle prend en
compte des paramètres tant
métallurgiques qu’environnementaux.
L’ébauche d’un modèle de CSC
opérationnel a finalement été livrée,
couplant, entre autres, la cinétique
d’oxydation du matériau à la
résistance de l’oxyde à la rupture.
Contacts
Doctorant : Mickaël WEHBI
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Thierry COUVANT
Laboratoire : Mines ParisTech
École doctorale : ParisTech,
n°432, Sciences et métiers de
l’ingénieur
Directeurs de thèse :
Cécilie DUHAMEL et Jérôme
CRÉPIN
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Modélisation de l’amorçage
de la corrosion sous
contrainte dans les alliages
base nickel 182 et 82 en
milieu primaire des réacteurs
à eau sous pression
Modéliser l’oxydation et la corrosion sous contrainte de
soudures du circuit primaire des réacteurs à eau sous
pression
Reconstruction 3D de la pénétration de l’oxyde le long d'un joint de grains à
partir d'observations au microscope électronique.
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Thèse soutenue le 12/11/2014
EDF a besoin de comprendre le
comportement mécanique des
matériels exploités afin d’en garantir
la sûreté et d’en optimiser le
fonctionnement. Les alternateurs font
partie des matériels critiques dont
EDF a la charge. Lors de crises
vibratoires affectant l’alternateur, le
constructeur propose des solutions
curatives qu’EDF doit évaluer,
notamment par le biais de modèles
numériques disposant d’une bonne
capacité prédictive du comportement
vibratoire. Or, dans le cas des
alternateurs, la construction de ces
modèles est délicate à cause, d’une
part, de la complexité du système
étudié, et d’autre part, du peu
d’information dont EDF dispose. La
présence ainsi que le niveau
important de méconnaissance
affectant la modélisation de
l’alternateur nécessitent le
développement de méthodologies
dédiées.
Dans ce cadre, les enjeux de cette
thèse pour EDF concernent
l’amélioration de méthodologies de
calibration de modèle dédiées à un
contexte de méconnaissance sévère.
8
Résultats
Une méthodologie de construction
d’un modèle hybride robuste est
proposée. Hybride, car le modèle
proposé combine modèle
expérimental et numérique avec
l’objectif d’enrichir ce dernier. La
robustesse du modèle est requise car
ce modèle doit permettre des
prédictions correctes en présence
d’incertitudes mais aussi de
méconnaissances.
La construction d’un tel modèle a
permis d’obtenir un résultat original :
en présence de méconnaissance, il
est préférable d’optimiser la
robustesse des prédictions du modèle
vis-à-vis des méconnaissances plutôt
que de maximiser la fidélité du
modèle vis-à-vis de données
d’essais. La mise en évidence de ce
compromis, étudié à travers des cas
académiques et industriels, est en
rupture avec ce qui est fait dans le
domaine de la validation de modèle à
EDF et permet d’envisager son
extension à d’autres matériels
exploités par EDF.
Contacts
Doctorant :
Antoine KUCZKOWIAK
Département EDF R&D : AMA
Tuteur : Mathieu CORUS
Laboratoire : Département de
Mécanique Appliquée de l’Institut
FEMTO-ST, Besançon
École doctorale : ED SPIM
(Sciences pour l’Ingénieur et
Microtechniques), Université de
Franche-Comté
Directeurs de thèse :
Scott COGAN, Morvan OUISSE
et Emmanuel FOLTETE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Modèle hybride incertain
pour le calcul en réponse en
fonctionnement d’un
alternateur
Améliorer la corrélation calcul-essai en présence de
méconnaissances sévères
Construction d’un modèle hybride robuste : expansion de modes
expérimentaux sur un modèle numérique (type éléments-finis)
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Thèse soutenue le 10/04/2014
Après une réévaluation réglementaire
ayant abouti à une nouvelle carte du
risque sismique en 2011, EDF doit
quantifier les marges de tenue au
séisme de ses installations.
Ces marges dépendent fortement de
l’amortissement des structures, qui
limite la valeur maximale de leur
accélération lors d’un séisme.
Des expériences menées au CEA
Cadarache ont montré que des
valeurs de l’amortissement de
plusieurs dizaines de % pouvaient
être mesurées sur un assemblage
combustible lors d’essais dynamiques
sous écoulement. L’enjeu pour EDF
consiste à mettre à profit de telles
valeurs pour dégager des marges de
dimensionnement lors des études
réglementaires.
9
Résultats
Les premières expériences effectuées
sur une structure rigide simplifiée ont
montré que la force fluide latérale
s’exerçant lors d’une oscillation sous
écoulement axial est équivalente, par
composition des vitesses, à une force
de portance sous faible inclinaison.
Le résultat scientifique principal
concerne la répartition de la pression
à la surface de la structure et le
champ de vitesse fluide dans ces
conditions de faible inclinaison qui
n’ont été que peu étudiées dans la
littérature. Une expression de la force
fluide dépendant de la vitesse
d’écoulement et de la vitesse
d’oscillation de la structure a été
obtenue, associée à un coefficient
adimensionnel retrouvé par
simulation numérique.
Des résultats similaires ont enfin été
obtenus sur un faisceau de cylindres
oscillant en écoulement confiné. Ces
résultats permettront d’améliorer la
représentativité des calculs
sismiques.
Contacts
Doctorant : Lise DIVARET
Département EDF R&D :
AMA / LaMSID
Tuteur : Pierre MOUSSOU
Laboratoire : Unité de
Mécanique, ENSTA ParisTech
École doctorale de Polytechnique
(ED 447)
Directeurs de thèse :
Olivier CADOT et Olivier DOARE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Caractérisation des forces
fluides s'exerçant sur un
faisceau de cylindre oscillant
latéralement en écoulement
axial
Améliorer les calculs sismiques d’assemblages
combustibles grâce à l’interaction fluide - structure
Faisceau de cylindres, détail
à l’aval du faisceau
Mesure de la vorticité dans la direction axiale à l’arrière d’un cylindre pour
quatre inclinaisons : (a) α=0°, (b) α=3.6°, (c) α=6.3° et (d) α=8.3°.
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Thèse soutenue le 23/10/2014
Le Générateur de Vapeur (GV)
assure le transfert de l’énergie
produite dans le cœur du réacteur
vers le circuit secondaire des
centrales REP. Le dépôt d’oxydes à
la surface des tubes (encrassement)
entraîne une diminution de l’échange
thermique et donc, à terme, du
rendement de la centrale. Au niveau
des passages foliés, ce dépôt peut
conduire à la réduction des sections
de passage de l’eau (colmatage) et
engendrer l’apparition de fissures de
tubes par fatigue vibratoire. La lutte
contre les phénomènes
d’encrassement et de colmatage est
essentielle au maintien de la sûreté et
des performances des centrales.
Depuis 2010, la stratégie de
maintenance du parc prévoit
l’application périodique de nettoyages
chimiques en prévention de
l’accumulation des dépôts. Le recours
à ces procédés étant relativement
récent et l’accès au GV difficile, leur
impact sur la formation des dépôts
réencrassants reste peu connu.
L’étude de l’effet des nettoyages
chimiques sur le phénomène de
réencrassement est l’objet de cette
thèse.
10
Résultats
Les analyses de dépôts formés sur
tubes de GV (boucle FORTRAND)
dans les conditions représentatives
du circuit secondaire viennent
enrichir les connaissances du
phénomène d’encrassement. La
reproduction des nettoyages
chimiques a confirmé l’efficacité des
procédés, l’absence d’attaque
généralisée de la surface des tubes
de GV et leur innocuité pour l’acier au
carbone. En vue de définir une
fréquence d’application de nettoyage
des GV, l’absence d’effet sur les
cinétiques d’encrassement à court
terme est également un résultat
important. L’observation de l’impact
des nettoyages sur la morphologie
des dépôts contribue à la
compréhension de l’évolution des
performances thermiques des GV
après nettoyage. Enfin, la conception
d’une nouvelle boucle d’essais
(ECCLIPS) est venue enrichir le parc
expérimental du département MMC.
L’exploitation de cet outil permet à
EDF R&D de fournir un appui
déterminant aux services d’ingénierie
du Groupe.
Thèse confidentielle
Contacts
Doctorant :
Christophe GOUJON
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Carine MANSOUR
Laboratoire : Institut de
Recherche de Chimie Paris
(IRCP)
École doctorale : ED388 (Chimie
physique et chimie analytique de
Paris Centre)
Directeur de thèse :
Thierry PAUPORTÉ
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Conséquences des
nettoyages chimiques sur la
réactivité de la surface
externe des tubes de
générateurs de vapeur des
centrales nucléaires à
réacteur à eau sous pression
Conforter le rôle des nettoyages chimiques dans la
stratégie de maintenance des générateurs de vapeur
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Thèse soutenue le 21/01/2014
Un grand nombre de structures ou
composants sont sujets à une
potentielle dégradation de leurs
performances mécaniques par fatigue
sous sollicitations cycliques. C’est
notamment le cas lorsque de petits
défauts se développent et donnent
lieu à des fissures dont l’évolution va
dépendre du chargement sollicitant et
de l’état des champs de contraintes et
de déformation en pointe de fissure.
On recherche in fine à pouvoir se
donner des critères directionnels de
propagation et à mettre en place des
outils de simulation numérique
pouvant représenter l’évolution de la
fissure afin de pouvoir prédire sa
nocivité et des durées de vie
résiduelles.
11
Résultats
Les travaux de thèse ont permis de
comprendre le mécanisme de
déversement de fissures de fatigue
pour des tôles minces, ce qui était
plus facilement réalisable
expérimentalement. Un critère de
déversement local basé sur l’analyse
des champs de contraintes et
déformations en pointe de fissure a
été mis au point. La thèse a abouti à
la mise en place dans Code_Aster
d’une nouvelle technique d’intégration
numérique pour des éléments finis
discontinus, du fait de la présence de
la fissure, permettant de retrouver les
performances des éléments finis
usuels continus en élasticité et de
pouvoir envisager la propagation de
fissures tridimensionnelles en
présence de plasticité.
Contacts
Doctorant :
Jean-Baptiste ESNAULT
Département EDF R&D :
LaMSID
Tuteur : Patrick MASSIN
Laboratoire de Mécanique du
Solide (Ecole Polytechnique)
École doctorale de l’Ecole
Polytechnique
Directeur de thèse :
Véronique DOQUET
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Etude expérimentale et
numérique en trois
dimensions du
développement en fatigue
d’une fissure déversée dans
une tôle mince
Simuler la propagation tridimensionnelle des fissures non
planes dues à la fatigue afin de prédire leur nocivité
Fissuration expérimentale (en haut) et modélisation numérique de la
fissure issue de relevés topographiques (en bas à gauche), données
d’entrée du calcul numérique (en bas à droite) permettant de déterminer
les quantités d’intérêt en pointe de fissure pour prédire les trajets de
fissuration.
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Thèse soutenue le 11/09/2013
Afin de garantir la fiabilité et la sûreté
de ses installations, EDF doit justifier
la tenue de ses matériels à des
incidents comme les coups de bélier
susceptibles de se produire sur le
parc de production nucléaire. A ce
titre, EDF s’appuie sur la modélisation
et la simulation numérique des
écoulements avec transitoires
hydrauliques violents pour
représenter les conséquences
mécaniques des incidents rencontrés
sur sites. L’enjeu pour EDF est de
pouvoir prédire les zones les plus
impactées et, lorsque c’est possible,
de justifier de la non nocivité des
coups de bélier, dans un objectif de
réduction des indisponibilités du parc.
12
Résultats
Pour la description des écoulements
en situation de coups de bélier, le
choix s’est porté sur un modèle qui
décrit le comportement de chacune
des phases liquide et vapeur de l’eau
ainsi que les transferts entre phases.
Les travaux réalisés donnent une
évaluation des potentialités du
modèle fluide à reproduire des
phénomènes fortement
instationnaires avec ou sans
changement de phase, avec un bon
accord avec l’expérience, et un
comportement favorable par rapport à
d’autres modèles de représentation.
Les développements réalisés ont été
intégrés au logiciel de dynamique
rapide EUROPLEXUS dans un
formalisme qui prend en compte les
interactions entre le fluide et la
structure.
Contacts
Doctorant : Yujie LIU
Département EDF R&D : AMA,
LaMSID
Tuteurs : Fabien CROUZET,
Frédéric DAUDE
Laboratoire d’Analyse Topologie
et Probabilités (LATP), UMR
6632
École doctorale :
Université Aix-Marseille, École
Doctorale Mathématiques et
Informatique (ED 184)
Directeur de thèse :
Jean-Marc HERARD
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Contribution à la vérification
et à la validation d’un modèle
diphasique bifluide
instationnaire
Une simulation validée des coups de bélier afin de garantir
la sûreté des installations
e
1. Détérioration d’un support de tuyauterie suite à un coup de bélier
(photo : Fabien CROUZET)
2. Déformation d’une tuyauterie remplie d’eau soumise à un pic de
pression violent (Yujie LIU)
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Thèse soutenue le 27/01/2014
La sûreté de fonctionnement de ses
installations industrielles est une des
priorités d’EDF. Dans ce cadre, elle
est amenée à s’assurer non
seulement du bon fonctionnement
des matériels présents dans ses
installations, mais aussi de leur
réparation et de leur suivi. Elle se doit
de pouvoir démontrer la tenue
mécanique des différents
composants, tout en tenant compte
du vieillissement des matériaux, que
ce soit en condition de
fonctionnement normale ou en
condition accidentelle. Pour cela, EDF
se base notamment sur la simulation
numérique en développant des
modèles dans des codes de calcul.
Dans le cadre des études
mécaniques, l’enjeu pour EDF est de
disposer et de maîtriser les modèles
numériques les plus fiables, précis et
robustes afin de pouvoir justifier de la
tenue de ses matériels.
13
Résultats
De nouvelles modélisations sont
disponibles dans Code_Aster, le
logiciel éléments finis développé par
EDF R&D permettant de réaliser des
calculs précis, fiables et robustes en
mécanique des solides soumis à de
grandes déformations. Ces
modélisations sont très génériques.
Elles sont compatibles avec toutes les
lois de comportement disponibles
dans le logiciel et pour toutes les
topologies d’éléments. Les résultats
obtenus sur des cas académiques ont
montré tout l’intérêt des formulations
développées. A l’issue de la thèse, il
a été possible de mener des études
industrielles irréalisables au
lancement de la thèse : calcul de la
durée de vie d’un organe d’admission
après affouillement d’une fissure,
pose d’un bouchon de tube de
générateur de vapeur.
