Etudes

CONTEXTE DE TRAVAIL
Dans le cadre du projet national de stockage des déchets, à haute radioactivité et à vie longue, en formation géologique profonde, l'ANDRA s'est vue attribuée la responsabilité de sélectionner le site le mieux adapter pour répondre à cette demande sur le territoire français.

La société EDF, en tant que producteur principal des déchets, pour répondre aux défis scientifiques et technologiques posés par la problématique du stockage profond, veut se doter d'outils d'évaluation des concepts proposés par l'ANDRA (élaboration de modèles prédictifs du comportement des géomatériaux du stockage).

Les principaux objectifs d'EDF

- de fournir au Centre d'Ingénierie Hydraulique " CIH " des modèles de comportement Themo-Hydro-Mécanique non saturés pour le calculs des ouvrages de stockage de déchets nucléaires ;
- la validation ou la correction de modèles de comportement Thermo-Hydro-Mécanique implémentés dans le code " ASTER " pour une meilleure prédiction du comportement des ouvrages de stockages ;
- l'extension des possibilités des modules de calculs disponibles dans le code " ASTER " par l'intégration de modèle de comportement propre aux matériaux rocheux ;
- l'évaluation de l'impact de la Zone endommagée, suite à la construction d'ouvrages de stockage profond, sur les temps d'arrivée à la surface des radionucléides avec et sans intrusion humaine.

Apport de CS

Etudes réalisés :

• Etude de faisabilité de la modélisation de l'excavation avec le Code_ASTER

CS a montré la faisabilité de la modélisation de l'excavation avec le module " THM " du Code ASTER. Du fait, d'un processus de modélisation spécifique à l'excavation, la mise en œuvre a été délicate et a nécessité quelques développements, mais elle permet à l'avenir de reproduire aisément les étapes de modélisation de l'excavation.

Cette étude de faisabilité a été suivi d'une modélisation en hydroplasticité de l'excation d'une galerie souterraine avec le Code_ASTER.

Etudes de simulations de comportement Thermo-Hydro-Mécanique d'ouvrages de stockage partiellement saturés

CS a mené à bien ces études avec les modules " THHM " et " THM " du Code " ASTER ". Elles ont consistés en des modélisations par éléments finis d'expérimentations réalisées dans le cadre d'ouvrages de stockage de déchets nucléaires en formation géologique profonde. Les résultats obtenus numériquement sont en accord avec ceux obtenus expérimentalement.

• Etude hydrogéologique et de contamination pour un stockage profond

CS a réalisé ces études portant sur le confinement de déchets nucléaires au moyen des codes de calcul : ESTEL2D, SUBIEF et OSIRIS. Elles ont permis, d'une part d'évaluer l'impact de la Zone endommagée sur les temps d'arrivée à la surface des radionucléides avec et sans intrusion humaine ; d'autre part, de mettre en évidence l'importance du dimensionnement de certains composants du stockage.

Développements réalisés

• Développement d'éléments de frontière pour l'expression des conditions aux limites de flux hydrique dans la nouvelle architecture " THM " du Code ASTER

CS a introduit des conditions aux limites en flux hydriques dans le module " THM " (Thermo-Hydro-Mécanique) du Code_ASTER qui a nécessité le développement d'éléments de frontière bi et tridimensionnels. Les développements mis en place ont été validés par des cas tests propres à EDF.

Intégration d'un modèle de comportement " LAIGLE "

CS a intégré le modèle de comportement " LAIGLE " permettant de traduire le comportement des matériaux rocheux dans le module " THM " du Code_ASTER. Cette intégration a été suivie d'une validation de la programmation mise en œuvre par une étude de simulation de creusement de galerie.

Simulation de creusement de galerie : domaines de comportement de la roche en Déconfinement et en consolidation

• Développement et maintenance corrective d'un module des suivi de particules dans le code de calcul " ESTEL2D "

CS a développé ce module qui permet de suivre le(s) cheminement(s) de nuages de radionucléides à travers différents milieux géologiques avec une approche déterministe et statistique.

Dans l'état actuel des techniques de construction, les performances énergétiques des bâtiments sont limitées par les déperditions thermiques induites par les discontinuités de l'isolation (notamment les liaisons façade/dalle). Ces déperditions sont particulièrement néfastes car d'une part, elles diminuent l'efficacité du chauffage, et d'autre part, elles peuvent engendrer des problèmes de moisissures au plafond et sur les murs.
Des systèmes, appelés rupteurs de ponts thermiques, permettent de diminuer l'importance de ces déperditions. Ils sont constitués d'un isolant assurant l'isolation thermique et d'une structure assurant la liaison mécanique. On a étudié 8 différentes configurations de jonctions dalle/façade extérieure qui peuvent constituer un bâtiment (jonction avec ou sans balcon, loggia, terrasse). Pour chaque configuration, on a modélisé 3 types de matériaux composant le rupteur.
On a effectué les calculs avec le Code_Aster, en modélisant les problèmes en 3D et en effectuant un calcul de thermique linéaire.
Les performances thermiques des systèmes de rupteur sont déterminées à partir des flux thermiques entrants et sortants, des champs de températures et du coefficient linéique. On a comparé les différentes configurations géométriques ainsi que les différentes solutions d'isolant pour le rupteur.

Outil métier

Contexte de travail
Le développement de cet outil s'inscrit dans les objectifs d'EDF de réaliser des outils permettant d'utiliser les fonctionnalités de Code Aster dans un cadre particulier sans pour autant connaître le domaine du calcul par éléments finis.

