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\ J ../;-: / -A Gwtlon Doc. tnrtg. to : N* TRN Destination : 1,1+D 1 D SOMMAIRE Structure de la Direction des Etudes et Recherches d'EDF Editorial de Paul CASEAU 1 Directeur des Etudes et Recherches d'EDF Organisation et gestion des activités Nouvelles applications de l'électricité Matériels classiques des centrales, matériels nucléaires Matériel électrique Développement, exploitation des réseaux électriques Protection de l'environnement Surveillance et conduite des ouvrages Information et équipement informatique Index Publications de la DER 2-3 5 9 13 25 57 73 85 103 125 135 143 Chapitres précédés d'une table des matières à la page indiquée.

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-A GwtlonDoc. tnrtg. to :N* TRNDestination : 1,1+D1D

SOMMAIREStructure de la Direction des Etudeset Recherches d'EDF

Editorial de Paul CASEAU1

Directeur des Etudes et Recherches d'EDF

Organisation et gestion des activités

Nouvelles applications de l'électricité

Matériels classiques des centrales,matériels nucléaires

Matériel électrique

Développement,exploitation des réseaux électriques

Protection de l'environnement

Surveillance et conduite des ouvrages

Information et équipement informatique

Index

Publications de la DER

2-3

5

9

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25

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73

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125

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Chapitres précédés d'une table des matières à la page indiquée.

DIRECTION des ETUDES et RECHt

• I

La DER au 1er janvier 1993• 4 sites

• 8 Services qui regroupent• 35 Départements

Les Sites

1, «venu* du Général-de-Gaulle92141 CLAMART Cedex

Tél. 33 (1) 47654321

LM RaïuhdièresRout* de Sens, EcueNet,77250 MORET-SUR-LOING

Tél. 33 (1) 60706820

TMtI CNAMMlTeL » Ji) «ftmèi

25, allée Privée, Carrefour Pteyel,

93206 SAINT-DENIS Cedex

Tél. 33 (1) 49228000

Les DépartementsApplications de l'Electricité dans les BâtimentsApplications de l'Electricité dans l'industrieAdministrationAcoustique et Mécanique VibratoireCentre de CalculCommunications en Centrale, ConduiteConsommations, Clientèle, TélécommunicationsCentre de NormalisationConception et Economie des RéseauxCâbles, Condensateurs, Matérielsd'Automatisme, MatériauxEtude des MatériauxEnvironnementEtudes de Sûreté et de FiabilitéFonctionnement et Conduite des RéseauxGestion Economique et FinancièreGroupe de Recherche, Energie,Technologie et SociétéIngénierie de la Communication enInformatiqueLaboratoires de Génie Electrique

Laboratoire National d'HydrauliqueMachinesMachines ElectriquesMécanique et Modèles NumériquesMéthodes d'Optimisationet de SimulationMécanique et Technologie desComposantsOrganisation, Bureautique, InformatiquePromotion et Appui ClientèlePostes et LignesPhysique des RéacteursProspective, Evaluation et ValorisationRetour d'Expériences, Mesures, EssaisSurveillance, Diagnostic, MaintenanceSystèmes EnergétiquesSystèmes d'Informationet de DocumentationTraitement de l'Information et EtudesMathématiquesTransferts Thermiques et Aérodynamique

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3CHES d'ELECTRICITE de FRANCE

Les Services

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Informatique atMathématique* Appliquées

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Gestion des Sites

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Machinée

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Etudes de Réseaux

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EDITORIAL

Editorial

Ly année 1992 conclut un cycle de trois ans, marqué par le PlanStratégique adopté au début de 1990 et qui vient des'achever.

Le nouveau plan triennal, lui-même en cours d'adoption, montre quel'entreprise EDF évolue sur tous les plans, et en particulier sur leplan technique. Certaines tendances sont soulignées : la primautédonnée à la qualité de service, le rôle clé du parc nucléaire enexploitation. Des rééquilibrages se font. La «monoculture» nucléaires'achève avec les projets de turbines à combustion et de lits fluidi-sés circulants. Le souci de l'environnement conduit à des program-mes d'enfouissement des lignes. Enfin certains problèmes nou-veaux viennent au-devant de la scène : l'aval du cycle nucléaire et lecontrôle de la demande d'électricité.

Bien que ces sujets soient planifiés pour la première fois en 1993,ils étaient présents depuis quelque temps dans l'activité de la DER,et ils ont largement marqué l'année 1992. Cet editorial va, en met-tant en exergue quelques-uns des Faits marquants de l'année, mon-trer les virages qui ont été pris.

Ce qui reste au premier plan :qualité de service, disponibilité du parc nucléaire

La qualité de la fourniture d'électricité est un problème global quiexige à la fois de nouveaux investissements et des progrès dansl'exploitation. La DER participe à l'effort d'EDF soit en qualifiant desmatériels nouveaux (les parafoudres moyenne tension en 1992), soiten créant de nouveaux outils de planification des réseaux, fondéssur la recherche de la qualité. CALIFE est l'un de ces outils : il a vu lejour en 1992 mais sera encore développé et connaîtra certainementune belle carrière.

Le parc des centrales nucléaires est, comme chacun le sait, sujet àde nombreux incidents. S'ils n'affectent en général pas sa sécurité,ils ont toujours un impact sérieux sur sa disponibilité. L'année 1992a connu le problème des traversées de couvercle, et la DER a étéévidemment sollicitée pour aider au diagnostic. De nombreux autresFaits marquants décrivent soit des outils de diagnostic commeEXTRACSION, soit des solutions comme pour les circuits d'admis-sion du palier 1 300. La prévision du vieillissement et de l'usure estégalement à l'ordre du jour. Enfin, un dossier très complexe etd'ailleurs passionnant a été mené à bien en 1992 : il a demandé de

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'À\

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FAITS MARQUANTS 1992

réunir des expérimentateurs et des théoriciens, des experts enmatériaux ou en simulation de la turbulence. C'est l'étude des strati-fications thermiques dans les tuyauteries coudées.

Le parc de production se renouvelle

Avec l'arrivée de la turbine 200 MW de Gennevilliers, il devient clairqu'EDF doit reconstituer une force d'expertise en matière de com-bustion ou, plus généralement, de thermique à flamme. Deux autresFaits marquants le montrent. Ils sont consacrés aux lits fluidisés cir-culants, technologie qui devrait permettre au charbon de revenir aupremier plan, en se pliant aux nouvelles normes de pollution.

L'environnement et le réseau

Pour EDF, la préservation de l'environnement concerne autant, sinonplus, les réseaux de transport ou de distribution que les centrales deproduction. Il s'agit alors, avant tout, de préserver l'espace, indépen-damment des nuisances ou de la pollution. Pour diminuer le poidsdu réseau sur le paysage et l'espace en général plusieurs solutionssont possibles et ont donné lieu, en 1992, à des développementsintéressants. On se reportera aux Faits marquants concernant lapose mécanisée des câbles souterrains en haute tension, et larecherche d'une exploitation du réseau plus près de sa capacitémaximale, grâce aux dispositifs FACTS.

Ces solutions ont fait l'objet, en 1992, d'une évaluation qui a conduità redéfinir le développement du réseau de transport au cours desvingt prochaines années. On s'aperçoit en lisant le Fait marquantcorrespondant, que le poids du réseau sur l'environnement croîtbeaucoup moins que la consommation.

L'électricité au service de l'environnement

Si les ouvrages électriques, comme tous les ouvrages industriels,sont créateurs de nuisances qu'il faut limiter, l'usage de l'électricité,lui, ne crée pas de pollution et peut servir à les supprimer. QuatreFaits marquants décrivent ce qui s'est fait dans ce domaine en 1992,et qui passe progressivement du domaine de la recherche et déve-loppement à celui des procédés industriels.

La maîtrise de la consommation et la domotique

Pour la clientèle domestique, maîtriser la consommation veut dire,avant tout, la déplacer des périodes où l'électricité est chère (parceque difficile à produire) vers celles où elle est bon marché. Il fautpour cela disposer de signaux de prix (c'est le tarif expérimental

-Jf

EDITORIAL

Bleu-Blanc-Rouge) et de systèmes capables d'en tirer parti, c'est-à-dire de réseaux domotiques. La DER était présente, en 92, dans cesdeux domaines.

Bien entendu, la lecture de l'année 1992 qui vient d'être faite est trèsdistordue, et le lecteur s'en rendra compte lorsqu'il parcourra l'en-semble des Faits marquants. Fort heureusement, la DER n'a pasabandonné, au cours de l'année qui vient de s'écouler, ses recher-ches en contrôle-commande, ses études de simulation en ther-mohydraulique, son intérêt pour l'interconnexion des réseaux euro-péens, etc. Il est néanmoins intéressant de noter qu'au cours del'année la DER a accompagné et dans certains cas précédé l'Entre-prise dans son repositionnement. Il faut donc qu'au cours du plan93-95 qui commence, les pistes qui ont été ouvertes soient appro-fondies de sorte qu'EDF puisse disposer des technologies qui luiseront nécessaires.

Paul CASEAU,Directeur des Etudes et Recherches

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ORGANISATION ET GESTION DES ACTIVITÉS

Organisation et gestiondes activités

^traditionnellement, les activités de la Direction des Etudes etj Recherches se décomposent en deux grandes catégories :• - d'une part, des prestations d'études et d'essais à court terme,

assurées par la DER à la demande des autres Directions d'EDF : ce sontles Actions Initiées à la Demande (AID) ;- d'autre part, des actions à moyen et long terme, Actions de Rechercheet Développement (ARD) destinées, soit à étudier des produits représen-tant des solutions alternatives ou des réponses à des besoins nouveauxde l'Entreprise, soit à créer des moyens et des méthodes qui serontnécessaires pour répondre aux demandes futures dans le cadre desprestations.Pour être complet, il convient d'ajouter à ces deux catégories d'activitésles prestations que la DER fournit :— à des clients extérieurs à EDF : Administration, entreprises publiquesou privées, en particulier au travers d'EDF International;— aux autres Directions d'EDF par la mise à disposition du Centre deTraitement Informatique de Clamart, ce qui conduit à une forte activité«calcul»,Toutes ces actions de recherche sont rassemblées, pour des besoins degestion interne, en sept axes de recherche.

Le budget de l'année 1992

Le compte de résultat de l'année 1992, conforme aux orientations duPlan Stratégique, s'élève à 3 120 millions de francs, soit 1,8% du chiffred'affaires de l'Entreprise (tableau 1 et figures 1 et 2).Dans ce budget, les contrats extérieurs de recherche et développementeffectués pour la DER par des équipes de recherche extérieures à EDFreprésentent 140 MF auxquels s'ajoutent 40 MF de contrats avec deséquipementiers.Le budget d'investissement s'élève à 232 MF, soit 0,7 % du montant desinvestissements d'EDF.

La fin du Plan Stratégique 1990-1992,le début du nouveau plan 1993-1995

L'année 1992 se situant à la frontière entre deux Plans Stratégiques, ilconvient de faire une analyse des principales orientations de ces plans.

FAITS MARQUANTS 1992

Tableau O Compte de résultats de la DER (en MF).

AID

ARD

Prestations externes

Coût du calcul pour le compte EDF*

Total

1991

11401480

70

390

3080

1992

11831540

41

356

3720

* Ce coût ne comprend pas le coût du calcul effectué pour les AID et les ARD1

coût déjà compté dans les actions correspondantes.

13%

48%

12%

Coût nol du calcul

Actions milice;

37%I D P

49%38%

Année 1991 Année 1992

Répartition du budget de la DER. Comparaison entre 1991 et 1992.

18%

10%

34%18%

2,50%

• Equipement

• Electricité Production! Iran sootl

i • EDF GDF SERVICES

D Développementet sliategje cnmmeiny

! a Autres

9,50%

35%

36%Année 1991

35%Année 1992

B Ventilation du volume d'AID. Comparaison entre 1991 et 1992.

Les orientations du plan 90-92 ont été globalement bien respectées mal-gré des variations sensibles des évolutions des axes de recherche parrapport aux prévisions. Ce résultat montre tout l'intérêt d'un contrat plu-riannuel permettant de gérer correctement les variations, quelquefoisrapides, des besoins de recherche.L'activité de recherche et de développement évoluera pendant lapériode 1993-1995 de façon analogue à celle de la période précédente :c'est-à-dire en croissance de l'ordre de 1% à 2% en volume.Le Plan Stratégique fixe comme objectif que cette croissance soit réali-sée à moyens globaux constants. Cet objectif est possible d'abord grâceà une bonne gestion, particulièrement des frais généraux et de l'activitétertiaire, mais surtout grâce à l'augmentation de la productivité informati-que.

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if.

ORGANISATION ET GESTION DES ACTIVITÉS

En ce qui concerne les axes de recherche on constate que l'évolutiongénérale est conforme à ce qui était prévu, mais que des tendances nou-velles se confirment.

• Le budget de l'ensemble axe 1 : Matériels classiques des centrales etaxe 2 : Matériels nucléaires a moins baissé que prévu pendant le plan90-92. Ce budget devrait décroître de l'ordre de 0,7% par an enmoyenne pendant le plan 93-95.L'augmentation durant le plan 90-92 est due à l'axe î , car la recherchesur les filières classiques s'intensifie. Le parc de centrales arrivant àl'équilibre de production, les «moyens de pointe» thermiques à flammereviennent au premier plan des préoccupations. Cette évolution conduità améliorer les compétences en matière de turbines à combustion et àdévelopper la filière charbon à lit fluidisé circulant.Pour ces mêmes raisons, cet axe continuera à croître légèrement pen-dant le plan 93-95.Malgré la baisse de l'activité sur les réacteurs rapides, l'axe 2 s'est main-tenu sensiblement au même niveau pendant le plan 90-92. Il devraitmaintenant légèrement décroître.Il reste soutenu d'une part à cause du devenir du parc en exploitation etde l'estimation de la durée de vie qui conduisent à étudier des phénomè-nes d'endommagement, de fragilisation et leurs conséquences, et d'autrepart a cause des études d'amélioration de la sûreté, des travaux sur lecomportement du combustible et de l'effort nouveau sur l'aval du cycle.

• Les dépenses avaient été prévues constantes pendant le plan 90-92sur l'axe 3 : Réseaux de transport et de distribution. En fait elles ont légè-rement augmenté à cause du développement rapide des études surl'électronique de puissance, la modélisation des machines et la supra-conductivité.Une diminution des dépenses de 3 % par an est prévue sur la période duplan 93-95 mais elle est entièrement duo à la restructuration des grandilaboratoires électriques.Pour le reste de l'activité sur cet axe, les orientations prises par l'Entre-prise apportent de nouvelles études avec l'évolution du réseau euro-péen, la qualité d'alimentation de la clientèle, la planification des réseauxpour tirer le meilleur parti de l'existant et optimiser renforcement, exploi-tation et environnement. Cela passe par des développements technolo-giques tels que câbles à isolation gazeuse, compensation, contrôlecontinu des températures des lignes de transport, techniques nouvellesd'enfouissement des lignes.

• L'axe 4 : Applications de l'électricité a beaucoup bénéficié de la prioritédonnée à ce secteur. Le budget de cet axe a augmenté de plus de 6 %par an pendant le plan 90-92. Le budget a dépassé celui de l'axe 3 audébut du plan puis celui de l'axe 2 l'année dernière.La même priorité sera donnée à ce secteur durant le plan 93-95 mais lacroissance du budget sera moins forte, 4,5% par an, et changera de

il

FAITS MARQUANTS 1992

domaine. Le secteur des applications industrielles, locomotive des dixdernières années restera au niveau de 1992, ou baissera légèrementmalgré les nouvelles applications de traitement des déchets. Les sec-teurs résidentiel et tertiaire augmenteront fortement avec l'importancecroissante de la gestion énergétique des bâtiments, de la domotique, dela climatisation.• Le budget de l'axe 5 : Environnement devait baisser. Il a moins baisséque prévu à cause d'une augmentation en fin de plan due aux études <surle climat et l'effet de serre. Le niveau atteint en 1992 devrait être main-tenu pendant le plan 93-95 à cause de ces mêmes études et des travauxsur la gestion de l'eau et l'impact du thermique classique.• Le budget de l'axe 6 : Surveillance et conduite est en léger déficit parrapport à la prévision du plan 90-92. Il devrait continuer à légèrementdécroître de l'ordre de 1 % par an sur la période 93-95.Les grands domaines de cet axe restent la surveillance en continu desgrands composants, l'amélioration des contrôles non destructifs, l'opti-misation de la maintenance et le contrôle-commande des centrales etdes réseaux. Sur l'ensemble de ces projets il est nécessaire d'arriver àla maîtrise complète des techniques de développement des systèmes.L'expérience acquise en matière de génie logiciel, de développementdes systèmes à base de connaissances, de simulation et qualificationd'architecture devrait conduire à proposer des méthodes permettantd'avancer plus vite et plus sûrement.• Le budget de l'axe 8 : Appui scientifique et technique a baissé maismoins que prévu pendant le plan 90-92 notamment à cause d'unedemande de prestations plus forte que prévue. Ce budget devrait semaintenir au cours du plan 93-95 en raison du développement de codes,d'outils documentaires performants et de l'effort en matière de politiqueindustrielle.

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NOUVELLES APPLICATIONS DE L'ELECTRICITE

Nouvelles applicationsde l'électricité

Réception d'un prototype de borne de recharge rapidepour véhicules électriques

Trois nouveaux outils pour le soutien de l'actioncommerciale en tertiaire : CA-SIS, PIPER, guide CLIM

CLIM 2000 : les premières applications opérationnelles

Mouvements d'air dans une pièce chauffée et ventilée :mesures et simulations numériques

La DER à la tête d'un projet domotique européen,dans le cadre du programme ESPRIT III

Vapeur et lit fluidisépour déshydrater la pulpe de betterave

L'acier en mutation

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22

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FAITS MARQUANTS 1992

Réception d'un prototypede borne de recharge rapidepour véhicules électriques

EDF se prépare à l'arrivée du véhicule électri-que. Le premier prototype de borne destinée àla recharge rapide des batteries a été récep-tionné et testé. Les informations tirées de cesessais seront prises en compte, tant enmatière de normalisation, que dans la prépa-ration des bornes de recharge rapide prévuespour l'expérimentation conduite à La Rochelleen 1993.

L'ensemble des constructeurs d'automobiles ontannoncé leur intention de s'engager dans la fabrica-tion et la commercialisation prochaine de véhiculesélectriques. Ce nouveau mode de transport nepourra se développer que si un environnement favo-rable est mis en place pour l'accueillir, en particulierconcernant la recharge des batteries.En effet, les batteries actuelles n'autorisent que desautonomies de 50 à 100 km avec un mode derecharge relativement lent (6 à 8 heures). Cesystème ne permet pas de faire face à l ' imprévu.Aussi, est-il important pour la t ranqui l l i té des ut i l i -sateurs d'avoir la possibilité de prolonger l'autono-mie de la batterie par des recharges partielles entemps limité. Cette exigence nécessite le développe-ment d'infrastructures de recharge adaptées etoffrant toutes les garanties de sécurité électrique.EDF. distributeur d'électricité, a décidé d'être lemoteur de ce développement et a entrepris, en liai-son avec d'autres industriels, un vaste programmepermettant de définir les fonctions d'une borne derecharge et d'assurer son industrialisation.

Du prototype de borne de recharge...

La première étape de ce programme a consisté àdévelopper un premier prototype de borne derecharge rapide avec Ia société SGTE (Westing-house France). Cette borne, présentée lors du Mon-dial de l 'Automobile 92 (figure 1), a été réception-née et essayée à la DER afin de permettre une pre-mière évaluation technique de ce type de dispositif(figure 2). Ce chargeur d'une puissance voisine de15 k\V possède plusieurs fonctions originales :

— adaptation de la charge au type de batterie pré-sentée :

Vue de la borne de recharge rapide au Mondialde l'Automobile 92.

— possibilité de raccorder simultanément deuxvéhicules afin de commencer la recharge du seconddès que celle du premier est terminée;- pilotage de la charge par un module externe ouinterne;— dialogue avec l 'util isateur et paiement par carte àpuce.

... vers le chargeur intelligent

Les informations tirées de ces essais sur site et enplateforme viennent alimenter la réflexion enmatière de normalisation et de sécurité électrique.Elles contribueront à la rédaction des spécificationsdes bornes de recharge futures appelées à apparaîtresur la voie publique. En particulier, le partage destâches entre le chargeur rapide et la batterie du véhi-cule semble acquis : cette dernière assurera, aumoyen d'un module intelligent. Ie pilotage de sapropre recharge. Util isant un protocole de dialogue

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I*r.

NOUVELLES APPLICATIONS DE L'ELECTRICITE

Instrumentation de Ia borne pendantles essais.

en cours de normalisation, la batterie fournira enpermanence au chargeur les consignes de tension etde courant nécessaires à sa recharge, compte tenude ses paramètres internes (tension, capacité, tem-pérature, nature du couple électrochimique, âge,etc.). Cette répartition des tâches permettra, d'unepart d'assurer la polyvalence des chargeurs vis-à-visdes batteries qui varieront selon les véhicules, etd'autre part d'adapter le profil de la charge à l'état dela batterie afin de préserver son espérance de vie.D'ores et déjà, la deuxième phase du programme estlancée et les bornes de recharge prévues pour LaRochelle fin 1993 devraient bénéficier de cette expé-rience.

ME - Département Machines Electriques.

Sorti» de la borneTerminal output

Alimentationtriphasée

Three phasesnetwork

r1

Batterie Ni/Cd et rétMance simulantun véhicule électrique

NlICd banmy »nd /wfctor simulatingelectrical vehicle

I. U

Cartes de commandeControl boards Oscilloscope Imprimante

Printer

Trois nouveaux outilspour le soutien de l'action commerciale en tertiaireCA-SIS, PITER, guide CLIM

Soutenir l'action commerciale en s'assurantde la qualité des solutions mises en œuvre,nécessite des outils. Cette année, la DER aréalisé une série d'outils destinés au secteurtertiaire, qui vont du logiciel de projet adaptéaux grands bureaux d'études au guide dechoix destiné aux installateurs.

CA-SIS, outil de projet des systèmesde climatisation

Pour contribuer a l'essor des systèmes de climatisa-tion centralisée. EDF a mis au point un logiciel derecherche de calculs thermiques, CA-SIS (Condi-tionnement d'Air - Simulation des systèmes),adapté à l'évaluation des performances des systè-mes et à leur optimisation.Cet outil modulaire est destiné à dimensionner desinstallations de climatisation centralisées et à calcu-ler leur coût de fonctionnement. Il permet de traiterles systèmes de types « pompes à chaleur sur boucle

d'eau», «ventilo-convecteurs», «roof-top» (pom-pes à chaleur air/air réversibles en toiture) coupléesou non avec un système de renouvellement d'airsimple ou double flux et une gestion de l'installa-tion.

La bibliothèque comporte autant de modèles qu'il ya de composants dans le* systèmes. Elle est évolu-tive dans la mesure où pour simuler un nouveaucomposant ou plus généralement un nouveausystème, il suffit de créer de nouveaux modèles.Chaque composant est directement modélisable àpartir des documents constructeurs (abaques,tableaux de performances) répertoriés dans un ouplusieurs fichiers de performances (figure 1).

Les principales caractéristiques du logiciel sont unearchitecture modulaire et évolutive, une descriptionexplicite du système, un pas de temps horaire et uneadéquation idéale entre les besoins du bâtiment etla puissance disponible de l'installation.

CA-SIS est donc à la fois un outil de projet (choix dela solution technique la mieux adaptée à un

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FAITS MARQUANTS 1992

U Assemblage d'un projet dans CA-SIS.Les modèles présents dans cet assemblagecorrespondent au lecteur météorologique, aubâtiment, aux ventilo-convecteurs à deux tubes,à la boucle d'eau, aux appareils de productionénergétique centralisés (groupe de froid, ballonà hydroaccumulation), au tarif électrique, auxsorties de résultats ; les liaisons entre lesmodèles matérialisent les flux d'informationentre eux.

contexte donné) et de recherches (optimisationd'un système innovant).La version 1.0 de CA-SlS est achevée. En 1993, desdéveloppements complémentaires (réalisation desolutions types, base de données, calculs réglemen-taires, validation) rendront ce logiciel robuste à uneutilisation éventuelle au sein des grands bureauxd'études en climatisation.

PITER, calcul des coûts d'exploitationdans le tertiaire à usage intermittent

Le logiciel de simulation dynamique PITERapporte une solution innovante pour traiter les cal-culs de consommation dans les locaux tertiaires àusage intermittent ou permanent, chauffés à l'élec-tricité (figure 2).PITER. disponible sur micro-ordinateurs compati-bles, calcule rapidement les bilans d'exploitationénergétique et financier de bâtiments tertiaires enchauffage électrique direct, en intégrant d'autresusages électriques comme l'éclairage, l'eau chaudesanitaire ou la cuisson.De plus, largement diffusé dans le cadre de la biblio-thèque du programme PAN (Programme d'Aide à laNégociation), il est accessible à tous les profession-nels du secteur : bureaux d'études, architectes, etc.,ainsi qu'aux services commerciaux et techniquesdes Centres EDF GDF SERVICES.La saisie des données de PITER est modulaire : ellese décompose en six volets que l'utilisateur peut

activer dans un ordre quelconque (bâtiment, envi-ronnement, scénarios, tarifs, simulation, optimisa-tion,...).Chaque zone du bâtiment est schématisée par unsystème dynamique à deux constantes de temps,caractérisant non seulement ses déperditions stati-ques, mais aussi son inertie, indispensables à unebonne évaluation de son fonctionnement en régimeintermittent. Les calculs sont ensuite menés heurepar heure sur la période de simulation par résolu-tion numérique des équations différentielles qui endécoulent.Suivant les objectifs de son étude, l'utilisateur dePITER peut visualiser différents types de résultatssous une forme adaptée (tableaux, histogrammes,courbes).PITER allie la simplicité d'emploi et une modélisa-tion précise, à la fois statique et dynamique du bâti-ment, et constitue ainsi un outil efficace. Il facilitenotamment la conception de systèmes de gestiond'énergie performants tirant partie de l'inertie desbâtiments pour optimiser le coût d'exploitation deslocaux tertiaires à occupation intermittente.

Climatisation individuelle :soutien à la qualité des installations

Face à la forte progression du marché de la climati-sation individuelle, les constructeurs soucieux depermettre aux utilisateurs de s'équiper d'un maté-riel adapté, proposent aujourd'hui un choix trèsvaste de climatiseurs.Mais cette extrême diversité des modèles pose leproblème du choix du matériel et de son adéquationau type de local à climatiser.C'est la raison pour laquelle un guide de choix etd'installation des climatiseurs autonomes indivi-

B Courbes des températures issues d'unesimulation d'un logement tertiaire à l'aide dulogiciel PITER :— en blanc : la consigne variable entre 14 et19°C(Tcons);- en jaune : la température extérieure (Text) ;- en rouge : la température d'air du logement(Tair);— en bleu : la température résultante (Très).

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\NOUVELLES APPLICATIONS DE L'ELECTRICITE

duels a été réalisé, en collaboration avec le Centrescientifique et thermique du bâtiment (CSTB). Sadiffusion est appuyée par le groupement d'intérêtéconomique «climatisation et développement».Il propose aux installateurs une grille de sélectionpermettant de cerner rapidement le choix du clima-liseur à implanter en l'onction des contraintes dulocal, et précise les principales règles concernantson installation. Chaque partie du guide est illustréede schémas permettant une compréhension rapideet une approche concrète du sujet traité.Prévenant l'installateur occasionnel d'un certainnombre d'écueils aisément évitables, le guideaborde de façon synthétique les principaux aspects

techniques liés à ces matériels. Il se veut utile et pra-tique pour tous les installateurs, !rigoristes, chauffa-gistes ou électriciens, pouvant intervenir sur desinstallations de climatisation de ce type.

Une gamme d'outils

Ces trois outils sont une illustration des moyens misen œuvre pour soutenir l'action commercialed'EDF, moyens indispensables à la promotion desproduits que nous contribuons à améliorer.

ADEB - Département Applications de l'Electricitédans les Bâtiments.

CLIM 2000 :les premières applications opérationnelles

CLlM 20OO : la modélisation modulaireen énergétique du bâtiment

Pour le logiciel CLIM 2000, un bâtiment et ses équi-pements thermiques sont un assemblage d'élé-ments autonomes tels que des murs, des fenêtres,des convecteurs. des climatiseurs, etc. Leur fonc-tionnement global résulte du comportement proprede chacun de ces éléments et de leurs couplages.Dans cet esprit, le comportement thermique de cha-que élément est décrit par un ou plusieurs modèlesindépendants adaptés au niveau de précision requis.Les couplages se font par le biais des connexionsdont ils sont dotés.CLIM 2000 est ainsi constitué d'une bibliothèquede modèles élémentaires, d'une interface d'assem-blage et de saisie, d'un solveur général d'équationsalgébriques et différentielles ainsi que d'un modulede traitement et de mise en forme des résultats(tableaux 1 et 2).De fait, le champ d'applications de CLIM 2000 et samodélisation ne sont pas figés. En effet, l'utilisateurconstruit lui-même, par assemblage, le modèle dontil a besoin, et si un phénomène ou un composantn ;st pas disponible sous la forme souhaitée, il suffitd'implanter dans la bibliothèque de CLIM 2000 lenouveau modèle élémentaire correspondant.

1992 : les applications opérationnellesvalident la modularité de CLIM 2000

La figure 1 représente le modèle réalisé par un utili-sateur de CLIM 2000 pour étudier le dimensionne-ment et la régulation du chauffage d'un apparte-ment par plancher en base et convecteurs enappoint.

Objectifs de l'étude :— déterminer la puissance à installer sur le plancheren base et dans les convecteurs d'appoint pour assu-rer le meilleur confort possible tout en minimisantla consommation d'électricité et son coût ;— optimiser en fonction des tarifs choisis par leclient, la gestion et la régulation des deux systèmesde chauffage.Une telle étude exige des simulations sur toute lasaison de chauffage (d'octobre à mai) ; en revanche,on ne cherche pas à décrire finement les échangesthermiques à l'intérieur du logement.Cet exemple illustre l'intérêt du concept de modula-

Tableau D Modèles élémentaires de CLIM 2000utilisés dans l'étude de la figure 1.