Contacts
Doctorant : Dina AL-AKHRASS
Département EDF R&D :
AMA / LaMSID
Tuteur : Sébastien FAYOLLE
Laboratoire : Centre SMS, LGF
UMR CNRS 5307
École doctorale : École nationale
supérieure des Mines de Saint-
Étienne
Directeurs de thèse : Sylvain
DRAPIER, Julien BRUCHON
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Méthodes éléments finis
mixtes robustes pour gérer
l’incompressibilité en
grandes déformations dans
un cadre industriel
De nouvelles méthodes numériques pour garantir la sûreté
de fonctionnement des installations industrielles
Capitalisation et diffusion des méthodes de la thèse via la plateforme Salomé-Méca,
logiciel « open source » développé au sein de la R&D d’EDF.
Evaluation de la pression hydrostatique dans la zone
d’affouillement d’un organe d’admission d’une centrale thermique
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Thèse soutenue le 13/06/2014
Les outils de contrôle non destructif
sont développés pour améliorer le
suivi du vieillissement des câbles de
centrales. La méthode et les critères
adaptés pour prendre la meilleure
décision, quand se pose la question
d'un éventuel remplacement, sont
définis à partir de la compréhension
des mécanismes de dégradation.
L'étude porte sur les câbles moyenne
tension dont l'isolant est à base de
PVC. Ils sont utilisés pour la
distribution d'énergie électrique à
l'intérieur des sites des centrales les
plus anciennes.
Pour certains câbles, une évolution
des caractéristiques électriques a été
observée alors qu'ils conservent à ce
stade une marge de tenue électrique
confortable.
Les travaux visent donc à expliquer
les mécanismes induisant la baisse
d'isolement, à en préciser l'évolution
et à en appréhender les impacts. Il
s'agit notamment d'identifier les
signaux précurseurs de la fin de vie
pour proposer des critères de
diagnostic.
14
RésultatsLes caractérisations électriques et
physico chimiques, ciblées sur les
échantillons présentant les
différences d'isolement les plus
marquées, conduisent à considérer la
déshydrochloruration sous contrainte
thermique comme étant la cause la
plus probable. Les doubles liaisons
révélées par spectrométrie UV ainsi
que les produits de la réaction de
stabilisation thermique observés par
microscopie électronique constituent
les principaux éléments accréditant
l'hypothèse. Les vieillissements
artificiels réalisés à différentes
températures montrent une
décroissance de l'isolement avec une
cinétique d'autant plus rapide que la
sollicitation est forte. La stabilisation
de la baisse, observée
systématiquement, traduit une
activation par seuil du mécanisme de
déshydrochloruration.
L'évolution de l'isolement n‘est pas
déterminante dans la durée de vie
des câbles examinés. Aucun
claquage n'a été obtenu bien que des
niveaux d'isolement très faibles aient
été stimulés thermiquement.
Contacts
Doctorant : Pierre QUENNEHEN
Département EDF R&D : LME
Tuteur : Thierry ESPILIT
Laboratoire :
G2ELAB Grenoble et IMP Lyon
École doctorale :
Ingénierie - Matériaux Mécanique
Energétique Environnement
Procédés Production – Grenoble
Directeur de thèse :
Pascal RAIN, thèse codirigée par
Isabelle ROYAUD
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Etude de la dégradation de
la fonction isolation des
câbles HTA PVC et mise au
point de méthodes de
diagnostic
Identifier les mécanismes d’évolution physique des câbles
de centrales pour contrôler leur vieillissement
Echantillon de câble prélevé et préparé pour les mesures
diélectriques pendant le vieillissement artificiel.
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 28/10/2013
EDF développe des schémas de
calcul neutronique adaptés à
différentes problématiques
industrielles (aide à l’exploitation des
cœurs REP, à la gestion du
combustible usé….). Afin de
connaître les incertitudes associées à
ces schémas de calcul, la méthode
utilisée aujourd’hui est d’analyser les
écarts entre calcul et mesure (par
exemple sur le flux dans les cœurs de
réacteurs nucléaires). La méthode
développée dans la thèse part des
incertitudes sur les paramètres
d’entrée (les données nucléaires de
base) et les propage au travers des
équations du transport neutronique.
Ces méthodes permettent d’analyser
de façon plus approfondie et de
hiérarchiser les paramètres
d’incertitude.
* REP : Réacteur à eau pressurisée.
15
Résultats
La méthode de propagation
d’incertitudes utilisée est la théorie
des perturbations au premier ordre.
Cette théorie mène à des
approximations quand elle est utilisée
dans les codes neutroniques
déterministes résolvant l’équation du
transport. Le travail de thèse a permis
de mettre en place des corrections
simples. En particulier pour le calcul
des sensibilités aux sections efficaces
de diffusion et pour les effets indirects
dus à l’autoprotection des
résonances. L’efficacité de ces
corrections a été démontrée face à
des méthodes de référence dans le
cadre de benchmarks de l’OCDE
AEN.
Contacts
Doctorant : Pouya SABOURI
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteur : David LECARPENTIER
Laboratoire de Physique
Subatomique et de Cosmologie
École doctorale : Mécanique des
Fluides, Energétique, Procédés
Directeurs de thèse :
Ivan KODELI, Adrien BIDAUD
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Application de la théorie des
perturbations à la
propagation des incertitudes
des données nucléaires par
la méthode des probabilités
de première collision
Propagation d’incertitudes dans les calculs de transport
neutronique pour l’aide à l’exploitation des cœurs REP*
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Thèse soutenue le 18/04/2014
Les centrales thermiques ou
nucléaires de production d’électricité
utilisent de l’eau pour le
refroidissement de cycle de
conversion d’énergie car elle offre la
meilleure efficacité énergétique par
rapport au refroidissement sur l’air.
Néanmoins, l’usage de l'eau pourrait
être rendu plus difficile à l'avenir en
raison de contraintes
environnementales (limitation de
prélèvement ou de rejets thermiques).
Dans le travail de thèse, un cycle de
Rankine bi-étagé est considéré,
combinant un cycle à vapeur d’eau
« classique » à un cycle de Rankine à
fluide organique. Le cycle à vapeur ne
détend que partiellement la vapeur et
transfère sa chaleur au cycle
organique refroidi par un
aérocondenseur sec. En raison de la
forte densité des fluides organiques, il
est possible de réduire fortement la
taille de l'installation et de fournir une
puissance supplémentaire en hiver
lorsque la température ambiante est
faible. La combinaison de ces deux
avantages rend envisageable un
système de refroidissement sec sans
détériorer le prix de revient de la
production électrique.
16
RésultatsOn a recherché et sélectionné des
fluides potentiellement acceptables
au regard de plusieurs paramètres :
efficacité énergétique, contraintes
d’exploitation et exigences
environnementales. Sur une base
restreinte de fluides, une analyse
économique, prenant en compte le
design des composants principaux, a
été réalisée pour une centrale de
production nucléaire de 4ème
génération en fonction de sa
localisation géographique.
Les fluides ont été utilisés dans un
cycle bi-étagé en regard de multiples
contraintes (efficacité énergétique,
exploitation, environnement). Les
études de modélisation des
performances du cycle ont montré un
faible impact de la nature du fluide
retenu. En revanche, les paramètres
thermophysiques des fluides ont un
effet majeur sur le dimensionnement
des composants principaux : turbine,
bouilleur et condenseur. L’étude
technico économique montre que des
solutions technologiques à base de
R245fa ou R1233zd seraient
acceptables économiquement.
L’ammoniac reste le fluide le plus
performant mais ne peut être
envisagé à cause du risque en
exploitation.
Contacts
Doctorant : Bo LIU
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Franck DAVID
Laboratoire Mines Paris Tech ,
PSL Research University, Centre
Thermodynamique des Procédes
École doctorale n°432 Science
des Métiers de l’Ingénieur
Directeur de thèse :
Christophe COQUELET
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Modélisation d’un cycle de
production d’électricité bi-
étagé à aéroréfrigérant sec
Limiter le besoin en eau de refroidissement des centrales
de production d’électricité
Consommation d’eau par évaporation pour le refroidissement
des centrales (photo : EDF - Pierre MERAT).
Cycle bi-étagé dans un
diagramme (T,s)
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Thèse soutenue le 17/01/2014
La compréhension globale des
écoulements de vapeur humide dans
les centrales électriques est de
grande importance pour le design des
turbines ainsi que pour l’étude de leur
fonctionnement. D’importantes
problématiques doivent être traitées :
l’étude des performances et de la
durée de vie des machines, le dessin
et l’évaluation de nouveaux designs,
l’analyse des risques liés à
d´éventuels élargissements des
plages de fonctionnement, la
prédiction et l’optimisation des coûts
de maintenance, et la compréhension
des phénomènes vibratoires.
17
Résultats
Un code 1D qui prédit la
condensation dans des tuyères a été
développé et validé sur une plage
large de configurations. Cela a
permis d’appréhender avec des
approches simplifiées les couplages
instationnaires dans les turbines à
vapeur. Plusieurs modèles de
condensation ont été investigués et
implémentés avec succès, les
résultats étant extrêmement
satisfaisants.
L’implémentation des modèles de
condensation a été faite dans le code
elsA. La démonstration des
couplages instationnaires sur des
configurations académiques (tuyères
et grille d’aubes) et industrielles
(plusieurs étages de turbine basse
pression) a été faite, le code elsA
étant désormais capable de traiter
des modèles physiques de vapeur
humide dans des écoulements
instationnaires.
Contacts
Doctorant :
Frédéric BLONDEL
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Mugurel STANCIU
Laboratoire de Mécanique de
Fluides et Acoustique d’Ecole
Centrale de Lyon
École Doctorale : École Centrale
de Lyon - MEGA
Directeur de thèse :
Michel LANCE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Couplages instationnaires de
la vapeur humide dans les
écoulements de turbines à
vapeur
Comprendre les écoulements de vapeur humide dans les
turbines pour améliorer leur exploitation
Prédiction de la taille de
gouttelettes après la
condensation de la
vapeur dans un étage
de turbine basse
pression
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Thèse soutenue le 12/12/2014
La thèse a porté sur la modélisation
et la résolution 3D locale
d’écoulement cavitant instationnaire.
La cavitation correspond à la
vaporisation d’un liquide à
température constante lorsque la
pression de ce liquide devient
inférieure à la pression de vapeur
saturante. L’influence de la turbulence
sur ce type d’écoulement a ensuite
été étudiée. La cavitation concerne
les groupes de pompage d’EDF dont
les plus critiques sont les pompes de
sauvegarde et la pompe primaire, et
peut survenir lorsque ceux-ci
fonctionnent à basse pression (circuit
insuffisamment pressurisé) ou en sur-
débit. La cavitation entraîne des effets
non désirables sur les machines et
leur environnement immédiat : des
vibrations, du bruit et de l’usure par
érosion de cavitation pouvant aller
jusqu’au percement des aubes.
18
Résultats
La thèse a permis de développer un
modèle de cavitation dans l’outil de
référence en thermohydralique
monofluide d’EDF, Code_Saturne, et
de proposer un algorithme de
résolution préservant le principe du
maximum pour la variable taux de
vide (qui physiquement doit rester
entre les valeurs 0 et 1). Ce modèle a
été intégré dans la version de
production 4.0 du code et est utilisé
aujourd’hui dans des études
industrielles, notamment pour
déterminer le NPSH (Net positive
suction head) 3% des pompes. La
thèse a par ailleurs permis de montrer
qu’un modèle de turbulence au
second ordre (modélisant les
équations d’évolution de l’ensemble
des contraintes de Reynolds) peut
représenter fidèlement la physique
d’écoulements cavitants
instationnaires (venturi et profil
portant) sans utiliser aucune
modification artificielle du modèle de
turbulence, comme cela est le cas
avec des modèles de turbulence du
premier ordre.
Contacts
Doctorant : Rezki CHEBLI
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Bruno AUDEBERT
Laboratoire de Mécanique de
Lille
École doctorale : Ecole Nationale
Supérieure d’Arts et Métiers
Directeur de thèse :
Olivier COUTIER DELGOSHA
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Simulation 2D et 3D des
écoulements cavitants :
développement d’un
algorithme original dans
Code_Saturne et étude de
l’influence de la modélisation
de la turbulence
Réduire les impacts des écoulements cavitants dans les
groupes de pompage
Simulation numérique : cas Venturi 8°, Modèle k-ε RNG modifié.
Evolution de la poche et apparition de nuage de vapeur.
Conditions de calcul : vitesse d’entrée 7.2 m/s, nombre de cavitation :2.8.
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Thèse soutenue le 11/12/2014
Le code NEPTUNE_CFD développé
dans le cadre d’un partenariat entre
EDF, le CEA, AREVA et l’IRSN est
dédié à la simulation des
écoulements diphasiques eau-vapeur.
Certaines applications n’ont pas de
données expérimentales de validation
disponibles dans la littérature et
doivent donc faire l’objet de
programmes expérimentaux
spécifiques. De plus, certaines
grandeurs ne peuvent être mesurées,
par manque de techniques utilisables
en présence de changement de
phase, de géométrie encombrée, de
haute pression et de haute
température. La thèse visait à
contribuer au développement d’une
technique de mesure non intrusive de
la vitesse liquide en milieu diphasique
eau-vapeur.
Les deux objectifs principaux étaient :
Développer des techniques
expérimentales innovantes basées
sur l'imagerie par rayons X pour la
mesure du taux de vide et des
champs de vitesse dans des
écoulements diphasiques.
Appliquer à des écoulements
cavitants instationnaires dans une
configuration académique de Venturi.
19
RésultatsUne technique novatrice de mesure
des vitesses liquides et des vitesses
gaz a été utilisée grâce à une
imagerie rapide par rayons X. Des
écoulements bidimensionnels ont été
examinés. Ces mesures ont utilisé le
synchrotron d’Argonne aux Etats-
Unis. L’écoulement a été réalisé à
l’aide d’une boucle d’essai
démontable. Une première sur le plan
instrumental. Les résultats :
Faisabilité et mise en œuvre d’une
méthode de mesure des vitesses
liquide et gaz en écoulement
diphasique.
Des données expérimentales sur la
vitesse de glissement entre les
phases liquide et gaz.
Mais, deux principales limitations :
Un rayonnement très intense
nécessaire pour avoir des images
rapides (nécessité d’un synchrotron).
L’écoulement est supposé
bidimensionnel.
Les données inédites sur la vitesse
de glissement entre les phases
permettront le développement de
nouvelles modélisations des
écoulements gaz-liquide. Cette
technique expérimentale novatrice
doit être adaptée aux écoulements
tridimensionnels, correspondant aux
géométries industrielles d'intérêt.