Prestation réalisée
CS a pris en charge l'ensemble du cycle de développement de la spécification à l'intégration sur la plateforme EDF. Etant donné l'aspect " métier " fort des calculs à réaliser, certaines phases de la prestation se sont déroulées en étroite collaboration avec les équipes EDF (notamment la validation des résultats obtenues et des jeux de commandes associés) mais l'ensemble de la prestation a été réalisée au forfait dans les locaux de CS via un accès au réseau EDF par une passerelle dédiée.

Les principaux éléments développés au cours de la prestation sont :
1. des scripts de gestion des versions de la bibliothèque de données de l'outil :
les bibliothèques alimentent l'outil en données validées. Les scripts utilisent CVS pour réaliser les opération d'ajout et d'extraction d'éléments des bibliothèques.
2. un nouvel opérateur Aster permettant le calcul de facteurs d'intensité de contraintes en fond de fissure pour un défaut non maillé par la méthode Kb .
3. une IHM permettant de :
- saisir les paramètres du problème (matériaux, géométrie, conditions aux limites)
- paramétrer le maillage Gibi associé
- générer le fichier de commande Aster adapté à l'analyse demandée
- lancer le calcul Aster et superviser son exécution
- post traiter les résultats de calculs Aster pour aboutir au facteur de marge à la rupture
4. une fonction de post-traitement des sorties de l'IHM s'interfacant avec un progiciel d'exploitation probabiliste (Proban) :
cette fonction permet d'interpoler les valeurs aux sommets du maillage en un point quelconque de l'espace. L'interpolation se faisant des données très volumineuses et sur un très grand nombre de tirages (analyse probabiliste), les performances des algorithmes employés sont critiques.

Exemples d'écrans d'IHM :

Apport de CS
Compétences mise en oeuvre :
· Développement Logiciel et IHM : Python/Tkinter, Fortran 77 optimisation de code et mesure de performances
· Maillage : réalisation de maillages paramétrés 1D, 2D et 3D avec GIBI
· Calcul éléments finis : étude de fissuration par la méthode Kb et Gq
· Utilisation de Code_Aster : rédaction et mise au point des fichiers de commande de référence utilisés par l'IHM

GEVIBUS est un outil métier réalisé autour du logiciel de calculs de structure Code_Aster, permettant de traiter des études de type industriel, libérant l'utilisateur de contraintes du type : «connaissance de l'environnement informatique».

GEVIBUS crée les fichiers de maillage et de commandes Code_Aster pour le calcul de la réponse d'un tube de générateur de vapeur à partir des résultats thermohydauliques issus de calculs THYC_GV, avec prise en compte des forces de couplage fluide-structure.

MEKELEC est un outil métier, réalisé autour du logiciel de calculs de structure Code_Aster, permettant de traiter des études de type industriel, libérant l'utilisateur de contraintes du type «connaissance de l'environnement informatique».

MEKELEC est dédié au calcul du comportement mécanique des conducteurs rigides et des lignes électriques soumis à diverses sollicitations (vent, givre, courts-circuits).

Développement spécifique

Développements réalisés :

• Développement d'éléments de frontière pour l'expression des conditions aux limites de flux hydrique dans la nouvelle architecture " THM " du Code ASTER

CS a introduit des conditions aux limites en flux hydriques dans le module " THM " (Thermo-Hydro-Mécanique) du Code_ASTER qui a nécessité le développement d'éléments de frontière bi et tridimensionnels. Les développements mis en place ont été validés par des cas tests propres à EDF.

Intégration d'un modèle de comportement " LAIGLE "

CS a intégré le modèle de comportement " LAIGLE " permettant de traduire le comportement des matériaux rocheux dans le module " THM " du Code_ASTER. Cette intégration a été suivie d'une validation de la programmation mise en œuvre par une étude de simulation de creusement de galerie.

Maintenance : maintien des versions spécifiques clients

MEKELEC est un outil métier, réalisé autour du logiciel de calculs de structure Code_Aster, permettant de traiter des études de type industriel, libérant l'utilisateur de contraintes du type «connaissance de l'environnement informatique».

MEKELEC est dédié au calcul du comportement mécanique des conducteurs rigides et des lignes électriques soumis à diverses sollicitations (vent, givre, courts-circuits).

Deux types d'intervention sont réalisées :
- Maintenance évolutive et corrective de l'outil métier MEKELEC.
- Les demandes d'évolution et les fiches d'anomalies émises par les utilisateurs sont traitées par CS. CS s'engage a fournir avec un temps de réponse minimum le coût (nombre de jour prévu pour la réalisation, la validation), et de délais. Lorsqu’un lot de fiches est traité, CS stabilise une version.
- Installation de la version stabilisée sur site.

2.6.2 PRESTATION REALISEE
GEVIBUS est un outil métier réalisé autour du logiciel de calculs de structure Code_Aster, permettant de traiter des études de type industriel, libérant l'utilisateur de contraintes du type : «connaissance de l'environnement informatique». GEVIBUS crée les fichiers de maillage et de commandes Code_AsterÒ pour le calcul de la réponse d'un tube de générateur de vapeur à partir des résultats thermohydauliques issus de calculs THYC_GV, avec prise en compte des forces de couplage fluide-structure.

CS en assure la maintenance corrective et évolutive depuis 1996. Cette prestation se caractérise par les points suivants :
- les anomalies constatées sur le code et les demandes d’évolution sont transmises à CS sous la forme de fiches types,
- CS s’engage à fournir avec un temps de réponse minimum le coût de réalisation des interventions (nombre de jours prévus pour détecter le problème ou spécifier l’évolution, réaliser les modifications et les valider) et les délais,
- CS livre des versions corrigées ou des versions révisées à la demande
du Client.

Installation, portage

Installation de Code_Aster libre sur les plateformes :

• PC Windows,
• Sun (sans que cela ne nécéssite de logiciel SUN spécifique),
• Linux.