Numéro

1

2

3

4

7

8

9

13

45

46

55

Type

Paroi homogène éclairée

Paroi homogène interne

Interface air-paroi

Volume d'air

Température extérieure

Rayonnement

Vitre externe

Température de consigne fixe

Température de consigne variable

Apport de chaleur

Régulateur

17

\FAITS MARQUANTS 1992

O Interface utilisateur du logiciel CLIM 2000 :étude du dimensionnement et de la régulationdu chauffage d'un appartement.L'utilisateur a choisi une représentation assezsimple de l'appartement en supposant satempérature uniforme. Celle-ci est obtenue parun bilan d'énergie décrit par le modèleélémentaire n° 4 au centre du schéma.Néanmoins, il s'est attaché à prendre en compteprécisément les différents termes d'inertie pourobtenir une bonne image du fonctionnementdynamique du logement, ce qui est nécessairepour l'étude des régulations. Pour cette raison,sur le graphe, plusieurs éléments caractérisentle mobilier (MOB 3), les cloisons intérieures(CLO 3), la porte donnant sur le palier (POR 3),etc.En haut du graphe, le plancher visible estégalement discrétisé pour rendre compte desphénomènes de diffusion et d'absorption de lachaleur émise par le câble chauffant (modèlen° 44). Celui-ci est régulé sur la températured'air extérieur (modèle n° 7).Les convecteurs sont représentés par unesimple source de chaleur (modèle n° 46),régulée sur la température d'air intérieur.L'ensoleillement (modèle n° 8) est pris encompte, d'une part sur les murs donnant surl'extérieur, en bas à gauche du graphe, d'autrepart au travers de la fenêtre (modèle n° 9).Un dernier point de modélisation est à noter :tous les logements de l'immeuble étantsupposés avoir le même comportement, lemodèle de plancher du logement étudié estégalement représentatif de son plafond. Lesdeux extrémités du plancher ont donc étéconnectées au modèle n° 4 caractérisant l'airintérieur.

Tableau B Macro-modèles.

Référence

A 13

BET 6

CLO 3

END 2

ESC 3

ISO 6

INT 2

MOB 3

POR 3

Type

Apports internes

Couche de béton interne

Cloisons intérieures

Couche de béton externe

Escalier

Isolant

Murs entre logements

Mobilier

Porte de palier

rite de CLIM 2000 offrant à l'utilisateur toute libertéde construire le modèle le mieux adapté à l'étudequ'il doit mener.

Un modèle souple et efficace

Par ailleurs, ce modèle de logement étant construit,la notion de macro-composant permet la constitu-tion d'un système plus complexe à même de rendrecompte, par exemple, du comportement spécifiquede chaque occupant de l'immeuble.De même, le remplacement des composants est trèssimple. On peut, par exemple, imaginer utilisercomme source de chaleur du plancher un circuitfluide sur pompe à chaleur. Il suffit pour cela deremplacer le modèle n" 44 par les modèles adéquatsprésents dans la bibliothèque de CLIM 2000.D'autres études ont été réalisées en 1992, avec lesmêmes outils, sur des sujets très différents :— chauffage d'un bâtiment industriel ;— fonctionnement dynamique d'un ballon d'eauchaude sanitaire;— évaluation des coûts d'exploitation du chauffageélectrique dans l'habitat pour différentes structurestarifaires ;— caractérisation des transferts thermiques d'unlogement à un autre dans un immeuble collectif.Ces applications confirment la souplesse du conceptde modularité de CLIM 2000 et l'efficacité de sesoutils. Elles sont déterminantes pour l'avenir dulogiciel puisque, par principe, elles facilitent la réuti-lisation de travaux passés. La constitution de macro-modèles amorcée cette année, renforcera encoreson efficacité dans l'avenir. 1992 marque donc la finde la période de mise au point de CLIM 2000 et ledébut de son utilisation courante à la DER.

ADEB - Département Applications de l'Electricitédans les Bâtiments.

!18

v fr

NOUVELLES APPLICATIONS DE L'ELECTRICITE

Mouvements d'airdans une pièce chauffée et ventiléemesures et simulations numériques

En vue de son utilisation comme support desmodèles globaux d'aide à la conception desappareils de chauffage ou de climatisation, lecode tridimensionnel N3S a été validé sur desessais aérauliques qui reproduisent les princi-pales structures de l'écoulement dans unlocal chauffé.

Les mouvements d'air dans les locaux d'habitationsont généralement complexes et difficiles à modéli-scr finement, AIIn d'aider à la conception et audimensionnement des divers matériels de chauffageou de climatisation, la DER développe des outilsnumériques tels CLIM 2000 fondés sur des modèlessimplifiés qui décrivent globalement les échangesde masse et de chaleur entre différentes zones dulocal supposées homogènes. Ces modèles ont pourintérêt d'être peu coûteux et faciles à utiliser par lesindustriels. Cependant, des études complémentai-res expérimentales ou numériques sont nécessairespour caractériser et modéliser les différentes zonesdu domaine. L'utilisation d'un code de thermohy-draulique tel que N3S, qui résout les équations deNavier Stokes et détermine en chaque point de

l'écoulement ses composantes dynamiques et ther-miques, sera un moyen efficace pour accéder à cesinformations. Cependant, avant d'entreprendre unetelle démarche, il faut s'assurer de la validité desrésultats du code sur des cas simples.

Une maquette simplifiée

Une série de simulations des mouvements d'air ausein d'un local chauffé a été entreprise avec N3S. Lacomplexité des conditions aux limites pour un locald'habitation réel équipé de systèmes aérauliques etthermiques, tels que les entrées d'air et les convec-teurs, ne peut être reproduite rigoureusement par lecode. Les phénomènes associés (convection natu-relle, mixte, jets, panaches d'air chaud) ont étésimulés expérimentalement de façon simplifiée surune maquette conçue avec le laboratoire d'étudesthermiques de Poitiers. On a cherché en particulierà s'affranchir des effets du rayonnement thermiqueet à disposer de conditions aux limites clairementdéfinies. Il s'agit d'une cavité cubique constituée deparois dont les températures sont imposées. Afin dene pas entraîner des temps de calcul trop impor-tants, la maquette a été élaborée pour générer des

Dans le cas du plancher chauffant, avec une bouche d'aération en haut du mur de gauche et uneévacuation d'air en bas du mur de droite, il se crée dans la pièce un écoulement circulaire initié parle jet d'air froid et entretenu par le réchauffage de l'air sur le sol. Ce mouvement de rotation est bienreproduit par le code.

Vitesse (m/s) Température (C),, 1 m .. Vp/oc/fy Temoerature rr.\

0.2m.

/ ^ . ^ N ./ , 'î ' * " x M' ^ \ iI f . *t , , ' 1 M1 v v J .' * ', \v \ — —

02 -

O 1 -

00-

- 0 1 -

Plancher chauffant _ O J .. Heated floor

JyI

• u mesuréemeasured

°v mesuréeo\ measured°\ — u calculée

\ calculated"\ —v calculée

N^ calculated

V \ /^v 0 \/^^^\\200 JOO 600 BOO 10

21-

20-

19-

18-

17-

30

• t mesuréemeasured

— t calculéeIf calculated

ïl»\

V ' ' .

200 JOC 600 3Of. 10OC

* x (mm) x irnm*

Allure de l'écoulement Profils de telT1Perature et des vitesses horizontale (u) et verticale (v)Velocity field calculés et mesurés le long de l'axe y = 0,2 m

Temperature and velocity profiles for y = 0.2m

19

v (•

FAITS MARQUANTS 1992

écoulements bidimensionnels : la cavité est limitéedans la troisième direction par des parois adiaba-tiques.

Des configurationsd'écoulement variées

Trois systèmes de chauffages (convecteur, plancheret plafond chauffants) ont été simulés expérimenta-lement et numériquement. Chaque configurationdispose d'une aération représentée simplement parune entrée horizontale d'air froid en haut d'un muret d'une fente horizontale aménagée dans le bas dumur opposé assimilable à la reprise d'air au-dessousd'une porte. Le convecteur est simulé par un jetd'air chaud vertical ; pour les calculs avec plancherou plafond chauffant, les températures imposéessur les parois horizontales correspondantes sontsupérieures à celles des murs verticaux.Une série de visualisations préliminaires des écou-lements générés par le montage expérimental aprouvé que des comportements radicalement diffé-rents pouvaient être observés dans une même confi-guration en fonction des conditions aux limites(débit de ventilation, température de l'air injecté,puissance du système de chauffage...). La structure

des écoulements est directement liée au rapportd'influence de l'inertie (persistance du jet d'airentrant) et des forces de flottabilité (effet de la gra-vité en présence de gradients de densité).

Des résultats de calcul satisfaisants

Les confrontations mesures-calculs (figure 1) ontrévélé que les résultats obtenus par N3S sont satis-faisants dans le cas d'écoulements où les deuxmoteurs (inertie et gravité) contribuent au mêmeeffet, ou bien lorsque l'un des deux est prédomi-nant. En revanche, quelques écarts sur les champsdynamiques et thermiques ont été constatés dansdes situations plus critiques, quand l'inertie et lagravité induisent des efforts contraires dont lesintensités sont comparables en ordre de grandeur.Dans les trois configurations étudiées, les prncipa-les structures observées expérimentalement ont étéretrouvées numériquement, ce qui permet de vali-der l'aptitude du code N3S à reproduire au moinsqualitativement ce type d'écoulements.

TTA - Département Transferts Thermiqueset Aérodynamique. •

La DER à la tête d'un projet domotique européen,dans le cadre du programme ESPRIT III

La domotique ouvre des possibilités nouvel-les d'applications de l'électricité dans leslogements et les bâtiments. Elle rend possibledes échanges d'informations entre fonctionset permet ainsi une meilleure utilisation del'électricité, un surcroît de confort, et de sécu-rité. Dans ce contexte, la capacité de commu-nication des différents appareils est un facteurclé.

Une application particulièrementintéressante : la gestion intelligentede la charge par incitation tarifaire

L'un des objectifs d'EDF est de répartir le mieuxpossible la consommation pour diminuer les écartsentre les pointes et les heures creuses, et ceci sur lajournée et sur l'année.Pour ce faire, des tarifs modulés dans le temps ontété progressivement mis en place pour refléter lemieux possible les variations des coûts de l'électri-cité.Pour que l'usager puisse tirer parti de ces tarifs rela-tivement complexes, il faut mettre à sa disposition

des systèmes automatiques qui permettent do fairefonctionner les appareils les plus puissants en fonc-tion des besoins (immédiats ou non) et du tarif envigueur.Des signaux tarifaires doivent donc être véhiculésentre le distributeur et le compteur de l'abonné,puis entre le compteur et les appareils consomma-teurs.Transmettre ces informations et provoquer desactions automatiques d'appareils est l'une des possi-bilités des systèmes domotiques ayant des capacitésde communication.

Des applications potentiellestrès larges

Mais les applications basées sur la communicationentre appareils ne se limitent pas à cet exemple : onpeut citer des applications de sécurité telles que ladétection d'intrusion, la transmission a distanced'alarmes (porte du congélateur restée ouverte,fuite d'eau dans le sous-sol d'un pavillon,...), desapplications dans le domaine de l'audiovisuel(regarder dans la chambre à coucher une cassettevidéo à partir d'un magnétoscope situé dans le

20

NOUVELLES APPLICATIONS DE L'ELECTRICITE

séjour, et pouvoir agir sur celui-ci grâce à la télécom-mande du téléviseur,...!.

La nécessitéd'un développement concerté

On conçoit bien que, si l'on souhaite un développe-ment harmonieux de toutes ces applications, unestandardisation est nécessaire. Un travail a déjà étéréalisé dans ce sens par diverses entreprises euro-péennes dans le cadre du programme ESPRIT II.Des spécifications de transmission ont été élabo-rées. Elles permettent l 'utilisation de plusieurs sup-ports interconnectés. Outre la transmission sans filpar infrarouge ou radio, plusieurs supports de com-munication sont prévus : la paire torsadée (fil télé-phonique), le câble coaxial, et les fils du réseau élec-tr ique lui-même, en utilisant la technique de trans-mission par courants porteurs. Cette techniqueconsiste à superposer un courant haute fréquencevéhiculant de l ' information au courant circulant surles lignes électriques.Elle a l'avantage indéniable d'utiliser un supportexistant dans toutes les maisons, ce support reliantnaturellement les appareils consommateurs d'élec-

Tableau O Les partenaires du projet ESPRIT 6782(home systems components).

Compagnie

DaimlerBenz AEG

EDF

EHSA(européenhomesystemsassociation)I & T Com

Landis&GyrORPHELEC(partenaireassociéd'EDF)

SGSThomsonThomsonConsumerElectronicsThorn EMI

Pays

Allemagne

France

Pays-Bas

France

France

France

France

France

Grande-Bretagne

Applications principales

Produits blancs(machines à laver,congélateurs,...)Production etdistributiond'électricitéPromotion des normesESPFtIT dans ledomaine de ladomotique

Développement deservices sur réseauxcâblésMatériel de commandeet de régulationDéveloppement etpromotion deconcepts decommunication parcourants porteursComposantsélectroniquesProduits bruns (TV,magnétoscopes,...)

Audio video, systèmesde sécurité, éclairage

Encadré O ORPHELEC.

Association régie par la loi de 1901 regroupantdes industriels pour promouvoir et diffuser auniveau européen un concept de communicationpar courants porteurs à vocation domestique.Objectifs de l'association :- définir les règles d'interopérabilité entre pro-duits raccordés au réseau électrique, qui leurpermettent d'échanger sur ce réseau des messa-ges de signalisation et de commande ; ,— définir les procédures de vérification deconformité des produits industriels développés ;- délivrer un label aux produits qui serontconformes à ces règles, aux normes européen-nes de télécommunication et aux règles de quali-fication des équipements électriques ;- promouvoir, au niveau européen et interna-tional, les solutions développées au sein de l'as-sociation.

tricité. Les courants porteurs sont donc particulière-ment adaptés aux applications de gestion de l'éner-gie, mais conviennent aussi pour d'autres applica-tions (télécommande, sécurité technique,...).

Objectif du projet ESPRIT 6782(home Systems components)animé par EDF :rendre possible la communicationà faible coût entre appareils

Le projet a pour objectif de réaliser les élémentsnécessaires pour !'implementation des possibilitésde communication dans des produits domotiques,suivant les normes définies. Il s'agit non seulementdes composants électroniques (circuits intégrés spé-cialisés) mais aussi des outils nécessaires à leur utili-sation (logiciels, outils d'aide au développement,documentation,...). Le projet, qui a démarré en avril1992, a une durée de trois ans et un budget global deprès de 100 MF.Huit partenaires de q >atre pays y participent(tableau 1). Ils représentent les principales applica-tions domotiques actuellement envisagées. De plus,par l'intermédiaire de l'association ORPHELEC(encadré 1), ce sont plus de 25 industriels qui met-tent leur expertise au service du développement deproduits fiables et économiques capables de com-muniquer par courants porteurs.

CCT - Département Consommations, Clientèle,Télécommunications.

21

FAITS MARQUANTS 1992

Vapeur et lit fluidisépour déshydrater la pulpe de betterave

Le séchage de la pulpe de betteraves est uneétape importante pour valoriser des sous-pro-duits agricoles utilisés dans la fabricationd'aliments pour animaux.

Pour remplacer les séchoirs rotatifs à airchaud, couramment utilisés dans l'industrieagro-alimentaire, une nouvelle techniqueassociant lit fluidisé et vapeur surchauffée aété développée : elle permet à la fois d'obtenirdes produits de meilleure qualité en contrô-lant la température de traitement, de limiterles rejets atmosphériques et d'améliorer lesperformances énergétiques en réutilisantl'énergie issue de la vaporisation de l'eau aucours de séchage.

Rappel du principe du séchageà la vapeur d'eau surchauffée

L'idée d'employer de la vapeur d'eau surchaufféepour déshydrater des produits peut paraître surpre-nante, mais elle est déjà ancienne et date de 1862.Son principe consiste à transférer de l'énergie d'unevapeur d'eau en état de surchauffe vers un produithumide. La vapeur d'eau extraite du produit et doncl'énergie contenue peuvent être facilement récupé-rées comme fluide exporteur (vapeur d'eau satu-rée). Une simple surchauffe de cette vapeur par unapport extérieur d'énergie permet de redonner à cefluide un nouveau pouvoir séchant.Après différentes tentatives pour passer du conceptà la réalisation, une offre industrielle crédible existeaujourd'hui dans le domaine sucrier pour la déshy-dratation des pulpes de betterave.

Le sécheur de la sucrerie Lesaffre

La société danoise NIRO a, en effet, utilisé ce prin-cipe et l'a adapté à un sécheur à lit fluidisé sous pres-sion destiné à traiter la pulpe de betterave. Aprèsplusieurs années de recherches, le premier sécheurindustriel d'une capacité évaporatoire de 25 t/h, aété installé en 1990 à la sucrerie Lesaffre à Nangis(Seine-et-Marne, France) dans le cadre d'une créa-tion d'atelier de déshydratation (figure 1).Cette sucrerie, qui traite environ 5000 tonnes parjour de betterave, autoproduisait jusqu'alors sonélectricité par deux turbo-alternateurs alimentés parde la vapeur à moyenne pression (25 bars) et à350 "C.

Entrée produitSew conveyorDéflecteur statiqueStationary banesChambresupérieureCyiiateiCycloneSi* cycloneElecteurElectorEntreesurchautfeurStationary setol vanesSu.'Chaufleurrieal exchangesVentilateurImpellerSortie vapeurOutletSortie produitScrew comeyot

Schéma du sécheur à vapeur d'eau surchaufféeNIRO à lit fluidisé sous pression.Les pulpes sont introduites par la vis (1) dans lapremière des 16 cellules disposées autour dusurchauffeur central (7). La vapeur surchaufféeest distribuée au bas de chaque cellule parl'intermédiaire du ventilateur (8), seul organemobile du système. Sous l'effet de lafluidisation, les particules vont circuler de lacellule d'entrée jusqu'à la cellule de sortie (10).C'est durant cette mise en mouvement desparticules que s'effectue le séchage. Aprèsavoir été dépoussiérée par un système dechicanes et de cyclone (4), cette vapeurmaintenant proche de la saturation est aspiréedans le surchauffeur central pour retrouver sonpouvoir séchant. Elle est ensuite distribuée ànouveau dans chaque cellule par le ventilateur.Les buées produites sont évacuées au sommetde l'appareil (9) à la même pression que cellerégnant dans le sécheur.

La mise en place du sécheur, chauffé directementpar de la vapeur provenant de la chaufferie, modifie *

22

NOUVELLES APPLICATIONS DE L'ELECTRICITE

Ic schema énergétique de la sucrerie :- cette vapeur al imentai t un turbo-alternateur : luproduction d'électricité correspondante est mainte-nant compensée par une fourniture EDF de3 500 kW dont 2 500 kW pour l'atelier de déshydrata-tion :— la vapeur détendue à 3,5 bar utilisée dans les éva-porateurs de lu sucrerie est remplacée par la vapeurextraite de la pulpe de betterave dans l'opération deséchage.

Des résultats satisfaisantset des perspectives d'extension

Le sécheurà vapeur d'eau surchauffée NIRO (figure2) a fonctionne de façon tout à fait satisfaisante. Une

Q Vue du sécheur NIRO de la sucrerie de Nangis.

L'acier en mutation

campagne de mesures a permis d'effectuer les bilansmassique et thermique du sécheur. La consomma-tion spécifique nécessaire à la ventilation est de33 kWh/tonne d'eau évaporée et les besoins thermi-ques sont de 1,1 tonne de vapeur par tonne d'eauévaporée.Outre ses performances énergétiques, on remar-quera que ce type de séchage n'émet aucune nui-sance atmosphérique (odeurs, poussières, fumées),les pertes au feu et l'oxydation du produit sont sup-primées, et la qualité des produits sèches est amélio-rée.Après la sucrerie de Nangis, la sucrerie de Cagny àson tour a décidé l'implantation d'un sécheur àvapeur d'eau surchauffée. Huit sécheurs NIRO depulpe de betterave sont ou seront prochainementopérationnels en Europe. Notons enfin que cesécheur pourrait être couplé à un compresseur devapeur et que dans ce cas, une faible consommationd'électricité ( 140 kWh/tonne d'eau évaporée pour lecompresseur seulement) permettrait d'économiser1,1 tonne de vapeur pour les besoins thermiques.Le séchage d'autres produits tels que les drêches debrasserie, la luzerne, les résidus d'amidonnerie et deglucoserie, est envisagé par le même procédé pourdes sites industriels ne disposant pas de productionde vapeur.

ADEl - Département Applications de l'Electricitédans l'Industrie.

A l'horizon 2005, bon nombre d'équipementsde la sidérurgie française auront été renouve-lés et intégrés les nombreux changementsstructurels de l'activité. Prévoir les consé-quences d'une telle évolution à venir est doncun enjeu important pour EDF. Il s'agit d'esti-mer la consommation d'électricité du secteurd'ici à treize ans, et d'identifier les procédésde fabrication de l'acier en émergence quiméritent d'être suivis.

L'étude prospective, engagée en 1991. a duré un peuplus d'un an. Deux cents variables décrivent la sidé-rurgie française. La méthode des scénarios utilisées'appuie sur les variables d'environnement les plusinfluentes. L'analyse structurelle, associée à uneenquête prospective entreprise parmi les sidérurgis-tes, permet d'établir les relations d'influence entreces variables et aide à construire les scénarios d'évo-lution générale du secteur en 2005.Un modèle de calcul permet de déterminer la

consommation d'électricité à partir des perspectivesde production des différents aciers, des procédés defabrication qui seront utilisés et des consommationsspécifiques de ces procédés (figure 1).

La production d'acier est le bilan de la demandefrançaise et des échanges extérieurs. La demandeest principalement influencée par quatre variables :la croissance du produit intérieur brut, la concur-rence des autres matériaux, la réglementation sur laprotection de l'environnement et l'image de l'acier.

Le commerce extérieur est actuellement marquépar le caractère conjoncturel des échanges inira-européens (politique des pays de l'Est), ce qui intro-duit une forte source d'incertitude, notammentquant à la production des produits plats bas degamme.

L'analyse morphologique (combinaisons possiblesdes variables principales) et le classement probabi-liste des scénarios permettent de retenir sept scéna-rios probables qui correspondent à une productiond'acier brut, en 2005, comprise entre 14 et 22 mil-lions de tonnes (19 millions de tonnes en 1990).

23

FAITS MARQUANTS 1992

P(TOOUCTHM D'ACIERpar type d'Klffr I

P, - MffluuM * Export-Import

D Modèle de calcul de la consommationd'électricité : la production est déduite de l'effetdes variables d'environnement; lesconsommations spécifiques relèvent devariables particulières ; les experts proposent lapalette des procédés utilisables à l'horizon2005. La consommation par produit et procédés'en déduit directement en additionnant lesrésultats partiels,

Les procédés d'élaboration de l'aciervont évoluer

Lu filière traditionnelle (haut fourneau et aciérie àl'oxygène) devrait évoluer vers l'aciérie électriquepour produire l'intégralité des produits longs. Lesproduits plats seront en partie fabriqués dans desmini-usines électriques, à plus grande souplesse deproduction et à moindre coût de fabrication.Des procédés nouveaux émergent : la coulée conti-nue de produits mincos permet de réduire ou desupprimer le laminage à chaud ; des nouveaux pro-cédés d'élaboration de h fonte sont en coursd'étude ou déjà industrialisés

Des procédés moins gourmandsen électricité

Tous ces procédés consommeront moins d'électri-cité. L'aciérie électrique verra sa consommationspécifique réduite par des injections de charbon etd'oxygène dans le four à arc et par le préchauffagedes ferrailles dans des fours à double cuve.

Moins d'acier, moins d'électricité,mais plus de fours électriques

Les évolutions pressenties rendent vraisemblableune stagnation, voire une diminution, de laconsommation d'électricité du secteur. La valida-tion des résultats de l'étude prospective par lesexperts conduit à considérer que seront probable-ment utilisés les procédés suivants :— coulée continue en brumes minces et en aciérieélectrique pour 10% de la production des produitsplats non alliés;— coulée continue en bandes minces pour 50 % desaciers inoxydables ;- aciérie électrique (40% de l'acier brut pour 30%actuellement) surtout alimentée en ferrailles.Le scénario de production d'acier le plus probable(16 millions de tonnes d'ucier brut) établit que laconsommation totale d'électricité pourrait ne pasdépasser 9,2TWh. Il faut donc s'attendre à unemoindre consommation d'énergie électrique par lessidérurgistes opérant sur le sol français, cela pou-vant encore évoluer selon les procédés choisis pourremplacer les hauts-fourneaux.

SE - Département Systèmes Energétiques.

244"^

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Matériels classiques des centrales,matériels nucléaires

Centrale à lit fluidisé circulant de Carling :la DER part en campagne 26Logiciels pour les écoulements diphasiques :extension à la modélisation des lits fluidisés 28Turbine à combustion de 200 MW :une mise en service sous haute surveillance 30Les premiers pas de CYRANO 3,logiciel de comportement du crayon combustible 32COCCINELLE : le passage à l'exploitation industrielle 33Première phase d'études relatives à l'aval du cycle 35Un nouveau moyen d'essai mécaniqueau service des cuves de REP 36Vers la maîtrise de l'usure des composants internesdes réacteurs à eau pressurisée 38THYC et ASTRID, deux logiciels pour la modélisationdes écoulements diphasiques 40THYC : une nouvelle génération d'outilpour la thermohydraulique dans les faisceaux 40ASTRID : un logiciel de recherche pour accéder auxparamètres locaux des écoulements diphasiques turbulents 42Deux méthodes pour évaluer le vieillissementdes aciers austénoferritiques 44Achèvement des études de stratifications thermiquesdans les tuyauteries coudées 46Bilan des essais d'un groupe motopompe primairedu palier î 400 MW N4 48Une solution aux incidents des circuits d'admissiondu palier "\ 300 MW 50De la CAO au système d'informationpour les études d'ingénierie 53La fiabilité et l'approche probabiliste de la sûreté :un domaine sous haute surveillance 54Les moyens de production thermique et nucléaire :un thème pour les journées techniques 92 55

25

FAITS MARQUANTS 1992

1

Centrale à lit fluidisé circulant de Carling :la DER part en campagne

La plus grande partie de l'énergie produite enFrance est d'origine nucléaire, mais l'ère descombustibles fossiles n'est cependant pasrévolue. EDF devra renouveler son parc ther-mique classique existant et mettre en servicede nouvelles centrales au charbon à partir de2005.

La DER a lancé un important programme deR&D pour acquérir une compétence et uneexpérience dans le domaine des nouvellesfilières au charbon respectueuses de l'envi-ronnement. La combustion en lit fluidisé circu-lant, qui semble la plus adaptée aux futursbesoins de semi-base d'EDF, fait l'objet d'uneffort tout particulier.

Carling : une mine d'informationsexploitée par la DER

Afin de mieux analyser le comportement d'unechaudière à lit fluidisé circulant (LFC), notammentdans le but de développer des modèles numériquesd'aide au dimensionnement et à l'exploitation desfutures centrales de ce type, la DER a lancé unimportant programme d'études sur la tranche de125MW de la centrale Emile Huchet de Carling(figure 1). Ce programme est conduit avec la colla-boration de Stein-Industrie et des Houillères duBassin de Lorraine respectivement constructeur etexploitant de la centrale.Plusieurs campagnes d'essais ont déjà eu lieu faisantappel à un grand nombre de capteurs (pressions,températures, flux de chaleurs) installés sur cettechaudière et reliés à un système d'acquisition dedonnées performant. De plus, des analyseurs,mesurant en continu les concentrations de gaz (CO,CO2. O2. NO, SOp) en différents points de la bouclesolide et du circuit des fumées, ont été mis enœuvre. Par ailleurs, les émissions de N?O sontmesurées à la cheminée. Enfin, des prélèvements desolides (combustibles, calcaire, cendres) sont effec-tués, suivis d'analyses en laboratoire permettantd'obtenir leurs caractéristiques physico-chimiqueset leurs distributions granulométriques. Les proces-sus étudiés durant ces essais concernent :— l'hydrodynamique du mélange gaz-particulesdans Ia boucle circulante ;— les transferts thermiques dans les différentséchangeurs de la tranche (foyer. lits extérieurs,chaudière de récupération de chaleur sur lesfumées) ;— la combustion dans le foyer de même que la post-combustion dans les cyclones et la chaudière derécupération ;

- la formation des oxydes d'azote et la capture dudioxyde de soufre durant cette combustion.Les essais ont été réalisés pendant dix-huit mois defonctionnement industriel et une base de donnéesexpérimentales, représentative d'une large gammed'états permanents, a été constituée. On disposeainsi de très nombreux points de réglage de l'instal-lation. Ces mesures font l'objet de deux types detraitement :— la réalisation de bilans massiques et énergéti-ques, pour les différent!) circuits et constituants de lachaudière, permettant en particulier la validationdes données et un premier niveau d'interprétation ;— dans un second temps, l'établissement de corré-lations physiques relatives aux transferts thermi-ques ou à l'aérodynamique.

Amélioration des connaissancessur les transferts thermiques...

Une analyse détaillée des transferts thermiquesentre le milieu diphasique gaz-particules et le circuit

Vue ofe la chaudière à lit fluidisé circulant deCarling (Lorraine).

26

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Kf „„ (Wfttl'.K'l

220 240

H Valeurs expérimentales corrélées du coefficientd'échange thermique dans le foyer LFC deCarling.Répartition des valeurs expérimentales ducoefficient d'échange thermique dans le foyerdu LFC de Carling autour de l'expressioncorrélêe :Kfcorr = ci>s

aT"./>s,7" .• respectivement masse volumiqueapparente et température du milieu diphasique.c, a, b : constantes de la corrélation, ajustéespar la méthode des moindres carrés, sur lesvaleurs expérimentales.

K1. h, (W/m' K <,

300"-

;V'---250- I 'LJi.

150

100

-100

-90

-40

•so

MO

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 (mn)

Evolution temporelle des coefficients d'échangethermique, h, (tube) et h, (ailette), et de laconcentration en solide exprimée par lapression hydrostatique (AP) dans le foyer deCarling.

eau-vapeur a été conduite dans la boucle circulante(foyer, lits extérieurs) de même que dans la partieconventionnelle constituée par la chaudière derécupération et les réchauffeurs d'air.Une corrélation globale a été établie pour le coeffi-cient de transfert thermique dans la zone d'échangedu foyer (figure 2) où des fluctuations rapides desflux de chaleur locaux ont par ailleurs été mises enévidence (figure 3). Dans les lits extérieurs, deshétérogénéités importantes de la température descendres ont été observées. Afin de pouvoir expli-quer ces variations, des mesures plus fines serontprochainement effectuées.