Contacts
Doctorant : Ilyass KHLIFA
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Antoine ARCHER
Laboratoire : ENSAM Lille
École doctorale n°432 Sciences
des Métiers de l’Ingénieur,
ParisTech
Directeur de thèse :
Olivier COUTIER-DELGOSHA
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Imagerie rapide par rayons X
des écoulements
diphasiques : application aux
écoulements cavitants
Mesurer les vitesses d’écoulement diphasiques grâce à
l’imagerie rapide par rayons X
Imagerie par rayons X d'un écoulement cavitant sur un Venturi
Ecoulement de la gauche vers la droite.
(photo : Ilyass KHLIFA,/ ENSAM Lille).
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Thèse soutenue le 12/12/2013
Le contrôle-commande d'une centrale
nucléaire représente une part
significative des études pour une
nouvelle tranche. Il est aussi à
l'origine d'importantes difficultés et
incertitudes dans la justification de
sûreté, notamment du fait des
méfiances vis-à-vis des technologies
programmées, et du fait que les
autorités de sûreté nationales ont des
exigences différentes. Les tranches
EPR construites en France, en
Finlande et en Grande-Bretagne ont
des architectures de contrôle-
commande différentes. Pour faire
face à ce problème, la première étape
consiste à recenser et structurer les
exigences et pratiques des pays
d'intérêt pour EDF. La thèse visait à
fournir d'une part, des outils d'aide à
l'identification des exigences dans
une masse importante de documents
(normes internationales, documents
réglementaires et guides
réglementaires), et d'autre part, à
concevoir une base de données
structurée permettant l'analyse et
l'exploitation des exigences.
20
Résultats
La thèse a permis une capitalisation
et une vue globale à haut niveau d’un
référentiel d’exigences ; une
approche originale avec une
hybridation entre modélisation et
recherche d’information pour une
amélioration de la traçabilité des
exigences du domaine ; une base
outillée. Un premier résultat important
porte sur la structure de la base de
données (méta-modèle), afin de
supporter au mieux les principes de
conception d'architecture développés
dans le cadre du projet CONNEXION.
Des outils d'analyse textuelle des
normes internationales (AIEA, CEI,
IEEE), des documents
réglementaires, des guides de
pratiques acceptables, et des
décisions des projets récents ont
permis d'identifier plusieurs centaines
d'éléments sur le seul thème de
l'architecture de contrôle-commande.
L'outil INCREMENT (Instrumentation
aNd Control regulatory REquirement
Modeling EnvironmeNT), développé
dans le cadre de la thèse, permet de
gérer, de classer et de naviguer parmi
ce grand nombre d'exigences. Il
permet également de relier les
exigences retenues par un projet aux
règles de conception adoptées.
Contacts
Doctorant :
Nicolas SANNIER
Département EDF R&D : STEP
Tuteurs:
Thuy NGUYEN, Laurence PICCI
Laboratoire : ISTIC - Inria
Rennes Bretagne Atlantique
École doctorale : MATISSE
Directeur de thèse :
Benoit BAUDRY
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
INCREMENT : une approche
hybride pour modéliser et
analyser les exigences
réglementaires de sûreté
dans le large
Concevoir une base de données d'exigences et pratiques
internationales pour le contrôle-commande de centrales
nucléaires
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Thèse soutenue le 16/10/2014
Dans un contexte d’évolution des
exigences de sûreté et de
prolongation de la durée de
fonctionnement du parc nucléaire
exploité par EDF. Les méthodes
nouvelles et codifiées de justification
de la tenue mécanique des matériels
peuvent s’avérer incomplètes. Il faut
alors 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.
21
Résultats
Tous les développements théoriques
et méthodologiques réalisés ont été
appliqués à plusieurs jeux de
données EDF, ce qui a permis de
démontrer leur applicabilité et leur
intérêt concrets.
Pour les composants non
réparables : revue et comparaison
exhaustives des tests d'adéquation
aux lois exponentielle et de Weibull
existants dans la littérature,
développement de deux familles de
nouveaux tests pour la loi de Weibull,
recommandation des tests les plus
efficaces selon les caractéristiques du
jeu de données de retour
d'expérience disponible,
développement d'un outil logiciel
(package R nommé EWGoF)
permettant de mettre en œuvre tous
les tests répertoriés et développés
pour n'importe quel cas d'étude.
Pour les matériels réparables :
développement de tests originaux
pour les modèles de maintenance
imparfaite avec des maintenances
correctives et préventives, ces tests
exacts étant basés sur un
conditionnement par une statistique
exhaustive.
Contacts
Doctorant : Meryam KRIT
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Emmanuel REMY
Laboratoire Jean Kuntzmann
(UMR5224), Université Grenoble
Alpes.
École doctorale MSTII
(Mathématiques, Sciences et
Technologies de l'Information,
Informatique)
Directeur de thèse :
Olivier GAUDOIN
Co-directeur de thèse :
Laurent DOYEN
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Tests d'adéquation en
fiabilité : loi de Weibull et
modèles de maintenance
imparfaite
Vérifier l’adéquation des modèles statistiques de fiabilité
aux données de retour d'expérience
Centrale nucléaire de Belleville (photo : EDF - Pierre MERAT).
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Thèse soutenue le 13/10/2014
For the purpose of PSA (Probabilistic
Safety Analysis) for complex
industrial systems, often PSA models
in the form of fault and event trees are
developed to model the risk of
unwanted situations (hazards). PSA
models have gained high acceptance
and have been developed massively
but with an increase in model sizes
and complexity. PSA models are
difficult to understand and maintain.
This thesis presents the concept of a
modular PSA which tries to cope with
the increased complexity by the
techniques of modularization and
instantiation. Modularization targets to
treat a model by smaller pieces (the
"modules") to regain control over
models. Instantiation aims to
configure a generic model to different
contexts. A modular PSA proposes
new functionality to manage PSA
models. This thesis shows new
methods to manage the evolutions
(versions) and deviations (variants) of
PSA models in a modular PSA. Apart
from model management, methods to
understand the content of PSA
models are presented.
22
Résultats
The methods focus to highlight the
dependencies between modules
rather than their contents.
Dependencies are automatically
derived from a model structure. They
express relations between model
objects (for example a fault tree may
have dependencies to basic events).
To visualize those dependencies (for
example in form of a model
cartography) can constitute a crucial
aid to model engineers for
understanding complex interrelations
in PSA models.
Within the scope of this thesis, a
software named Andromeda has
been developed at EDF R&D to test
and evaluate the concepts around a
modular PSA. Andromeda is based
on a modular and extensible
architecture that can be customized to
specific needs of customers. Apart
from research interest, it has recently
gained industrial interest. Andromeda
has potential to complete existing
PSA tools by specific functionality and
to enforce the international PSA
community around common modeling
standards and techniques.
Contacts
Doctorant :
Thomas FRIEDLHUBER
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Mohamed HIBTI
Laboratoire d'Informatique de
l‘Ecole Polytechnique (LIX)
Directeur de thèse :
Antoine RAUZY
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Simplifier la gestion des modèles d’analyse probabilistes
de sûreté des systèmes industriels
Ingénierie des modèles dans
une EPS modulaire
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Thèse soutenue le 17/10/2014
L’incendie est le risque principal
d’agression interne dans une centrale
nucléaire. Prévoir ses conséquences
permet de déployer les moyens de
prévention et de lutte et de justifier
ces choix auprès de l’Autorité de
Sûreté Nucléaire. La caractérisation
de combustibles représentatifs
mesure leur participation à la
propagation d’un incendie (à travers
la libération d’énergie calorifique et la
génération de fumées) et aux
atteintes possibles sur les
équipements électriques de locaux
proches (via la dissémination de
fumées «agressives»). Les
instruments de mesure existants
permettaient de caractériser
séparément soit les gaz, soit les
aérosols, soit les foyers. La plus-
value de cette thèse réside dans une
approche couplant les trois aspects,
en ajoutant une méthode originale de
quantification des gaz émis.
L’installation expérimentale permet de
suivre en temps réel l’ensemble des
paramètres qualitatifs et quantitatifs
d’intérêt au cours de la dégradation
thermique du matériau choisi. Les
câbles électriques étant le
combustible majoritaire en centrale
nucléaire, ce sont eux qui ont été
retenus pour les premiers essais.
23
RésultatsL’installation expérimentale, «banc
MLC/ELPI/FTIR» couple trois
matériels de mesure et un système
d’acquisition et de traitement des
données. Les résultats obtenus au
cours de la dégradation d’un
matériau, depuis l’instant où il est
soumis à une agression externe
pilotée (ici le rayonnement thermique
d’une résistance électrique à une
température supérieure à 600
°C) jusqu’à son extinction totale, sont
principalement :
Sa réaction au feu : la puissance
calorifique que le matériau libère, sa
température d’ignition, sa température
d’inflammation, des propriétés
thermophysiques, sa perte de masse,
avec le MLC (Mass Loss Cone).
La nature des gaz émis et leurs
quantités, en fonction du temps, à
partir d’un spectromètre FTIR et
d’une bibliothèque de gaz créée
pendant la thèse. A ce jour, nous
disposons de 16 gaz, soit un spectre
représentatif pour les combustibles
visés.
Les particules de suies prélevées
dans les fumées et classées selon 14
tailles, avec l’ELPI (impacteur basse
pression), en fonction du temps,
caractérisent précisément la phase
solide des fumées.
Contacts
Doctorant :
Franck-Estimé NGOHANG
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Laurent GAY
Laboratoire : UMET-ISP
École doctorale : Université de
Lille I
Directeur de thèse :
Serge BOURBIGOT
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Combination of mass loss
cone, Fourier transform
infrared spectroscopy and
electrical low pressure
impactor to extend fire
behaviour characterization of
materials
Maîtriser le risque incendie dans une centrale nucléaire
Représentation schématique du couplage MLC/FTIR/ELPI
Figure : évolution des gaz de pyrolyse et
des produits de combustion pour la
plaque témoin de formulation EVA (sans
retardateur de feu) sous un flux radiatif
de 25 kW/m²
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Thèse soutenue le 14/10/2014Lors des arrêts pour maintenance des
centrales nucléaires, de nombreux
intervenants sont présents dans le
bâtiment réacteur. Le début des
opérations peut être retardé en cas
de défaut de la gaine du combustible
(un cas par an), car il faut attendre
que le xénon 133, gaz de fission
radioactif, ait suffisamment décru,
ceci afin de limiter l’exposition des
intervenants. La thèse a porté sur
l’étude réaliste des modes
d’exposition au xénon 133 par
simulation numérique Monte-Carlo et
modèles biocinétiques
compartimentés. L’enjeu immédiat,
pour EDF, est de démontrer la
protection des travailleurs, y compris
en anticipant les réglementations à
venir. Un deuxième enjeu, à plus long
terme, serait, une fois les résultats
numériques validés par des
expériences, de réévaluer les marges
actuelles des critères de
radioprotection liés au xénon 133.
24
Résultats
Le premier résultat est un gain d’un
facteur 3 à 4 sur l’évaluation de
l’exposition externe au xénon 133 des
intervenants dans un bâtiment
réacteur, plus réaliste que celle
considérée à ce jour, dans un espace
semi-infini. Le deuxième résultat
concerne la vérification que les
travailleurs sont bien protégés, y
compris en considérant les limites
d’exposition futures, qui sont plus
strictes pour le cristallin de l’œil. Le
troisième résultat est lié à l’exposition
interne et confirme que ce type
d’exposition reste très minoritaire
devant l’exposition externe pour le
xénon 133.
Contacts
Doctorant :
Aurélien PERIER
Département EDF R&D : STEP
Tuteur :
Emmanuelle GAILLARD-
LECANU
Laboratoire Subatech (UMR
6457).
Encadrant : Dominique THERS
École doctorale Matière,
Molécules, Matériaux en Pays de
la Loire
Directeur de thèse :
Bernd GRAMBOW
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Modes d’exposition au xénon
133 dans un bâtiment
réacteur
Améliorer conjointement la radioprotection des travailleurs
et la disponibilité des centrales nucléaires
PrixPrix du meilleur poster au Congrès National de Radioprotection
en 2013 à Bordeaux
Modélisation du bâtiment réacteur (A.PERIER)
Figure : débit de dose externe pour une activité de xénon 133
de 1 MBq.m-3 pour le parc nucléaire français (Aurélien Perier)
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Thèse soutenue le 4/11/2014
La réussite des projets d’introduction
d’innovations au sein de systèmes
complexes passe par une capacité
d’anticipation des conséquences des
évolutions programmées.
L’ergonomie se saisit de cet enjeu en
proposant des démarches visant à
approcher l’activité future. Comment
décrire, analyser, modéliser l’activité
et un futur dispositif, pour les mettre
en relation afin d’élaborer des
hypothèses plausibles sur ce que
pourrait devenir l’activité ? La
question critique est celle de la
projection de l’activité dans la
situation régie par le futur dispositif.
L’examen des démarches existantes
montre qu’elles peuvent être difficiles
à mettre en œuvre. Une démarche
alternative d’analyse prospective des
innovations est proposée, qui
comprend différentes étapes :
caractérisation des dimensions
structurantes de l’activité
coopérative ; caractérisation des
éléments constitutifs du futur dispositif
et des principes sous-jacents à ces
éléments ; mise en relation pour
construire des hypothèses sur les
conséquences possibles de
l’évolution du dispositif.
25
Résultats
La démarche d’analyse prospective
proposée dans la thèse a été mise à
l’épreuve dans le cadre d’un projet
d’évolution du dispositif de
sécurisation des interventions de
maintenance (consignation) d’EDF.
Elle a permis de mettre en évidence
la centralité des protocoles de
coordination, qui forment un
« écosystème protocolaire », et le rôle
périphérique joué par certains
mécanismes, tels que la production
d’une conscience mutuelle (mutual
awareness). Les éléments constitutifs
du futur dispositif de consignation et
les principes sous-jacents à ces
éléments ont été mis en relation avec
ces résultats empiriques. Différentes
hypothèses ont été produites sur les
intérêts et risques potentiels de
l’évolution du dispositif de
consignation.
Thèse non diffusable avant le
01/07/2019
Contacts
Doctorant :
François PALACI
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Geneviève FILIPPI
Laboratoire : Institut Charles
Delaunay, Équipe Tech-CICO,
Université de Technologie de
Troyes, UMR 6281, CNRS
École doctorale Sciences et
Technologies (ED 361)
Directeur de thèse :
Pascal SALEMBIER
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D’EDF
Anticiper les effets de l’introduction d’innovations dans les
situations de travail
Contribution ergonomique à
l’analyse prospective
d’innovations technico-
organisationnelles dans les
systèmes complexes
Utilisation de l’Aide Informatisée à la Consignation
en salle de commande (photo : EDF – Christel SASSO)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 5/11/2014
Pour répondre à la législation actuelle
et future, le groupe EDF a rénové son
parc de centrales thermiques à
flamme. Au niveau de la combustion,
des brûleurs « bas NOx » ont été
installés et des systèmes de NH3-
SCR ont été mis en place dans les
gaines d’évacuation des fumées. La
présente thèse est une contribution à
l’étude de ce procédé par la
compréhension des réactions mises
en jeu au niveau du catalyseur
contrôlant les performances du
procédé. Cette étude s’intéresse au
fonctionnement de ces catalyseurs,
afin d’obtenir une équation donnant la
vitesse globale de la réaction
permettant d’une part, de prédire le
fonctionnement des catalyseurs dans
des conditions réalistes d’utilisation et
d’autre part, de rendre compte de
l’impact du vieillissement des
catalyseurs (empoisonnement
chimique).