Si les valeurs de coefficients de transfert thermiquedéterminées dans le foyer et dans les lits extérieurs

vannlion

Cals AIIIIO Mrulio

/ i A A

,v Wl

Q Evolution des concentrations de gaz à lacheminée (en SO1, NO et N1O) en fonction d'unevariation du rapport Ca/S. Relevés des 5 et6 novembre 1991.

sont généralement satisfaisantes, il n'en est pas demême dans la chaudière de récupération où lestransferts de chaleur semblent plus faibles queprévu, principalement en raison du dépôt de parti-cules sur les tubes. Des ramoneurs supplémentairesont donc été installés afin de nettoyer plus efficace-ment les surfaces d'échange.

... sur la combustion,

La combustion dans le foyer se prolonge par unepost-combustion dans les cyclones, puis dans lachaudière de récupération où passent les gaz et lesparticules non collectées par les cyclones. Ces sépa-rateurs, qui constituent l'un des moyens de contrôlede la granulométrie du lit avec l'extracteur de cen-dres situé dans le bas du foyer, ont néanmoins mon-tré une efficacité de collecte très satisfaisante. Celle-ci, fonction de la granulométrie des particules, a uneimplication directe sur les imbrûlés entraînés par lesfumées et recueillis au filtre à manches. Les analy-ses des cendres prélevées à ce dépoussiéreur ontrévélé une bonne efficacité de combustion.

... et sur la formation des polluants

La capture du soufre par le calcaire calciné (aprèsinjection dans le foyer) et la formation des oxydesd'azote (NO et N?0) ont été caractérisées en fonc-tion de la variation de paramètres tels que le débit decalcaire (figure 4), les débits d'air primaire et d'airsecondaire (inférieur et supérieur) ainsi que l'excèsd'air.

A terme, un modèle qualifiésera disponible

Les campagnes restant à accomplir permettrontd'étudier de façon plus approfondie le fonctionne-

27

V»T.

FAITS MARQUANTS 1992

ment du LFC en charge partielle et de compléter lesmesures déjà réalisées, en particulier pourl'hydrodynamique de la bouche solide et les proces-sus de combustion/pollution.L'ensemble des résultats, après traitement, valida-tion et exploitation, alimentera un modèle numéri-

que représentatif du fonctionnement en régime per-manent de l'installation industrielle.ENV - Département Environnement.Machines - Département Machines.REME - Département Retour d'Expériences, Mesures,Essais. B

Logiciels pour les écoulements diphasiquesextension à la modélisation des lits fluidisés

L'intérêt d'une modélisation fine des écoule-ments gaz/solide denses en particules seretrouve dans des projets aussi différents queles chaudières à lit flùdisé circulant, les réac-teurs chimiques ù plasma thermique, leséchage par vapeur d'eau surchauffée ou lechauffage électrique de produits pulvérulents.Depuis plusieurs années, des développe-ments importants ont été menés à EDF sur lamodélisation numérique des écoulementsturbulents diphasiques à inclusions disper-sées. Mais l'extension aux lits fluidisés n'a étérendue possible que récemment, par la priseen compte de nouveaux phénomènes physi-ques, comme les collisions entre les particu-les et les rebonds sur les parois.

Hydrodynamique des lits fluidisés

Les lits fluidisés correspondent à un ensemble departicules maintenues en suspension par une injec-tion de gaz ascendante. On retrouve cette configura-tion dans les procédés de chauffage à lits fluidisés oudans les lits extérieurs des chaudières à lits fluidiséscirculants (LFC) car elle permet de transférer desquantités importantes de chaleur entre une paroi etdes produits pulvérulents. En pratique cette déno-mination recouvre un grand nombre de régimeshydrodynamiques : on parle ainsi de lits à bulles, delits transportés ou encore de lits fluidisés circulants.Ces différents régimes se caractérisent par des com-portements macroscopiques extrêmement variésbien qu'il s'agisse toujours d'un mélange diphasi-que gaz/solide faisant intervenir localement lesmêmes mécanismes microscopiques d'interactionsfluide/particule et particule/particule.

Démarche de modélisation

L'approche retenue, développée dans le cadre duformalisme du modèle à deux fluides, consiste dans

le calcul direct des grandeurs moyennes localescaractéristiques du nuage de particules, comme laconcentration volumique, la vitesse moyenne et sonécart type. Elle conduit donc à l'écriture et à la réso-lution numérique d'équations de transport sur lesdeux phases couplées par l'intermédiaire des termesde transfert aux interfaces.Cette méthode a été initialement appliquée au cal-cul des écoulements très dilués pour lesquels lesinteractions entre particules restent négligeables, leproblème essentiel étant de prévoir correctementl'entraînement des inclusions par la turbulence del'écoulement gazeux. L'extension aux lits fluidisésest réalisée en s'appuyant sur des résultats de lathéorie cinétique des gaz : l'approximation desmolécules par des sphères dures permet en effetd'expliciter les termes de collision entre les particu-les qui apparaissent dans les équations.

Premiers résultatssur deux lits fluidisés à densitéde particules très différentes

Les premières applications, menées dans le but devalider l'approche retenue, ont été réalisées pourdeux configurations limites d'écoulement gaz/solide correspondant respectivement au cas desLFC faiblement chargés en particules et à celui deslits denses proches du seuil de fluidisation.• Dans le premier cas, la fréquence des collisionsentre particules reste faible par rapport aux échellescaractéristiques de l'écoulement moyen ; les lois decomportement de la phase dispersée (viscosité, dif-fusivité) résultent du transport par le mouvementfluctuant des particules. Ce cas correspond aurégime cinétique classique et présente en fait deprofondes analogies avec le comportement des gazraréfiés. On trouve en particulier que le «gaz» departicules est généralement hors équilibre : les colli-sions ne sont pas assez fréquentes pour assurer larelaxation de la distribution des vitesses instanta-nées des particules. La première application est

28

!. J» <4

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Uj, v. Vitesses fluctuantes (m/s)P Turbulent velocities (m/s)

U,. Vite»»* moyenne axiale (m/s)MM» txitl velocity (mis)

+ + *

Vitesse des particulesParticle velocity

0.0 O.Ë 0.4 0.6 0.8 1.0r/R

o, A , + Simulation Lagrangienne (Tanaka et al.; 1991)Lagrangian simulation

—, — , •• • • Modélisation EulerienneEulerian prédiction

D Application du logiciel MELODIF au calcul de l'écoulement gaz/solide dans une conduite verticale(rayon R = 20mm, vitesse débitante du gaz U = 16m/s, diamètre des particules d = 0,4mm, densité1038 kg/m3) : profils de la vitesse moyenne verticale des particules (traits continus) et des composantesfluctuantes horizontale (pointillés) et verticale (tirets). La comparaison avec les résultats de simulationsdirectes de trajectoires de particules discrètes, tirés de la littérature, paraît satisfaisante. L'écart trèsimportant, retrouvé par le modèle, entre les composantes axiales et radiale de la vitesse fluctuante estlié à la très faible concentration volumique en particules (<10~3) qui induit un taux de collisions entreparticules insuffisant pour assurer la relaxation de la distribution des vitesses vers l'équilibre. Parailleurs, le modèle reproduit correctement la réduction de l'anisotropie du mouvement fluctuant desparticules pour les plus grandes valeurs de la concentration, du fait de l'augmentation de la fréquencedes collisions.

effectuée à l'aide du logiciel de recherche tridimen-sionnel d'écoulements diphasiques MELODIF surun lit transporté en conduite verticale (figure I). Lavalidation du modèle consiste dans sa capacité àretrouver les vitesses moyennes et fluctuantes tiréesde la littérature, déterminées par une simulationdirecte des trajectoires d'un grand nombre de parti-cules discrètes avec prise en compte des collisions.

• Dans Ie deuxième cas, le lit considéré est prochedu compactage, les collisions sont extrêmement fré-quentes et les lois de comportements résultent alorsprincipalement des échanges entre particules quiont lieu lors des collisions. La première applicationest effectuée à l'aide du logiciel MELODIF sur un litdense, proche du seuil de fluidisation, placé dansune boîte rectangulaire (figure 2). Le modèle per-met de retrouver qualitativement le régime insta-tionnaire observé expérimentalement avec la for-mation de « bulles » de gaz. régions très faiblementchargées en particules qui s'élèvent en grossissantpour venir éclater à la surface du lit.

Les perspectives

Les futures étapes de ce travail concernent principa-lement le traitement des transferts thermiques etl'application à des configurations plus représentati-ves des procédés industriels. En particulier, Tim-plantation des modèles dans le logiciel d'écoule-ment diphasique ASTRID permettra, à terme, l'ap-plication à des configurations tridimensionnelles.Parallèlement, le développement de la méthodesera poursuivi. En effet, les premiers calculs ont misen évidence le besoin d'améliorer le traitement del'influence des particules sur la turbulence du fluideet celui de l'interaction des particules avec lesparois. La validation sera poursuivie par comparai-son avec des résultats de mesures et des simulationsdirectes de trajectoires de particules discrètes. Dansle cadre du programme JOULE de la CEE, des résul-tats de mesures seront fournies par le CERCHARsur la zone d'injection d'air secondaire des chaudiè-res à LFC.

29

FAITS MARQUANTS 1992

hauteur

0.2 0.25 0.3 0.35 (m)

O 0.14 0.28 0.42 0.56 0.7

Fraction volumique de la phase solideVolumic fraction of the solid phase

B Calcul MELODIF d'un lit fluidisé dense gaz/solide proche du seuil de fluidisation. La figuremontre la superposition du champ de vitesse dugaz (vitesse d'injection 0.6m/s) avec ladistribution de concentration volumique enparticules (diamètre des particules d = 0,4mm,densité 2 500 kg/m3). Le modelé reproduitcorrectement le comportement instationnairedes régimes à bulles qui sont observésexpérimentalement pour des conditions defonctionnement équivalentes.

Par ailleurs, est engage un programme communEDF/IFP/TOTAL de validation expérimentale etnumérique des modèles d'interaction particule/par-ticule dans les lits fluidisés denses. Ce programmed'une durée totale de deux ans est supporté par leMinistère de la Recherche et de l'Espace et placésous la responsabilité d'EDF.

LNH - Département Laboratoire Nationald'Hydraulique.

Turbine à combustion de 200 MW :une mise en service sous haute surveillance

En vue de faire face aux consommations depointe sur le réseau, EDFa décidé l'installationde turbines à combustion au cours de cettedécennie. La turbine à combustion de Genne-villiers de 216MW est la plus puissante aumonde installée à ce jour. Pour participer àl'évaluation de ce nouveau moyen de produc-tion, la DER a mis en place une instrumenta-tion et un système d'acquisition qui ont permisd'analyser le comportement d'ensemble de lamachine.

De nouvelle* technologiespour de nouveaux moyensde production

Les technologies mises en œuvre pour la concep-tion et la fabrication des nouvelles générations deturbines à combustion terrestres connaissentactuellement de profondes évolutions.

L'utilisation d'alliages métalliques de plus en plusperformants, associés à des traitements de surfaceplus résistants, permettent d'augmenter la tenue enservice des pièces exposées aux hautes températu-res. De même, l'amélioration des techniques derefroidissement des aubages a permis d'accroîtrenotablement la température des gaz à l'entrée de laturbine.

Cette tendance, qui s'inscrit dans le contexte plusgénéral des transferts du savoir-faire acquis sur lesmachines aéronautiques vers les turbines terrestres,permet d'obtenir des rendements atteignant 35 % encycle ouvert et 55% en cycle combiné.

Au second semestre 1992, la DER a participé auxessais d'évaluation de l'une de ces turbines de nou-velle génération : la 9001F, conçue et réalisée parGeneral Electric (GE) et European Gas Turbine(EGT). et mise en service sur le site de Gennevil-liers (figure I ) . Cette unité prototype représenteaujourd'hui la plus puissante machine de ce type surle marché (216 MW au gaz naturel).

30

J

- J

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

La turbine à combustionde Gennevilliers

Lu turbine à combustion 9001F, conçue pour lesréseaux à 50 Hz, dérive du modèle 7001F ( 150 MW,60Hz) mis en service en 1989 aux Etats-Unis. Letableau 1 permet d'évaluer les progrès réalisés cesdernières années.L'amélioration des performances est due principa-lement à l'augmentation du taux de compression età l'augmentation de la température d'entrée de laturbine de détente.Parmi les essais effectués pour la mise en service dela turbine, ligure une série de tests liés au caractèreprototype de la machine, conduits par GE et EGT.Ils ont pour but de valider les hypothèses de concep-tion et de déterminer le potentiel de développementfutur. Ils mettent en œuvre une instrumentationtrès poussée, aussi bien sur la machine elle-même(environ 2 700 capteurs) que sur son environnement(admission d'air, échappement, auxiliaires,,..).

Des moyens de mesure et d'acquisitionmis en place par la DERpour l'évaluation de la machine

Afin de constituer, d'une part, une première base dedonnées expérimentales sur les turbines à combus-tion, et d'autre part, de réaliser les essais de récep-tion de cette machine tête de série, un système d'ac-quisition de mesures a été mis en place. Ce systèmes'articule autour du logiciel PATERN développé parla DER et implanté sur une station UNIX HP9000/425S à laquelle trois liaisons informatiques spécifi-ques ont été connectées pour recevoir les mesuresissues d'environ 200 capteurs (figure 2) :— une liaison avec Ie système de contrôle-com-mande SPEEDTRONIC de la machine;— une liaison avec le calculateur du constructeurEGT;

Tableau O Evolution récente des turbines àcombustion.

La turbine à combustion 9001F de Gennevilliersen cours de montage.

- une liaison avec les mesures mises en place parEDF par l'intermédiaire d'un concentrateur demesures.

Un premier bilan des performances

Ces mesures ont permis d'analyser le comporte-ment d'ensemble de la machine en fonction desconditions atmosphériques (température, humiditéambiante et pression), et des conditions opératoires(température de flamme, débit d'injection d'eau,...).

Architecture informatique du systèmed'acquisition de données.

-- modem LCM7XX

Type de turbine

Année de mise en serviceTaux de compressionVitesse de rotation (tr/mn)Débit d'air (kg/s)Température à l'entrée dela première roue PC)Température d'échappementdes gaz PC)Puissance ISO' (MW)Rendement PCP ISO (%)

9001 E

198712.53000400

1125

53712332

7001F

198913.53600416

1260

58415034.5

9001F

199213.53000610

1260

58421634.5

' Conditions ISO : 1013 mbar, IS0C, 60% d'humidité relative.1 Pouvoir calorifique inférieur.

Mesures EOFEOF

measurements

Mesures EGTprises de pression

j18IMPj4

Mesures EGT, TC. PT. U. I / Temperatures, voltage, intensify

3l

FAITS MARQUANTS 1992

B Evolution des principaux paramètres de laturbine à combustion lors d'un cycle «prise decharge - baisse de charge - arrêt».

Les performances de la machine en termes de puis-sance et de rendement sont tout à fait conformesavec les prévisions des constructeurs. L'injectiond'eau dans la chambre de combustion, dont la fonc-

tion première est de réduire les oxydes d'azote, per-met aussi d'accroître notablement la puissance(+ 2,5 % avec un ratio débit d'eau/débit fuel de 0,3 et+ 7% avec un ratio de 0,9). Cette caractéristique estextrêmement intéressante pour des machines fonc-tionnant en pointe.Dans une moindre mesure, l'augmentation de latempérature à l'entrée de la turbine de détenteaccroît également la puissance (+1,8% quand latempérature passe de 1260 à 1288"C).Outre le bilan thermodynamique de l'installation, laDER a évalué son impact acoustique et les émis-sions polluantes rejetées à la cheminée, pour le gaznaturel et le fuel domestique qui seront les deuxcombustibles de la turbine (figure 3). Les émissionsacoustiques et polluantes apparaissent modérées(en deçà des prévisions du constructeur), ce quiconstitue une condition essentielle à l'implantationdes turbines à combustion en zones urbanisées.

Machines • Département Machines.REME - Département Retour d'Expériences, Mesures,Essais.

Les premiers pas de CYRANO 3,logiciel de comportement du crayon combustible

CYRANO 3 est un nouveau logiciel d'étude ducomportement du crayon combustible. Il estbasé sur une modélisation monodimension-nelle axisymétrique, prenant en compte deseffets axiaux et il couple l'ensemble des phé-nomènes induits pendant l'irradiation.

Pourquoi un logiciel ?

La vérification de la tenue de la gaine en zircaloy ducrayon combustible sous les différentes sollicita-tions de service est un point essentiel dans les étu-des de sûreté des réacteurs à eau pressurisée. Lagaine constitue en effet la première barrière deconfinement des produits de fission actifs.Le matériau combustible se modifie physiquementet chimiquement sous l'effet des transmutations. Lacomposition physico-chimique évolue indépen-damment dans chaque élément de volume, modi-fiant très localement des propriétés qui ne sontmesurables que globalement (densité, conductivité,capacité calorifique, module d'Young, etc.). Lesphénomènes induits pendant l'irradiation sont trèsfortement non linéaires et interdépendants.Un logiciel est donc indispensable pour évaluerl'évolution des paramètres tels que températures,pression interne, contraintes et corrosion.

Un logiciel complexeet pluridisciplinaire

Un logiciel de thermomécanique du crayon com-bustible est une combinaison d'algorithmes résol-vant les équations de la chaleur et de la mécanique,avec des formulations empiriques traduisant lamodélisation des nombreux phénomènes physi-ques, chimiques, métallurgiques et neutroniquesinduits par l'irradiation (figure 1). Des incertitudesentachent ces formulations, car les paramètres depremier ordre sont souvent inaccessibles par lamesure (température, contraintes...).Autre particularité, les constantes de temps caracté-risant les différents phénomènes s'échelonnententre la seconde et Ia journée. Il faut donc pouvoirtraiter un historique s'étalant sur plusieurs annéestout en détaillant pas à pas les situations transi-toires.

Une géométrie simplepour des phénomènes complexes

L'objectif de ce logiciel est de mieux évaluerl'endommagement en cours d'irradiation. La prédo-minance de gradients radiaux en fonctionnementnormal et incidentel, ainsi que le grand nombre decalculs nécessaires, ont conduit à simplifier le pro-

32

\MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

blême en adoptant une modélisation uniditnension-nelle axisymétrique. On privilégie ainsi le couplageet l'imbrication des phénomènes physiques, audétriment d'une représentation spatiale tridimen-sionnelle dont la finesse serait sans intérêt en regarddes incertitudes encore significatives sur certainsmodèles physiques et sur les historiques de puis-sance fournis.Les effets de couplages axiaux entre les différentestranches du crayon sont pris en compte par uneréactualisation des grandeurs axiales à Tissue dechaque pas de temps.

Les premiers pas de CYRANO 3

Fin 1992, le logiciel CYRANO 3 a produit ses pre-miers calculs de champs de températures, contrain-tes et déformations pour les premiers cas testsde référence. Développé sous assurance qua-lité, CYRANO 3 dispose déjà d'une importantedocumentation. Après quelques difficultés inhéren-tes au développement d'un tel logiciel, la livraisondoit intervenir au plus tard en septembre 1993.Après qualification, la première version en exploita-tion est programmée pour le début de l'année 1994.

MMN - Département Mécanique et ModèlesNumériques.MTC - Département Mécanique et Technologiedes Composants. •

MECANIQUE

Comportement elastoplastique jX* N.du combustible S. . / 1

Xx^ 1 /Comblement ewdements N- I /

Repositionnement des Irauments v/^S/^l^^^/f^

^^x^^ • ••pHIMlComposes dïnterlace Nj - .]SjTT^|7|(propreies mécaniques! ~~~~ ' — ~— «"Si1' ^ I /"

on nions d accrochage . ; •,, , ,' 1J j ,r ,_

Relaxation des contraintes par la gaine , v • " \ 1%,icomportement viscoplastiquei .' - i l '•"

iEflat de la couche de nrcone "* . ' L

- J - ' 'PRESSION INTERNE DES OAZ "* ' .

t 'Volumes d'expansion et leurs . ' ^

-L '"" — ~— . '.Ji"-- Chambre supérieure """*•••» • -' ' ^^ • • •

THERMIQUE

Gradient thermique radialIC ".\ J Profil de génération de puissance

\ /B»d Transfert thermique dans le ieu FO evWBr**''" dos composes d'interface

•»i- •. -1*. Transfert thermique dans la gaine

-..:,-i| • Transfert thermique dans la nrcono

7''"'''.I •-— Transfert Ihermique fiicone/refrigeranl

Z\{$

~'--..':\ WYKCO-CHW)E11 , ''

:! • — Formation de zircone

_ ,*"— Hydruration

Evolulion des propriétés mécaniques* — de la gaine

»." — Formation des composes d interface

T-- -T^^ Combuslible «volution des propriété»*- <^ocal.s

- Trou cenlral ' , * • -x • - Dentitû denuticalion gontlemenl- Fissures Ihormiquea 1 ,1 •- Porosité ouverte- EcIaIa et chanfreins- Evidement d'extrémité

"•• solide et ga»ux- Relâchement des gaz (Xe ci Kr)— Conduclivite Ihermique- Sloechiameirie et chimie- Taille de grains

Les phénomènes à prendre en compte dans unlogiciel de thermomécanique du crayoncombustible.

COCCINELLE :le passage à l'exploitation industrielle

La gestion des cœurs des Réacteurs à Eau Pressuri-sée (REP) nécessite des calculs neutroniques com-plexes et nombreux afin de contrôler précisémentleur comportement dans les différentes configura-tions de fonctionnement. Il s'agit principalementd'optimiser la position des assemblages dans lecœur lors des recharges en vue d'obtenir une nappede puissance uniforme, d'effectuer des calculs desûreté simulant des accidents (par exemple une rup-ture de tuyauterie vapeur), et de vérifier dans cha-que situation que les critères de sûreté sont bien res-pectés. Ces calculs se font par l'intermédiaire d'unenchaînement automatique de différents codes.

L'ancienne chaîne de calculs

Jusqu'au premier semestre 1992. les calculs se fai-saient essentiellement à l'aide de couplage de codesbidimensionnels (permettant d'étudier la distribu-tion radiale de puissance) et monodimensionnelspour évaluer les effets axiaux. Grâce à l'utilisationde coefficients de couplage, il était alors possible de

reconstruire le comportement à trois dimensions ducœur.

La nouvelle chaîne pour les REPà combustible UO2

Les calculs précédents, qui simulaient l'évolutiondu cœur sur toute la longueur de campagne, sontdésormais remplacés par un calcul unique à troisdimensions issu de COCCINELLE (figure 1), codedéveloppé à la DER de 1983 à 1992. Il permet deconnaître avec une meilleure précision :- le déséquilibre axial de puissance entre partieshaute et basse du cœur (encore appelé axial offset) ;— la carte d'irradiation du cœur (c'est-à-dire la cartedu taux d'usure du combustible en fonction dutemps et de son emplacement dans le cœur, paramè-tre déterminant dans l'évaluation des caractéristi-ques neutroniques des différents assemblages).C'est dans cette meilleure connaissance des irradia-tions que réside l'intérêt principal des calculs à trois

33

V fr

FAITS MARQUANTS 1992

«KIIIBM «mil»

"J98I"MJS

Cllcul d'évolullon à 3D lurcaur comput dt OMWjK à

longutur nttunllt dt cimpiontSDwhoUcortmoaittettlontCflcaltlIon

tOUWdtl to tria ot dWy CyCW

Flchltr Irridiation à 30dt OMWJ'I * longutur nlturtllt

dt ctmpiene3D ùarfiap UIf

lOHWtl/t ta ma ot duly cyclt;

D Synoptique partiel des calculs menés dans lachaîne de gestion des REP.

dimensions car elle conduit à un affinement desparamètres caractérisant la campagne.L'évaluation plus précise des ces irradiations ainsique des paramètres neutroniques permet donc, lorsde leur utilisation ultérieure dans des calculs spéci-

Gradient de puissance à l'interface d'unassemblage UO2 et d'un assemblage MOX.

numéro des crayons 5rod number

10,

PuissancesnormaliséesSeatedpower

20

numéro des crayonsrod number

30

tiques à deux ou une dimension, un apport de préci-sion notable.Par ailleurs, Ia position de COCCINELLE dans lachaîne de gestion s'affirme puisque le programmede travail de 1993 vise au remplacement, parCOCCINELLE 2D, du code à deux dimensionsactuellement utilisé dans ces calculs spécifiques.Cette évolution tient, d'une part aux performancesinformatiques du logiciel se traduisant par unediminution du coût calcul, et d'autre part à une amé-lioration des modélisations physiques conduisant àdes gains de précision sur les résultats.Ainsi, le développement de COCCINELLE tant 2Dque 3D, et son introduction dans la nouvelle chaînedes REP tout U02, permet de répondre de façonsatisfaisante aux préoccupations d'EDF d'améliora-tion de la qualité de ses outils de calcul, tout enminimisant les efforts de maintenance.

L'utilisation de COCCINELLEdans le cadre généralde la gestion du parc nucléaire

L'introduction de COCCINELLE 3D dans la chaînede gestion est opérationnelle mais actuellementlimitée aux calculs des tranches REP 900 tout UO2.Il est prévu de !'étendre à court terme aux REP 1300et à plus long terme à l'ensemble du parc nucléaire.Cependant, l'amélioration de la qualité des résultatss'est faite aux dépens du temps calcul. En effet,celui-ci est passé à deux heures pour une heure envi-ron de CRAY-YMP dans l'ancienne méthodologie.Pour cette raison, l'utilisation de COCCINELLE 3Dest limitée aux cœurs ne contenant pas d'assem-blage de type mixte (MOX). En effet, ceux-ci néces-sitent une discrétisation beaucoup plus fine del'équation de la diffusion des neutrons traitée parCOCCINELLE, afin de bien restituer le gradient depuissance existant à l'interface d'assemblages(UO2-MOX) de nature différente (figure 2). L'usaged'un calcul à trois dimensions entraînerait, sur cetype de cœur et dans l'état actuel des méthodes derésolution utilisées, un quadruplement inaccepta-ble du temps de calcul.Néanmoins, l'introduction de nouveaux schémasde résolution s'appuyant sur les méthodes nodales,actuellement en cours de qualification dansCOCCINELLE, ainsi que l'accroissement des per-formances informatiques du code (vectorisation,réorganisation interne du logiciel) devraient per-mettre de réduire ces temps de façon significative àmoyen terme.La conséquence directe en serait alors une utilisa-tion systématique de COCCINELLE 3D, quel quesoit le type de cœur. Toutefois, en gestion UO2comme en gestion MOX, ces calculs 3D seront com-plétés par des calculs 1D et 2D pour certaines étudesde fonctionnement et de sûreté à différents tauxd'épuisement du cœur.

MMN - Département Mécanique et ModèlesNumériques.PhR - Département Physique des Réacteurs. •

34

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Première phase d'études relatives à l'aval du cycle

L'engagement d'EDF dans l'avaldu cycle

Le parc électronucléaire français produit chaqueannée de l'ordre de 1Ot de plutonium et de 800kgd'actinides «mineurs» (neptunium, américium etcurium). Une stratégie de gestion de ces corps radio-toxiques à vie longue a été arrêtée dès le début duprogramme nucléaire français : elle découle duretraitement des combustibles usés et du recyclagedu plutonium dans les Réacteurs à Eau sousPression (REP) existants et dans les Réacteurs àNeutrons Rapides (RNR).Au moment du retraitement, les actinides mineurssont séparés de l 'uranium et du plutonium. Il sontactuellement conditionnés dans des verres avec lesproduits de fission. Les verres sont provisoirementstockés dans des installations dédiées avant leurenfouissement définitif dans un stockage géologi-que profond.Les études menées dans le monde montrent quenormalement, la sûreté du stockage géologique pro-fond est assurée pendant des périodes allant jusqu'àdes millions d'années. Il reste les incertitudes liées àune intrusion humaine ou à un bouleversementgéologique non prévisible.Dans le but de réduire le plus possible les masses deces produits devant être enfouies, de nombreuxpays ont engagé des programmes d'études portantsur l'élimination des déchets radio' '<xiques à vielongue issus de l'industrie nucléaire civile et mili-taire.En France, EDF et le CEA ont engagé un importantprogramme de recherche et développement sur cesujet. Une première série d'études a été initiée àEDF pour déterminer quelles seraient les voies lesplus prometteuses de gestion future de l'aval ducycle.

Le plutonium, une matière fissiledélicate à gérer

Le principal problème posé par le recyclage multipledu plutonium est l'évolution très rapide de sa com-position isotopique en réacteur et hors réacteur.Pour simuler le plus finement possible cette évolu-tion, un outil a été développé en 1989 et 1990. Ilsimule l'évolution en masse et en qualité du pluto-nium au cours de scénarios d'utilisation du pluto-nium dans le parc français et pour trois types deréacteurs : REP, REP avancés et RNR. Récemment,cet outil a été étendu au recyclage des actinidesmineurs.

Cas des REP

L'évolution isotopique du plutonium peut poser unproblème dans les REP pour diverses raisons.

• Au cours de son passage dans le réacteur, le pluto-nium s'appauvrit en isotopes fissiles (Pu 239 et 241).De plus, dans un réacteur à eau les isotopes pairs duplutonium sont des poisons neutroriques. 11 s'en-suit qu'au cours des recyclages successifs, la teneurdes combustibles mixtes uranium-plutonium(notés habituellement MOX) augmente sensible-ment. Cette augmentation s'accompagne d'unedétérioration des coefficients de réactivité liés à lasûreté du réacteur. Des études sont en cours pourdéterminer combien de fois on pourrait recycler leplutonium dans des REP, tout en garantissant leursûreté.• En outre, les qualités isotopiques de plutoniumobtenues au cours de ces études sont très différen-tes des qualités actuelles. On a donc entrepris devérifier que les outils de calcul habituellement utili-sés restent valides pour ces types de combustibles.

Cas îles RNR

Dans le cas d'un recyclage du plutonium dans lesRNR, la proportion des isotopes fissiles diminuemoins que dans le cas du recyclage dans les REP. Deplus, tous les isotopes du plutonium y sont fissiles.De ce fait, la teneur en plutonium des combustiblesvarie peu et le multirecyclage du plutonium ne pré-sente pas de difficultés.On peut rendre un RNR incinérateur de plutoniumen lui ôtant ses couvertures fertiles. Toutefois pourles réacteurs actuels (Super-Phénix) ou en projet(réacteur européen EFR) le pouvoir incinérateurreste faible (15 à 20kg par TWh). On pourrait aug-menter ce pouvoir de transmutation en augmentantla teneur en plutonium. Mais cela posera assez vitedes problèmes d'accroissement de la perte de réacti-vité. Des études sont en cours pour déterminer jus-qu'où il serait possible d'accroître le pouvoir inciné-rateur en plutonium des RNR.

Quelques approches de gestion

Les études réalisées dans cette première phase ontapporté les résultats suivants.• Le recyclage du plutonium dans les REP incinèrede l'ordre de 45 kg de plutonium par TWh produitdans le combustible MOX. Lorsqu'on recycle Ie plu-tonium plusieurs fois (multirecyclage) la détériora-tion de la qualité du plutonium disponible est forte :la proportion d'isotopes fissiles du plutonium chutetrès vite à des valeurs de l'ordre de 50%. Il est doncnécessaire de vérifier que dans ces conditions lasûreté du réacteur est assurée.Une extraction par séparation isotopique du Pu 242avant recyclage du plutonium permettrait de recy-cler plusieurs fois celui-ci dans des conditions pro-ches du premier recyclage : la proportion d'isotopesfissiles du plutonium reste voisine de 62%.

\

35

J

FAITS MARQUANTS 1992

O *2000 2025 2050 2075

DATE

2100

• Sans retraitementNot reprocessed

• Un seul recyclage dans les REPOne PWR recycle

• Multirecyclage dans les REP avec séparationdu Pu 242Several PWR recycles with Pu 242 séparation

D Multirecyclage dans les RNRSeveral FBR recycles

D Multirecyclage dans les RNR précédé d'unpremier recyclage dans les REPSeveral FBR recycles following an initial PWRrecycle

Q Evolution de la masse de plutonium existantedans le cas des scénarios les plus significatifs.

• Les RNR ne posent pas de problème de qualité duplutonium en cas de multirecyclage du plutoniummais leur faible pouvoir incinérateur entraîne la

nécessité d'installer une forte proportion de RNRdans le parc pour stabiliser la masse de plutonium.• L'introduction d'actinides mineurs dans les com-bustibles REP (standards ou MOX) nécessite unsurenrichissement (que ce soit en U 235 ou en Pu)des combustibles, ce qui en limite fortement l'inté-rêt.• L'introduction homogène d'actinides mineursdans les combustibles RNR ne nécessite pas uneaugmentation sensible de la teneur en plutonium.La limitation de ce type de recyclage viendrait plutôtde la détérioration de certains coefficients de réacti-vité liés à la sûreté, apportée par la présence d'actini-des mineurs. Pour les scénarios étudiés, la propor-tion d'actinides mineurs dans les combustibles àl'équilibre varie de 1,5 à 2,5%.

Premières conclusions

Cette première série d'études a montré qu'il seraitpossible de stabiliser, et même de réduire sensible-ment, les quantités de plutonium et d'actinidesmineurs existants à condition de pouvoir recyclerceux-ci autant de fois que nécessaire, dans des RNRou des REP (figure 1).Elle a aussi soulevé des questions portant sur la fai-sabilité d'une telle politique. Le recyclage du pluto-nium et des actinides mineurs joue sur les coeffi-cients de réactivité liés à la sûreté des réacteurs. Lesétudes à venir seront donc consacrées à la démons-tration de la faisabilité des recyclages multiples.Elles seront réalisées dans le cadre du groupe « Avaldu Cycle» de la Commission Production auquelparticipent également les Directions de l'Equipe-ment et d'EDF Production Transport.

PhR - Département Physique des Réacteurs. •

Un nouveau moyen d'essai mécaniqueau service des cuves de REP

L'étude expérimentale de la résistance à larupture brutale des cuves de REP a été effec-tuée, jusqu'à présent, avec des maquettessoumises à des chargements d'origine méca-nique. Or, lors des transitoires accidentels, lessollicitations réellement rencontrées dans lescuves sont des chargements d'origine thermi-que. Un nouveau moyen d'essai permet demieux représenter ces chargements : il s'agitd'un dispositif de chauffage par induction degrande souplesse d'utilisation qui impose aux

maquettes une sollicitation thermique. On yétudie, les conditions d'amorçage mais aussid'arrêt des fissures.

Pour l'étude de l'amorçage...Pour justifier la résistance à la rupture brutale descuves de REP, on doit démontrer, à l'aide de lamécanique de la rupture, qu'il n'y a pas d'amorçagede fissure au fond de défauts hypothétiques. Oncalcule le «facteur d'intensité de contrainte» dudéfaut : la rupture se produit lorsque ce facteur

36

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

700

600

500

I 40°

2 300

200

100

gg - 100

E -200<3

Contrainte (MPa)Stress (MPa)

\

.... Cont. long.Long, stress

Cont. rad.Rad. stress

-•-Cont. cire.Cire, stress

50 XlOO 150 200

^v Epaisseur (mm)N. H 1. Thickness (mm)

Peau interneInternai surfac•e

Evolution de la température et des contraintes dans l'épaisseur de la virole de cuve lors d'un accidentde perte de réfrigérant avec injection de sécurité.

dépasse une valeur caractéristique du matériau(ténacité).Pour vérifier la validité de ces calculs, des essaismécaniques ont été effectués sur des maquettescontenant des défauts usinés ou produits dans desconditions analogues à celles des défauts réels. Leschargements appliqués à ces maquettes sont deschargements mécaniques. Si les résultats d'essaisobtenus sont généralement en bon accord avec lesméthodes de calcul, il reste à démontrer qu'il en estde même en cas de choc thermique.

... et de l'arrêt des fissures...

En outre, dans le cas précis de situations accidentel-les de perte de réfrigérant avec injection de sécuritéinduisant un choc froid en peau interne de Ia cuve, ilest possible de démontrer qu'une fissure, si elles'amorçait à partir de la surface intérieure de la cuve,se propagerait, à travers l'épaisseur, sur une lon-gueur limitée et s'arrêterait. En effet, sous l'actiondes contraintes thermiques, la pointe de fissure ren-contrerait, lors de la propagation, une zone en com-pression (vers la surface extérieure de la cuve) et demeilleure ténacité (car plus chaude et moins irra-diée) (figure 1).Dans une démarche calquée sur l'amorçage, l'arrêtde fissure peut être étudié à partir de l'évaluationd'un critère caractéristique du matériau appelé,dans ce cas. facteur d'intensité de contrainte à l'arrêtde fissure.La détermination expérimentale de ce critère faitl'objet d'une normalisation. La méthode préconiséeconsiste à utiliser un chargement mécanique à

déplacements imposés sur des éprouvettes de tailleréduite, maintenues à température constante. Maisles valeurs obtenues par cette procédure expérimen-tale sont supérieures à celles obtenues par chocthermique; elles apparaissent donc trop «optimis-tes ».

... un nouveau moyen d'essaia été mis au point

Ainsi, il est apparu que la définition des critèresd'amorçage et d'arrêt nécessitait de disposer d'unmoyen expérimental qui soit un compromis accep-table entre la représentativité des chargements et ladifficulté de la mise en œuvre de l'essai. En effet, siun choc thermique sur une virole de grande dimen-sion semble plus représentatif, l'importance desmoyens développés ne permet pas une étude

B Conditions expérimentales de l'essai.

37

r.

FAITS MARQUANTS 1992

B Vue générale du moyen d'essai et det'éprouvette instrumentée.1. Eprouvette2. Bac contenant l'azote liquide3. Thermocouple4. Dispositif de chauffage par induction.

paramétrique nécessitant un nombre d'essaisimportant.Une installation d'essai originale a donc été déve-loppée en collaboration avec l'Ecole des Mines deParis. La méthode consiste à imposer un choc chaudaune éprouvette préalablement portée à une tempé-rature très basse. L'éprouvette est un disque aléséen son centre et présentant une Tissure initiale longi-tudinale en surface externe. Le choc chaud est pro-voqué par un inducteur, en surface interne del'éprouvette (figure 2). Il s'établit alors un gradientde température dans l'épaisseur de l'éprouvette quigénère un champ de contrainte tendant à ouvrir lafissure.Le respect de la représentativité des chargementsimposés à l'éprouvette a nécessité un dimensionne-ment rigoureux du dispositif de chauffage parinduction avec un code de calcul aux éléments finis.

Les essais de mise au point (figure 3) sont à présentterminés : ils ont montré l'adéquation du dispositifd'essai avec les conditions de sollicitation désirées.

Perspectives

La mise au point du moyen d'essai étant achevée, lepremier programme d'essai prévu a pour objectif dedéterminer, pour différentes températures, lesvaleurs du critère d'arrêt de fissure caractéristiquesde l'acier de cuve. Par la suite, on étudiera l'in-fluence du revêtement en acier inoxydable sur larésistance à la rupture brutale des cuves soumises àun choc thermique.

EMA - Département Etude des Matériaux. •

Vers la maîtrise de l'usure des composants internesdes réacteurs à eau pressurisée

Sous l'action des vibrations induites par lesécoulements, certaines structures tabulairesprésentant des jeux fonctionnels viennentbattre contre leurs supports. Les sollicitationsengendrées par le contact provoquent unmode dédommagement particulier appeléusure par impacts/glissements. La maîtrise deces phénomènes, qui affectent des compo-sants du circuit primaire et du circuit secon-daire des centrales, implique leur compréhen-sion puis leur modélisation. EDF disposeraalors d'outils capables de guider les choixtechnologiques et les stratégies de mainte-nance afin de réduire les usures et améliorerla fiabilité et la durée de vie de ces structures.

Plusieurs composants subissentl'usure vibratoire sous écoulement

• Dans le circuit primaire, à l'intérieur de la cuve duréacteur, les éléments concernés sont :

— les gaines des crayons des grappes de commande(figure 1 ) et leurs dispositifs de guidage. Les risquessont la perforation de la gaine et la dissolution dumatériau absorbant ;

- les doigts de gant du réseau d'instrumentation ducœur ; ils peuvent s'user jusqu'à perforation, avec lerisque de fuite que cela présente ;

— les gaines des crayons combustibles ; elles sontégalement soumises à des usures contre les grillessupports, la perforation de la gaine en zircaloy

38

v U* !•

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

entraînant un risque de pollution du circuit primairepar les produits de fission,- Dans Io circuit secondaire du réacteur, ce sontessentiellement les tubes des générateurs de vapeur(GV) qui subissent ce type d'usure.

Les remèdes mis en œuvre s'appuientsur des études pluridisciplinaires

Les contrôles sur site et la stratégie de maintenancepermettent de minimiser les risques, mais les coûtsde remplacement ou de réparation des composantsqui s'usent sont élevés : il importe de réduire lavitesse d'usure et d'augmenter ainsi les durées devie, ce qui peut être obtenu par différents moyens :- d iminuer les forces d'impacts et de glissementaux appuis : des modifications géométriques peu-vent abaisser le niveau des sollicitations vibratoiresproduites par les écoulements et des forces decontact qui en résultent ;— améliorer la tenue à l'usure des composants pardes traitements de surface ou des revêtementsappropriés ;- comprendre et modéliser les phénomènes mis enjeu afin de mieux connaître les paramètres sur les-quels il convient d'agir pour réduire l'usure.Cette démarche pluridisciplinaire fait appel auxcompétences de nombreux spécialistes. Les princi-paux domaines concernés sont :— la thermohydraulique pour la détermination desforces excitatrices ;— la dynamique non linéaire des structures pour lecalcul des forces de contact ;— la tribologie qui s'appuie sur la mécanique et lascience des matériaux pour estimer les volumes etprofondeurs d'usure, et caractériser les surfacesusées;

O Usure en conditions réelles apparue en réacteursur une gaine de crayon de grappe decommande (diamètre 9,7mm).

H Gaine de crayon de grappe de commande(diamètre 9,7mm) : usure obtenue sur lesimulateur VIBRATEAU.

- l'exploitation des données du retour d'expé-rience afin de bien connaître les endommagementspar usure observés sur les réacteurs.L'étude de l'usure proprement dite fait appel à desessais sur simulateurs qui reproduisent aussi fidèle-ment que possible les conditions du système tribo-logique réel.

Des premiers résultats prometteurssur le simulateur VIBRATEAU

Le simulateur VIBRATEAU, construit dans lecontexte d'une collaboration avec le CEA, permetd'effectuer des essais d'usure par impacts/glisse-ments dans des conditions proches de celles du cir-cuit primaire des REP.La mise en service du simulateur et de ses équipe-ments périphériques a comporté la mise au point deméthodes et de procédures pour la mesure et lacaractérisation de l'usure sur les éprouvettes issuesdu simulateur. Les méthodes utilisées sont la peséeet la profilométrie tridimensionnelle (figure 2).

Deux campagnes d'essaisont eu lieu en 1992

• La campagne d'essais de reproductibiJité a étéentreprise afin de connaître les performances dusimulateur et d'apprécier la dispersion qui apparaîtsur les volumes usés et les coefficients d'usure.La géométrie et les matériaux retenus correspon-dent à la configuration standard des gaines de cra-yons de grappes de commande et de leurs cartes deguidage (figure 3).Le modèle d'usure le plus utilisé (la loi d'Archard)fait appel à un coefficient d'usure K, quotient duvolume usé par une grandeur énergétique appeléetravail d'usure. A l'issue des essais de reproductibi-lité, le rapport de dispersion qui apparaît sur le coef-ficient d'usure est inférieur à 2.Ces résultats sont satisfaisants et situent VIBRA-TEAU comme une bonne machine par rapport à

B Profilométrie tridimensionnelle : imagedéveloppée de traces d'usure sur une gaine decrayon de grappe de commande.

36032428B252

2161801441007236 i

Angle (°)

" ' * uisiéfni2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 length

Microns•24.4

•- 83.2distance (mm)

39

J,

FAITS MARQUANTS 1992

celles qui oflrent des possibilités comparables; desrapports de dispersion de l'ordre de 20 pour les coef-ficients d'usure sont souvent cités dans les publica-tions spécialisées.Une modification apportée au dispositif d'excita-tion mc.<inique du simulateur devrait permettred'améliorer encore la reproductibilité des essais.• La seconde campagne concerne des essais derevêtement ou de traitements de surface destinésaux doigts de gant d'instrumentation. Les résultatsobtenus présentent également un intérêt pour lescrayons de grappes de commande car des traite-ments de même nature sont envisagés pour réduireleur usure.

Trois types de traitements de la surface de l'éprou-vette tubulaire ont été testés et comparés à la solu-tion standard sans revêtement : la nitruration ioni-que, le chromage électrolytique et l'oxyde dechrome. L'éprouvette antagoniste qui représente lastructure de guidage est en acier inoxydable austé-nitique non revêtu.Les campagnes suivantes seront consacrées à desessais paramétriques indispensables dans la pers-pective de la modélisation de l'usure par impacts/glissements.

MfC - Département Mécanique et Technologiedes Composants, •

THYC et ASTRID1

deux logiciels pour la modélisationdes écoulements diphasiques

Les besoins d'analyse et de calcul des écou-lements diphasiques dans les réacteursnucléaires concernent principalement lescœurs des réacteurs à eau, les générateurs devapeur et les condenseurs. Le logiciel THYC,appliqué initialement aux cœurs, a vu cetteannée son domaine d'application s'étendre àtoutes les catégories d'échangeurs diphasi-ques à tubes.Il est parfois nécessaire de compléter l'appro-che globale permise par THYC par des études

plus fines à une échelle inférieure au pas destubes des échangeurs, afin de comprendrecertains phénomènes très locaux tels que lacrise d'ébullition dans les cœurs, ou d'amélio-rer la modélisation de ces phénomènes dansles codes de calcul classiques. Dans ce but,mais aussi pour réaliser directement des cal-culs industriels diphasiques hors du domainenucléaire (centrales à lits fluidisés circulants,applications de l'électricité), un nouveau logi-ciel a été développé : ASTRID.

THYC : une nouvelle génération d'outilpour la thermohydrauliquedans les faisceauxLivrée fin 1992, après trois ans de développement, laversion 3 de THYC étend le domaine d'utilisationdu logiciel à d'autres matériels que les cœurs deréacteurs : les générateurs de vapeur (GV), lescondenseurs et, plus largement, les échangeursthermiques à tubes.

L'application aux cœurs permet en conditions nor-males et incidentelles, d'évaluer les marges de fonc-tionnement du cœur vis-à-vis de la crise d'ébullitionet. en condition accidentelle, de mieux évaluer lessituations nécessitant une approche tridimension-nelle.

L'application aux GV est indispensable pour véri-fier les performances de nouveaux matériels, déter-miner les zones préférentielles de dépôt de boues et

obtenir les conditions thermohydrauliques néces-saires aux calculs de vibrations.Pour les condenseurs et les échangeurs en général, ils'agit d'optimiser le dimensionnement et la localisa-tion des prélèvements d'incondensables et de véri-fier les performances de nouveaux matériels.

Des résultats encourageantssur les transitoires accidentelsCouplé au logiciel de neutronique COCCINELLE(voir Faits marquants 1992, page 33), THYC permetune analyse fine de transitoires accidentels tels quela rupture de tuyauterie vapeur. L'écoulement tridi-mensionnel du fluide et l'apparition locale devapeur peuvent ainsi être étudiés (figure 1).

I •!

40

1

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Gâté boucle perturbée

Over cooled loop side

Echelle de température (K)Temperature scale

Calcul de rupture de tuyauterie vapeur parcouplage THYC-COCCINELLE : la figurereprésente le champ de température du fluideen sortie du cœur à l'instant t = 20Os. Deseffets tridimensionnels marqués sont dusnotamment au retrait simultané d'une grappe decontrôle (hypothèse aggravante).

Un outil prometteur pour l'analysedu fonctionnement des GV

La modélisation du GV de Paluel a été entreprisedès la recette de la version 3. La simulation destubes cintrés et des barres anti-vibratoires a permisd'étendre le domaine de calcul de la plaque tubu-laire jusqu'à l'entrée des séparateurs (figure 2).Au-delà du test de performance, des comparaisonsquantitatives ont montré la qualité des résultats deTHYC :- la puissance thermique est très proche de celleprécédemment calculée et validée par CAFCA-5,code de référence EDF ;— les températures obtenues sur la plaque tubulaireet lu plaque de distribution sont conformes auxmesures réalisées sur site.

Des améliorations restent à fairepour les condenseurs

Dans le cas du condenseur de BUGEY 2, THYC amontré des performances comparables à celles du

Temperature cote secondainsur la plnque tubulaire

rcmpernlurc cotD secondinresur la plnque do distribution

B Premier calcul THYC du GV 68/19 de Paluel.

code de référence CALICO en ce qui concerne lesparamètres globaux de fonctionnement (masse devapeur condensée, température de l'eau de refroi-dissement, pression). Cependant, l'ensemble descas tests de recette n'a pu être mené à bien. Pourtraiter les cas les plus difficiles, des améliorationsdevront être apportées à l'algorithme de résolution.

Après le développement,la qualification

Si l'application «cœur» est déjà pourvue d'un pre-mier dossier de qualification, les applications GV etcondenseurs devront être couvertes par deux dos-siers spécifiques.La plupart des expériences de qualification sontaujourd'hui disponibles ; les années 1993 et 1994seront consacrées à l'interprétation par THYC deces essais pour aboutir à des jeux de corrélationsfigés et recalés pour chaque application. C'est lepréalable indispensable à la réalisation d'étudessous assurance qualité avec THYC, pour les cœurs,les GV et les condenseurs.

PhR - Département Physique des Réacteurs.TTA - Département Transferts Thermiqueset Aérodynamique.

41

f.fc»r.

FAITS MARQUANTS 1992

ASTRID : un logiciel de recherchepour accéder aux paramètres locauxdes écoulements diphasiques turbulentsDès 1988. un groupe de projet a été chargé d'élabo-rer un outil d'analyse et de simulation des écoule-ments tridimensionnels diphasiques : le logicielASTRID. Deux grands domaines d'application sont

- la simulation d'écoulements diphasiques réactifsà particules dispersées dans des domaines tridimen-sionnels de géométrie complexe;— l'analyse de certaines configurations de base eneau-vapeur, débouchant sur la construction demodèles pour des codes diphasiques plus globaux.Les développements ont été réalisés sous assurancequalité : ils ont été notamment vérifiés sur des castests unitaires et contrôlés par une équipe de valida-tion indépendante. Le projet s'est achevé début1993.

Une modélisationouverte aux utilisateurs

Le modèle mathématique de base est un « modèleeulérien à deux fluides» décrivant la conservationde la masse, de la vitesse et de l'énergie de chacunedes deux phases. On lui ajoute des équations com-plémentaires nécessaires pour modéliser la turbu-lence, l 'évolution des interfaces entre les deux pha-ses, et l'évolution de la composition de chaquephase lorsqu'il y a plusieurs constituants.La méthode numérique choisie utilise une discréti-sation en différences finies ou volumes finis et undécoupage en plusieurs étapes («pas fractionnai-res ») pour le calcul à chaque instant des paramètresprincipaux de l'écoulement.En 1991 et 1992. de nouveaux développements ontété réalisés : modélisation des écoulements à bulleset des transferts de chaleur au sein de chaque phase,transferts de masse et de chaleur entre les phases etavec une paroi solide, couplage avec un code deconduction dans les solides, implantation de sché-mas numériques conservatifs pour le traitement deséquations d'énergie, généralisation du code auxgeometries curvilignes et prise en compte de la com-pressibilité.Ce code de recherche laisse une grande liberté àl'utilisateur pour programmer des modèles physi-ques adaptés à la nature de ses problèmes. Desmodèles de turbulence et des transferts interfaciauxde masse, de quantité de mouvement et d'énergiesont proposés dans le cas d'inclusions dispersées.

Une première démarchede qualification

Onze cas tests ont été choisis pour vérifier la confor-mité du logiciel à son cahier des charges. Ils sontreprésentatifs des différentes possibilités du modèle

H Simulation avec ASTRID d'un écoulement dansun cyclone séparateur.De l'air à 7O0C chargé en particules de 20microns de diamètre est injecté avec unevitesse de 12,4m/s à l'entrée du cyclone;l'écoulement est mis en rotation.Le gaz «propre» s'échappe par ta cheminée desortie tandis que les particules sont collectées àl'extrémité de la section conique.

1

Taux de présence des particules (O 20 //)en m3/m3

Particles volumetric fraction (O 20 u)m3/m3

42

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

D Modélisation tridimensionnelle avec ASTRIDd'un écoulement turbulent ascendant de bullesdans une conduite verticale avec élargissementbrusque.Des bulles d'air de 2mm de diamètre sontinjectées avec un taux de présence allantjusqu'à 20% aux parois, dans un écoulementd'eau possédant une vitesse d'entrée proche de2 m/s au centre de l'injecteur.La géométrie est constituée de deux conduitescylindriques, le rayon de l'injecteur (r = 25mm)représentant la moitié de celui de la conduite,la hauteur totale étant de 0,320m,Les mesures sont issues de l'institut demécanique des fluides de Toulouse.

mathématique et de sa méthode de résolutionnumérique, mais aussi des futures applications dulogiciel. Trois exemples en sont présentés.• L'écoulement gaz-particules solides dans unséparateur cyclone (figure 3) met en évidence l'apti-tude du code à simuler un écoulement de particulesdispersées dans une géométrie tridimensionnellecomplexe. Pour cette application relative aux cen-trales à lit fluidisé circulant, on utilise ASTRID encomplément d'une approche lagrangienne (à l'aidedu code ESTET) ; le modèle eulérien permetnotamment de prendre en compte directement l'in-fluence des particules sur l'écoulement gazeux et,dans le futur, les interactions entre particules.• La simulation d'un écoulement eau-air à bullesdans une tuyauterie verticale présentant un élargis-sement brusque (figure 4) a nécessité l'implantationde lois de fermetures prenant en compte les forcesde masse ajoutée et de pression qui s'exercent sur

les bulles. Des comparaisons entre les résultatsd'ASTRID et des données expérimentales obtenuesà l'institut de mécanique des fluides de Toulouseont pu être effectuées.• L'écoulement liquide-gaz dans un coude à 180degrés (figure 5) montre qu'à terme, le calcul par

B Ecoulement liquide-gaz dans un coude à 180 degrés.L'écoulement est uniforme en vitesse et taux de vide à l'entrée du tuyau. Sous l'effet de la forcecentrifuge, les bulles se concentrent sur la face interne du coude.

Champ de vitesse du liquideLiquid prate velocity field

Taux de vide dans le plan médianVoid fraction in the symmetry plane

43

Jt

FAITS MARQUANTS 1992

ASTRID des écoulements dans les singularités desconduites pourra permettre d'obtenir des modèlesde perte de charge ou de séparation des phases pourles codes globaux, sans recourir systématiquementà des expériences sur maquettes.D'autres cas tests ont permis de vérifier l'aptitudedu code à simuler des écoulements eau-vapeur enebullition, y compris en régime transitoire, ou desécoulements à gouttes à forte vitesse dans unetuyère, en prenant en compte la compressibilité dugaz.

Poursuivre les développements

Au cours des années prochaines, deux axes d'évolu-tion sont envisagés :- d'une part, une restructuration informatique dulogiciel visant à fusionner en un seul code ASTRID

et le logiciel monophasique ESTET dont il est issu(logiciel qui a lui-même continué à évoluer) ;— d'autre part, un enrichissement du logiciel par denouveaux modèles diphasiques issus des recher-ches en cours menées parallèlement au projet logi-ciel. Pour les écoulements comportant une phasecontinue et des inclusions (bulles, gouttes ou parti-cules solides), on cherche à améliorer la prise encompte de la turbulence (en utilisant notammentdes calculs en macrosimulation), à aller vers les fortstaux de présence des particules et, pour les écoule-ments confinés, à améliorer la modélisation prèsdes parois (en particulier le transfert thermique enebullition).

LNH - Département Laboratoire Nationald'Hydraulique.PhR • Département Physique des Réacteurs.TTA • Département Transferts Thermiqueset Aérodynamique.

Deux méthodes pour évaluerle vieillissement des aciers austénoferritiques

Les aciers inoxydables austénoferritiques (65% Fe,20% Cr, 10% Ni,...) sont utilisés pour la fabricationdes pièces moulées du circuit primaire des réacteursà eau pressurisée. Ces aciers biphasés (austénite +ferrite) sont susceptibles de se fragiliser lors demaintiens de longue durée aux températures de ser-vice (supérieures ou égales à 300"C) ; on dit qu'ilsvieillissent.Il est nécessaire d'évaluer l'état de fragilisation descomposants en service. Pour certains d'entre eux,cette évaluation est aisée car on dispose de matièrereprésentative dont le vieillissement est suivi enlaboratoire. Pour les autres, le seul recours est d'ef-fectuer des prélèvements sur site. Afin de minimiserla taille des prélèvements, deux méthodes ont étédéveloppées pour permettre le suivi du vieillisse-ment à partir de très faibles quantités de matière.

Tout d'abord identifier le dommage...

Des études menées à l'échelle atomique ont montréque le vieillissement des aciers austénoferritiquesrésulte d'une évolution de la structure de la ferrite.On observe dans cette dernière l'apparition de peti-tes hétérogénéités de composition chimique qui ladurcissent (figure 1 ).

... pour suivre son évolution...

Les méthodes à développer pour suivre le vieillisse-ment des aciers austénoferritiques doivent être sen-

sibles à la présence de ces hétérogénéités ou au dur-cissement de la ferrite qu'elles induisent. C'est lecas pour la diffusion des neutrons aux petits angleset l'essai de dureté instrumenté.

... par la diffusion des neutrons...

La diffusion des neutrons aux petits angles (DNPA)est une technique très utilisée en physique fonda-mentale. Elle trouve actuellement ses premièresapplications dans le monde industriel. Cette techni-que consiste à bombarder un échantillon avec unfaisceau de neutrons. Les hétérogénéités du maté-riau provoquent une déviation des neutrons doncun élargissement du faisceau (figure 2). On mesurele nombre de neutrons déviés (I) en fonction del'angle de déviation (0). Les résultats sont en géné-ral reportés dans un diagramme I fonction de sin 0.Dans le cas des aciers austénoferritiques vieillis,cette représentation se caractérise par la présenced'un pic, dit pic d'interférence, dont la taille et laposition évoluent en fonction du vieillissement(figure 3). Il est décelable pour une faible évolutionstructurale de la ferrite résultant de brefs maintiensen température. La DNPA apparaît suffisammentsensible au vieillissement des aciers austénoferriti-ques pour détecter ce pic et suivre son évolution.Nous effectuons actuellement les études par DNPAau National Laboratory de Brookhaven (USA).

44

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

3000

2000-1

1000

Eut non vieilliEKIs vieillit A 350°C durantprg-tntrmal aging conditioncondition after thermal aglngat SSO'C lot :

1000 h2SOO h

tOOOO h30000 h

0.1 0.2 0.3A. sin 6

El Spectres de diffusion des neutrons aux petitsangles obtenus sur un acier austénoferritiqueaprès différents maintiens à 35O0C. On noterarévolution de la taille et de la position du picavec la durée de vieillissement.

Bleu : zones riches en chrome (> 30 %).Rouge : zones riches en nickel et silicium.

O Image en trois dimensions obtenue à la sondeatomique de l'université d'Oxford. Cette imagemontre les hétérogénéités de composition àl'intérieur de ta ferrite d'un acierausténoferritique vieilli 1000Oh à 40O0C. Onnotera, en bleu, le squelette (en formed'épongé) des zones enrichies en chrome, ainsique les zones riches en nickel et silicium (enrouge).

B Schéma de principe de la diffusion des neutronsaux petits angles. Les hétérogénéités dumatériau provoquent une déviation desneutrons, et donc un élargissement du faisceauincident.I : intensité proportionnelle au nombre deneutrons diffusés.0 : angle de diffusion.A : constante pour une longueur d'onde donnéedu faisceau de neutrons.

e

D Evolution de la dureté et du module d'élasticitéentre la ferrite et l'austénite d'un acierausténoferritique vieilli 1000Oh à 40O0C.Résultats obtenus avec un duromètreinstrumenté. On notera la dureté élevée de laphase ferritique (forte diminution de la taille desempreintes).