26
Résultats
La présente étude avait pour objectif
de formaliser l’équation de la vitesse
globale (activité catalytique) de la
réaction NH3-SCR sur des
catalyseurs commerciaux du type
V2O5/WO3/TiO2 équipant les unités
stationnaires émettant des NOx. Pour
remplir ces objectifs, l’approche
microcinétique expérimentale (MCE)
a été choisie. L’équation de vitesse
obtenue rend compte (a) de
conditions expérimentales réalistes
associées aux rejets gazeux des
centrales à charbon et (b) de la
désactivation des catalyseurs par
empoisonnements chimiques dus aux
différents dépôts. Cette équation a
également pu être implantée dans un
logiciel de modélisation de l’évolution
des performances des catalyseurs
industriels développé par EDF
(OSCAR).
Contacts
Doctorant :
François GIRAUD
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Mohamed KANNICHE
Laboratoire : IRCELYON
École doctorale de chimie,
Université Claude Bernard
Lyon 1
Directeur de thèse :
Daniel BIANCHI
PRODUCTION
Etudier le système de traitement catalytique des oxydes
d’azote émis par les centrales thermiques à charbon
Approche par la
microcinétique
expérimentale du procédé
NH3-SCR sur catalyseurs
V2O5-WO3/TiO2 modèles et
industriels
Centrale thermique de Cordemais (photo : EDF – Yves SOULABAILLE)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 9/12/2014
En 2007, le COMEX d’EDF a
positionné le CSC (captage et
stockage du CO2) au centre des
préoccupations du groupe EDF,
position renouvelée fin 2010. Les
principaux axes de recherche étudiés
à la R&D d’EDF sont la post-
combustion pour une application à
court terme, et l'oxy-combustion,
privilégiée par EDF à moyen terme.
Une des questions cruciales est le
potentiel de performance, réaliste, de
cette filière. En effet, les enjeux sur
l’oxy-combustion ne se limitent pas à
la compréhension du fonctionnement
d’une chaudière avec atmosphère
exempte d’azote. Ce point est
fondamental mais il est tout aussi
important de porter les efforts de
recherche sur l’efficacité énergétique
de la production d’oxygène et du
traitement des gaz de combustion.
L’intégration efficace de ces éléments
dans la conception d’une centrale
suppose de repenser les interactions
entre les principaux composants de la
centrale. C’est à travers cette
intégration que les performances
globales de la filière pourront être
évaluées.
27
Résultats
L’intérêt industriel du captage du CO2
par oxy-combustion, avec les
technologies à l'état de l'art, a été
démontré pour des centrales neuves.
Les développements les plus
prometteurs en termes de
performances énergétiques ont été
identifiés. Parmi ceux-ci, l’oxy-
combustion pressurisée est une des
solutions les plus efficaces car elle
permet de tirer pleinement profit du
fonctionnement en oxy-combustion.
Cette technologie permettrait
d'obtenir une pénalité énergétique
sous le seuil symbolique des 5 points
de perte de rendement. L'oxy-
combustion présente donc un
potentiel d'amélioration significatif
comparé aux autres voies de captage
du CO2. La diversité des options en
développement, ainsi que les
opportunités d'intégration thermique
considérables qu'elle offre, font de
l'oxy-combustion une technologie
prometteuse pour contribuer à
façonner le paysage énergétique de
demain.
Contacts
Doctorant : Hayato HAGI
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Yann LE MOULLEC
Laboratoire : Centre d’efficacité
énergétique des systèmes (CES)
de Mines ParisTech à Palaiseau
École doctorale de chimie,
n°432 Sciences des Métiers de
l’Ingénieur
Directeur de thèse :
Chakib BOUALLOU
PRODUCTION
Comment concevoir un design optimisé d’une centrale à
charbon fonctionnant en oxy-combustion ?
Optimisation rationnelle des
performances énergétiques
et environnementales d’une
centrale à charbon pulvérisé
fonctionnant en oxy-
combustion
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
28
29 Les poissons de la retenue des Bariousses en observation
30 Intégrer la biodiversité à la gestion du foncier en milieu industriel
31 Etudier les sédiments fins de retenues hydroélectriques en vue d’une
valorisation
32 Les capteurs à fibre optique au service de la surveillance des ouvrages
33 Analyser la sûreté des ouvrages hydrauliques par les techniques de
fiabilité dynamique
34 Traiter l’information d’expertise pour gérer le risque en génie civil
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Photo : EDF - Marc DIDIER
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 4/07/2014
En France, environ 300 plans d’eau
d’origine artificielle de plus de 50 ha
sont recensés, dont 1/3 sont exploités
par EDF. La Directive européenne
Cadre sur l’Eau est le seul texte
législatif imposant des contraintes sur
les peuplements en plan d’eau. Elle
stipule que les retenues devront
atteindre le bon potentiel écologique
d’ici 2027. Au-delà de ce contexte
réglementaire, le développement de
la connaissance des communautés
biologiques en retenue est un atout
lors du renouvellement des
concessions hydroélectriques. La
plupart des aménagements sont en
effet équipés d’une retenue, même si
elle est souvent en dessous de 50 ha
(taille minimale visée par la DCE). De
façon plus globale, le contexte de
changement climatique et les
préoccupations de la société en
matière de préservation du milieu
laissent également présager de
questionnements accrus sur la
gestion anthropique (résultant
essentiellement de l'intervention de
l'homme) des retenues.
29
Résultats
Ce travail a permis de quantifier la
variabilité de la surface et du volume
de la zone littorale en fonction des
fluctuations du niveau de l’eau. Après
un abaissement du niveau, on a
observé une diminution progressive
de la complexité structurelle des
habitats littoraux avec une tendance à
l’homogénéisation. Malgré ces
changements des conditions
d’habitats selon les variations du
niveau de l’eau, la communauté
piscicole littorale n’a pas montré de
nets changements de composition.
Une forte variabilité inter individuelle
des réponses comportementales est
notée mais, la température et la
photopériode représentent les deux
paramètres structurants majeurs de
l’activité et du choix des habitats. Le
niveau d’eau affecte une partie du
peuplement. Certains individus
fréquentent davantage la zone
littorale et sont moins mobiles lorsque
les habitats accessibles en bordure
sont plus complexes (niveau d’eau
élevé).
Contacts
Doctorant : Romain ROY
Département EDF R&D : LNHE
Tuteur : Laurence TISSOT
Laboratoire : : Irstea, équipe
HYAX Aix-en-Provence
École doctorale Sciences de
l’environnement, Université d’Aix
Marseille
Directeur de thèse :
Christine ARGILLIER
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Distribution spatiale et
activité des poissons en
milieu lacustre : impacts des
facteurs environnementaux à
partir d'une approche multi-
échelle. Application à la
retenue des Bariousses
Les poissons de la retenue des Bariousses en observation
Retenue du lac des Bariousses, Corrèze (photo : EDF -Marc DIDIER)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 10/02/2014
Les recherches sur l'influence
anthropique (intervention de l’homme)
font écho à une demande sociétale
croissante et nécessitent une
approche multicritère intégrant des
aspects écologiques et sociaux. Face
aux contraintes réglementaires, les
entreprises, et notamment les
aménageurs, ont besoin de maîtriser
et d'anticiper la gestion de leur foncier
pour limiter les retards de projets,
réduire leurs impacts et le coût des
mesures compensatoires. Les
objectifs étaient :
renforcer la connaissance des
impacts des activités humaines,
développer une méthode de
surveillance et d'évaluation de l'état
écologique pour gérer le foncier,
apporter des éléments sur des
initiatives respectueuses de la
biodiversité sur les sites
d’entreprises.
Le site d'étude de la thèse est la
centrale charbon et fioul EDF de
Cordemais (Loire-Atlantique). Nous
avons choisi deux taxons indicateurs
de la biodiversité : les chiroptères et
les orthoptères.
30
Résultats
Le travail était guidé par une volonté
forte d’EDF, et en particulier du
thermique à flamme, d'intégrer la
biodiversité dans son activité avec
une idée majeure : anticiper, éviter et
réduire l'impact et, si nécessaire,
prévoir les compensations.
La coopération avec le Muséum a
ainsi permis le développement d'une
méthode d'évaluation de la qualité
écologique du foncier, permettant de
prendre en compte la biodiversité au
même titre que les autres contraintes
techniques lors de la gestion du
foncier des centrales thermiques.
Pipistrelle commune ou chauve-souris
européenne (dessin : CATICHE)
Contacts
Doctorant :
Aurélie LACOEUILHE
Département EDF R&D : EPI
Tuteur : Agathe LE BOCQ
Laboratoire : UMR MNHN-CNRS
7204 CESCO (Centre d'Ecologie
et de Sciences de la
Conservation) Département
Ecologie et Gestion de la
Biodiversité - Muséum National
d'Histoire Naturelle (MNHN) -
Paris
École doctorale : Muséum
National d’Histoire Naturelle,
Paris
Directeur de thèse :
Nathalie MACHON
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Gestion de la biodiversité sur
les sites anthropisés : de
l’échelle des sites
d’entreprises à celle du
paysage
Intégrer la biodiversité à la gestion du foncier en milieu
industriel
La centrale thermique de Cordemais (photo : EDF - Sylvie LEGOUPI)
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Thèse soutenue le 17/12/2014
Les opérations de dragage de
sédiments sont nécessaires pour
garantir une bonne exploitation des
ports, des voies navigables et des
retenues d'eau pour la navigabilité ou
pour la production d'énergie. Le peu
de retour d'expériences positives sur
les voies de valorisation à terre des
sédiments fins de dragage marins et
fluviaux révèle l'absence de solutions
durables. La gestion à terre des
sédiments fins de retenues
hydroélectriques nécessite une vision
intégratrice de l'ensemble des
potentialités de valorisation sur le
territoire.
Une approche durable en matière de
gestion des matériaux de dragage
exige notamment un changement de
point de vue. Même s’ils ont un statut
de déchet, ces matériaux méritent
d'être considérés comme une
ressource alternative potentielle qui
peut être précieuse dans un contexte
de raréfaction de matière première
minérale naturelle.
31
Résultats
5 voies de valorisation potentielles ont
été examinées : en cimenterie, en
intégration dans le béton, en matériau
routier et assimilé, en matériau
céramique et en valorisation
agronomique. Des spécifications
d'entrée, dans le cas des sédiments
fins de barrage, et la recherche des
paramètres clés ont été mis en
évidence, consolidant un inventaire
des travaux de recherche et des
applications dans chaque filière. Ces
filières ont été mises en œuvre à
l'échelle du laboratoire pour des
sédiments fins provenant de retenues
hydroélectriques, représentatifs de
différentes typologies.
Une caractérisation minérale,
géotechnique et agronomique a été
proposée et a permis de discuter de
l'adéquation sédiments – filières au
regard des critères d'entrée dans les
voies de valorisation. Pour pré-
sélectionner les voies de valorisation,
un outil de décision a été conçu à
partir de l'identification et
l'interprétation de critères techniques
indicateurs, et d'une caractérisation
minimale. La prise en compte de la
proximité des sites de valorisation
possibles est importante.
Contacts
Doctorant : Baptiste ANGER
Département EDF R&D : EPI
Tuteur : François THERY
Laboratoire Morphodynamique
Continentale et Côtière (M2C),
UMR CNRS 6143
École doctorale SIMEM
(Structures, Information, Matières
Et Matériaux), ED181, Université
de Caen Basse-Normandie
Directeur de thèse :
Daniel LEVACHER
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Caractérisation de
sédiments fins de retenues
hydroélectriques
en vue d’une orientation vers
des filières de valorisation
matière
Etudier les sédiments fins de retenues hydroélectriques en
vue d’une valorisation
Extraction de sédiments d'une retenue de barrage
Exemple de valorisation : pièce de
céramique élaborée à base de sédiments
fins, mise en forme par voie humide,
cuisson à 1000°C
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Thèse soutenue le 13/10/2014
Les autorités de sûreté ont des
exigences sur le comportement des
ouvrages. Le souci d’EDF est de
prolonger la durée de fonctionnement
du parc nucléaire et hydraulique.
L’auscultation permet de suivre
l’évolution d’une structure et d’alerter
ensuite les maîtres d’ouvrage. Les
capteurs à fibre optique ont
l’avantage de mesurer à la fois des
comportements globaux et locaux
pouvant ensuite alimenter des
modèles numériques et de les valider.
L’enjeu principal de cette thèse est
l’interprétation des mesures de
déformation issue de ces capteurs
pour la caractérisation de défauts
pathologiques dans des ouvrages en
béton et géomatériaux : fissures,
fuites, tassements verticaux.
32
RésultatsDu point de vue pratique, nous avons
établi que l’algorithme interne du
capteur ne prenait pas en compte
toute l’information comprise dans les
données brutes fournies. Le premier
résultat de la thèse a été d’améliorer
le pas de mesure d’un facteur 8 par
des méthodes avancées de post-
traitement. Dans un deuxième temps,
nous avons développé des
algorithmes qui estiment la
déformation irréversible dans la
structure en séparant les informations
de température et de déformation
issues du profil initial de l'appareil.
Cela nous a permis d’identifier des
signatures en déformation typiques
de défauts pathologiques. En
confrontant ces signatures à des
modèles géo-mécaniques, des
méthodologies ont été développées et
validées pour la quantification de
fissures et de tassements verticaux
de l’ordre du millimètre. Des
spécifications ont alors été proposées
pour l’utilisation de ces capteurs sur
des structures industrielles.
Contacts
Doctorant : Edouard BUCHOUD
Département EDF R&D : STEP
Tuteurs :
Sylvain BLAIRON, Guy D’URSO
Laboratoire : GIPSA - Lab
École doctorale : Terre, Univers,
Environnement (TUE) à Grenoble
Directeurs de thèse :
Jérôme MARS, Valeriu VRABIE
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Les capteurs à fibre optique au service de la surveillance
des ouvrages
photo : EDF – Franck ODDOUX
Détection, localisation et
quantification de
déplacements par capteurs à
fibre optique
PrixBest paper award – European association of geoscientists and engineers (EAGE)
Un brevet en cours de dépôt.
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Thèse soutenue le 12/03/2014
En tant que producteur
d’hydroélectricité, EDF améliore la
sûreté des ouvrages hydrauliques. En
cas de crue, il est nécessaire
d'évacuer le volume d'eau déversé en
amont d’un barrage afin de maintenir
le plan d'eau de la retenue sous un
niveau acceptable. Les évacuateurs
de crues (EdC) sont les structures
dédiées au déversement des eaux en
excédant.
La dynamique du processus de crue
et de son évacuation est telle que
l'évolution physique et déterministe
du niveau d'eau dans la retenue est
intimement liée aux événements
discrets aléatoires qui vont affecter
l'ouverture des vannes. En ce sens,
les EdC sont des systèmes
dynamiques hybrides et rentrent dans
le cadre de la fiabilité dynamique.
Une défaillance précoce d’une vanne
interrompt le processus d’ouverture
de celle-ci, ce qui entraîne une
débitance faible susceptible de
provoquer l'événement redouté, défini
par l’atteinte d’un seuil de sûreté par
le niveau de la retenue.
33
RésultatsLa démarche proposée accompagne
l’utilisateur tout au long de la
modélisation, basée sur les
automates stochastiques hybrides et
sur l’élaboration d’une base de
connaissances sur les évacuateurs
de crues. Puis une méthodologie
basée sur le formalisme et
l’exploitation des résultats, est
centrée sur la classification des
simulations en fonction des dates de
panne des composants et de l’atteinte
d’un seuil maximal par le niveau dans
la retenue. Les étapes sont
appliquées et exposées sur un
système simple. Un réservoir est
soumis à une crue et vidangé par une
vanne. L’exemple a été étoffé.
PyCATSHOO, développé par EDF
R&D, a été utilisé. C’est un outil
innovant évaluant des performances
fiabilistes des systèmes complexes,
par l'utilisation de modèles
dynamiques hybrides (modèles
rendant compte des événements
discrets et aléatoires qui peuvent se
produire dans le système modélisé
ainsi que des phénomènes continus
déterministes). Les outils traditionnels
ne sont pas conçus pour gérer le
couplage de ces deux aspects. Cette
modélisation est très adaptée à la
sûreté des ouvrages hydrauliques.
Contacts
Doctorant : Perrine BROY
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Hassane CHRAÏBI
Laboratoire : LM2S (Laboratoire
de Modélisation et Sûreté des
Systèmes)
École doctorale « Sciences et
Technologies » de l’UTT
(Université de Technologies de
Troyes)
Directeur de thèse : Christophe
BÉRENGUER
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Evaluation de la sûreté de
systèmes dynamiques
hybrides complexes.
Application aux systèmes
hydrauliques.
Analyser la sûreté des ouvrages hydrauliques par les
techniques de fiabilité dynamique
Séparation des histoires en fonction des TTF (time to failure) de deux vannes
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Thèse soutenue le 24/10/2014
Lorsque des systèmes, tels les
barrages, sont soumis à des
phénomènes présentant un haut
degré d’incertitude et que l’heuristique
des experts prend une place très
importante, les outils habituels de
gestion des risques ne sont pas
toujours efficaces pour rendre compte
du jugement d’experts. Les sciences
de la décision peuvent proposer des
outils pour aider à évaluer et
comparer les risques en s’appuyant
entre autres sur l’élicitation d’avis
d’experts. Dans le cas des barrages,
nous disposons d’un retour
d’expérience formalisé à partir de peu
d’évènements significatifs. Il est alors
nécessaire de recourir à des modèles
décisionnels qui améliorent les
pratiques des ingénieurs en matière
de gestion des risques, en particulier
les arbres de défaillance et les arbres
des causes.
34
Résultats
Cette étude propose une méthode qui
permet à l’expert de mieux éliciter son
jugement, et de révéler les risques
sur les barrages par un traitement
ordinal de l’information d’expertise.
Pour parvenir à ce résultat, nous
utilisons une méthode articulée autour
des bases de règles logiques, dont la
construction est enrichie par des
outils issus des théories du vote, des
jeux coopératifs et des bases de
données. De cette façon, nous
montrons qu’il est possible de gérer
les risques sans utiliser les outils
issus des approches probabilistes,
tout en prenant en compte les
heuristiques des experts. Le modèle
développé permet d’évaluer le risque
global d’un ouvrage à partir des
risques multifactoriels quantifiés en
informations ordinales, identifiés dans
un arbre des causes.
Contacts
Doctorant :
Jean-Baptiste TORET
Département EDF R&D : MRI
Tuteurs : François BEAUDOUIN,
Christian MEUWISSE
Laboratoire : équipe de
recherche GREGOR - EA 2474
École doctorale de Management
Panthéon-Sorbonne - IAE
Directeur de thèse :
Bertrand MUNIER
PrixPrix IMdR "Recherche et Industrie", attribué lors du 19ème congrès Lambda Mu (Dijon,
21-23 octobre 2014).
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L’ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Traitement ordinal de
l’information d’expertise pour
le risque en génie civil
- Apport des sciences de la
décision à la gestion des
risques
Traiter l’information d’expertise pour gérer le risque en
génie civil
Arbre des causes et règles logiques
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35
36 Optimiser la composition des bains chimiques pour le dépôt de
matériaux à application photovoltaïque
38 Optimiser le dépôt d’un matériau semi-conducteur pour des cellules
solaires en couche mince
39 Prévoir le rayonnement solaire au sol à court terme
40 Des batteries pour garantir la production des éoliennes : quel
dimensionnement et quelle gestion ?
Photo : EDF – Marc DIDIER
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 16/05/2014
Le marché du photovoltaïque est
aujourd’hui dominé par les
technologies à base de silicium
cristallin. Un intérêt croissant est
porté pour les technologies de
couches minces, en raison de leur
faible coût. Parmi ces technologies
figurent les dispositifs photovoltaïques
à base de CIGS (Cuivre, Indium,
Gallium et Selenium), qui permettent
d’atteindre des rendements de
photoconversion de 21,7% en
laboratoire et qui sont en pleine
croissance industrielle. Ces dispositifs
ont cependant l’inconvénient d’avoir
une couche de sulfure de cadmium
hautement toxique. De nombreuses
études sont réalisées pour remplacer
ce matériau, notamment par du
sulfure de zinc déposé par voie
chimique en solution. Cependant le
dépôt de ce matériau reste difficile à
maîtriser et les dispositifs
photovoltaïques réalisés présentent
des problèmes de stabilité.
Comprendre ces problèmes et les
résoudre constitue donc un objectif
industriel majeur.
36
Résultats
De nouvelles formulations de bains
chimiques pour le dépôt en solution
de sulfure de zinc ont été
développées. L’introduction d’additifs
a permis de diminuer le temps de
dépôt ainsi que la concentration des
réactifs utilisés, mais a également
permis d’augmenter la stabilité des
dispositifs. L’influence des additifs
introduits sur les mécanismes et la
vitesse de dépôt a été analysée et
expliquée. Il a également été possible
de mettre en évidence l’influence de
chaque couche constituant les
dispositifs photovoltaïques à base de
CIGS : il ne suffit pas d’interchanger
chaque couche séparément, mais il
faut avoir une vision plus globale.
Thèse confidentielle
Contacts
Doctorant :
Thibaud HILDEBRANDT
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Frédérique DONSANTI
Laboratoire : IRDEP, UMR 7174
École doctorale 388 spécialité
Chimie Physique et Chimie
Analytique, Université Pierre et
Marie Curie
Directeur de thèse :
Negar NAGHAVI
PrixPrix du meilleur poster à 39th IEEE PVSC à Tampa (USA).
Dépôt de brevet3 demandes de brevets déposées en décembre 2013.
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Optimisation des interfaces
absorbeur/couche
tampon/fenêtre avant dans
les cellules solaires à base
de Cu(In,Ga)Se2
Optimiser la composition des bains chimiques pour le
dépôt de matériaux à application photovoltaïque
Panneaux photovoltaïques (photo : EDF - William BEAUCARDET)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 7/11/2013
Le marché du photovoltaïque est
aujourd’hui dominé par les
technologies à base de silicium
cristallin. Un intérêt croissant est
porté aux technologies de couches
minces, en raison de leur faible coût.
Parmi ces technologies figurent les
dispositifs photovoltaïques à base de
CIGS (Cuivre, Indium, Gallium et
Selenium), qui permettent d’atteindre
des rendements de photoconversion
de 21,7% en laboratoire et qui sont en
pleine croissance industrielle. Ces
dispositifs ont cependant
l’inconvénient de contenir des
éléments rares et toxiques. De
nombreuses études sont réalisées
pour remplacer le matériau CIGS,
notamment par du CZTS déposé par
voie électro-chimique en solution.
Cependant le dépôt de ce matériau
reste difficile à maîtriser et les
dispositifs photovoltaïques alors
réalisés présentent des problèmes de
stabilité. Comprendre ces problèmes
et les résoudre constitue un objectif
industriel majeur.
37
Résultats
De nouvelles formulations de bains
électro-chimiques pour le dépôt en
solution d’alliage métallique Cu-Zn-Sn
ont été développées. Des conditions
d’électrodépôt en une seule étape
des trois éléments métalliques ont été
développées grâce à une étude de
chimie analytique et d’électrochimie
et la cinétique de dépôt caractérisée.
L’étude du bain citrate par
voltampérométrie,
chronoampérométrie et par
microbalance électrochimique à
quartz a permis d’expliquer le
diagramme de spéciation
(complexation des éléments cuivre,
zinc et étain) et d’augmenter la
stabilité des dispositifs réalisés. Les
conditions de maîtrise de la
composition ont également été
déterminées. Le recuit de l’alliage
métallique a été optimisé afin de
former l’absorbeur CZTSe. Des
cellules photovoltaïques avec des
rendements prometteurs de 5.8% ont
été obtenues.
Thèse confidentielle
Contacts
Doctorant :
Corentin GOUGAUD
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Sébastien DELBOS
Laboratoire : IRDEP, UMR 7174
École doctorale 388 spécialité
Chimie Physique et Chimie
Analytique, Université Pierre et
Marie Curie
Directeurs de thèse :
Daniel LINCOT et Elisabeth
CHASSAING
Publication d’un article dans Journal of The Electrochemical Society
Participation à 8 congrès nationaux et internationaux
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Synthèse de couches
minces de kësterite
Cu2ZnSn(S,Se)4 par
électrodépôt en une étape
d’alliages Cu-Sn-Zn et recuit
pour applications
photovoltaïques
Optimiser la composition des bains chimiques pour le
dépôt de matériaux à application photovoltaïque
Laboratoire IRDEP (photo : EDF - Aldo SPERBER)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 8/01/2015
Cette thèse s’inscrit dans le cadre du
développement des énergies
renouvelables dans le but
d’augmenter les performances et de
diminuer les coûts d’une technologie
photovoltaïque en couches minces.
Les résultats de cette thèse font
partie des compétences propres
d’EDF et seront utilisés comme point
de départ des études poursuivies
dans les projets de l’IPVF (Institut
photovoltaïque d’Ile-de-France), créé
récemment.
Le marché du photovoltaïque est
aujourd’hui dominé par les
technologies à base de silicium
cristallin. Un intérêt croissant est
porté pour les technologies de
couches minces, en raison de leur
faible coût. Parmi ces technologies
figurent les dispositifs photovoltaïques
à base de CIGS (Cuivre, Indium,
Gallium et Selenium), qui permettent
d’atteindre des rendements de
photoconversion de 21,7% en
laboratoire, grâce à l’utilisation du
procédé de co-évaporation, et qui
sont en pleine croissance industrielle.
38
Résultats
Un procédé de co-évaporation de
Cu(In,Ga)Se2 en 3 étapes a été établi
et optimisé qui conduit à des
rendements entre 15 et 16 % et un
rendement record de 16.7 %.
Plusieurs études sur les propriétés du
matériau au cours du procédé ont
montré que la température du
substrat et les flux d’évaporation d’In
et de Ga pendant la 2ème et 3ème étape
étaient des paramètres clefs du
procédé. Les paramètres de dépôt
pendant la première étape semblent
avoir une influence mineure sur le
matériau final. Il a également été
montré qu’une étape d’évaporation de
Se avant le procédé était importante
pour obtenir des cellules solaires de
bonne qualité. L’optimisation du taux
de Ga en surface du matériau semble
également cruciale pour l’adaptation
d’une couche tampon sans Cadmium.
Contacts
Doctorant :
Torben KLINKERT
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Marie JUBAULT
Laboratoire : IRDEP
École doctorale 397
Directeur de thèse :
Jean-François GUILLEMOLES
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Compréhension et
optimisation du dépôt de
Cu(In,Ga)Se2 par co-
évaporation en tant
qu’absorbeur pour le
développement de cellules
solaires en couches minces
à très haut rendement
Optimiser le dépôt d’un matériau semi-conducteur pour
des cellules solaires en couche mince
Laboratoire IRDEP (photo : EDF - Philippe ERANIAN)
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Thèse soutenue le 16/10/2014
Dans un contexte social, économique
et environnemental de plus en plus
tendu, l’idée d’augmenter la part des
énergies renouvelables (éolien,
solaire, etc.) dans le mix énergétique
s’impose peu à peu.
Cependant, la production de ces
énergies renouvelables est volatile,
non pilotable et peut générer des
situations où la production d'électricité
est différente de la consommation
entrainant des délestages, voire un
blackout.
Pour mieux intégrer des énergies
renouvelables dans le réseau
électrique actuel, on fournit des
prévisions de cette production à tous
les horizons de temps au gestionnaire
du réseau, qui peut alors anticiper les
variations et s'adapter au mieux. Le
département MFEE a développé des
outils opérationnels de prévision de la
production photovoltaïque basés sur
les prévisions de rayonnement de
Météo France. A très court terme
(quelques heures au plus), les
performances de ces outils peuvent
être améliorées avec la prévision du
rayonnement grâce à la prise en
compte des observations
(mesures/images au sol, images
satellites).
39
Résultats
Diverses méthodes de prévisions ont
été développées. Elles s’appuient sur
l’utilisation d’images satellitaires
couvrant un site d’étude particulier
ainsi que sur des données in-situ
telles que des mesures de
rayonnement (pyranomètre) ou des
images (caméra fisheye). Ces
méthodes permettent d’améliorer les
performances de la méthode de
référence (la persistance) jusqu’à un
horizon testé d’une heure. Elles
mettent en évidence l’apport de
chaque nouvelle information
apportée.
Contacts
Doctorant :
Romain DAMBREVILLE
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs : Stéphanie DUBOST et
Bruno CHARBONNIER.