1000

800

600

400

200

DuretéVickers

Module d'élasticité (GPa)

(a)a : duretéx : module d'Young

220

•200

180

160

140

120

EchantillonSample

»"•"»• «^ •••»»••»••-*-»•»•

' ' • • • . • •• : • -j

6 7 8 9

Ferrite

100

10 //m

45

v I-

FAITS MARQUANTS 1992

... ou par des essais de dureté

La dureté est habituellement déterminée parmesure optique de l'empreinte laissée par un inden-teur dans le matériau. Pour que cette mesure soitprécise il faut que l'empreinte soit d'une taille suffi-sante. Déterminer ainsi la dureté de la ferrite desaciers austénoferritiques est relativement difficilecar les résultats sont toujours perturbés par la proxi-mité de l'austénite.C'est pourquoi ont été évaluées les potentialitésd'un duromètre instrumenté en cours de dévelop-pement au Centre Suisse d'Electronique et deMicromécanique (CSEM). Ce duromètre enregistrel'évolution de la profondeur d'indentation en fonc-tion de la charge appliquée. Il permet d'effectuerdes mesures précises avec de très faibles pénétra-tions de l'indenteur : l'empreinte reste ainsi parfai-

tement localisée dans la ferrite (figure 4). Grâce àcette technique, on peut accéder à des propriétésintrinsèques de la ferrite, notamment son moduled'Young ou sa dureté. La mesure de cette dernièrepermet de suivre le vieillissement du matériau.

L'avenir

Les deux techniques présentées permettent de révé-ler qualitativement le vieillissement des aciers aus-ténoferritiques et d'appréhender son ampleur.D'abord qualifiées sur des produits du programmede suivi dont la fragilisation est bien connue, ellespeuvent maintenant être appliquées sur des petitsprélèvements issus de composants en service afind'en évaluer la fragilisation.

EMA - Département Etude des Matériaux. •

Achèvement des étudesde stratifications thermiquesdans les tuyauteries coudées

La mise en évidence d'une stratification entempérature dans le fluide parcourant certai-nes tuyauteries primaires et secondaires desREP et l'analyse d'incidents liés à ce phéno-mène ont fait apparaître la nécessité de dispo-ser d'une méthodologie globale permettantd'en comprendre l'origine et d'en évaluer lesconséquences mécaniques. Les actionsengagées à la DER depuis 1990 arrivent àterme en ayant atteint leurs trois objectifs :progrès des connaissances physiques, miseau point de moyens de détection et dévelop-pement d'outils numériques de simulation.

Un phénomène non pri» en compteinitialement, apparu en exploitation...

Dans une tuyauterie parcourue par deux fluides àdes températures très différentes, l'écoulement àfaible vitesse conduit à un phénomène de stratifica-tion thermique caractérisé par la présence d'unecouche chaude en partie haute, d'une couche froideen partie basse, et d'une zone intermédiaire où desfluctuations de température localisées peuvent enoutre apparaître. Ces chargements thermiques, quidonnent lieu à des contraintes mécaniques impor-tantes, n'avaient pas été pris en compte lors de Iaconception des réacteurs à eau pressurisée (REP).Associés à d'autres mécanismes (corrosion, pré-sence d'un milieu diphasique), ils ont conduit à l'ap-

parition de fissures au voisinage de coudes sur destuyauteries de tranches en exploitation.Les études engagées sur ce sujet ont été regroupéesdans un projet pluridisciplinaire qui rassemble descompétences en thermohydraulique, en mécaniqueet dans le domaine des matériaux.

... détecté et quantifié sur site...

La compréhension du comportement des circuitsaffectés par la stratification a rendu nécessaire lamise au point de méthodes de mesure pour détecteret quantifier le phénomène sur site.Trois méthodes non intrusives ont été développéeset mises en œuvre sur la ligne d'alimentation en eaudu générateur de vapeur à Chinon B3, pendant unecampagne d'essais réalisée de fin 1990 à début 1992.La mesure du profil thermique dans le fluide estobtenue par densitogammamétrie. La détection desfluctuations de température est réalisée par ultra-sons, et leur quantification par des méthodes inver-ses utilisant des mesures en paroi externe de latuyauterie.

... reproduit sur des maquettes...

Une connaissance plus approfondie de la physiquedu phénomène a été acquise par des études réaliséessur maquettes.• Les essais sur la maquette en plexiglass SUPER-NIMBUS ont montré que des instabilités naissaient

r

46

* .<*

\MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Stratification en température sur la maquetteSUPERNIMBUS suite à une injection d'eaufroide. On distingue en partie haute la couchechaude (en vert) et en partie basse ta couchefroide (en noir).

à l'interface de stratification au voisinage du coudeet se propageaient dans la partie droite de la tuyaute-rie (figure 1).• De son côté, la maquette COUFAST, en acier fer-ritique a donné accès à des grandeurs jusque-làinconnues, comme les profils réels de températuredans le fluide ou les coefficients d'échange entre lefluide et la paroi. Elle a servi à la validation desméthodes expérimentales mises en place sur site.L'expertise de la maquette renseignera en outre surla nocivité mécanique des états stratifiés.

... et simulé par le calcul

Afin d'extrapoler ces connaissances sur d'autresconfigurations de lignes, il est important de disposerd'une modélisation thermohydraulique de l'écoule-ment stratifié. Les calculs effectués avec ESTET ontpermis de reconstituer les phénomènes observéssur la maquette COUFAST (figure 2).Cette étude a donné lieu à la mise au point d'unmodèle de coque thermique mince qui a servi audéveloppement d'une version d'ESTET prenant encompte le couplage thermique entre le fluide et laparoi, ouvrant ainsi la voie à un chaînage entrele code thermohydraulique ESTET et le code méca-nique ASTER.

Vers une méthodologiede calcul mécaniqued'un coude stratifié

Les calculs thermomécaniques entrepris avec lecode ASTER ont été recalés à partir des donnéesexpérimentales recueillies sur maquette et sur site.

Après 90sAfter SOs

I

36.033,430.928,3 Température 0C25,723,120,618,0

B Formation d'une stratification thermique aprèsinjection d'eau froide. Evolution temporellesimulée avec ESTET.

L'expérience acquise a permis de proposer uneméthodologie de calcul mécanique tridimensionneld'un coude stratifié, qui sera utilisée pour validerdes outils de dimensionnement simplifiés. A titred'exemple, un modèle mécanique approché d'uneligne stratifiée est déjà implanté et disponible dansASTER (figure 3).

Champ de contrainte engendré par une injectiond'eau froide sur la ligne d'alimentation en eaud'un générateur de vapeur de Chinon B3 (calculASTER).

Contrainte (MPa)Stress

8

47

('

kf

I

if

FAITS MARQUANTS 1992

Enfin, la prise en compte de Ia chimie du milieuREP et du caractère aléatoire des chargements sur lematériau a conduit à l'établissement d'algorithmesde Fatigue et de courbes d'endurance adaptés auproblème. Des actions se poursuivent en ce sens.

Des outils disponiblespour d'autres applications

L'association d'une démarche expérimentale etd'une approche numérique, qui a fait progresser laconnaissance du comportement en exploitation descircuits débitants stratifiés, a donné Ic jour à des

outils d'intérêt général. Cette expérience et cesoutils doivent maintenant contribuer à la compré-hension et à la maîtrise d'un phénomène thermo-hydraulique voisin (interaction entre stratificationet pénétration turbulente) affectant les piquages etles bras morts des tranches REP.

REME - Département Retour d'Expériences, Mesures,Essais.MTC - Département Mécanique et Technologiedes Composants.LNH - Département Laboratoire Nationald'Hydraulique.EMA - Département Etude des Matériaux.MMN - Département Mécanique et ModèlesNumériques. •

Bilan des essais d'un groupe motopompe primairedu palier 1400 MW N4

Tester, dans les conditions réellesde fonctionnement,un groupe motopompe primaire,avant son installation sur site,est-ce vraiment nécessaire ?

Engageant au début des années 1970 un vaste pro-gramme de construction de centrales nucléaires dutype réacteurs à eau pressurisée (REP), EDF aconstruit une boucle d'essai permettant de s'assu-rer, avant son envoi sur site, du bon fonctionnementdu groupe motopompe primaire (GMPP). LeGMPP est en effet un composant essentiel puisqu'ilmet en circulation l'eau du circuit primaire, permet-tant de réaliser l'échange de chaleur avec le circuiteau/vapeur de production d'électricité ; mais il revêtégalement un caractère de sûreté, car il s'agit d'uneenceinte sous pression devant rester étanche (rôledes joints d'arbres).

* r

L'essai dans les conditions réelles de fonctionne-ment d'un GMPP tête de série est certainement lemeilleur garant du bon comportement de ce type decomposant lors de l'exploitation ultérieure des cen-trales REP.

La boucle d'essai de pompesde réacteurs à eau (BEPRE)

Cette boucle a été construite au début des années1970 dans l'enceinte de la centrale thermique deGennevilliers. Ainsi que le montre la figure 1, sonarchitecture est d'une conception similaire à celled'un circuit primaire.Le réglage de Ia température de fonctionnements'efTectue par l'intermédiaire d'un réfrigérant inter-médiaire. Les caractéristiques normales de servicede la boucle sont celles du circuit primaire : pressionde 155 bar et température de 300 "C ; le débit circu-lant, de 7 m-Vs, correspond à une hauteur de refoule-ment de la pompe de 100 m pour une puissance élec-trique du moteur d'environ 7MW.

D Représentation schématique de la boucled'essais de pompes de réacteurs à eau(BEPRE).1. Groupe motopompe2. Circuit principal3. Pressuriseur4. Réservoir de contrôle volumétrique5. Echangeur principal6. Echangeur intermédiaire7. Circuit d'injection aux joints8. Pompes de charge9. Vanne papillon.

48

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

De* ««sais réaliséssur tous les GMPP tètes de sériejusqu'au milieu des années 1980

Les CiMPP têtes de série des différentes générationsde centrales REP construites par EDF se sont succè-des sur la boucle BEPRE jusqu'au milieu des années1980 :- UMPP de Tihange - Fesscnheim (REP 900,CPO);- GMPP du type 93D (REP 900. CP! et CP2);- CiMPP du type 100 (REP 1300. P4 et P'4).

Les premières campagnes d'essaid'un groupe motopompe primairedu palier N4

A la dill'érence des GMPP de générations antérieu-res fabriqués par Jeumont-Schneider-Industrie(JSI), sous licence Westinghouse et qui bénéfi-ciaient d'un retour d'expérience aux Etats-Unis, leGMPP N4 est d'une conception nouvelle (adoptiond'un palier hydrostatique, quatre aubes au lieu desept) correspondant à la francisation de la filièreREP. C'est la raison pour laquelle EDF a décidé devérifier sur la boucle BEPRE dès 1987 le bon fonc-t ionnement d'un GMPP N4 tête de série (figures 2et 3).Plusieurs campagnes d'essais se sont succédéesentre 1987 et 1991. Ces campagnes ont permis d'at-teindre les performances hydrauliques attendues,d'une part, et d'améliorer le comportement vibra-toire, d'autre part.En ce qui concerne l'aspect hydraulique, JSI a puatteindre le niveau de performance recherché enoptimisant le diamètre des aubages et l'épaisseur dubord de fuite.En ce qui concerne le comportement vibratoire, laconception init iale par frettage de la liaison roue-arbre a été abandonnée au profit d'une nouvelleconception par goujonnage et liaison à dentures. Al'issue de ces campagnes d'essai, le comportementvibratoire du GMPP était très satisfaisant. II a mêmeété vérifié que ce comportement restait acceptableen l'absence de serrage de la moitié des goujonspériphériques assurant la liaison roue-arbre.

Cependant, un phénomène de légère augmentationdes performances hydrauliques de la pompe a étéconstaté après 300 heures de fonctionnement envi-ron. Suite à des vérifications du GMPP, de la boucled'essai et de la qualité des mesures réalisées, l'exis-tence du phénomène a été confirmée sans permet-tre d'en déterminer précisément l'origine. Cetteconstatation a conduit EDF à engager une nouvellecampagne d'essais.

En 1992,une campagne complémentaire

Cette campagne a été réalisée avec une pompeneuve et une instrumentation d'acquisition et detraitement complémentaire. Elle a débuté en mars

B Installation de la volute du groupe motopompeN4 à Gennevilliers.

H Installation de la partie pompe du groupe sur laboucle BEPRE de Gennevilliers.

49

FAITS MARQUANTS 1992

1992 pour s'achever fin novembre 1992 ; elle com-prenait non seulement des essais d'endurance maiségalement des essais incidentels sévères représenta-tifs des situations possibles sur réacteur. Les carac-téristiques hydrauliques mesurées au cours de cettedernière campagne sont restées globalement sta-bles.En définitive, l'objectif défini lors de rengagementdes essais sur la boucle BEPRE d'un GMPP N4 têtede série a bien été atteint à l'issue de cette campa-gne. Le comportement des futurs groupes du palierREP N4 a été vérifié : il est satisfaisant tant du pointde vue hydraulique qu'électrique ou mécanique.

Un bilan satisfaisantpour les essais du groupe motopompeprimaire N4

A l'issue d'une période d'essai ayant duré près de 5ans, il paraît intéressant d'en dresser un bilan. Celui-ci peut être présenté sous deux aspects.

• Validation du bon fonctionnement du matériel

Cet aspect est particulièrement évident puisque l'es-sai dans les conditions réelles de fonctionnement età plein débit a permis de mettre au point un matérielprésentant un caractère innovant par rapport auxmatériels antérieurs.La dernière campagne d'essai a permis de démon-trer la conformité du GMPP N4 aux exigences fonc-tionnelles normales et exceptionnelles du circuitprimaire N4. Pour conforter encore les résultats

obtenus à Gennevilliers, les performances des huitpremiers groupes seront suivies lors du démarragesur le site de Chooz.

• Enrichissement des connaissances

La réalisation des essais du GMPP N4 s'est accom-pagnée de progrès significatifs dans plusieursdomaines :— en ce qui concerne l'analyse de la dynamique deslignes d'arbre, validation d'un nouveau concept destabilité de ligne d'arbre et validation du codeCADYRO correspondant ;— en métrologie, développement d'une nouvelleméthode de mesure de débit par ultrasons et valida-tion d'une méthode de détermination de fréquencespropres par excitation électro-magnétique ;— en instrumentation, contribution ù la mise aupoint du système d'acquisition pour les machinestournantes ;— en mécanique, validation d'un nouveau conceptde liaison roue-arbre, et calculs élasto-plastiques surla roue à l'aide du code ASTER;— en thermique, modélisation du champ thermi-que au voisinage de la barrière thermique.Cet enrichissement des connaissances se traduitpour Ia DER par une amélioration de la qualité del'aide qu'elle apporte à l'exploitant dans le domainede la surveillance et de la maintenance préventivecomme dans celui de la mise au point de critères dedimensionnement.

Machines - Département Machines. •

1

Une solution aux incidentsdes circuits d'admission du palier 1300 MW

\

Les vibrationsdes circuits d'admission :un problème important

Les circuits d'admission de la vapeur à la turbine dupalier 1300 MW subissent des dommages vibratoi-res causant des indisponibilités importantes etrépétées. L'incident le plus spectaculaire a été ladécouverte, en décembre 1985, d'une fissure sur latuyauterie d'admission inférieure à Flamanville 1.Ensuite des ruptures répétées ont été signalées surles piquages des circuits de purge. En outre, ladétente de la vapeur dans les organes d'admissionproduit des nuisances sonores.

Ces problèmes mécaniques sont liés au fonctionne-ment de la soupape aux charges partielles (figure 1).La soupape étant faiblement ouverte, fonctionne en

condition sonique. La détente de la vapeur s'effec-tue alors en formant des ondes de choc, et dissipeune puissance pouvant atteindre 100 MW à bassecharge !

Des essais sur site et sur maquettepour comprendre

Pour cerner les phénomènes physiques à l'originedes dégradations, des essais complets sur site ontété réalisés quand la centrale redémarre après unerévision périodique, pour obtenir rapidement lesdifférents régimes de fonctionnement lors de lamontée en charge.Une campagne a eu lieu à Belleville en 1990. Lors-que la centrale atteint une puissance voisine de

50

V I-

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

RstonPiston Ressort

Compression spring

TigeWoo1

ClapetVaVe d/sc

Va/ve seat

LevéeOpen-ClosedTravel

I Représentation schématique d'une soupape.Pour régler le débit de vapeur, une tigecommande la levée de la soupape. Cette tigeest reliée à un clapet qui obture plus ou moinsla section offerte à la vapeur. La levée de lasoupape est donc le paramètre essentiel de sonfonctionnement.Le rapport des pressions en amont et en avalest le second paramètre important. Ce rapportest aussi appelé taux de détente. A l'amont, legénérateur de vapeur impose une pression etune température quasiment constante. A l'avalde la soupape, la pression et la températuresont celles qui régnent dans le corps hautepression de la turbine.La levée maximale du clapet correspond aupoint nominal de fonctionnement de la turbine.Pour les faibles levées, l'écoulement estsupersonique en sortie de soupape.

300 MW, des vibrations importantes apparaissentsur les tuyauteries. Les tiges de commande des sou-papes sont soumises à des accélérations supérieuresà 40 Ibis l'accélération de la pesanteur. Simultané-ment, des fluctuations de pression pouvant attein-dre un bar efficace apparaissent dans la vapeur. Ellesengendrent des résonances acoustiques longitudi-nales de la tuyauterie en basse fréquence. Par ail-leurs, à une fréquence voisine de 600 Hz, les fluctua-tions de pression excitent les vibrations de la tuyau-terie sur un mode de coque en forme de trèfle.Ces études ont donc montré que les vibrations sontproduites par les fluctuations de pression en sortiede soupape. Pour les réduire, des essais surmaquette ont été effectués en soufflerie, notam-ment sur un banc de strioscopie réalisé en collabora-tion avec le Conservatoire national des arts etmétiers. Une maquette bidimensionnelle a permisde visualiser les diverses configurations d'écoule-ment interne à la soupape et les brusques transitionsd'un régime à l'autre. En particulier, les battementsde jets correspondants aux fluctuations de pressionmesurées à 600Hz sur site ont été identifiés etanalysés finement au moyen d'une caméra rapide.

DistanceArrivée de fluide

Fluid inletCol

/ Throat

- 0,03

-0.04

- 0.04 - 0.02 OArrivée de fluide

Fluid Inlet

0.02 0.04 0.06 0.08Longueur (m)Length (ml

B Calcul d'écoulement dans la soupaped'admission effectué avec le code EULER2D :courbes isoMach obtenues pour une levée duclapet de la soupape de 20mm et pour unrapport de pression amont-aval de 4,5.La : instant initial; 1.b : instant t = 0,329msLes couleurs correspondent aux nombres deMach (noir : Mach = 1 ; bleu : Mach < 1 ; vert,jaune, rouge : Mach > 1).

Une maquette tridimensionnelle a été étudiée endétail sur le banc d'essai CLARINETTE pour déter-miner les zones de fonctionnement qui présententles plus fortes fluctuations de pression et les corréleravec le protocole de fonctionnement des soupapes.Les résultats sont en accord avec les mesures sursite. Les mesures de pression fluctuante réaliséessur la maquette tridimensionnelle peuvent êtretransposées à la soupape réelle.

Calcul des écoulements

Des calculs ont été réalisés pour analyser finementles écoulements (figure 2) et prévoir le bruit produit.Dans le cas des soupapes, la difficulté de modélisertient au fait que l'écoulement est tridimensionnel,instationnaire. turbulent et compressible. Des

5l

FAITS MARQUANTS 1992

àOO

400

300

200

100-

Pression flucluanle (mbars efficace)Fluctuating pressure

Puissance (MW)Power

200 400 600 BOO 1000 ' 1200 1400

El Fluctuations de pression mesurées à l'aval de lasoupape d'admission,au-dessus : soupape initialeen-dessous : soupape modifiée.

méthodes particulières doivent être utilisées pourl'étude spécifique des instabilités aéroacoustiquesqui apparaissent dans les fortes détentes. C'estpourquoi un code a été mis au point pour résoudreles équations d'Euler instationnaires. Les résultatsconfirment que l'instabilité aéroacoustique obser-vée dans la soupape d'admission est liée à l'interac-tion des jets supersoniques issus de chacun desdeux cols. La figure 2 montre l'existence de batte-ment des jets dans la soupape. Pour les fortes déten-tes rencontrées, les résultats du calcul (non vis-queux) sont en accord avec les visualisations parstrioscopie.

La solution :réduire les excitations à la source

Des modifications de la géométrie interne ont étéréalisées pour maîtriser l'écoulement dans la sou-pape. Une nouvelle forme proposée par le construc-teur a été étudiée sur maquette et validée : l'instabi-lité aéroacoustique liée au battement des jets estsupprimée.Après les tests sur maquette, la solution a été miseen œuvre en 1991 sur une seule soupape de la cen-trale de Flamanville. Les résultats sont tout à faitsatisfaisants et conformes aux essais sur maquette.La source d'excitation est bien réduite : les niveauxde pression fluctuante sont en eii'et divisés par 2(figure 3). Cette amélioration apporte aussi desgains sur les structures. Les accélérations des tigesde soupapes sont également réduites d'un facteur 2.Ceci permettra d'utiliser plus souvent la centrale enbasse puissance. Une validation complète est encours à Penly avec quatre soupapes modifiées pourvérifier que la perte de charge à pleine puissance,qui a augmenté, reste acceptable.

1 10

910*

810 "

7 1 0 «

6.10 '

510 '

4 10 "

3 1 0 '

2.10"

1.10 "

Calcul ASTER du premier mode acoustique dela tuyauterie d'admission :- les variations de couleurs correspondent àdes variations de la pression acoustique;- les pointillés correspondent à la géométrieinitiale, la partie colorée représente la déforméemodale de la structure.

Le dimensionnement dynamiquedes circuits

Les modes propres de la tuyauterie ont été calculésavec le code ASTER et recalés sur les essais d'analy-ses modales expérimentales. La structure peut êtrereprésentée par des éléments de poutre ou des élé-ments de coque. Les calculs des modes propres enbasse fréquence sous excitation fluide sont effec-tués avec le code général d'étude du comportementmécanique des structures ASTER (figure 4) et lecode de vibrations sous écoulement des réseaux detuyauteries CIRCUS. Ils donnent des résultats com-parables.La dernière étape de la démarche consiste à déter-miner la réponse des tuyauteries à l'excitation pro-duite par la soupape. Il faut s'assurer que lescontraintes dynamiques qui en résultent sontadmissibles et que la durée de vie de la tuyauteriesera suffisante.La plupart des méthodes et des résultats precedentsseront applicables au palier N4. En effet, les soupa-pes seront semblables, à un facteur de forme près, àcelles qui existent actuellement. Les solutions déve-loppées précédemment pourront donc être appli-quées pour réduire les excitations en sortie de sou-pape et éviter les dégradations des tuyauteries.

AMV - Département Acoustique et MécaniqueVibratoire.

52

MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

De la CAO au système d'informationpour les études d'ingénierie

En lançant le projet CAO d'ingénierie, EDFmodernise sa chaîne de conception assistéepar ordinateur (CAO) pour la réalisation d'étu-des des futures centrales. Ce projet a pour butde fournir aux bureaux d'études un véritablesystème d'information leur permettant d'orga-niser leurs études à partir de la maîtrise desdonnées.

Un historique riche où EDFa été précurseur pour le palier N4

EDF u plus de quinze ans d'expérience en matièred'informatisation de ses moyens d'études d'installa-tions. La CAO n'est utilisée pleinement que depuisune dizaine d'années, pour la réalisation des étudesdu dernier palier nucléaire, le palier N4. Pour la pre-mière fois, la quasi-totalité des schémas et plansnécessaires à la construction d'une centrale sontproduits à l'aide d'outils de CAO de même que lesdonnées informatiques nécessaires à la conduite dela centrale.Les schémas décrivent le fonctionnement des équi-pements et sont produits par l'intermédiaire d'outilsde dessin. Les plans décrivent la géométrie dansl'espace de l'installation et nécessitent l'utilisationd'outils spécifiques traitant les dor nées tri-dimen-sionnelles.La chaîne de CAO mise en place pour le palier N4s'est donc articulée autour de deux produits princi-paux, PHENIX pour la schématique et PDMS pourl'architecture de l'installation. Des applicatifs ontété développés afin d'adapter ces produits à chaquemétier tel que mécanicien ou électricien. Concevoirles données d'études n'est pas suffisant, il faut lesgérer et les administrer. Ceci a nécessité le dévelop-pement d'un grand nombre d'outils ainsi que lacréation d'une base de données, pot commun danslequel les applicatifs puisent leurs données.

La répartition des étudessur stations de travail

Cette chaîne de CAO offrait une avance, très impor-tante à l'époque, au niveau de certains conceptscomme la structuration des bases de données ou laparamétrisation d'objets au sein de catalogue (pré-curseur de l'approche dite objet). Cependant, latechnologie informatique a fait d'immenses pro-

grès, aussi bien dans le domaine des matériels avecl'arrivée des stations de travail que dans le domainedu logiciel. La modernisation de la chaîne concernedonc ces deux aspects.

L'arrivée des stations de travail remet en causel'implantation de la chaîne CAO du palier N4 surordinateur central. L'offre d'outils de CAO sur desordinateurs disparaît au profit d'outils disponiblessur stations de travail ou sur micro-ordinateurs ; ladéconcentration devient donc incontournable.Dans cette hypothèse, les projeteurs créent, modi-fient et gèrent les données des études sur stations detravail ; ils communiquent à travers un réseau.

En ce qui concerne l'aspect logiciel, les logicielsPDMS et PHENIX ont vieilli. Les fonctions dePDMS doivent être élargies à l'ensemble desmétiers liés à l'architecture industrielle. L'outil deschématique PHENIX, dont EDF est l'un des seulsutilisateurs en France, est remis en cause au profitd'un outil plus standard. Cet outil profitera de l'er-gonomie des outils graphiques actuels, tout enoffrant la possibilité d'adapter la structure des don-nées aux besoins d'EDF (ceci dans la continuité dePHENIX). Les applicatifs développés pour cesoutils intégreront le savoir-faire de l'Entreprise danschacun de ses métiers de conception.

La déconcentration pose le problème de la gestionde données réparties. L'un des rôles majeurs dusystème d'information des études est de gérer l'ac-cès à ces données, leur cohérence ainsi que leurcycle de vie. Une fois crées, les données superviséespar le système d'information sont validées et misesà la disposition de l'ensemble des projeteurs. Ellessont ensuite reprises pour s'intégrer dans la docu-mentation. II ne s'agit donc plus de gér<;r unique-ment les données permettant de produire des sché-mas ou des plans, mais de gérer l'ensemble desinformations utiles à la conception et la réalisationd'une centrale, en intégrant les diverses représenta-tions (2D, 3D, documentaire, etc.) et les cycles devie de ces données. Ce système d'information per-mettra également de contrôler efficacement l'avan-cement des étudis.

Cette chaîne de CAO rénovée do.i permettred'étendre son champ d'application à la fois enamont, du côté des études de projet, et en aval versl'exploitation et la maintenance des centrales.

TIEM - Département Traitement de l'Informationet Etudes Mathématiques. •

53

Ifr.

FAITS MARQUANTS 1992

v- V

La fiabilité et l'approche probabiliste de la sûreté :un domaine sous haute surveillance

Dans le cadre du programme de veille technologi-que et scientifique lancé par la DER depuis 1989, lesétudes (figure 1) ont abouti à des résultats impor-tants dans le domaine de la fiabilité et des évalua-tions probabilistes de sûreté (EPS).

L'objectif de la veille appliquée au champ des EPSconsiste, à partir d'un bilan, d'un état de Part desEPS, à identifier les points durs qui nécessitent unesurveillance organisée, et à positionner les étudesmenées à EDF, les méthodes utilisées ou dévelop-pées et les connaissances accumulées, pur rapport àcelles des pays étrangers. Il devient alors possible dedéfinir une démarche adaptée au champ des EPS etde la Habilité, et de mettre en place le dispositif deveille de façon concrète et pratique.

L'état de l'art

L'état de l'art a été déterminé en collaboration avecle Standford Research Institute. L'étude a comportétrois phrases principales :

— la segmentation du champ en thèmes et la prépa-ration d'un questionnaire détaillé, destiné à préciserles questions intéressantes ;

— des entretiens approfondis, menés avec une tren-taine d'experts internationaux, essentiellement enEurope et aux Etats-Unis. Les experts ont été choi-sis soit en raison de leur réputation personnelle, soitdu fait de leur représentativité dans certains orga-nismes importants (AIEA, NRC, EPRI, etc). Cesorganismes couvrent l'éventail des fonctions etpositionnements stratégiques dans le domaine desEPS et de la sûreté nucléaire : Autorités de Sûreté,

O Schéma de développement de la veilletechnologique et scientifique.

centres de recherche, compagnies d'électricité,consultants et sociétés d'ingénierie, concepteurs etéquipementiers, etc. ;— la synthèse des résultats sous forme d'un docu-ment de référence.Cet état de l'art a permis de progresser tout en accu-mulant un certain nombre de connaissances, et demettre à jour des domaines où les connaissancessont insuffisantes. C'est un document vivant quisera revu et enrichi périodiquement. Les thèmesprécis qui doivent faire l'objet d'études complémen-taires ont été identifiés pour 1993 :— l'utilisation des EPS à la conception ;— les modes de validation des nouveaux procédésde conduite des installations, sous les aspects fac-teurs humains, erp< ,omiques et fiabilité humaine ;— enfin l'utilisau ,. des méthodes probabilistesdans les domaines du spatial, de la chimie et des pla-tes-formes «off-shore».

L'état de l'art actuel a confirmé l'importance dupositionnement stratégique des acteurs dans lesdomaines de la sûreté et des EPS, dans leurs appré-ciations sur le niveau de confiance attribué aux EPS,la recherche et développement à accroître, l'intégra-tion dans le processus d'exploitation des centralesnucléaires.Globalement, de nombreuses questions théori-ques, pratiques et méthodologiques restent ouver-tes quant à l'utilisation des EPS ; la réalisation et lagestion de ces études restent l'affaire de spécialistes,la prudence étant de règle car les résultats obtenusdans les études pratiques doivent faire l'objet d'in-terprétations et de discussions approfondies. End'autres termes, le statut, le développement, et l'uti-lisation des EPS sont hétérogènes dans les diffé-rents organismes et pays considérés.

1989 6-91 6-92 fin 1992 1993

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MATERIELS CLASSIQUES DES CENTRALES, MATERIELS NUCLEAIRES

Tableau D Quelques exemples de thèmes retenus pour la veille.