Laboratoire : Gipsa-lab (Grenoble
image paroles signal et
automatique)
École doctorale : EEATS
(Electronique, Electrotechnique,
Automatique et Traitement du
signal)
Directeur de thèse :
Jocelyn CHANUSSOT
Un brevet déposé
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Prévision du rayonnement
solaire global par
télédétection pour
la gestion de la production
d’énergie photovoltaïque
Prévoir le rayonnement solaire au sol à court terme
Panneaux solaires en Californie (photo : EDF - Neema FREDERIC)
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Thèse soutenue le 17/07/2014
EDF Systèmes Énergétiques
Insulaires (SEI) gère les réseaux
électriques des îles telles que la
Guadeloupe et La Réunion où
l'électricité est chère à produire et
fortement carbonée. Dans ce
contexte, l'énergie éolienne est très
pertinente, sur les plans économiques
et écologiques. Cependant, la forte
variabilité de la production des
éoliennes rend difficile (donc
coûteuse) son intégration dans les
réseaux existants. L'utilisation de
systèmes de stockage d'énergie
associés à des parcs éoliens est une
piste pour atténuer cette variabilité.
En raison du coût important des
dispositifs de stockage (en particulier
les batteries électrochimiques), il
importe de choisir leur capacité au
plus juste (optimisation du
dimensionnement) et de faire le
meilleur usage d'une capacité donnée
(optimisation de la gestion d'énergie).
Ce double travail d'optimisation
permet d'améliorer la pertinence
économique du stockage d'énergie, et
donc in fine de l'énergie éolienne.
40
Résultats
Nous avons tout d'abord modélisé
dans un cadre stochastique la
variabilité de la ressource éolienne
(modèles de séries temporelles). Cela
nous a permis de formaliser et
résoudre l'optimisation de la gestion
d'énergie du stockage dans le cadre
de la programmation dynamique
stochastique. Nous obtenons ainsi
des lois de gestion optimales, qui
tirent le meilleur profit d'une capacité
de stockage donnée. Enfin, grâce à
des simulations Monte Carlo, nous
trouvons le dimensionnement optimal
du stockage, face à différents cahiers
des charges. L'effet du cahier des
charges sur le dimensionnement est
également abordé.
Contacts
Doctorant :
Pierre HAESSIG
Département EDF R&D : LME
Tuteur : Stéphane LASCAUD
Laboratoire : SATIE (UMR CNRS
8029), ENS Rennes
École doctorale Sciences
Pratiques, ENS Cachan
Directeur de thèse :
Bernard MULTON et Hamid BEN
AHMED
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Dimensionnement et gestion
d’un stockage d’énergie pour
l’atténuation des incertitudes
de production éolienne
Des batteries pour garantir la production des éoliennes :
quel dimensionnement et quelle gestion ?
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41
42 Modéliser les prix de l’électricité à long terme par des méthodes
probabilistes
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
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Thèse soutenue le 5/03/2014
L'évaluation des investissements en
production d'électricité requiert une
vision à long terme des prix de
l’électricité cohérente avec un grand
nombre de variables économiques
(prix des combustibles et du carbone,
coûts d’investissements des
technologies, demande). Le nombre
de ces variables donne la dimension
du problème. La cohérence de la
vision à long terme passe par le
calcul d'un équilibre économique
dynamique en avenir incertain.
Toutefois, la plus grande dimension
atteinte jusqu’à présent est de trois.
De ce fait, les acteurs du secteur
électrique se limitent au calcul d’un
équilibre statique. Est calculé le parc
optimal à construire vu d’aujourd’hui,
sans tenir compte des adaptations qui
auront lieu si les prix changent
fortement. Pourtant, la période
actuelle montre que la dépréciation
des prix de marché conduit à des
fermetures de centrales. L’objet de
cette thèse est de fournir une
meilleure vision des prix à long terme
en tenant compte du caractère
dynamique de l’équilibre.
42
Résultats
Dans le cadre de sa thèse, Nicolas
Langrené a montré comment les
méthodes probabilistes alliées à une
formulation du problème sous forme
de contrôle optimal à commutation
d’état rendrait faisable un calcul
d’équilibre dynamique stochastique
en dimension bien supérieure à trois.
Les figures ci-dessus montrent
l’évolution des prix à long terme dans
le cas d’un système simplifié
hypothétique à trois technologies
(gas, charbon et renouvelable) dont la
dimension est de 10. Le calcul a été
effectué en deux heures sur un
ordinateur portable usuel. Les figures
montrent l’effet à long terme sur la
distribution des prix de l’électricité de
l’incertitude sur les prix des
combustibles et des subventions au
renouvelable. On constate des prix à
long terme en moyenne plus bas
(ligne rouge) et une variance plus
grande.
Contacts
Doctorant : Nicolas LANGRENE
Département EDF R&D :
OSIRIS et FiME Lab
Tuteur : René AÏD
Laboratoire : LPMA
École doctorale :
Université Paris-Diderot
Directeurs de thèse :
Huyên PHAM et Luciano CAMPI
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA GESTION ET
L’OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU PAYSAGE DU SYSTÈME
ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Méthodes numériques
probabilistes en grande
dimension pour le contrôle
stochastique et problèmes
de valorisation sur les
marchés de l’électricité
Modéliser les prix de l’électricité à long terme par des
méthodes probabilistes
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43
Aucune thèse
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Sommaire
Concept Grid (photo : EDF – Philippe ERANIAN)
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44
45 Optimiser les matériaux pour améliorer le stockage de l’énergie à
hautes capacités
DÉVELOPPER LES STOCKAGES D’ ÉNERGIE ET
PRÉPARER LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE
Sommaire
Batteries (photo : EDF - Aldo SPERBER)
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Thèse soutenue le 31/01/2014
Le développement de nouveaux outils
pour la production et le transport de
l’électricité nécessite de définir des
moyens innovants de stockage de
l’énergie. Les matériaux à haute
permittivité (réponse d‘un milieu
donné à un champ électrique
appliqué) sont intéressants pour le
développement de nouveaux
matériels comme les super ou hyper-
condensateurs. Ils représenteraient
une rupture par rapport aux
stockages électrochimiques. Ces
matériaux sont les oxydes ABO3
connus pour avoir des propriétés
diélectriques exceptionnelles, encore
mal connues sur les plans
expérimental et théorique. Quelles
seraient les origines des constantes
diélectriques "géantes" de ces
matériaux ? Une des explications
généralement retenues est qu'elles
seraient liées aux charges d'espaces
existant dans le matériau. Mais un
autre aspect n'a pas encore été
exploré : l’influence des modes de
vibration sur la réponse diélectrique ;
ces matériaux ont des phonons dits
« mous » qui pourraient avoir une
contribution importante à la
diélectricité. C’est ce «nouvel aspect»
qui a été abordé dans cette thèse.
45
Résultats
Le but de cette thèse était de
comprendre les propriétés
diélectriques nanoscopiques et
microscopiques des pérovskites
ABO3 d’intérêts pour le stockage de
l’énergie à hautes capacités. Les
méthodes de modélisation de type
DFT (fonctionnelle de la densité
électronique) ont été utilisées afin de
comprendre l’influence des propriétés
structurales et atomiques des
matériaux sur leurs propriétés
diélectriques. Ces propriétés ont été
analysées en termes de transitions de
phase ferroélectriques, d’instabilité de
certains modes de vibration
(phonons) et de la répartition
électronique dans les composés. Il a
été démontré que les réponses
diélectriques géantes sont liées à
l’instabilité de certains phonons actifs
en infra-rouge, dits modes « mous »,
à la transition ferro-paraélectrique.
Les modélisations ont montré que ces
propriétés sont intrinsèques aux
matériaux. Ces méthodes peuvent
être utilisés afin d’optimiser les
matériaux.
Contacts
Doctorant :
Gustavo DO AMARAL DE
ANDRADE SOPHIA
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Philippe BARANEK
Institut Pluridisciplinaire de
Recherche sur l’Environnement
et les Matériaux (IPREM),
Université de Pau et des Pays de
l’Adour, et Gruppo di Chimica
Teorica Dipartimento di Chimica
IFM, Università di Torino.
École doctorale des Sciences
Exactes et de leurs Applications
de l’Université de Pau et des
Pays de l’Adour, et, Scuola di
Dottorato in Scienza ed Alta
Tecnologia (Università degli Studi
di Torino).
Directeurs de thèse :
Michel RERAT, Roberto DOVESI
DÉVELOPPER LES STOCKAGES D’ ÉNERGIE ET
PRÉPARER LA MOBILITÉ ÉLECTRIQUE
Etude ab – initio de la
réponse diélectrique des
pérovskites à haute
permittivité pour le stockage
de l’énergie
Optimiser les matériaux pour améliorer le stockage de
l’énergie à hautes capacités
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46
47 Développer une méthode d’évaluation environnementale des
déplacements urbains
48 Définir une architecture logicielle pour intégrer des appareils
domestiques qui s’auto-administrent
49 Evaluer la performance de solutions de rénovation énergétique
dans le secteur résidentiel
50 Concevoir un algorithme d’optimisation de l’insertion de procédés
thermodynamiques dans les procédés industriels
51 Analyser des conversations en centre d'appel par traitement
automatique des langues et de la parole
CONTRIBUER A L’ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Sommaire
Laboratoire ETNA, EDF R&D (photo : EDF - Rémy LE BERRE)
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Thèse soutenue le 17/01/2014
Cette thèse s’inscrit dans l’étude des
enjeux énergétiques urbains. Elle
propose et applique une méthode
d’évaluation environnementale des
territoires originale. Les
déplacements de personnes et de
marchandises sont tenus pour
responsables d’une part importante
des impacts environnementaux à
l’échelle de la ville. Cependant, les
méthodes traditionnelles d’évaluation
de leurs impacts environnementaux
ne prennent pas en compte les
notions de cycle de vie et de besoins
de déplacement. Cette thèse part de
l’hypothèse que les impacts
environnementaux des phases
situées en amont ou en aval de la
phase d’usage (le déplacement) ne
sont pas négligeables. Par ailleurs,
ces travaux font l’hypothèse que
l’étude différenciée des besoins de
mobilité peut apporter un éclairage
nouveau en termes d’analyse de la
mobilité urbaine, notamment dans la
perspective d’une aide à la décision.
La méthodologie proposée par ce
travail de thèse se concentre autour
de ces deux idées principales.
47
Résultats
Une méthode a été
développée, originale à double titre :
utilisation de la méthode d’Analyse de
cycle de vie, révélant les impacts
environnementaux amont et aval des
systèmes, et structuration de la
mobilité urbaine selon les besoins de
mobilité. Elle est appliquée à une
typologie de villes préalablement
définie.
Contacts
Doctorant : Samuel LE FEON
Département EDF R&D : EPI
Tuteur : Denis LE BOULCH
Laboratoire : ENSMSE Saint
Etienne, Sciences et Techniques
de l’environnement
École doctorale : École Nationale
Supérieure des Mines de Saint-
Étienne, spécialité Sciences et
génie de l’environnement
Directeurs de thèse :
Valérie LAFOREST, Natacha
GONDRAN
CONTRIBUER A L’ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Evaluation environnementale
des besoins de mobilité des
grandes aires urbaines en
France. Approche par
analyse de cycle de vie.
Développer une méthode d’évaluation environnementale
des déplacements urbains
Tramway de Nantes (photo : EDF - Cyrus CORNUT)
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Thèse soutenue le 6/12/2013
Les systèmes autonomiques s'auto-
administrent pour parvenir à leurs
objectifs. Par exemple, dans la
maison intelligente, un radiateur
ajuste lui-même sa consommation
pour maintenir une certaine qualité de
confort tout en limitant son impact
énergétique. A l'échelle de la maison
ou du quartier, un micro réseau
intelligent autonomique intègre de
nombreux consommateurs et
producteurs autonomiques afin de
poursuivre des objectifs à plus grande
échelle, par exemple, le lissage de
courbe de charge. La question se
pose alors de l'intégration de
différents systèmes autonomiques
indépendants, suivant des objectifs
parfois contradictoires, dans des
contextes imprévisibles et imprécis,
tout en suivant des objectifs utilisateur
variables. De la qualité de cette
intégration dépendent la qualité et la
performance du service délivré par
les systèmes autonomiques, tant au
niveau individuel (radiateur) que
collectif (maison, quartier). Fournir
des outils d'analyse et de conception
pour de tels systèmes autonomiques
intégrés est indispensable.
48
Résultats
La contribution de la thèse prend la
forme d'une architecture logicielle
pour les systèmes autonomiques.
Cette architecture s'applique au cas
d'utilisation en réseau intelligent,
produisant une structure de contrôle
holonique (i.e. hiérarchique et
encapsulée). Une preuve de concept
de cette architecture a été
implémentée à l'aide du simulateur
MisTiGriD, développé au cours de la
thèse. Elle a permis de montrer
plusieurs scénarios prometteurs
quant à la viabilité de l'approche, tant
du point de vue du consommateur
que du point de vue du réseau.
Contacts
Doctorant : Sylvain FREY
Département EDF R&D : ICAME
Tuteur : David MENGA
Laboratoire : Télécom Paris Tech
École doctorale : EDITE
Directeur de thèse :
Isabelle DEMEURE
Co-directeur :
Ada DIACONESCU
CONTRIBUER A L’ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Architectures décentralisées
pour systèmes
autonomiques à objectifs
multiples
Définir une architecture logicielle pour intégrer des
appareils domestiques qui s’auto-administrent
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Thèse soutenue le 11/02/2014
Dans le cadre du développement de
mesures d’efficacité énergétique, il
est primordial de disposer d’outils
permettant d’évaluer l’efficacité de
gestes de rénovation en résidentiel.
De multiples modélisations ont ainsi
été développées, des plus complexes
aux plus simples dont certaines
support d’offres commerciales, mais
la confrontation des consommations
simulées face à des relevés de
consommation montre des
différences significatives. Les enjeux
pour EDF sont doubles. Au niveau
d’un logement individuel, il s’agit de
disposer d’outils permettant d’évaluer
finement l’impact de la mise en place
de solutions d’efficacité énergétique à
proposer aux clients. Au niveau de
collectivités, de régions ou de pays, il
s’agit de pouvoir évaluer avec plus de
précision l’évolution de la demande
énergétique en vue de réaliser des
scénarios de prospective énergétique,
et d’évaluer les potentiels d’économie
d’énergie.
49
Résultats
Il a été démontré que, dans la
majorité des cas, les économies
d’énergie sont bien présentes suite
aux travaux de rénovation
énergétique réalisés. Toutefois, des
dispersions importantes parmi les
ménages ayant effectué une même
action ont pu être remarquées. Au-
delà du rôle important de la
consommation d’énergie avant les
travaux, ces différences ont été
partiellement expliquées à l’aide de
modèles statistiques.
Par la suite, les écarts entre les
résultats observés et ceux issus d’un
modèle de calcul d’estimation des
consommations ont été analysés. Le
point clé pour obtenir les écarts les
plus petits à la fois sur les
consommations après travaux et sur
les économies d’énergie est la
minimisation des écarts sur les
consommations avant travaux. Sur la
base des sources d’écart identifiées,
différentes pistes d’amélioration du
modèle de calcul utilisé ont été
proposées.
Contacts
Doctorant : Maxime RAYNAUD
Département EDF R&D :
ENERBAT
Tuteur : Dominique OSSO
Laboratoire : École nationale
supérieure des Mines de Paris
École doctorale n° 432 :
Sciences des Métiers de
l’Ingénieur
Directeurs de thèse : Jérôme
ADNOT, Bernard BOURGES
CONTRIBUER A L’ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Evaluation ex-post de
l’efficacité de solutions de
rénovation énergétique en
résidentiel
Evaluer la performance de solutions de rénovation
énergétique dans le secteur résidentiel
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Thèse soutenue le 22/10/2014
Cette thèse était comprise dans le
Projet CERES (Chemins
Energétiques pour la Récupération
d'Energie dans les Systèmes
industriels) de l’ANR. L’objet est la
mise au point d'une plateforme apte à
proposer la ou les meilleures
solutions énergétiques et
économiques (exergo-économie) en
termes de récupération et de
valorisation de chaleur fatale dans
l'industrie, en proposant des solutions
à base d'échangeurs de chaleur, de
pompes à chaleur, de cogénération,
et de systèmes à cycle organique de
Rankine (ORC/Organic Rankin
Cycle).
Le sujet de thèse se situait donc aussi
bien sur un versant fondamental,
consistant à apporter une approche
théorique sur l'amélioration de
méthodes mises en œuvre pour la
recherche d'optimum en termes
d'intégration énergétique, que sur des
aspects pratiques de résolution de
problèmes de convergence et de
mise au point d'une plateforme
logicielle, destinée à être utilisée par
des experts comme par des
industriels « avertis ».
50
Résultats
L'apport du travail de thèse, sur la
méthodologie de pré-sélection des
Utilités (comment proposer des
Utilités judicieuses, dans un panel de
technologies très vaste, sans faire
une recherche combinatoire
dispendieuse non-utile en fonction du
secteur industriel concerné), comme
sur la définition de ce que l'on peut
appeler des poches d'énergie auto-
suffisantes (zones énergétiques où
l'on peut effectuer des échanges ou
proposer des technologies de
valorisation a priori interdites par les
règles de base du principe des
méthodes du Pincement ou d'analyse
exergétique), a été un facteur
d'avancée majeure pour le projet de
l’ANR.
Les résultats de ces travaux,
confrontés à des cas d'école ainsi
qu'à des cas réels d'analyse menés
par EDF R&D, se sont avérés très
pertinents.
Thèse confidentielle
Contacts
Doctorant : Fabien THIBAULT
Département EDF R&D : EPI
Tuteur :
Sandrine PELLOUX-PRAYER
Laboratoire : Mines ParisTech,
Centre pour l'Efficacité
Énergétique des Systèmes
(CES), Palaiseau
École doctorale Mines ParisTech
– spécialité Énergétique et
Procédés
Directeur de thèse :
Assaad ZOUGHAIB
CONTRIBUER A L’ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Méthode d'optimisation de
procédés hybrides associant
une analyse
thermodynamique et des
méthodes algorithmiques
Concevoir un algorithme d’optimisation de l’insertion de
procédés thermodynamiques dans les procédés industriels
Chemins énergétiques
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Thèse soutenue le 16/12/2014
EDF met en place des solutions de
fouille de données textuelles dans le
but de cibler l'information à extraire
en fonction des besoins et des
demandes métier. Les méthodes et
approches de modélisation
actuellement utilisées ne sont
cependant pas adaptées aux données
orales conversationnelles. L'objectif
de la thèse est de proposer des
méthodes qui permettent d'améliorer
les analyses de fouille de texte
réalisées sur les transcriptions
(traitement des disfluences). Pour
répondre à ces problématiques, nous
avons analysé finement le
comportement de phénomènes
caractéristiques de l'oral spontané
(disfluences) dans des conversations
issues de centres d'appels EDF, et
nous avons mis au point une méthode
automatique pour leur détection, en
utilisant des indices linguistiques,
acoustico-prosodiques, discursifs et
para-linguistiques.
51
Résultats
Les apports de cette thèse s'articulent
donc selon trois axes. D'un point de
vue « analyse », nous proposons une
caractérisation des conversations en
centres d’appels d’un point de vue de
l’oral spontané et des phénomènes
qui le caractérisent. D'un point de vue
« outil », nous avons mis au point une
chaîne d’enrichissement et de
traitement des données orales
effective sur plusieurs plans d’analyse
(linguistique, prosodique, discursif,
para-linguistique) ; un système de
détection automatique des
disfluences d’édition adapté aux
données orales conversationnelles,
utilisant le signal et les transcriptions
(manuelles ou automatiques). D'un
point de vue « ressource », nous
avons produit un corpus de
transcriptions automatiques de
conversations issues de centres
d’appels annoté en disfluences
d’édition (méthode semi-
automatique).
Contacts
Doctorant : Camille DUTREY
Département EDF R&D : ICAME
Tuteurs : Delphine LAGARDE,
Anne PERADOTTO
Laboratoire : LIMSI-CNRS & LPP
(Université Paris 3)
École doctorale Informatique
Paris-Sud (ED 427)
Directeur de thèse :
Sophie ROSSET
CONTRIBUER A L’ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Analyse et détection
automatique de disfluences
dans la parole spontanée
conversationnelle
Analyser des conversations en centre d'appel par
traitement automatique des langues et de la parole
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52
53 Une méthode innovante pour la propagation fragile de fissures
54 Réaliser un modèle numérique pour la mise en compression d’une
pièce par choc laser
55 Les modes non-linéaires : une nouvelle méthode d’analyse des
structures soumises aux chocs
56 Optimiser la modélisation de la plasticité à l’échelle microstructurale
grâce à l’imagerie microscopique
57 Des schémas numériques qui s’affranchissent des contraintes
coûteuses de maillage pour la simulation des écoulements fluides
58 Modéliser le dépôt de particules dans des échangeurs de chaleur pour
assurer le rendement et la sûreté des réacteurs nucléaires
59 Développer un modèle multi-milieux pour simuler le transport de
Polluants organiques persistants (POP)
60 Développer des outils mathématiques pour des études de risque
utilisant des codes de simulation numérique
61 Utiliser la réalité virtuelle pour rendre les bâtiments plus accessibles
aux fauteuils roulants
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Sommaire
Image : EDF R&D, Code_Saturne
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Thèse soutenue le 7/11/2014
Le cœur graphite des réacteurs
avancés au gaz (AGR) exploités en
Grande-Bretagne est composé de
briques assemblées par rainures et
clavettes. Tard dans la vie du
matériau, en conséquence indirecte
de l’irradiation, de la température et
de l’oxydation, des fissures peuvent
s’initier à partir des fonds de rainures.
EDF Energy souhaite avoir des outils
de modélisation avancés en
mécanique de la fissuration, en appui
de la surveillance sur site, afin de
connaître exactement les conditions
de chargement qui peuvent mener à
l’apparition de ces fissures, et a lancé
un benchmark de différentes
méthodes. Dans cette thèse, nous
proposons un couplage entre les
modèles de zones cohésives et la
méthode des éléments finis étendus
(XFEM) pour simuler la propagation
de fissures.
53
Résultats
Une stratégie innovante d’étude
quasi-statique de problèmes de
propagation de fissures a été
proposée dans Code_Aster, couplant
des modèles de zones cohésives et la
méthode des éléments finis étendus
(XFEM). Cette méthode permet de
s'affranchir des contraintes de
maillage dans le prise en compte des
fissures, celles-ci traversant les
éléments finis du maillage. Elle a été
validée sur des benchmarks issus de
la littérature, pour la plupart des
expériences réalisées sur des
éprouvettes de béton. La capacité de
la méthode à prédire des trajets de
fissurations complexes pour des
problèmes tridimensionnels a ainsi
été illustrée. Une extension à la
dynamique a été réalisée et validée
pour les trajets de fissurations droits,
les premiers résultats sur trajets
courbes étant prometteurs. Enfin,
dans un souci d’améliorer la
précision, des résultats théoriques et
numériques ont été obtenus sur
l’utilisation générale de la méthode
XFEM avec des éléments
quadratiques.
Contacts
Doctorant :
Guilhem FERTE
Département EDF R&D :
LaMSID
Tuteur : Patrick MASSIN
Laboratoire : Institut de
recherche en Génie civil et
mécanique (Ecole Centrale de
Nantes)
École Doctorale : SPIGA (Ecole
Centrale de Nantes - Université
de Nantes)
Directeur de thèse :
Nicolas MOES
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Développement de
l’approche X-FEM cohésive
pour la modélisation de
fissures et d’interfaces avec
le logiciel libre EDF R&D
Code_Aster
Une méthode innovante pour la propagation fragile de
fissures
Prédiction d'un trajet de fissuration complexe dans un essai de torsion
d'une éprouvette en béton (méthode XFEM et zones cohésives)
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Thèse soutenue le 31/10/2014
Cette thèse contribue aux travaux
d’EDF R&D autour de la durée de
fonctionnement et de la maintenance
de certains composants des centrales
nucléaires, pouvant faire face aux
phénomènes de corrosion sous
contrainte et de fatigue thermique à
grand nombre de cycles. Ces deux
phénomènes peuvent contribuer à
l’amorçage et à la propagation de
fissures dans les composants
concernés. Ils sont sensibles à
l’importance de la contrainte de
traction qui peut être due au
chargement mais aussi au soudage.
Afin de réduire cette contrainte, des
procédés de mise en compression
sont parfois utilisés. Ainsi, ils
permettent de créer des contraintes
de compression dans la structure.
C’est dans ce cadre qu’EDF R&D
s’intéresse à la simulation du choc
laser.
54
Résultats
EDF R&D dispose, suite à ces
travaux, des capacités nécessaires à
la modélisation fine de la mise en
compression par choc laser, en
termes de méthodologie et d’outils
numériques (développés dans
Code_Aster et Europlexus). Une
caractérisation de l’Inconel 600 a
également été effectuée avec un
nouveau type d’essai expérimental,
ainsi qu’une modification d’une loi de
comportement à grande vitesse de
sollicitation, à grande vitesse de
déformation. Au cours de cette thèse,
il a été démontré que le choc laser
effaçait les contraintes résiduelles de
soudage. Ainsi, l’effet de ce
traitement peut être étudié tout en
s’affranchissant de la simulation du
soudage. Par ailleurs, l’intérêt du
choc laser par rapport au grenaillage
classique pour les aciers inoxydables,
par la création d’un moindre
écrouissage, a été mis en évidence.
Contacts
Doctorant : Emricka JULAN
Département EDF R&D : AMA
Tuteur : Saïd TAHERI
Laboratoire de Mécanique des
Structures Industrielles Durables
(LaMSID)
École Doctorale de l’X (EDX)
Directeurs de thèse :
Saïd TAHERI et Claude STOLZ
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Simulation numérique du
choc laser en présence d’un
état initial dû au soudage
Réaliser un modèle numérique pour la mise en
compression d’une pièce par choc laser
Principe du choc laser pour la mise en compression en mode confiné
Enfoncement de la surface suite à 25 impacts
laser
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 17/12/2013
EDF a besoin d’outils numériques
pour assurer le maintien des
installations en fonctionnement dans
les meilleures conditions de sûreté
possibles. Dans le domaine du
diagnostic vibratoire, un enjeu est
d’être capable de construire des
modèles représentatifs des structures
prenant en compte les éventuels
chocs, problème difficile et non résolu
de manière satisfaisante aujourd’hui.
L’introduction du concept de modes
non-linéaires dans les analyses de
dynamique vibratoire est une
opportunité donnée à l’ingénieur pour
affronter la difficulté avec un éclairage
nouveau. Parmi les applications, on
peut citer par exemple les
générateurs de vapeurs (chocs entre
les tubes et les plaques entretoises),
les assemblages combustibles (choc
grilles contre grilles, grilles contre
cloisons, crayons contre tubes
guides), ou encore les lignes d’arbres
(contact rotor-stator).
55
Résultats
Les travaux de la thèse ont permis le
développement et l’intégration dans
un code industriel, basé sur la
méthode des éléments finis
(Code_Aster), d’une méthode robuste
et performante de calcul des modes
non-linéaires de structures soumises
aux chocs. Il s’agit d’un pas important
dans l’évolution des outils numériques
dédiés à la caractérisation du
comportement dynamique des
structures qui étaient jusqu’à présent
basés sur les modes propres
classiques (linéaires). Les modes
non-linéaires apportent plus
d’information à l’utilisateur permettant
le diagnostic avancé dans le cas des
structures industrielles soumises aux
chocs, comme l’origine des
instabilités et des éventuels
endommagements. L’application
industrielle réalisée durant la thèse,
l’étude du comportement d’un tube de
Générateur de Vapeur, a permis de
fournir une piste d’explication des
causes de sa fissuration en
fonctionnement.
Contacts
Doctorant : El Hadi MOUSSI
Département EDF R&D :
AMA / LaMSID
Tuteur : Ionel NISTOR
Laboratoire de Mécanique et
d’Acoustique (LMA) de Marseille
École Doctorale : Université
d’Aix-Marseille
Directeurs de thèse :
Bruno COCHELIN et Sergio
BELLIZI
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Analyse de structures
vibrantes dotées de non-
linéarités localisées à jeu à
l’aide des modes non-
linéaires
Les modes non-linéaires : une nouvelle méthode d’analyse
des structures soumises aux chocs
L’évolution de la fréquence propre du premier mode non-linéaire d’un
tube GV avec l’énergie
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 14/11/2014
Pour étudier le comportement et la
durée de vie des composants des
réacteurs des centrales nucléaires,
des modélisations multi-échelles ont
été proposées dans le cadre du projet
européen PERFORM60 mené par
EDF R&D. Une échelle importante
dans ces modélisations est celle des
polycristaux, car elle est adaptée pour
étudier les mécanismes de
dégradation des matériaux. Si des
modèles ont été développés pour
décrire finement le comportement des
matériaux à cette échelle, leur
validation reste aujourd’hui difficile.
Les enjeux de ce travail sont tout
d’abord de développer une méthode
pour comparer des champs
cinématiques mesurés dans des
polycristaux au cours d’essais
réalisés dans un Microscope
Electronique à Balayage et ceux issus
de la simulation de ces essais. Il
s’agit alors de valider les différentes
hypothèses de modélisation et les lois
de comportement utilisées, puis
d’identifier les paramètres de ces lois
minimisant l’écart entre les champs
cinématiques mesurés et simulés.