Méthodesoutils

— Méthodes markoviennes

- Méthodes numériquesd'accélérationde Monte-Carlo

- Fiabilité des logiciels

- Analyse des systèmespar intelligenceartificielle

- Evaluation des stationsde travail

Applications(nucléaire)

— EPS vivanteset évolutives

- EPS simplifiées

— Application des EPSdont évaluation desrejets dansl'environnement

— Analyse des incidentspar des méthodesprobabllistes

- Indicateurs

Applications(hors nucléaire)

- Analyte fonctionnaitFiabilité humaine

— Applications originatehors nucléaire

— Aéronautique et spatial

- Chimie et ott'Shon

- Traitement théoriqueêtes systèmes électriques

Fiabilité humaineet facteurs humains

— Evaluation probabilistede la sûreté

— Indicateursorganisationnels

— Etudes comparatives(psychosociologie-ergonomie)

— Problématiquesémergentes enfiabilité humaine

- Culture de sûreté

Des études exploratoires

La démarche mise au point comporte la réalisationd'études exploratoires, qui constituent l'étape sui-vante de l'état de l'art, lorsque des sujets sensibles,émergents, ont été détectés. C'est le cas pour lesindicateurs de sûreté.Plusieurs études préliminaires ont eu pour objectifde cerner le sujet et d'apporter des éléments d'ap-préciation pour la conduite de programmes détail-lés, qui seraient dès lors intégrés dans les actions derecherche d'EDF et ne seraient plus de la veille pro-prement dite.Les études sur les indicateurs visent plus précisé-ment à établir l'état de l'art sur ce thème, et à évaluerl'intérêt et la faisabilité de modèles d'indicateursorganisationnels, c'est-à-dire permettant de caracté-riser les facteurs humains sur le plan organisation-nel : niveau de culture de sûreté, influence des dis-positions et décisions managériales,...

Un dispositif pratique de veille

Enfin à partir de sujets précis identifiés, un veilleurest chargé de noter sur des fiches les informationspertinentes recueillies dans les revues, les congrès,les missions, etc. Une trentaine de sujets sont réper-toriés et surveillés par une douzaine de veilleurs(tableau 1). L'ensemble des fiches sera synthétisépériodiquement et fera l'objet d'un rapport destinéaux spécialistes de l'Entreprise.Ainsi structurée, la veille s'avère être un instrumentefficace pour le positionnement continu de nos tra-vaux, la détection des évolutions et tendances àl'étranger (en particulier des innovations potentiel-les), et pour la communication technique et scienti-fique dans l'Entreprise sur des sujets aussi sensibleset importants que les EPS et les applications desméthodes de fiabilité et de sûreté de fonctionne-ment.ESF - Département Etudes de Sûreté et de Fiabilité. •

Les moyens de production thermique et nucléaireun thème pour les journées techniques 92

Depuis 1990, la DER réalise des journéestechniques ouvertes au monde industriel etscientifique : c'est l'occasion de mieux faireconnaître l'ensemble de ses activités, de sesmoyens, et de nouer des contacts avec denouveaux clients et partenaires. Organiséessur les sites de Chatou et des Renardières, lesjournées du 5 au 7 novembre 1992 ont étéconsacrées aux moyens de production ther-miques et nucléaires.

Les moyens de productiondes enjeux pour le futur

Aujourd'hui, près de 75 % de la production d'éleciri-cité d'EDF est d'origine nucléaire. Derrière ce chif-fre, des enjeux majeurs pour l'Entreprise : exploiterun parc de cinquante réacteurs à eau pressurisée(REP), dans les meilleures conditions de sûreté, enmaîtrisant la qualité et le coût de l'électricité pro-duite.

55

\

* À

r. \FAITS MARQUANTS 1992

O Une vue générale d'un stand du thème"contrôle non destructif» aux Renardières.

La préparation de l'avenir conduit également EDF àse positionner sur plusieurs fronts dans le domainedu développement et du renouvellement de sesmoyens de production : la poursuite du programmenucléaire intégrant Iy gestion de l'aval du cycle ducombustible, le développement de nouveauxmoyens thermiques à flamme pour la production depointe ou la semi-base.Enfin, EDF se veut exemplaire en matière d'envi-ronnement ; ceci conduit l'Entreprise à maîtriserl'impact de ses moyens de production sur l'environ-nement et à intégrer ce souci dès leur conception.La DER mobilise sur ces enjeux plus de 830 ingé-nieurs et techniciens, et y consacre près de la moitiéde son budget. Valoriser les compétences, les outilset les produits de la DER sur ces sujets, tel était l'ob-jectif des journées techniques 92.

Une présentation fédéréeautour de neuf thèmes

Pour illustrer la complémentarité des activités deséquipes, neuf thèmes ont été retenus, les uns pré-sentés aux Renardières, les autres à Chatou : maî-

trise et qualité des REP, outils d'aide à la conceptionet à l'exploitation, sûreté et facteurs humains,contrôle-commande, surveillance et diagnostic,contrôle non destructif, maintenance, environne-ment et moyens de production du futur.Plus de 200 sujets, fruits de plusieurs années derecherche, ont été présentés, l'organisation desjournées ayant impliqué la participation de quinzeDépartements et de deux sites concernés.

Quand la DER s'expose

Plus de 2900 visiteurs les jeudi, vendredi et samedisur les deux sites (figure 1); le succès des journéesse mesure également par la qualité des échanges etdes discussions entre visiteurs et exposants. Lagrande majorité des visiteurs professionnels (70%)représentaient les milieux industriels et scientifi-ques français. Les visiteurs étrangers (5%) sontvenus de nombreux pays essentiellement d'Europeet d'Amérique du Nord... Enfin, de nombreux collè-gues d'EDF étaient présents.Deux temps forts très appréciés ont été les conféren-ces-débats sur « les défis scientifiques du nucléaire »et « la place d'EDF, architecte industriel, pour lesoutils de production du futur», animées respective-ment par Robert Dautray, membre de l'Académiedes Sciences et Directeur scientifique du CEA, etpar Pierre Bâcher, Directeur délégué de la Directionde l'Equipement d'EDF.

Au-delà des journées techniques

Ces journées auront été pour nombre de visiteursl'occasion de mesurer la capacité d'innovation de laDER, son aptitude à mobiliser ses ressources pro-pres sur des projets multidisciplinaires ainsi que sacontribution aux grands enjeux de l'Entreprise. Acette occasion, beaucoup de contacts ont été noués :on peut gager que ces journées, plus qu'un aboutis-sement, auront été germes de progrès et de collabo-rations fructueuses pour l'avenir.

AEE - Service Applications de l'Electricité.AGT - Service Administration Générale et Travaux.EP - Service Ensembles de Production.IPN - Service Information, Prospective etNormalisation.RNE - Service Réacteurs Nucléaires et Echangeurs.

56'.4

- J

\MATERIEL ELECTRIQUE

Matériel électrique

Méthodologie d'essais de convertisseurspour moteurs à vitesse variable 58

La surveillance des transformateurs de mesure 59

Qualification des parafoudres à enveloppe synthétique 61

Le filtre actif : développement d'un prototypeet comparaisons économiques 62

Les dispositifs FACTS pour une meilleure exploitationdu réseau de transport 65

La pose mécanisée des câbles souterrains haute tension 66

Vers le test numérique des pylônes :premiers calculs en plasticité 68

L'évaluation des systèmes de contrôle-commandesur la base de normes internationales 69

FIPSPY ou l'observateur du réseau de communication FIP 71

57

FAITS MARQUANTS 1992

Méthodologie d'essais de convertisseurspour moteurs à vitesse variable

Pour répondre à l'attente des clients dans ledomaine des moteurs à vitesse variable, uneméthodologie d'essais a été mise au pointavec l'EPRI. Elle vise à simplifier les essais et àles répartir judicieusement entre laboratoireet site.

Depuis quelques années, lu variation électroniquede vitesse progresse dans tous les secteurs d'activi-tés, et ce à tous les niveaux de puissance. Pour lesmoyennes puissances (du kW à quelques centainesde kW), le moteur asynchrone alimenté par unconvertisseur de fréquence est la technique quiconnaît maintenant le plus Fort développement.Les constructeurs sont nombreux et la diversité desmatériels proposés est impressionnante. En l'ab-sence de document ou de norme de référence, l'uti-lisateur éprouve des difficultés pour comparer etchoisir des équipements adaptés à son besoin à par-tir de données susceptibles de différer d'unconstructeur à un autre.En collaboration avec !'Electric power research ins-titute (EPRl) des USA, il est donc apparu intéres-sant de définir deux méthodologies d'essais desconvertisseurs de fréquence :- par des essais en laboratoire, la première métho-dologie permet de connaître les performances exac-

D Résultat d'essai en régime dynamique :démarrage avec un moteur asynchrone chargé àson couple nominal.En abscisse : 2s/div.En ordonnée :a) tension moteur 60 V/div;b) tension réseau 60 V/div;c) vitesse moteur 300 rpm/div;d) courant moteur 25 A/div.

tes du convertisseur afin déjuger, avant installation,de l'adéquation avec les besoins de l'application, oude comparer deux équipements;— la deuxième se contente d'essais sur site permet-tant de vérifier l'aptitude à la fonction afin de se pré-munir contre d'éventuels déboires.

Evaluer !•• possibilités maximales•n laboratoire

Duns la définition de la méthodologie d'essais, lespossibilités maximales du variateur sont évaluéessur une durée d'essais raisonnable. Pour ce faire,ont été retenus des essais en régime permanent, enrégime dynamique, et des essais de nature plus tech-nologique :— au cours des essais en régime permanent, onrelève notamment, le rendement du convertisseur,le niveau des harmoniques de tension transmis aumoteur et celui des harmoniques de courant injec-tés dans le réseau d'alimentation ;— les régimes dynamiques consistent en démarra-ges (figure 1) et arrêts, accélérations et freinages,surcharge, impacts de charge. Le programme d'es-sais comprend également un essai d'immunité duvariateur aux coupures brèves du réseau d'alimenta-tion;— enfin, des essais d'échauffement, de rigidité dié-lectrique et de transitoires électriques rapides ensalve (CEI 801-4) permettent d'évaluer la robustessedu convertisseur.Le banc d'essai correspondant a été réalisé au Labo-ratoire d'essais des machines tournantes. La chargedu moteur asynchrone est constituée d'un variateurde vitesse pour machine à courant continu. Lesmesures mécaniques et les grandeurs électriquessont traitées à l'aide d'une instrumentation conven-tionnelle adaptée.En laboratoire, les conditions de l'essai, entière-ment contrôlées et fixées par le responsable desessais, sont reproductibles d'un laboratoire à l'au-tre. Différents convertisseurs pourront ainsi êtrecomparés sur des bases identiques.

Vérifier l'aptitude à la fonctionsur site

Lors des essais sur site, pilotés par l'EPRI, on vérifieessentiellement la bonne adéquation du variateur àl'application. La difficulté provient toutefois du faitque la conduite de l'essai est soumise au fonction-nement de l'application entraînée. Pour conduireces essais, il faut ainsi faire preuve d'une grandefaculté d'adaptation aux conditions de l'installation.Ces essais consistent donc à vérifier les principalesfonctions (démarrage, régulations, plage de vitesse)et à surveiller l'installation. Un relevé des courants

58

MATERIEL ELECTRIQUE

et tension aux bornes du convertisseur permet, enparticulier, de vérifier que l'installation du variateurne conduit pas à un niveau d'harmoniques de la ten-sion d'alimentation trop élevé. Si l'application lepermet, des essais de régime permanent ou dynami-que sont aussi effectués. Comme pour les essais enlaboratoire, l 'instrumentation doit être assez perfor-mante, mais ici il faut en plus qu'elle soit robuste,simple à utiliser et d'encombrement faible, d'oùl'utilisation d'une instrumentation spécifique.

Pour un meilleur service

La comparaison des deux méthodes permet de bâtirune spécification complète pour vérifier le bon com-portement des convertisseurs. Ceci permettra derenforcer à terme la confiance de nos clients pour cenouveau type de matériel qui améliore sensible-ment le service rendu par le produit électricité.

ME - Département Machines Electriques. •

La surveillance des transformateurs de mesure

Les quelques avaries graves de transforma-teurs de mesure du réseau de transport quisurviennent chaque année se manifestent defaçon particulièrement violente. L'applicationde techniques de surveillance d'état à unepopulation ciblée d'appareils est à mêmed'éviter une grande partie de ces dommages.

Les 40000 transformateurs de mesure du réseau detransport présentent la meilleure fiabilité de l'en-semble de l'appareillage haute tension. Néanmoins,la plupart des avaries graves d'origine diélectriqueobservées annuellement conduisent à l'explosionde l'appareil. Ces avaries provoquent des indisponi-bilités d'éléments du réseau, nuisent à la qualité deservice, mais surtout présentent un risque pour lesexploitants.Les appareils les plus récents intègrent des disposi-tions constructives capables de limiter l'impact d'undéfaut diélectrique. Pour les autres appareils, quiconstituent la majorité du parc actuel, une surveil-lance d'état en continu, appliquée avec discerne-ment sur les appareils les plus sensibles, présente-rait un intérêt certain pour l'exploitant.Dans ce domaine, l'expérience au plan internationalest toutefois trop réduite pour une applicationimmédiate en réseau. Aussi, un projet d'une duréede trois ans a été mené afin de statuer sur la faisabi-lité pratique de la surveillance et de comparer l'effi-cacité des différents outils utilisables.

Comparaison de plusieurs moyensde surveillance

Après une sélection de méthodes de surveillancepotentiellement adaptées aux modes de dégrada-tions les plus fréquents, une expérimentation delongue durée et en vraie grandeur a été entreprise :

la réponse des systèmes a été enregistrée durant levieillissement accéléré sur stand d'essais de trans-formateurs de mesure comportant des défauts dié-lectriques représentatifs (figure 1).Les moyens de surveillance évalués sont, d'une partdes dispositifs industriels (capteur d'hydrogène dis-sous dans l'huile et pressostat), et d'autre part un

Evaluation de systèmes de surveillance :installation pour l'expérimentation de longuedurée.

59

FAITS MARQUANTS 1992

Caplturs dt courant HFdans la connaxton da tarndas apparail* survaMMa

1

FiHn Numérisation Augmentation S/B Identification Diagnosticpar fNtrage prédictif

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Déchargesinternes?Internaidischarges?

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S«p.91 Oct.91 Nov »1 Déc.91 J<n.92 Ftv.92 Mar.02 AvrS2 Mv 92

H Résultats obtenus sur un combiné de mesure72,5 kV après humidification de son isolation :réponse rapide du système de détection desdécharges partielles et du capteur d'hydrogènedissous, mais augmentation tardive de lapression interne.

système prototype de détection des décharges par-tielles, développé dans le cadre du projet (figure 2).L'analyse des résultats met en évidence la rapiditéde la réponse du système de détection des déchargespartielles et du capteur d'hydrogène dissous. Parcontre, la montée en pression se déclare tardive-ment dans le processus de dégradation. Le pressos-tat n'est donc utilisable que dans le cas des défauts àévolution lente (figure 3).

Schéma de principe du système de contrôle desdécharges partielles sur site.

L'intégration en réseau

D'un point de vue pratique, si la mise en œuvre sursite d'un capteur d'hydrogène dissous ou d'un pres-sostat ne pose pas de difficultés techniques majeu-res, la mesure des décharges partielles nécessite, parcontre, le recours à des traitements numériques éla-borés. En effet, il faut éliminer les nombreux bruitsprésents dans le signal mesuré : impulsions dues àl'effet couronne sur les conducteurs, transmissionspar courant porteur en ligne ou encore perturba-tions par couplage des ondes à fréquence radio. Uneexpérimentation dans un poste 225 W, aux Renar-dières, a permis de valider les solutions retenues.

Des systèmes de surveillancequi répondent

Les techniques de surveillance de l'isolation appli-quées aux transformateurs de mesures apportentdonc une réponse techniquement adaptée auxobjectifs d'une qualité de service accrue et d'uneplus grande sécurité des exploitants. Le système decontrôle des décharges partielles, dont l'efficacitéest voisine de celle du capteur d'hydrogène dissous,apparaît comme une solution particulièrement inté-ressante.

LGE - Département Laboratoires de Génie Electrique. I'"i

60

\MATERIEL ELECTRIQUE

Qualification des parafoudresà enveloppe synthétique

Améliorer ta qualité de la fourniture de l'éner-gie électrique tout en intégrant les évolutionsdu réseau et de son exploitation, tel est l'ob-jectif du développement des parafoudres àenveloppe synthétique pour les réseauxmoyenne tension.

Les parafoudres jouent le double rôle de protectiondes équipements et d'amélioration de la qualité defourniture de l'énergie électrique. Depuis bientôtdix ans, ils remplacent les éclateurs à un rythme deplus en plus soutenu sur les réseaux de distributioncar le fonctionnement du parafoudre ne génère pasde coupures brèves.

Vers une enveloppeen matériaux synthétiques

Durant la dernière décennie, la technologie desparafoudres a connu deux bouleversements liés àune évolution de la connaissance sur les matériauxet leurs applications à l'électrotechnique. Toutd'abord, la partie active composée initialement devaristances au carbure de silicium laisse la place auxvaristances à oxyde de zinc dont les performancessont supérieures. Depuis deux ans, les enveloppesen matériaux synthétiques, plus légères et moinsfragiles, remplacent progressivement les envelop-pes traditionnelles en porcelaine. Cette évolutiontendant à développer les parafoudres à enveloppesynthétique s'est déroulée en deux étapes :- une phase d'investigations basée d'une part surl'expérience d'EDF dans les isolations synthétiques(extrémités de câbles MT, isolateurs MT et HT) etd'autre part, sur l'analyse du comportement desparafoudres à oxyde métallique. Cette étape a per-mis le développement d'une spécification d'essaisadaptée à ces nouveaux parafoudres ;- une phase de qualification sur des produits pro-posés par des constructeurs et une expérimentationen réseau pour certains d'entre eux.

Des essais adaptésà l'exploitation du réseau...

Les caractéristiques électriques demandées auxparafoudres sont très voisines d'une technologie àl'autre. Sur ce point, la spécification des parafoudresà enveloppe synthétique est peu différente des pré-cédentes. II faut cependant noter que la générationde parafoudres à enveloppe synthétique est équipéed'un indicateur de défaut interne, dont la sensibilitéest adaptée à l'évolution future du régime de neutre

Parafoudres à enveloppe synthétique et fusiblesen expérimentation.

moyenne tension, et que sa structure interne lui per-met d'être installé en position horizontale, plus prèsdes matériels à protéger. Son rôle de protection estdonc plus efficace.

... et aux spécificités des produits

La majorité des contraintes nouvelles à maîtriser,liées à cette nouvelle technologie, tient à son com-portement à long terme ou à l'apparition d'un défautinterne : évolt 'ion des interfaces entre la partieactive et le revêtement synthétique, vieillissementdes matériaux synthétiques soumis aux contraintesélectriques et climatiques, tenue au feu lors d'uncourt-circuit interne. C'est dans ces domaines que laplupart des développements ont lieu tant pour ladéfinitions des essais que pour l'élaboration desproduits.Afin de s'assurer d'une tenue satisfaisante dans letemps de l'enveloppe synthétique, un cycle de vieil-lissement accéléré comprenant des contraintes detension, d'exposition aux rayons ultra-violets, depluie, de brouillard salin et d'humidification, estappliqué aux parafoudres (figure I). Cet esai, d'unedurée de 5000 heures, a permis déjuger Ie compor-tement des enveloppes et d'en éliminer certainesdont les performances sont insuffisantes. Les essais

61

FAITS MARQUANTS 1992

B Pose sous tension de parafoudres à enveloppesynthétique sur un transformateur haut depoteau.

de création de décharges partielles et de compatibi-lité physico-chimique entre la partie active et lerevêtement synthétique n'ont pas, quant à eux, misen évidence d'évolution notable des interfaces surl'ensemble des produits essayés.A posteriori, l'analyse des essais a montré que laprincipale difficulté réside dans la conception deproduits au performances compatibles avec lescontraintes liées au mode d'exploitation du réseaumoyenne tension. Cette remarque concerne princi-palement l'essai de court-circuit où le parafoudre,exploité sans décpnnecteur, doit présenter des qua-lités de tenue mécanique et de tenue au feu suffi-santes.A ce jour, plusieurs produits donnant satisfactionsur l'ensemble de la spécification ont subi avec suc-cès une expérimentation en réseau (figure 2). Cesrésultats permettent maintenant de généraliser cetype de parafoudres.

LGE - Département Laboratoires de Génie Electrique •

Le filtre actif :développement d'un prototypeet comparaisons économiques

L'augmentation importante du niveau des har-moniques observée sur les réseaux risque àterme d'affecter sensiblement la qualité duproduit électricité.Le filtre actif est une solution efficace et évo-lutive qui permet la compensation des harmo-niques.

La multiplication des convertisseurs statiques setraduit par une distorsion de la tension d'alimenta-tion qui se propage sur les réseaux sous forme d'har-moniques. Comme le montrent les études et cam-pagnes d'essais menées par EDF, le niveau moyende ces harmoniques augmente continuellementdepuis plusieurs années, altérant ainsi la qualité duproduit électricité.

Les conséquences de ce phénomène sont néfastespour la durée de vie et le bon fonctionnement desmatériels des utilisateurs et du distributeur d'éner-gie. L'image de marque du produit électricité peutdonc se trouver atteinte par ce manque de qualité.Traiter ce problème nécessite une double démarchequi concerne à la fois les réseaux (renforcement envue d'augmenter la puissance de court-circuit) et lesmatériels pollueurs installés chez les clients dont lesémissions d'harmoniques doivent être limitées àune valeur raisonnable. Ce dernier point fait l'objetdes travaux de normalisation sur la réduction del'émission des appareils électriques et sur la mise enplace de règles de raccordement. Cette démarchepermettra d'atteindre l'optimum économique pourles utilisateurs en répartissant au mieux l'efTort

62

MATERIEL ELECTRIQUE

entre les constructeurs et le distributeur d'énergie.Dans ce cadre, le principe du filtre actif constitueune solution de compensation des harmoniquespouvant être mise en œuvre soit par le distributeur,soit par les clients.

Une solution : le filtre actif

Constitués par des inductances et des capacités judi-cieusement assemblées, les filtres passifs sont utili-sés aujourd'hui au voisinage des charges polluantesde forte puissance pour en absorber les harmoni-ques.

Filtre actif expérimental.

Ils sont caractérisés par des inconvénients majeurs :

— volumes importants;

— difficultés de réglage ;

— problème spécifique de transitoire à leur enclen-chement ;

— inadaptation à des évolutions des caractéristi-ques des charges et du réseau ;

— coûts d'installation et d'études (spécifiques àchaque application) du filtrage élevés.

Par contre, les filtres actifs sont formés de convertis-seurs de puissance commandés. Ils sont assimila-bles à des sources de courant ou de tension quiinjectent en série ou en parallèle sur le réseau descourants ou des tensions en opposition par rapportaux perturbations harmoniques existantes.

Les filtres actifs sont des systèmes « adaptatifs » àdifférentes modifications : variations des impédan-ces du réseau, changement des amplitudes ou desrangs des harmoniques provenant du réseau ou descharges polluantes. S'adaptant aisément à différentstypes d'environnement, il peuvent être installés àmoindre coût et, avec peu de réglage, produire leseffets de compensation attendus. Ajoutons que lessystèmes de filtrage actif permettent également unecompensation conjointe de la puissance réactive etaussi du déséquilibre entre phases.

Ces différents avantages font donc tout l'intérêt desfiltres actifs.

Par ailleurs, les études technico-économiquessituent bien l'intérêt financier du filtrage actif :

— soit par rapport à une solution classique à based'éléments passifs, plus économique à l'achat, maisqui demande souvent de longues et coûteuses étu-des d'insertion afin d'éviter des résonances dange-reuses ;

— soit par rapport à une solution consistant à conce-voir un nouveau type de convertisseurs de fortepuissance non polluant sur le plan des harmo-niques.

Une maquette expérimentalesuivie d'un développementindustriel

Une maquette (figure 1), développée à la DER, apermis de valider expérimentalement les principesretenus :

- connexion du filtre actif en parallèle avec lacharge, pour injecter des courants qui compensent àtout moment les composantes harmoniques descourants créés par la charge polluante. Ainsi côtéréseau, les courants restent sinusoïdaux et parconséquent les tensions d'alimentation quelle que

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63

FAITS MARQUANTS 1992

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B Performances du filtre actif parallèle : on remarque la forme sréseau is à comparer au courant fortement distordu absorbé p

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B Les mesures des courants absorbés par la charge polluante, des courants de sortie du filtre actifet du courant circulant dans l'inductance de stockage (réservoir d'énergie réactive) permettent d'assurerla régulation numérique du dispositif et d'engendrer les impulsions de commande du convertisseur auxinstants adaptés.

soit la forme du courant absorbé par la charge(figure 2) ;— contrôle-commande numérique permettant unecompensation en temps réel jusqu'à 1 kHz des har-moniques même non stationnaires, avec une dyna-mique élevée (figure 3).Ces résultats très encourageants ont permis d'enga-

ger une collaboration avec des industriels quidevraient proposer prochainement des matérielspouvant s'insérer en basse ou moyenne tensiondans les réseaux de distribution ou de transportainsi que dans les réseaux industriels.

ME - Département Machines Electriques.

64

V. A* À

fMATERIEL ELECTRIQUE

Les dispositifs FACTSpour une meilleure exploitationdu réseau de transport

Les dispositifs à électronique de puissanceappelés FACTS peuvent conduire à une meil-leure utilisation du réseau existant en amélio-rant sa stabilité ou en assurant une meilleurerépartition des flux de puissance. Pour mettreen évidence leurs effets bénéfiques sur la sta-bilité des réseaux, des modèles de dispositifsFACTS shunt ont été développés dans le logi-ciel EUROSTAG. Des études de cas tests ontpermis de montrer l'intérêt technique et éco-nomique de ces dispositifs.

A l'heure où des exigences nouvelles se font jourconcernant le réseau de transport (accroissementdes transits de puissance et plus grande souplessedans le développement des interconnections), unintérêt marqué s'est déclaré mondialement pour desdispositifs de type FACTS (flexible alternating cur-rent transmission systems). En effet, ces dispositifs(figures 1 et 2) sont capables de mieux maîtriser leplan de tension, de réguler les flux de puissanceentre lignes parallèles, ou d'accroître les limites destabilité dynamique et transitoire d'un réseau enutilisant la souplesse et la rapidité de commande del'électronique de puissance.

Développement de modèlesdynamiques de dispositifs FACTSde type parallèle

EDF a commencé à évaluer ces dispositifs dans lecontexte du réseau UCPTE. A cet effet, des modè-les de différents dispositifs ont été développés dansle logiciel de simulation dynamique EUROSTAG.Les dispositifs FACTS actuellement modélisés sontessentiellement des dispositifs parallèles (figure 1),dits avancés car ils utilisent des composants électro-niques commandables à l'ouverture comme à la fer-meture. Ces dispositifs peuvent contrôler la tensionet la fréquence en échangeant des puissances activeset/ou réactives avec le réseau. Les modèles ont ététestés sur une configuration de réseaux très simpleoù le dispositif est destiné à la stabilisation d'unalternateur en antenne. L'efficacité des dispositifsFACTS pour accroître les limites de stabilité dyna-mique et transitoire a alors été confirmée.

Exemple d'étude de régulationde* transits de puissance

Par ailleurs, des études ont été effectuées dans dessituations où la fonction de réglage fin des flux de

Tg:CSPR

Structures de FACTS shunt.

CSPRA

H Structures de FACTS sériea) capacité série commutée par thyristors;b) impédance série variable ;c) déphaseur.

puissance semblait présenter un intérêt. Cette der-nière fonction peut être remplie par des dispositifsde type « série » présentés en figure 2.Sur le réseau décrit figure 3 et correspondant à uncas réel en 225 kV, les puissances qui transitent danschaque ligne ne se répartissent pas au mieux descapacités de transport de chacune (tableau 1). Celadevient plus critique en cas de perte de la ligne 1 :dans ce cas, la capacité de la ligne 2 étant dépassée,toute la charge se reporte sur les lignes 3 et 4, qui àleur tour sont surchargées.En insérant un compensateur de type série sur laligne 3 il devient possible d'équilibrer les flux depuissance sur les quatre lignes. En effet, comptetenu que sur des lignes en parallèle la puissance serépartit en fonction inverse de leur reactance res-pective, le rôle du FACTS est alors de diminuercette reactance, en jouant sur la composante réac-tive (ou, ce qui revient au même, en modifiant ledéphasage tension/courant).Le tableau 1 résume les résultats obtenus dans le casde l'insertion d'une impédance série (structures 2a,

65

FAITS MARQUANTS 1992

Situation

Numéro de III»

1

2

3

4

Capacité detransit

200

200

300

300

Transits ensituation N sans

compensation

150

ISO

100

SO

Transits ensituation N-I

sanscompensation

ligne ouverte

26S

135

85

Transits ensituation N avec

compensation30%

135

135

130

80

Transits ensituation N-I

avec compensation50«

ligne ouverte

190

210

160

Tableau D Résultats de répartition des flux de puissance sur le réseau décrit par la figure 3 (les transitsde puissance sont donnés en MVA).

350 MW

5OMW

400 MW

B Régulation des transits de puissance dans unfaisceau de lignes parallèles par un dispositifFACTS série (toutes les lignes ont unereactance de 0,5(1; les puissances actives sontdonnées en chaque nœud).

Ib ou 2c). Les premières évaluations économiquesindiquent un avantage substantiel (gain supérieur à30% sur les coûts d'investissement pour une solu-tion faisant appel à un condensateur série à disjonc-teur, par rapport à la construction d'un nouvelouvrage de transport (câble 225 kV dans le cas étu-dié). L'usage de l'électronique de puissance appor-terait une souplesse supplémentaire en exploitation(adaptation rapide du taux de compensation auxconfigurations successives du réseau) ainsi que lapossibilité d'effectuer des manœuvres en grandnombre avec des coûts d'entretien réduits, maisavec un coût d'investissement plus élevé. Ce sur-coût ne remettrait cependant pas en cause l'intérêtéconomique d'une solution «compensation série»par rapport à celle, plus classique, de l'installationd'un nouveau câble de transport.

ME - Département Machines Electriques.

La pose mécaniséedes câbles souterrains haute tension

L'installation de liaisons souterraines hautetension va s'intensifier dans les années à venircomme le souligne le protocole relatif à l'in-sertion des réseaux électriques dans l'envi-ronnement signé en août 92 par EDF et leGouvernement.Afin de réduire le coût des liaisons souterrai-nes, un nouveau palier technique de câble estdéfini en particulier pour adapter les techni-ques de pose mécanisée utilisées enmoyenne tension.

Objectif : réduction de* coûts

La réduction du coût des liaisons souterraines peutêtre obtenue par des évolutions des câbles et deleurs matériels de raccordement, ainsi que par lamise en œuvre de techniques de génie civil et depose mécanisées.

Un câble mieux adaptéà la pose mécanisée

Les trois constructeurs de câbles HT actuellementfournisseurs de l'Entreprise (Alcatel Câble, CâblesPirelli et Silec) ont été sollicités pour entreprendredes études de développement d'un nouveau palier

66

r.

53

MATERIEL ELECTRIQUE

technique. L'objectif est en particulier un allége-ment des câbles : le remplacement du traditionnelécran en plomb par un écran en aluminium réduitde 40"« à 60 °ti le poids des câbles selon les sectionset favorise ainsi les techniques de pose mécanisée.

Adapter la pose mécaniséemoyenne tension à la haute tension

Les techniques de pose mécanisée sont maintenanttrès répandues pour les câbles MT et donnent satis-

D Pose des câbles en trèfle. Coupe type.

CaBIe de terre Isolé éventuel/Possible Insulated earth wire

B Pose des câbles en nappe. Coupe type.

faction tant du point de vue technique qu'écono-mique.L'extrapolation à la haute tension a nécessité uncertain nombre d'aménagements car les câbles HTdiffèrent des câbles MT par leur diamètre, leurpoids, et leur constitution. Les règles de pose descâbles sont spécifiques en ce qui concerne la profon-deur de pose, le rayon de courbure à respecter, letype de protection mécanique mis en œuvre.Le principe de pose retenu pour les câbles HT est lesuivant : les câbles, préalablement déroulés sur lesol, passent au-dessus de la machine sur des rou-leaux de guidage et, rassemblés en trèfle jointif ouen nappe, descendent dans un caisson où ils sontdéposés sur une semelle de mortier maigre puisenrobôs dans ce même mortier selon les coupestypes présentées figures 1 et 2.A l 'initiative d'un groupe de travail rassemblant desreprésentants des câbliers et d'EDF, deux expéri-mentations en vraie grandeur ont été réalisées(figure 3) pour valider la technique de pose.

Des premiers chantiers en réseauen 1993

En se basant d'une part sur le guide édité pour lapose mécanisée des câbles 20 kV, et d'autre part, surles enseignements tirés des essais en vraie grandeur,le groupe de travail élabore actuellement un cahierde recommandations à l'usage des chantiers de posemécanisée des câbles HT. Les premières posesmécanisées de câbles HT seront réalisées dès 1993.

CIMA - Département Câbles, Condensateurs,Matériels d'Automatisme, Matériaux.

Vue d'ensemble de la machine de pose.

67

V. If

FAITS MARQUANTS 1992

if.

Vers le test numérique des pylônespremiers calculs en plasticité

Les méthodes de calcul et d'optimisation dessupports métalliques en treillis de lignesaériennes ont été formulées par la DER il y aplus de vingt ans et sont encore utilisées pourconcevoir de nouveaux types de pylônes.Aujourd'hui, les efforts se portent sur le déve-loppement de méthodes de calcul adaptées àla vérification des pylônes. Ces nouvellesméthodes d'analyse permettront de porter unavis sur la tenue mécanique des pylônes pro-totypes et peut-être de remplacer, à moyenterme, les essais de vérification en vraie gran-deur par le test numérique.

Conception et vérification des pylônes :la démarche actuelle

Le logiciel OPSTAR de calcul et d'optimisation despylônes en treillis métallique est un champion delongévité. Ecrit par la DER dans les années 70, il esttoujours utilisé pour la conception de nouvellesfamilles de pylônes, que ce soit pour les besoins pro-pres d'EDF ou pour des lignes construites à l'étran-ger. La tenue des barres du pylône est évaluée pardes règles empiriques de résistance et de flambe-ment ; des coefficients spécifiques à la technologiecourante d'assemblage rendent compte des condi-tions réelles de liaison.Cette approche est bien adaptée à la phase deconception des pylônes mais nécessite l'essai d'unprototype en vraie grandeur en guise de vérification.La phase expérimentale est longue et coûteuse (unmois pour un pylône de taille moyenne) et ne four-nit en retour que très peu d'informations. Desrecherches ont donc été décidées, afin d'évaluer latenue des pylônes par Ie calcul numérique, avantl'essai, et à ternie de remplacer les essais par un cal-cul de vérification.

Vers le test numérique de vérification

Le test numérique est avantageux car il est évidem-ment non destructif et peut inciter à la créativité : lefichier de données initial peut être modifié pourprendre en compte une variante de conception et

Structure de type console de pylône P4T.La déformée calculée (a) est représentative dumode de ruine expérimental (b) parplastification des cornières à proximité du « nezde console ».

\ \68

MATERIEL ELECTRIQUE

soumettre à nouveau le pylône au code de calcul.Cependant, pour atteindre l'objectif de vérificationdes pylônes sans recourir aux règles empiriques deflambement, il faut employer des modèles nette-ment plus sophistiqués que ceux utilisés dansOPSTAR. Une description précise de la géométrieréelle du pylône est d'abord nécessaire car il fautrespecter la position et l'orientation des cornièresdans l'espace. D'autre part, il faut simuler le com-portement mécanique des barres (non-linéaritésgéométriques et matérielles telle que la plastifica-tion de l'acier) et des assemblages (jeux, glissementset plastifications locales). Les fichiers de donnéesdu modèle tridimensionnel sont créés à partir desplans du pylône grâce à un préprocesseur interne.Les cornières sont représentées par des élémentsfinis non linéaires de poutre spatiale à deux nœudset à sept degrés de liberté par nœud et les assembla-ges sont décrits par un modèle de comportementglobal non linéaire.

Les premier* pas en plasticité

Les calculs non linéaires en plasticité réalisés à cejour concernent une console de pylône dont lesassemblages sont modélisés, pour l'instant, par desencastrements parfaits. La comparaison expérience- calcul est faite en grandeurs globales : déplace-ments et efforts. La déformée calculée est qualitati-vement représentative du mode de ruine expéri-mental (figure 1) : plastification des membrures àproximité du «nez de console» et charge de ruineprévue numériquement en accord avec la valeurmesurée (figure 2). Le modèle est cependant plusraide que la structure réelle puisqu'il ne prend pasen compte les déformations dans les assemblages(en particulier, les glissements).

so

40

30

20

10-

Effortforet(KN)

30

Courbe effort - déplacement en extrémité de laconsole :- la charge de ruine prévue par le calcul nonlinéaire en plasticité est en accord avec lavaleur expérimentale;- la structure modélisée est plus raide que lastructure réelle car le comportement nonlinéaire des assemblages n'a pas été pris encompte.

Ces premiers résultats montrent la faisabilité d'uneapproche numérique des structures métalliques entreillis encore en phase de vérification ; la simula-tion du comportement d'une console est représen-tative des problèmes de mécanique propres àl'analyse d'un pylône. L'analyse d'une structurecomplète est d'ores et déjà engagée et sera réaliséeen 1993.

PEL - Déparlement Postes et Lignes.

L'évaluation de systèmes de contrôle-commandesur la base de normes internationales

Le contrôle-commande des installationsd'EDF, autrefois réalisé à partir d'une combi-naison de constituants dédiés, est aujourd'huiassuré par des systèmes numériques quioffrent des services très élaborés mais dont lacomplexité pose problème quand il s'agitd'évaluer les propositions des fabricants. Laparticipation d'EDF aux groupes de travail dela Commission électrotechnique internatio-nale (CEI) traitant des systèmes de contrôle-commande a permis de valoriser les idées de

l'Entreprise et de voir apparaître aujourd'huides normes internationales auxquelles elleest préparée.

Les fruits d'un investissementde longue date

Depuis près de dix ans, EDF participe activementaux travaux du sous-comité 65A de la CEI relatifs àl'étude des propriétés des systèmes de contrôle-commande en vue de leur évaluation. Après plu-

69

5 JH* "J

*•>r

FAITS MARQUANTS 1992

PROPRIETES D'LN SYSTEME

FMctiMMlilé

- Souplesse de :— Configuration— Programmation— Extension

— Couverturefonctionnelle

- CapacitéfMCtlWMlle

Caractéristiquesde

fonctionnement

- Exactitude— Précision- Répétitivité

- Tewpsde réponse

Sûretéde

fonctionnement

- Disponibilité— Maintenabilité- Fiabilité

- Crédibilité

- Sûreté- Intégrité

Opérabilité

- Présentation

- Procédures

- Hiérarchie— Accès

Sécurité

— Personnel— Règlements

appropriés

- Processus

- Sécuritéintrinsèque

- Protectioncontre :les risquesd'explosions

- Systèmes

- Rayonnementémis

Non liéesila

tâche même

- Support— Utilisateur- Vendeur— Documents— Formation

- Compatibilité

- Logiciel- Couches

supérieures- Communication

- Cycle de vie

- Pièces derechange

— Physiques

— Dissipation dechaleur

- Besoin enpuissance

— Assurance de laqualité

Tableau O Méthodologie d'évaluation des systèmes de contrôle-commande (norme CEI 1069).

sieurs années de gestation liée à la complexité dusujet, ces travaux se sont concrétisés par la parutionde la norme CEI 1069-1, document introductifd'une série qui comprendra à terme huit parties.Elles couvrent (tableau 1 ) la méthodologie d'évalua-tion (CEI 1069-2) et l'analyse détaillée de chacunedes propriétés d'un système (CEI 1069-3 à 8) :- fonctionnalité (aptitude du système à fournir et àassembler des fonctions pour réaliser ses tâches) ;— caractéristiques de fonctionnement (précision etvitesse avec laquelle le système exécute ses tâchesdans des conditions données) ;- sûreté de fonctionnement (assurance que lesystème exécute correctement et exclusivement lestâches qui lui sont confiées) ;- opérabilité (évaluation de l'interface homme-machine);- sécurité et propriétés non liées à la tâche même.A partir du cadre méthodologique issu de ces tra-vaux ainsi que de la norme CEI 1131 relative auxautomates programmables industriels (en coursd'édition), a été mise au point une procédure d'éva-luation et de qualification des systèmes de contrôle-commande des équipements d'EDF. Elle est uti l i-sée aujourd'hui pour évaluer les systèmes decontrôle-commande de différents fournisseurs.

Essais d'injection de pannes sur un système decontrôle-commande.

I

70

MATERIEL ELECTRIQUE

Une norme internationaleoffrant un cadre clair et précis

En fournissant un cadre normatifinternational auxactivités d'évaluation des systèmes de contrôle-commande, la norme CEI 1069 permet de biensituer chaque activité dans un cadre structurant.On peut ainsi placer les activités traditionnellesd'évaluation matérielle dans le domaine de la sûretéde fonctionnement, plus précisément de Ia partiedéterministe, dénommée crédibilité de cette pro-priété (évaluation de Ia capacité du système à recon-naître et à signaler son état et à résister à des entréesincorrectes ou non autorisées). Mentionnons à cetitre que les études de comportement sur défautsinternes par injection de pannes mises au point parEDF (figure Dsont prises en compte dans la norme

CEI 1069 pour l'évaluation de l'intégrité dusystème.

Un outil de progrès et de dialogue

Les différentes propriétés des systèmes mises enavant par Ia norme peuvent être utilisées pour défi-nir assez complètement l'expression des besoins etexigences dans les cahiers des charges.Des actions d'information et de valorisation de cetteapproche structurante de l'évaluation ont été entre-prises tant au travers de publications à des congrèsqu'auprès des principaux partenaires d'EDF, four-nisseurs et gros utilisateurs de systèmes de contrôle-commande.

CIMA • Département^ Câbles, Condensateurs,Matériels d'Automatisme, Matériaux. •

FIPSPY ou l'observateurdu réseau de communication FIP

Aujourd'hui, concepteurs et utilisateurs desystèmes bâtis autour du réseau de communi-cation FIP ont à leur disposition FIPSPY, unoutil d'analyse et d'observation en modeespion du réseau. L'utilisation de méthodesformelles de modélisation et validation s'estavérée l'atout majeur du projet de développe-ment de cet outil logiciel.

FIP est un réseau de !errain basé sur un protocolebien adapté aux applications en temps réel. L'obser-vateur du protocole de la couche liaison de donnéesde FIP existe aujourd'hui sous l'appellation com-merciale FIPSPY : c'est un outil performant pour ledéveloppement et la qualification de systèmes bâtisautour de FIP et pour l'installation, la maintenanceet la surveillance en ligne des réseaux de communi-cation.FIPSPY, fruit d'un projet multi-partenaires Cege-lec, EDF et Merlin Gerin, se présente comme unoutil d'analyse et d'observation du réseau FIP, sur labase d'un PC 486 et du système d'exploitationUNIX.FIPSPY vérifie la conformité du comportement deséquipements qui dialoguent sur Ie réseau vis-à-visdes spécifications du protocole décrites dans lanorme FIP, en ayant accès aux seules informations ycirculant ; l'observateur est dit fonctionner en modeespion.Au cours de ce projet, tant pour la méthodologie detest que pour la phase de validation du dossier de

spécification système du produit, a été utilisée unedémarche formelle, basée sur une modélisationmathématique.

Une démarche formelle pour le test

Le concept de l'observateur est en quelque sortel'application de la technique de redondance diversi-fiée (différents systèmes en redondance). Unmodèle déduit directement des spécifications duprotocole est implanté dans FIPSPY. Toute discor-dance entre ce modèle de référence et le trafic duréseau observé, est interprétée comme un dysfonc-tionnement. Ce modèle constitue la pièce maîtressedu noyau de validation implanté dans l'outil, etgarantit la fiabilité du test. Il a été mis au point aumoyen du logiciel EVAL (Verilog/EDF) qui met enœuvre une famille un peu particulière des réseauxde Pétri (réseaux prédicat/transition étiquetés).

Une démarche formellepour la spécification

Ce projet à caractère essentiellement logiciel, qui asuivi les règles d'un plan qualité, a nécessité unephase de spécification papier importante. Dans cecontexte de multi-partenariat, il s'agissait de pro-duire un dossier de spécification de qualité et deprésentation modulaire, telle qu'au terme de sonélaboration, chaque intervenant puisse réaliser demanière indépendante la partie du logiciel qui luiincombe.

71

SI -.J

FAITS MARQUANTS 1992

Aussi, le dossier de spécification a-t-il été écrit selonune méthode semi-formelle faisant apparaître unedécomposition fonctionnelle de l'observateur enplusieurs modules.Pour chacun des modules, le comportement est spé-cifié au moyen d'une (de) machine(s) d'états met-tant en évidence les états possibles du module et lestransitions entre états. Sont aussi spécifiés l'ensem-ble des messages échangés entre les modules ; cettecommunication permet de synchroniser le compor-tement de chacun des modules et confère ainsi lecomportement global de l'observateur. En effet, laprincipale difficulté à résoudre pour la conceptionde l'observateur résulte de l'asynchronisme entreses différentes couches logiciel : l'acquisition sur leréseau FIP, l'analyse du trafic et sa validation, l'in-terface utilisateur et le calcul des résultats. C'estpourquoi un protocole de communication fiableentre les modules de l'observateur est inséré dans ledossier de spécification.

Une telle méthode d'écriture a permis de vérifier lacohérence globale du document (cohérence entreles comportements des modules, cohérence de lacommunication, vérification de certains critères decomplétude).Cette vérification statique a été complétée par uneopération de validation. Les machines d'états dudossier de spécification ont été reprises sur EVAL,et le comportement isolé de chaque module a étévalidé (simulation exhaustive). Ensuite, le compor-tement global de l'observateur a été expertisé aumoyen des opérateurs mis à disposition par EVAL.Ainsi, le projet FIPSPY a permis de démontrer l'ap-port des méthodes formelles de modélisation et devalidation, tant pour Ia spécification de l'outil logi-ciel que pour l'approche même du test, dans lecontexte d'une réalisation industrielle.

CIMA - Département Câbles, Condensateurs,Matériels d'Automatisme, Matériaux, •

72

* '4

m À

i

À(

4

DEVELOPPEMENT, EXPLOITATION DES RESEAUX ELECTRIQUES

Développement, exploitationdes réseaux électriques

L'interconnexion Est-Ouest : ça progresse... 74

Pour une meilleure insertion des futurs groupesde production dans le système électrique 75

La modélisation du comportement dynamique de la charge 77

CALIFE : pour la prévision des imperfections de fournitured'électricité dues aux réseaux de transport 79

Le système expert d'analyse des défautsen moyenne tension, LADRE, est en service 80

Les tarifs bleu-blanc-rouge en option expérimentalepour la clientèle domestique 81

TRIMARAN + :un protocole de communication plus intelligent 83

73

* À

I*if.

FAITS MARQUANTS 1992

L'interconnexion Est-Ouest : ça progresse...

L'Europe électrique se compose de quatre systèmessynchrones reliés entre eux par des liaisons à cou-rant continu : NORDEL, UCPTE, IPS-UPS (enca-dré 1), Grande-Bretagne. Des liaisons à courantalternatif existent entre l'UCPTE et le système IPS-UPS, mais elles sont utilisées pour des fonctionne-ments en poche, c'est-à-dire que les réseaux descompagnies concernées sont alors séparés en deuxparties : l'une au synchronisme avec l'Est, l'autreavec l'Ouest.

Ver* une connexion en alternatifde* pay* de l'Est

L'implosion de l'ex-bloc communiste a entraînéune volonté d'ouverture des compagnies électri-ques vers l'ouest. Pour accroître les échanges entreles deux blocs, l'idée la plus simple et la moins coû-teuse à long terme est la connexion en alternatif. Sil'objectif apparaît clairement, il faut toutefois s'as-surer qu'il n'y a pas de problèmes techniques rédhi-bitoires et que des solutions peu onéreuses peuventêtre apportées à des difficultés passagères et demoindre importance. 11 faut également s'assurerque les pays voisins des futurs partenaires sont d'ac-cord pour accepter les désagréments provisoiresd'une situation qui sera à terme bénéfique pourl'Europe tout entière.

Une coordination internationale

Pour faire avancer ces problèmes d'interconnexionsur les plans technique et politique, les entreprisesd'électricité ont ressenti Ie besoin de se coordonneret créé un groupe de travail réunissant l'UCPTE etl'UNIPEDE (Union internationale des producteurset distributeurs d'électricité). Ce groupe qui a déjàquelques années de fonctionnement, a permis desavancées notables.

Une multitude d'étude*

Depuis plusieurs années toutes sortes d'études (surles capacités des réseaux, sur les réglages...) avec deshypothèses diverses (dates différentes, réseaux dif-férents...) sur différentes zones géographiques(Europe de l'Est, Turquie, NORDEL,...) ont été lan-cées de façon indépendante par les compagniesélectriques.Ces études (hypothèses et résultats) sont passéesdans le domaine quasi public et ont été présentéesau groupe de travail UNIPEDE/UCPTE. La quan-tité d'informations disponibles devenant impor-tante, il était urgent d'avoir une vue claire des tra-vaux déjà réalisés afin d'orienter les études futures.Le groupe de travail a alors décidé de passer com-mande d'une synthèse de l'ensemble des études. Il adonc créé un sous-groupe, avec pour premier objec-

tif une synthèse des études de répartition des fluxd'électricité sur les réseaux en régime établi.

Une avancé* inégal*selon le* zon*c géographiques

La DER, cheville ouvrière de ce travail, a animé,proposé et rédigé cette synthèse. Il en ressort tout

Encadré D Les trois systèmes synchronescontinentaux.

NORDEL : association des compagnies électri-ques des pays du Nord de l'Europe (Suède, Nor-vège, Finlande, Danemark, Islande).UCPTE : Union pour la coordination des pro-ducteurs et transporteurs d'électricité regrou-pant les pays de l'Europe de l'Ouest continen-tale.IPS-UPS : système des pays d'Europe centrale etorientale (Tchécoslovaquie, Hongrie, Pologne,Roumanie, Bulgarie) et de la CEI (Communautédes états indépendants).

Q L'Europe : aujourd'hui quatre systèmessynchrones indépendants. A l'avenir, leurslimites changeront.

40OkVoc-oc76OkVStation d» conversion dos * dosB«* ta bw* strionsFonctiomwnwnt «synchroneAsmcfmnoui cetrttioa

74

\DEVELOPPEMENT, EXPLOITATION DES RESEAUX ELECTRIQUES

^

d'abord qu'il est souhaitable que la connexionsynchrone des pays de l'Est à PUCPTE soit progres-sive. L'avancement des études, dont voici les résul-tats, est très différent selon les zones géographi-ques.• Le NORDEL prévoit de nouvelles intercon-nexions en courant continu avec l'UCPTE et la CEI.Il n'y a pas de connexion synchrone envisagée entreces blocs.• En ce qui concerne la Pologne, la Tchécoslova-quie et la Hongrie, la connexion synchrone àl'UCPTE ne semble pas poser de problèmes dupoint de vue de la répartition des flux de puissance.Les liaisons existantes en courant alternatif permet-traient des transferts d'environ 4000 MW avecPUCPTE.• En Turquie, deux lignes à 400 kV en courant alter-natif sont programmées avec la Grèce. Le fu tu rfonctionnement synchrone ne paraît pas poser de

problème et permettra des échanges jusqu'à 1 400MW vers l'UCPTE.• Le réseau de l'Albanie a été connecté ensynchrone à l'UCPTE, sans diff iculté majeure, maisc'était avant les événements en Yougoslavie...• Concernant la Roumanie et la Bulgarie, des étu-des avec la Yougoslavie étaient en cours et sontactuellement interrompues.• Enfin, il est difficile de se faire une opinion sur laCEI tant que les études en cours ne sont pas ache-vées. On peut cependant certainement penser que lasynchronisation se fera de façon progressive avecune exploitation possible en parallèle de lignes trèshaute tension à courants continu et alternatif,

CER - Département Conception et Economiedes Réseaux.MOS - Département Méthodes d'Optimisationet de Simulation. •

Pour une meilleure insertiondes futurs groupes de productiondans le système électrique

Pas de bon système électriquesans de bonnes performancesdes groupes de production

Un groupe de production esl un composant essen-tiel du système électrique production-transport-consommation et ses performances, notamment sesperformances dynamiques, contribuent de façondéterminante au bon fonctionnement global dusystème (tenue de la tension, de la fréquence, stabi-lité, etc.).La définition des meilleures conditions d'insertiondes groupes de production dans le système électri-que a déjà été effectuée à plusieurs reprises lors de lamise en service des paliers de groupes existants. Lesanalyses menées alors avaient pour but d'assurer lameilleure compatibilité de fonctionnement possibleentre le réseau et des groupes dont les caractéristi-ques étaient déjà quasiment définies. A Poccasiondu projet REP 2000, nouveau palier de groupes pourl'horizon 2005/2010, il a paru nécessaire d'intégrerles besoins du système le plus en amont possibledans la phase de conception de ces groupes.La démarche adoptée à cet effet prend en compted'une part le retour d'expérience du fonctionne-ment du système électrique, ces dernières années,et d'autre part les évolutions prévisibles de cesystème, notamment en ce qui concerne la structuredu réseau de transport et du parc de production.

Les enjeux d'une bonne insertion des futurs grou-pes de production dans le système électrique sontdoubles : mieux garantir la sûreté de fonctionne-ment du système électrique, ce qui contribue à aug-menter la qualité du produit électricité, et à réduireles coûts de gestion.

Du besoin du système...

La méthode adoptée pour définir les performancesdes futurs groupes est une démarche en plusieurstemps.Une bonne insertion passant nécessairement par ladéfinition de performances vues du système, plu-sieurs scénarios dits scénarios de référence ont étédéfinis en tenant compte en particulier du retourd'expérience sur les groupes actuels. Ces scénarios,au nombre d'une centaine, sont destinés à représen-ter la plupart des situations auxquelles le systèmeélectrique risque d'être confronté à l'avenir.Chaque scénario décrit une situation initiale carac-téristique pour le système ou la tranche, un événe-ment perturbateur et un comportement attendupour le système ou la tranche. Une probabilité d'oc-currence, qui peut être déterminante pour le dimen-sionnement des matériels concernés, est égalementassociée à chaque scénario.

75

62

FAITS MARQUANTS 1992

TENSK)NTHr(I)MtSMKV)6HV VOLNOE (UM 3*0 MO

TENSION STAT(M (b«M Un mor)SMTOR VDLMGE (UH U) gwwnM)

O.S 1.0

To+11

1.5 2.0To+Zl

2,6 3.0To+3»

Creux de tension observé à la suite del'apparition d'un court-circuit de 150 ms proched'un groupe de production. On constate quel'accélération de la ligne d'arbres induite par lecourt-circuit et le régime dynamique qui s'ensuitprolonge la chute de tension au-delà de ladurée du court-circuit lui-même.

... à la performance de la tranche

La seconde étape consiste à déterminer l'ensembledes performances attendues des groupes de produc-tion afin de satisfaire les besoins du système. Cettephase d'étude est actuellement en cours de réalisa-tion.Ce passage du besoin à la performance s'effectue aumoyen de simulations (à l'aide du logicielEUROSTAG par exemple), ou en se basant surl'analyse d'experts pour certains scénarios. Les per-formances résultantes sont regroupées dans uncahier des charges relatif à l'insertion dans lesystème électrique. Ses principaux chapitresconcernent les performances d'adaptation de la pro-duction à la consommation en actif et en réactif, latenue de la tranche en situation perturbée, les situa-tions d'îlotage, le fonctionnement en réseau séparéet les situations de reconstitution de réseau.

Parmi toutes les performances du groupe à définir,un certain nombre ont été jugées prioritaires cardimensionnantes pour les principaux matériels desgroupes.

Un premier exemple :les performance* de productionréactive

On a simulé la réponse du système électrique audéclenchement d'ouvrages de production ou detransport sur un réseau futur. Ces études ont mon-tré qu'il serait utile d'augmenter les possibilités deproduction réactive des groupes, ce qui pourrait setraduire par un dimensionnement mieux adapté desalternateurs (par exemple, cos <p = 0,85 au lieu de 0,9actuellement).

Un deuxième exemple :la tenue au creux de tension

L'amplitude et la durée de la chute de tension auxbornes de la tranche, suite à une perturbation inter-venant sur le système électrique, sont des facteursdéterminants pour Ie dimensionnement des pom-pes primaires. Des simulations sur un réseau équi-valent ont permis de déterminer des profils detension caractéristiques des régimes dynamiquesperturbés auxquels les groupes doivent pouvoirs'adapter. L'un de ces profils de tension est indiquéfigure 1.

Vers une synthèse européennedes spécifications

Les résultats des études effectuées serviront de baseaux représentants français lors des discussions entrepartenaires européens dans le cadre du projet EUR(european utilities requirements) qui vise à l'éta-blissement du cahier des charges système pour laréalisation d'un futur réacteur européen.

CER - Département Conception et Economiedes RéseauxFCR - Département Fonctionnement et Conduitedes Réseaux

76

63

. J

DEVELOPPEMENT, EXPLOITATION DES RESEAUX ELECTRIQUES

La modélisation du comportement dynamiquede la charge

Le contexte

Le comportement des charges (c'est-à-dire leursconsommations en puissances active et réactive) ali-mentées par un poste HT ou THT est souvent malreprésenté dans les programmes de simulation duIbnciionnement dynamique des réseaux. Or cecomportement peut être déterminant dans de nom-breuses études du système électrique.

L'évaluation de la stabilité en tensici fi'un réseau,lu mise au point d'une stratégie de délestage en casd'incidents graves, aussi bien que l'évaluation de luréserve primaire, sont des exemples types d'étudesparticulièrement sensibles aux modèles de charge.Dans la mise au point d'une modélisation satisfai-sante de la charge, la principale difficulté est liée à ladiversité des appareils électriques raccordés auréseau, à leur dispersion géographique et à l'aspectstochastique de leur enclenchement et déclenche-ment. Dans la pratique, il n'existe pas de modèleun ique précis de la charge, mais un ensemble demodèles sectoriels, représentant la charge vue desniveaux HTou THT, et dont la validité a surtout unsens statistique.Deux approches complémentaires sont habituelle-ment mises en œuvre pour construire ces modèles :- la première vise à élaborer des modèles théori-ques de connaissance en procédant à l'agrégationdes modèles de charges élémentaires (moteurs,convertisseurs, éclairage, chauffage,...);

— la seconde approche est expérimentale. Elle viseà développer des modèles de comportement parl'identification paramétrique de résultats de mesu-res acquises sur le réseau.En 1990, EDF a lancé, en coopération avec les uni-versités de Grenoble et de Stuttgart, des actionsdans ces deux voies. Les résultats de la secondeapproche sont présentés ici.

Le modèle développé en collaborationavec l'université de Stuttgart

Les manœuvres ou défauts sur le réseau induisentdes variations rapides de tension et de fréquence. Laréponse de la charge à ces excitations naturelles estcaractérisée par le modèle de la figure 1, dont lescoefficients sont déterminés par une approche expé-rimentale.Un dispositif de type oscillo-perturbographe bâtiautour d'un PC mesure en continu la tension U, lafréquence f. la puissance active P et la puissanceréactive Q. Il est programmé pour détecter les varia-tions significatives de tension et de fréquence etdéclencher alors l'enregistrement sur une durée de

Convertisseurs A/NAID converters

Carte fréquencefrequency WenflBcttion + «tttlrtlque»

measurement curd Fichiers événements Identification + statistic* DBASEEvent ms VI

Structure du dispositif de mesure.

HzSO

49.96

49.92

Fréquence / FrequencyMW

kV9493929190

10 20 30 40 SO 60 70 80 90secondes / seconds

Tension / Voltage

59585756

Puissance active /Active power

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90Mvar secondes / seconds

Puissance réactive / Reactive power

O 10 20 30 40 50 60 70 80 90secondes / seconds

O 10 20 3040 50 60 70 80 90secondes / seconds

B Cet enregistrement relevé au poste de Louisfertmontre les variations de puissances, de tensionet de fréquence occasionnées par la perte d'ungroupe sur le réseau. Un tel événement permetd'étudier les dépendances fréquence -puissances de la charge en aval du point demesure. L'analyse des événements liés auxchangements de prises sur le régleur en chargedes transformateurs HT/MT permet de façonsimilaire d'étudier /es dépendances tens/on -puissance.

90 secondes des quatre grandeurs U, f, P et Q échan-tillonnées à 10 hertz.Les résultats de ces mesures (figure 2), introduitsdans une base de données, sont exploités statisti-quement pour identifier les paramètres du modèle.La méthode a été expérimentée au poste de Louis-fert en Bretagne, sur le départ 90 kV qui alimente la

77

64

V *#

FAITS MARQUANTS 1992

Jour Week- Nuit GlobalDay end Ntght

Kqu

Jour Week- Nuit GlobalDay end Night

Kpu

0.6

Kpf Global Kqf Global

B Les gains statiques KQU, Kpu, Kp, et K0, identifiésau poste de Louisfert.

vi l le de Châteaubriunt <50()()0 habitants). Les résul-tats du traitement de neuf mois de mesures sont pré-sentés sur la figure 3 pour différentes plages horaires(jour, nuit, week-end, moyenne).