56
Résultats
Une méthode de corrélation d’images
numériques a été mise en œuvre
pour mesurer les champs
cinématiques dans les polycristaux à
partir d’essais de traction en MEB in
situ sur un acier 316LN. Pour
permettre les mesures, une méthode
de dépôt d’un mouchetis adapté à
l'échelle microscopique a été
développée. La simulation par
éléments finis des essais de traction a
été ensuite réalisée. La comparaison
entre les champs mesurés et simulés
a permis dans un premier temps de
valider les hypothèses de
modélisation ainsi que les lois de
plasticité cristalline étudiées. Dans un
deuxième temps, une méthode
d’identification des paramètres de loi
a été mise en place, basée à la fois
sur les champs cinématiques à
l’échelle microstructurale et sur le
comportement macroscopique. Elle a
été appliquée pour identifier les
paramètres de la loi Méric-Cailletaud
pour différentes tailles moyennes de
grains.
Contacts
Doctorant : Adrien GUERY
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Félix LATOURTE
Laboratoire : LMT-Cachan
École Doctorale Sciences
Pratiques (EDSP)
Directeurs de thèse :
François HILD et Stéphane
ROUX
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Développement d'une
méthode de corrélation
d'images numériques
adaptée aux mesures
cinématiques dans les
polycristaux : application à
l'identification de paramètres
de lois de plasticité cristalline
Optimiser la modélisation de la plasticité à l’échelle
microstructurale grâce à l’imagerie microscopique
Champ de déformation longitudinale mesuré à la surface d'un
polycristal d'acier 316LN (Adrien GUERY)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 21/11/2014
Les enjeux pour EDF relatifs à la
simulation numérique recouvrent
entre autres le renforcement de la
sûreté et l’allongement de la durée de
fonctionnement de ses moyens de
production ainsi que leur optimisation.
La simulation numérique des
écoulements de fluides comme l’eau
ou l’air permet d’étudier, par exemple,
les phénomènes thermo-
hydrauliques au sein des réacteurs
nucléaires, la dispersion de polluants,
le potentiel éolien d’un site ou encore
l’optimisation du design des brûleurs
à faibles rejets de dioxyde d’azote. Le
code de référence pour ces études à
EDF R&D est Code_Saturne. La
simulation fine des écoulements de
fluides sur des géométries
industrielles complexes nécessite des
méthodes numériques capables
d’opérer sur des maillages de qualité
médiocre, ayant une bonne rapidité
d’exécution et délivrant des résultats
de bonne qualité. L’objectif de la
thèse est ainsi de proposer des
méthodes numériques novatrices
pour Code_Saturne répondant à ce
cahier des charges.
57
Résultats
Les travaux menés au cours de cette
thèse ont permis le développement et
l’analyse d’une nouvelle approche de
discrétisation sur maillages généraux
(tétraèdres, hexaèdres, polyèdres…)
des problèmes elliptiques et de
Stokes. La stabilité et la convergence
des différentes stratégies proposées
ont été démontrées sous des
hypothèses peu restrictives en termes
de qualité et type de maillage. Des
estimations d’erreur a priori ont
également été établies donnant des
indicateurs sur la qualité des résultats
produits. En complément de cette
analyse, un prototype basé sur
Code_Saturne a été mis au point pour
vérifier le bon comportement des
schémas proposés. Les résultats
numériques obtenus en termes
d’efficacité et précision sur une large
gamme de maillages tridimensionnels
de qualité médiocre placent cette
approche parmi les meilleurs
schémas actuellement publiés.
Contacts
Doctorant : Jérôme BONELLE
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Jean-Marc HERARD
Laboratoire :
CERMICS, Ecole des Ponts
École Doctorale : MSTIC
(Mathématiques et Sciences et
Technologies de l’Information et
de la Communication), Université
Paris-Est
Directeur de thèse :
Alexandre ERN
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Opérateurs discrets
compatibles pour la
discrétisation sur maillages
polyédriques des équations
elliptiques et de Stokes
Des schémas numériques qui s’affranchissent des
contraintes coûteuses de maillage pour la simulation des
écoulements fluides
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 14/11/2013
Les dépôts formés dans les circuits
des Réacteurs à eau pressurisée
peuvent avoir des conséquences
néfastes pour le rendement et la
sûreté des tranches, liées entre
autres à l’encrassement des
échangeurs. Ce travail de thèse a été
mené dans le cadre du projet
MOFPHET-C2 (MOdélisation Fine
des Phénomènes de
Thermohydraulique-Chimie) qui
étudie les phénomènes de dépôt de
particules colloïdales transportées par
des écoulements turbulents
monophasiques pour les comprendre
puis les modéliser à l’échelle locale.
58
Résultats
Le modèle stochastique dit de
Langevin Généralisé décrivant le
transport de particules au cœur d’un
écoulement monophasique a d’abord
été raccordé mathématiquement au
modèle de Proche Paroi, décrivant le
transport de ces particules au
voisinage de la paroi et leur dépôt
éventuel, en conditions isothermes.
Puis, pour permettre de simuler le
dépôt de particules dans un
échangeur, la thermophorèse (force
s’exerçant sur les particules en
présence d’un gradient de
température) a été intégrée dans le
modèle de Proche Paroi, en phase
gazeuse, puis en phase liquide où
elle est beaucoup moins bien connue,
d’où l’obtention de résultats
numériques nouveaux.
Contacts
Doctorant :
Clara MARTINEAU
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Jean-Pierre MINIER
Laboratoire d’Energétique et de
Mécanique Théorique et
Appliquée (LEMTA), UMR 7563
École Doctorale : EMMA
(Energétique, Mécanique et
MAtériaux) de l’U. F. R. ESSTIN
Directeur de thèse :
Anne TANIÈRE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Modélisation stochastique du
dépôt de particules
colloïdales transportées par
des écoulements turbulents
isothermes et non
isothermes
Modéliser le dépôt de particules dans des échangeurs de
chaleur pour assurer le rendement et la sûreté des
réacteurs nucléaires
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 20/11/2014
Les polluants organiques persistants
(POP) sont des substances toxiques
ayant la capacité de se bio-accumuler
le long de la chaîne alimentaire. Du
fait de leur persistance, ils peuvent
parcourir de longues distances par
des phases successives de transport-
dépôt-réémission. Pour pouvoir
prendre des décisions visant à réduire
leur impact environnemental, il est
nécessaire de comprendre leur
comportement dans l'atmosphère
mais également dans les autres
milieux, tels que le sol, la végétation
ou l'eau. De nombreux modèles
numériques de complexité variable
ont été développés dans le but de
prédire le devenir des POP dans
l'environnement. La plupart d'entre
eux considèrent le sol comme un
compartiment homogène, pouvant
ainsi mener à une sous-estimation
des réémissions du sol vers
l'atmosphère.
L’objectif de la thèse était de
développer un modèle de sol
multicouche et de le coupler à un
modèle de dispersion atmosphérique
afin d’évaluer l’influence des
réémissions sur la concentration dans
les différents milieux.
59
Résultats
Une comparaison à des mesures
expérimentales a permis de valider le
modèle de sol multicouche. Une
analyse de sensibilité a montré que
les réémissions sont majoritairement
influencées par la température et les
coefficients de partage entre les
différentes phases du sol. La
comparaison aux mesures pour le
modèle sol-atmosphère s’est avérée
délicate en raison du faible nombre
de stations d’observations et de la
forte incertitude liée aux conditions
aux limites. Cependant, une grande
tendance a pu être dégagée des
simulations : pour des polluants peu
volatils, l’impact du sol sur la
concentration atmosphérique, via les
réémissions, est négligeable. Au
contraire, dans le cas de substances
plus volatiles, le modèle couplé sol-
atmosphère simule des
concentrations dans l’air plus élevées
durant la période estivale que le
modèle atmosphérique seul,
notamment dans les zones les plus
chaudes.
Contacts
Doctorant : Vincent LOIZEAU
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs : Philippe CIFFROY et
Luc MUSSON-GENON
Laboratoire :
CEREA (Centre d’enseignement
et de recherche en
environnement atmosphérique)
École Doctorale :
Université Paris-Est
Directeur de thèse :
Marc BOCQUET
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Prise en compte d’un
modèle de sol multicouche-
couches pour la simulation
multi-milieux à l’échelle
européenne des polluants
organiques persistants
Développer un modèle multi-milieux pour simuler le
transport de polluants organiques persistants (POP)
Simulation de la concentration atmosphérique de benzo[a]pyrène avec
le modèle multi-milieu Polair3D-POP
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 18/03/2014
Cette thèse porte sur l'analyse de
sensibilité dans le contexte des
études de fiabilité des structures :
études thermomécaniques
nécessaires aux dossiers de
prolongement de durée des cuves
des REP (réacteurs à eau
pressurisée) et études de fiabilité des
structures.
On considère un modèle numérique
déterministe permettant de
représenter des phénomènes
physiques complexes. L'étude de
fiabilité a pour objectif d'estimer la
probabilité de défaillance du matériel
à partir du modèle numérique et des
incertitudes inhérentes aux variables
d'entrée de ce modèle. Il est
intéressant de hiérarchiser l'influence
des variables d'entrée et de
déterminer celles qui influencent le
plus la sortie, ce qu'on appelle
l'analyse de sensibilité. Ce travail
avait pour but de tester la pertinence
des méthodes existantes d'analyse de
sensibilité et, le cas échéant, de
proposer des solutions originales plus
performantes.
60
Résultats
La thèse a conduit à la définition de
nouveaux indices de sensibilité (avec
des méthodes d’estimation
statistique) relatifs au calcul d’une
probabilité de défaillance.
Une étape bibliographique sur
l'analyse de sensibilité d'une part et
sur l'estimation de faibles probabilités
de défaillance d'autre part est
proposée. Cette étape dégage le
besoin de développer des techniques
adaptées. Deux méthodes de
hiérarchisation de sources
d'incertitudes sont explorées.
La première est basée sur la
construction de modèle de type
classifieurs binaires (forêts
aléatoires). La seconde est basée sur
la distance, à chaque étape d'une
méthode de type subset, entre les
fonctions de répartition originelle et
modifiée.
Une méthodologie originale plus
globale, basée sur la quantification de
l'impact de perturbations des lois
d'entrée sur la probabilité de
défaillance est ensuite explorée.
Les méthodes proposées sont ensuite
appliquées sur le cas industriel qui
motive cette thèse.
Contacts
Doctorant : Paul LEMAÎTRE
Département EDF R&D : MRI
Tuteurs : Bertrand IOOSS,
Aurélie ARNAUD
Laboratoire : INRIA/Projet ALEA
École Doctorale : Université de
Bordeaux I
Directeur de thèse :
Pierre DEL MORAL
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Analyse de sensibilité en
fiabilité des structures
Développer des outils mathématiques pour des études de
risque utilisant la simulation numérique
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 29/09/2014
La loi du 11 février 2005 pour l'égalité
des droits et des chances, précise
que l’ensemble des ERP
(Etablissements recevant du public)
devront être rendus accessibles pour
2015. Avec le projet « Coordination
Handicap » EDF R&D propose déjà
des innovations facilitant l’insertion
sociale et professionnelle des
personnes handicapées. EDF, AMP,
CEREMH, LISV, CEA, ont monté en
2010 le projet AccesSim qui vise au
développement d’un simulateur
dynamique pour mettre en situation
des utilisateurs sur une plate forme à
retour d’effort dans des scènes
virtuelles représentant des
environnements réels. La thèse vise à
concevoir et mettre en œuvre une
méthodologie et le simulateur pour
évaluer, de façon réaliste,
l’accessibilité d’un environnement.
Différentes configurations ont été
étudiées et expérimentées pour
fournir la meilleure immersion suivant
les besoins et profils des utilisateurs.
La thèse a permis de réaliser des
scénarios de diagnostic et
d’apprentissage au plus proche des
usages pour le simulateur de réalité
virtuelle AccesSim.
61
Résultats
La conception et le développement du
simulateur AccesSim ont été finalisés.
Il propose un outil innovant d’aide au
diagnostic d’accessibilité et un
simulateur robotique transportable
plus immersif pour la conduite en
fauteuil roulant. Deux
expérimentations ont évalué le
réalisme des retours sensoriels. Lors
de la conduite d’un fauteuil roulant
électrique sur simulateur, l’immersion
de l’utilisateur a été adaptée en
fonction de ses besoins et de son
profil. 1/ Evaluation de la capacité du
simulateur robotique à reproduire le
mouvement d’un fauteuil descendant
une marche. L’expérimentation a
montré la pertinence du retour d’effort
même avec une faible amplitude à
condition d’avoir une très faible
latence et de l’adapter au profil de
l’utilisateur. 2/ L’’impact du retour
sensoriel en fonction du champ de
vision offert à l’utilisateur a été évalué
au travers de trois configurations (un
écran face à l’utilisateur, un écran au
sol devant l’utilisateur ou un écran
horizontal autour de l’utilisateur). Le
retour d’expérience fait ressortir la
troisième configuration pour avoir une
meilleure présence dans
l’environnement virtuel.
Contacts
Doctorant :
Frédéric GONCALVES
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteur : Alain SCHMID
Laboratoire d’Ingénierie des
Systèmes (LISV)
École Doctorale : Université de
Versailles Saint Quentin-en-
Yvelines
Directeur de thèse :
Eric MONACELLI
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L’EXPÉRIMENTATION
Conception d’un
environnement virtuel avec
adaptation de l’immersion
pour la simulation de
conduite en fauteuil roulant.
Utiliser la réalité virtuelle pour rendre les bâtiments plus
accessibles aux fauteuils roulants
Simulateur avec un utilisateur en action sur la plateforme (photo :
Frédéric GONCALVES)
EDF R&D EN CHIFFRES
LES THÈSES DE DOCTORAT
2014
Crédits photos : EDF - Philippe
ERANIAN, Mélanie LAYMAJOUX,
Florence METGE-LAYMAJOUX
Rencontres doctorants EDF R&D
2100 personnes dont 200 chercheurs enseignants
des universités et grandes écoles.
370 docteurs et 150 doctorants.
15 départements.
14 laboratoires communs.
Partenaire de 5 fonds de capital-risque dans le
domaine des technologies propres.
10 centres de R&D dans le monde (3 en France).
Plus de 500 millions d’euros de budget en 2013.
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.
ED
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EDF22-30, avenue de Wagram - 75382 Paris cedex 08SA au capital de 930 004 234 euros - 552 081 317 R.C.S. Paris
www.edf.fr
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
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