Les modèle* établispour les petits mouvementssont-ils valables pour l'étudedes écroulements de tension ?

Prouver la validité des modèles et définir l'étenduede la plage de variation où ils restent utilisablesconstituent l'une des difficultés majeures de lamodélisation de la charge. En effet, les modèlessont généralement construits à partir de l'analyse devariations de tension qui dépassent rarement 1 %(600 V en 9 O k V ) et des variations de fréquenceencore plus faibles (40 à 60 mHz). Il est donc tout àfait légitime de s'interroger sur la validité de cesmodèles lorsque sont étudiées des excursions nette-ment plus importantes, obtenues en particulier lorsd'incidents.L'expérimentation réalisée au poste de Louisfertfournit les premiers éléments de réponse. En effet.

Butée du régleuren charge HT/MT

Blocking of the HMIMVon load tap changer

D Evolution de la puissance en fonction de latension au poste de Louisfert, entre 11 h 44 et11 h 50, lors de l'incident du 12 janvier 1987.

lors de l ' incident du 12 janvier 1987 qui avaitconduit à l'écroulement de la tension en Bretagnede 90 à 5OkV, des mesures enregistrées dans cemême poste (ligure 4) avaient justement permisd'identifier un gain statique de dépendance de lapuissance à la tension Kou de 1,4 identique à celuiidentifié par l'analyse des petits mouvements (legain statique KDU est défini comme le rapport entrela baisse relative de la charge et la chute relative detension). D'où l'intérêt de !a méthode qui permet dedévelopper en continu des modèles de charges suffi-samment robustes, sans devoir attendre l'apparitionpeu fréquente, fort heureusement, d'incidents gra-ves.Ces premiers résultats devront bien sûr être confor-tés par d'autres types de comparaison avant deconfirmer l'approche et de calculer les données àutiliser dans les programmes de simulation du com-portement du réseau.Par ailleurs, la validation des résultats obtenus parles coefficients fréquentiels sera plus difficile du faitque sont très rarement observées des variations defréquences importantes sur le réseau UCPTE. Desmesures sur des réseaux insulaires par nature moinsstables en fréquence sont donc prévues en 1993.

FCR - Département Fonctionnement et Conduitedes Réseaux.

78,.* •

65

m À

DEVELOPPEMENT, EXPLOITATION DES RESEAUX ELECTRIQUES

CALIFE : pour la prévisiondes imperfections de fourniture d'électricitédues aux réseaux de transport

La qualité : un enjeupour le transporteur d'électricité

II était iiulrclbis bien rare que les consommateursd'électricité se déclarent gênés pur les creux de ten-sion et les coupures très brèves que l'on peut perce-voir en haute et très haute tension lors de courts-cir-cuits fugitifs bien éliminés. Ils ne se souciaient pusdavantage des coupures brèves (jusqu'à une minuteenviron) qui correspondent pour le réseau à desagressions plus sévères mais qui demeurent maîtri-sées grâce à des dispositifs de reprise automatiquedu service. Cela n'est plus vrai aujourd'hui : si lescoupures de longue durée restent leur préoccupa-tion majeure, de plus en plus de clients deviennentsensibles à de très courtes coupures, voire aux creuxde tension. Les réseaux de transport ont vis-à-vis deleurs clients, directs ou non, un rôle à jouer pouratteindre et maintenir les niveaux de qualité requis.La qualité constitue un enjeu de plus en plus impor-tant pour le transporteur, à prendre en compte dès lestade des études de conception des réseaux. C'estpour répondre à ce besoin qu'a été entrepris le déve-loppement du logiciel CALIFE, dont le premierpalier, CALIFE-CT, entre aujourd'hui en service.

CALIFE-CT : un logiciel de simulation

Après ciblage d'une zone d'étude de la qualité defourniture, l'outil entreprend une exploration detous les niveaux de tension depuis 400 kV jusqu'à lahaute tension pour rechercher les lignes à risques,c'est-à-dire celles où des courts-circuits peuventprovoquer des creux de tension significatifs sur lespostes étudiés. La figure 1 montre que les portionsde réseau identifiées à l'issue de cette premièreétape ne sont pas nécessairement connexes etqu'elles dépendent fortement du seuil de profon-deur retenu pour l'analyse des creux de tension. Onprocède ensuite à une étude plus fine, au cours delaquelle on balaye les ouvrages identifiés précédem-ment en simulant un par un des défauts générés deplace en place. Au cours de chaque simulationseront recensés tous les creux de tension et toutesles coupures à déplorer lors de l'apparition du court-circuit puis de l'ouverture des disjoncteurs qui enassurent l'élimination.

Une réutilisation optimalede codes éprouvés

L'élaboration de l'outil a été guidée en permanencepar le souci d'aboutir à un logiciel de qualité indus-trielle. On est ainsi parvenu à obtenir un outil com-plet dont la prise en main demeure aisée, en particu-

lier grâce à la mise en œuvre de standards de multi-fenêtrage. Ces derniers ont été introduits pour lapremière Ibis dans l'environnement complexe desoutils de planification des réseaux de transport. SurIc plan algorithmique, on utilise une méthode derésolution des systèmes linéaires creux qui a déjàfait ses preuves dans d'autres applications ; les bri-ques de calcul matriciel, sollicitées sans cesse pourmesurer la prorondeur des creux de tension perçusici ou là, ont été directement reprises dans ce codede référence, en exploitation depuis plusieursannées. Cette réutilisation d'un code éprouvé pré-sentait le double avantage d'alléger le développe-ment et d'offrir d'emblée de bonnes garanties sur leplan de l'exactitude des calculs. Les améliorationsintroduites pour CALIFE-CT dans l'agencementdes calculs élémentaires et la gestion de la mémoireont néanmoins permis de gagner un facteur 1 000sur la durée obtenue avec un réemploi non optimisédes modules existants. Le temps d'une phase de cal-cul est désormais de l'ordre de Ia minute.

Une grande diversitéd'usages potentiels

Développée en deux ans environ, la version actuel-lement diffusée permet de simuler les conséquen-ces de défauts fugitifs en ligne, dans l'hypothèse deleur élimination sans défaillance par des protectionsréglées de !'açon uniforme. Le champ d'applicationde ce palier comprend par conséquent, outre lescoupures dites très brèves, les creux de tension de

O Vue du réseau 400 kV induisant des creux detension significatifs sur le poste 400 kV/225kVde Saumur.

79

EnragMramtnltptrturfaognphiqtK

Q]

FAITS MARQUANTS 1992

toutes profondeurs et de toutes durées. Ce n'est queduns les paliers suivants que l'on pourra obtenir desévaluations précises dans la gamme des coupuresbrèves et des coupures longues. Les résultats deCALIFE n'en sont pas moins utilisables dès à pré-sent dans une large palette d'études, dont les hori-zons peuvent varier de quelques mois à une ving-taine d'années. Le modèle sera à même, dès le pre-mier palier, de Fournir une aide appréciable dans lesrelations avec la clientèle, ainsi que dans le choix

des meilleurs schémas d'exploitation ou dans celuides évolutions les plus souhaitables de la structuredu réseau et de la fiabilité de ses composants. C'estdire que CALIFE se veut un outil utilisé tout à lafois par le planificateur et l'exploitant des réseauxrégionaux.

CER - Département Conception et Economiedes Réseaux.

Le système expert d'analyse des défautsen moyenne tension, LAURE, est en service

L'amélioration de la qualité de fourniture desréseaux de distribution passe entre autres parune meilleure fiabilité des ouvrages moyennetension. Dans ce but a été développée uneméthode d'auscultation basée sur l'enregis-trement et l'analyse systématique des défautsaffectant un départ. Elle permet de détecterdes sources de défauts fugitifs et de mieuxcibler les opérations d'entretien ou de renou-vellement du réseau.LAURE est un système destiné à faciliter cetteanalyse. Il a pour objet de décharger l'exploi-tant des tâches fastidieuses de dépouillementdes enregistrements en lui offrant un support

D Organisation du logiciel.

LAURE

Evéfwnwit

QSynUittUtd•VMM

d'analyse orienté vers la synthèse et la prisede décision. Pour atteindre cet objectif,LAURE met en œuvre des méthodes baséessur les techniques d'intelligence artificielle.

Une aide au dépouillementdes enregistrements de défauts

Jusqu'à présent, le dépouillement et l'analyse desdéfauts se faisaient manuellement, nécessitant dutemps et un apprentissage assez long. Ce travail, engrande partie répétitif, est très vite devenu un frein àla diffusion de l'auscultation et même cause derégression et de désillusion. Un outil d'aide étaitdonc nécessaire pour assister l'opérateur et donnerune plus grande efficacité à cette méthode.

Architecture de LAURE

LAURE (logiciel d'auscultation des réseaux électri-ques moyenne tension) s'articule autour de troisgrands modules (figure 1) :— après une phase de pré-traitement, les donnéesissues des perturbographes sont analysées par unsystème expert. Articulé autour d'une base derègles, il permet de synthétiser l'événement (forme,caractère, phase affectée et amplitude du défaut)ayant affecté le départ. Chaque analyse d'événe-ment donne lieu à la vérification du bon déroule-ment de la séquence d'élimination du défaut ;- un module de requêtes permet de rechercher descorrélations entre les défauts pour déterminer depossibles causes identiques mais aussi de dresserdes statistiques ;- un module de configuration permet de s'adapterà tous les paliers de contrôle commande. Un éditeurde règles permet de modifier et d'enrichir la base deconnaissances et donne ainsi au produit souplesseet évolutivité.

80

67

\DEVELOPPEMENT, EXPLOITATION DES RESEAUX ELECTRIQUES

Afin de pouvoir s'il itégrer aisément dans l'organisa-tion de l'exploita ion et bénéficier d'une bonneergonomie, LAUE.E fonctionne sur PC 386 et sousWindows3.

L'expérimentation

Le logiciel LAURE est opérationnel depuis avril1992. Il -A été installé au Centre EDF GDF SERVI-CES Garonne et Tarn auprès d'exploitants quigèrent tous les perturbographes installés dans leCentre. Celte expérimentation a été très riche d'en-seignements.

• Adéquation au\ besoins

L'utilisation quotidienne a permis de valider l'inté-rêt fonctionnel de l'outil. Une fois résolus les quel-ques problèmes d'interface entre le matériel et lelogiciel, et la prise en main effectuée, le gain detemps procuré par un dépouillement informatiqueest conséquent, de Tordre de 80%. L'opérateur peutdonc se consacrer plus librement à la déterminationdes actions à entreprendre sur la base des donnéessynthétiques livrées par LAURE.

• Enrichissement des connaissances

L'analyse de centaines de défauts a permis d'enri-chir progressivement la hase de connaissances en

formalisant de nouvelles règles, comme par exem-ple l'identification d'un défaut double provoqué parle disjoncteur shunt. Celles-ci ont pu être intégréesfacilement grâce à l'éditeur, en utilisant un langageproche de celui utilisé par les exploitants. Cettecaractéristique permet également à l'utilisateur desuivre les raisonnements effectués par LAURE, cequi en fait un moyen efficace pour diffuser laconnaissance de l'auscultation et préparer une étapefuture où l'utilisateur pourra lui-même enrichir lesystème.

Perspective*

La démarche de construction suivie pour le systèmeLAURE a été pragmatique, Les connaissancesmodélisées sont le fruit de la longue expérience desexploitants. Cette démarche continue de prévaloirpour l'enrichissement du système par de nouvellesfonctionnalités. Ainsi l'aide à la localisation dudéfaut par calcul de l'impédance de la boucle endéfaut, puis son interprétation en terme de distance,est actuellement en cours de validation sur lesdéfauts recueillis lors de l'expérimentation.

f Of - Département Fonctionnement et Conduitedes Réseaux.

Les tarifs bleu-blanc-rougeen option expérimentalepour la clientèle domestique

Bleu-blanc-rouge : la vérité dec prix

Une nouvelle option tarifaire, provisoirement appe-lée « bleu-blanc-rouge* » a été expérimentée auprèsd'un millier de clients. Les jours sont différenciés enfonction du prix de vente de l'électricité. Les cou-leurs sont des codes faciics à interpréter et à retenir :bleu = bon marcha, blanc = modéré, rouge = cher.Le tarif avantage jx est proposé pendant ia plupartdes jours de l'année (bleus), le prix modéré pendant43 jours (blancs) et enfin le prix plus élevé pendant

* •• Bleu-blanc-rouge » est le nom provisoire decette nouvelle option, utilisé pendant la duréede l'expérimentation.

22 jours (rouges). Les jours rouges et blancs sontmobiles, c'est-à-dire choisis par EDF en temps réel,la veille pour le lendemain.On retrouve ici le principe selon lequel les tarifs évo-luent pour refléter de manière fidèle la réalité descoûts de production et de transport de Télectricik'.Or, les premiers sont très contrastés et varient defaçon non prévisible à longue échéance : en particu-lier parce que le niveau de la consommation dépendétroitement des conditions météorologiques. C'estcette incertitude qui est reportée sur la couleur desjours.

A l'intérieur de chaque jour, on continue à distin-guer deux postes tarifaires (heures creuses ou heu-res pleines), ce qui conduit à la structure tarifaire dela figure 1.

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A

T.

FAITS MARQUANTS 1992

22 joursentre le 1" nov.et le 31 mars

22 daysbetween 1st Novand 31st March i

300

200

t

prixélevé

higherprice

100

Oi

ConsommationConsumption(kWh)

Température (1C)

- 4 - 2 0 2 4 6 8 10 12

Structure du tarif bleu-blanc-rouge avec ses sixpostes.

La DER a participé en 1992 à la définition et à la vali-dation de cette nouvelle option sous deux aspects :— une campagne de mesure des puissances appe-lées par les clients ayant souhaité expérimenter cetarif;- des simulations tarifaires afin de calculer l'effetde cette option sur les factures de clients dont onsuppose que le comportement resterait inchangépar rapport à la situation actuelle.

Mesures in situ...

L'expérimentation se déroule sur un échantillon de1000 clients, répartis en deux classes : 500 clientsavec un tarifa quatre prix et 500 clients avec un tarifà six prix ; compte tenu des matériels disponibles, lapremière vague de clients a en effet été équipée decompteurs qui ne pouvaient prendre en compte quequatre valeurs de prix différentes sur les six plagespossibles. La figure 2 résume les premiers résultatsde cette étude.La DER a accompagné cette expérimentation enorganisant avec les Centres expérimentateurs unecampagne de mesures auprès de 60 clients (fourni-ture d'appareils enregistreurs installés chez lesclients, consignes d'installation). Le dépouillementdes enregistrements constitue une base de donnéesdont l'analyse indique :— en moyenne, une réaction des clients conformeaux attentes : réduction des consommations de 13 %les jours blancs et de 44% les jours rouges ;— mais des comportements très différents d'unclient à l'autre, et ce, même pour des équipementsélectriques comparables.

I Consommations journalières d'un client.Chacun des points représente la consommation(en kWh) d'un client pour chacune des journéesde l'hiver 91-92, en fonction de la couleur dujour et de la température moyenne de cettejournée. On observe sur l'exemple choisi :— une séparation en trois nuages qui montreque le client choisi adapte son comportement,donc sa consommation, au signal tarifaire;- à l'intérieur des nuages blanc et bleu,l'augmentation de la consommationlorsque les températures baissent :les droites de régression fournissentune évaluation de la sensibilité(ou du gradient)en kWh/°C.On met ainsi en évidence la part des usagessensibles à la température que le client décidede couper en fonction du tarif.

... et simulations in vitro

Par ailleurs, des simulations ont été effectuées à par-tir de l'échantillon représentatif de la clientèledomestique mis en place depuis une dizaine d'an-nées (Ie panel permanent BT) : on mesure grâce àcet échantillon la courbe de charge de 1400 clientsavec un pas de 10 minutes. Ceci conduit à reconsti-tuer a posteriori les consommations par jour et parposte, donc à simuler la mise en œuvre d'une optionbleu-blanc-rouge, de calculer les factures... en sup-posant dans un premier temps que le comportementdes clients reste inchangé.Cette étude permet de vérifier le calage du tarif,mais aussi de mesurer les effets sur les factures de larigueur de l'hiver : l'objectif est en effet que la fac-ture, à comportement identique et à conditions cli-

82

1

-V

DEVELOPPEMENT, EXPLOITATION DES RESEAUX ELECTRIQUES

muliques normales, soit sensiblement égale ù la fac-ture avec tes tarifs en vigueur.

Ce travail sur le tarif bleu-blanc-rouge se poursui-vra :

— sur l'expérimentation elle-même, pour arriver àun échantillon plus significatif : actuellement, lataille de l'échantillon mesuré est faible, et rien n'as-sure que les clients qui se sont portés candidatssoient représentatifs de l'ensemble de la populationconcernée ;

— sur les conséquences au niveau de la consomma-tion nationale. Depuis son lancement dans lesannées 60, l'option « heures creuses » a ainsi profon-dément modifié la courbe de charge (en faisantapparaître des pointes de nuit). Quelle sera l'in-fluence de la pénétration de cette nouvelle option ?Les scénarios à envisager dépendront aussi des pro-duits associés (automates, gestionnaires d'énergie)qui aideront le client à gérer son confort.

CCf - Département Consommations, Clientèle,Télécommunications. •

TRIMARAN + :un protocole de communicationplus intelligent

Depuis 1986, les comptages électroniques destinésaux clients industriels (tarifs vert et jaune) sontreliés aux systèmes de facturation via le réseau télé-phonique commuté, afin de permettre une exploita-tion à distance de ces comptages (télérelevé desdonnées de facturation, téléchargement de structu-res tarifaires horosaisonnières,...). Un premier pro-tocole de communication, appelé TRIMARAN, a

DLMSest à Ia fois :— un protocole• et un modèlerépondant à un triple objectif :

• représenter les données échangées lorsd'une communication grâce à une syntaxeobjet simple et unique ;

• définir en termes de services toutes lesactions possibles sur les objets ;

• proposer une syntaxe commune pour lareprésentation des données structurées et lecodage des requêtes et des réponses de ser-vice.

DLMS est en cours de normalisation à la CEI(Commission électrotechnique internatio-nale).

été le support utilisé pour réaliser ces liaisons télé-phoniques.Mais aujourd'hui, les comptages se compliquent,ainsi que les types de données et les services deman-dés à ces matériels. Par ailleurs, le modèle en cou-ches de l'OSI (open systems interconnection) estmaintenant largement reconnu. Les protocoles tra-ditionnels comme TRIMARAN, qui ne décriventque les modalités de transport des données, attei-gnent donc leurs limites. Les travaux menés par laDER dans le cadre d'un projet sur la communica-tion par courants porteurs ont été une opportunitépour développer un modèle de description d'appli-cation permettant de gérer Ia complexité des systè-mes d'aujourd'hui et de demain. C'est ainsi qu'estné le modèle DLMS (distribution line message spé-cification), qui normalise les services nécessaires aucomptage conformément à l'esprit de l'OSI (enca-dré I).DLMS s'appuie sur deux idées fortes : le codage desdonnées est réalisé selon leur type, et la spécifica-tion des manipulations sur ces données est conçueautour de la notion de service.Le protocole TRIMARAN+ intègre le modèleDLMS dans sa spécification. Organisé en quatrecouches (physique, liaison, transport et application)et conforme au modèle OSI de l'ISO (internationalorganization for standardization), cet ensemble

Encadré D DLMS : un standard en matière demodélisation d'un équipement.

\

83

\FAITS MARQUANTS 1992

TRIMARAN-DLMS (figure 1) offre les avantagessuivants :- une approche fonctionnelle (avec machinesd'état, description des interactions entre couches etsyntaxe des messages échangés) ;

D Fonctions de base ofu protocole TRIMARAN + enquatre couches.

FONCTIONS DE BASE

7

4

2

1

DLMS

ASETRIMARAN +

Transport

Liaison

Physique

Support de DLMS,Identification des utilisateurs,sécurisation des accèset confidentialité des données.

Segmentation et réassemblagedes messages.

Elimination des erreursphysiques.

Transmission et réceptiondes bits.

— une intégration complète du modèle client/ser-veur de DLMS;— une totale symétrie des couches basses ;— un support de fonction alarme.Cette organisation est de nature à intéresser de nou-veaux équipements parmi lesquels on peut citer lequalimètre, le comptage gaz et bien sûr le CPTU(concept de processeur tarifaire universel). Rappe-lons que le CPTU comprend un modèle de descrip-tion des dispositions tarifaires et un procédé qui per-met l'implantation de ce modèle dans un appareilphysique de comptage : le même appareil, repro-grammé selon divers modèles, devient donc capablede supporter différents tarifs.Notons enfin que le projet TRIMARAN + s'inscritdans un cadre normatif incluant de multiples sup-ports de communication. DLMS est une dispositioncommune à l'ensemble des protocoles qui s'inscri-vent dans ce cadre normatif cohérent.

CCT - Département Consommations, Clientèle,Télécommunications.

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V Ir

V

iPROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

Protection de l'environnement

Opinion publique et environnement

EDF à POLLUTEC 92 :l'électricité au service de l'environnement

Une torche à plasmapour la destruction des cendres volanteslors de l'incinération d'ordures ménagères

INCIDIS : incinération des déchets industriels solides

SUN SAND : un nouveau procédé électriquequi régénère les déchets de sables de fonderieen sable neuf réutilisable

Un frigorigène sans chlore prêt à l'emploipour les pompes à chaleur

Limiter l'impact du réseau sur l'environnement :premières analyses sur le développement du réseaud'interconnexion à 40OkV

Calcul de courants induits dans le corps humain

Simuler les fluctuations climatiques passées :une étape nécessaire pour valider les modèlesde circulation générale de l'atmosphère

La houle : collaborations européenneset mise en service d'un nouveau moyen d'essai

\

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91

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99

101

FAITS MARQUANTS 1992

t

4T

À

Opinion publique et environnement

Pour EDF, producteur et distributeur d'éner-gie, la protection de l'environnement et la sen-sibilisation croissante de l'opinion publique àce thème constituent des enjeux majeurs.C'est dans ce contexte que deux approchescomplémentaires ont été développées : uneétude de l'opinion publique globale visant àcomprendre comment celle-ci se structure etévolue dans ce domaine (le baromètre envi-ronnement), et un outil de mesure de l'opinionlocale, mis à la disposition des Centres d'EDFGDF SERVICES.

Comprendre l'opinion publique globale :le baromètre environnement

Comment l'opinion publique se structure-t-elledans le domaine de l'environnement? Peut-on lamesurer et comprendre comment elle évolue?C'est pour répondre à ces questions qu'une enquêtepar sondage auprès d'un échantillon de 2 500 Fran-çais a été élaborée. Le questionnaire, assez général,porte sur les grands thèmes de préoccupation, lesdifférents types de sensibilité à l'environnement, lesintentions d'actions concrètes dans ce domaine.Des questions touchant plus particulièrement EDF(énergie nucléaire, lignes électriques, effet de serre)y sont insérées.

Hiérarchisation des problèmes d'environnement

Si l'on hiérarchise les grands problèmes d'environ-nement selon les proportions de personnes se disant

O Sensibilité des Français aux problèmesd'environnement

es.»

"fSSSSSSSSi 57,7

54,5

<4t,7

27,3

H—

Proportion de personnes -1res préoccjpéis-Proportion of 'highly cortctrner) persons'

très préoccupées par ces thèmes, on observe que cequi conditionne la vie (l'air et l'eau, en particulier)passe avant la préservation des richesses de la pla-nète ou les problèmes de qualité de la vie (figure 1).Pour deux tiers des Français, l'état de l'environne-ment dans le monde est mauvais ou très mauvais. Lasituation est jugée moins grave dans la CEE, encoremoins sévèrement en France, et l'image devientpositive lorsque les Français qualifient l'environne-ment dans leur région.Lorsqu'on leur demande de classer, selon leurimportance, les conséquences des problèmes d'en-vironnement, environ deux tiers des Français pla-cent en tête les conséquences qui concernent lesgénérations futures, loin devant celles qui affectentles hommes vivant aujourd'hui sur la terre, eux-mêmes ou les autres espèces animales ou végétales.Le rapprochement de ces deux constats nous amèneà faire l'hypothèse que ces préoccupations sont plu-tôt le fruit d'une réflexion abstraite que les consé-quences d'une situation concrète traumatisante.Les Français se déclarent relativement prêts à agirou payer pour préserver l'environnement, même sila lutte contre le chômage reste pour eux une prio-rité absolue.

Une typologie des opinions en France

Sur la base des réponses données au baromètreenvironnement, une typologie a été effectuée. Cinqfamilles de pensée ont été identifiées.• Les deux premières s'engagent nettement enfaveur de la protection de l'environnement, maissans partager la même vision sur son état actuel :— les uns (17% des personnes interrogées) jugent lasituation très dégradée, et semblent engagés dansun mouvement plus général de contestation de lasociété ;— les autres (21 °/o) sont plus optimistes quant à leurappréciation de l'état de l'environnement et leurobjectif est d'offrir aux générations futures une terre« propre ».• Les deux familles suivantes semblent moinsconcernées par les problèmes d'environnement :• les uns (24 %) les assimilent essentiellement à desproblèmes de pollution dont ils redoutent surtoutles conséquences dans le présent ;• les autres (20%) jugent la situation plutôt bonneet semblent moins préoccupés par les questionsd'environnement en général.• La dernière famille identifiée (9%) se situe enmarge de ces quatre principales tendances. Peupréoccupée par l'environnement dont l'état n'estpas alarmant à ses yeux, elle apparaît particulière-ment favorable à l'énergie nucléaire.L'analyse en fonction des variables signalétiquestraditionnelles (âge, sexe, profession...) montre que

86

1

PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

celles-ci ne sont guère pertinentes pour expliquerl'appartenance à telle ou telle famille. D'autresoutils explicatifs ont dune oie utilisés.

Trois manières d'analyser les résultatsdu baromètre environnement

• /.c rè/erentif/ agoramêtrie

Le principe de ce référentiel est de proposer une lec-ture idéologique de lu structuration de l'opinionpublique.L'analyse montre que les préoccupations en matièred'environnement sont liées ;ï 'es thèmes égalitaris-tes, ainsi qu'à des thèmes coimotant la critique de lasociété, voire la peur. Projetées sur ce référentiel, lesfamilles d'opinion présentées plus haut occupentdes positions distinctes et prévisibles.

• L'approche sèmiomâtrique

Er. demandant aux enquêtes de noter une liste denots selon leur attrait, cet autre système explicatifpermet, grâce à une lecture sémantique, d'appro-cher les systèmes de valeurs des personnes interro-gées.Les familles d'opinion se distinguent nettement lesunes des autres par les notes qu'elles attribuent àcertains mots. Ainsi par exemple, les premières sur-notent animal et campagne, et les dernières com-mander et industrie.

• L'approche en styles de vie

Elle se fonde sur l'idée qu'il existe des catégoriesplus pertinentes pour expliquer les goûts et les opi-nions des gens que les catégories basées sur lesvariables signalétiques usuelles.L'étude des réponses des groupes correspondant àces styles de vie montre certaines variations dudegré d'implication des personnes interrogées selonleur style de vie. Par contre, ces groupes sont loin derecouper les familles d'opinion décrites plus haut.L'existence d'une base de données unique compor-tant, pour chaque individu, outre ses réponses àl'enquête, sa position par rapport à chacun de cesréférentiels, permettra d'étudier les liens existantentre ces trois approches, et de tester leurs pertinen-ces respectives dans le domaine de l'environne-ment.

Connaître l'opinion publique locale :l'enquête environnementdans les Centres

Que savent les clients d'EDF GDF SERVICES desactions menées par leur Centre en matière d'envi-ronnement ? Qu'en pensent-ils et quelles sont leursattentes dans ce domaine? C'est pour tenter derépondre à ces questions qu'un questionnaire grandpublic destiné à la clientèle des Centres a été éla-boré, testé puis remanié.

Avez-vous l'Impression- qu'EOF GDF SERVICES- que les Industriels de votre région— que les élus de votre régionsoient 1res soucieux, assez soucieux, peu soucieux ou pas soucieux du tout del'environnement de votre région ?

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B Le souci de l'environnement parmi la clientèlede deux Centres d'EDF GDF SERVICES.

La mise au point du questionnaire et l'étude pilote

L'élaboration du questionnaire a été précédée d'uneétude exploratoire qualitative, visant à connaître lesattitudes et les actions des Centres dans le domainede l'environnement, ainsi que la perception qu'enavaient les différents acteurs locaux. La P remic ;version du questionnaire a donné lieu, en nllet91,à une enquête pilote dans deux Centres, auprès de800 personnes. Il s'agissait de valider et, le caséchéant, d'améliorer ce questionnaire.L'analyse des réponses a montré que l'image géné-rale des Centres était plutôt bonne. Dans leursrégions respectives, ils sont, plus souvent que lesélus locaux ou les industriels, perçus comme sou-cieux de l'environnement (figure 2). Lorsqu'ellessont connues, leurs actions dans ce domainerecueillent, en règle générale, une assez bonne opi-nion.Mais l'un des principaux enseignements de cetteenquête expérimentale a été le nombre importantde non-réponses, observé pour les questions lesplus pointues. Malgré l'intérêt croissant du grandpublic pour les problèmes d'environnement, saconnaissance des actions spécifiques ne doit pasêtre surestimée.

L'outil définitif : le questionnaire personnalisableet le manuel de conseils

Le questionnaire a donc été remanié, afin de mieuxadapter les questions posées au public concerné. Ons'est limité à deux types de questions : d'ordre trèsgénéral d'une part (dont deux sont communes aubaromètre environnement), ou très précises et per-sonnalisées d'autre part, permettant de mesurerl'impact d'actions locales.Afin que cet outil soit facilement utilisé par des non-spécialistes, un manuel de conseils, décrivant avecprécision les différentes étapes de la réalisation del'enquête, a été mis au point. Il sera diffusé auxDirecteurs de Centre en 1993, et devrait permettre àceux qui le souhaitent d'effectuer leur propreenquête « environnement ».

87

.» 'J- v

FAITS MARQUANTS 1992

Ces deux approches présentées sont certes bien dif-férentes. Dans un cas, il s'agit d'une démarche glo-bale, à long terme, et l'accent est mis sur l'approcheexplicative. Dans l'autre, il s'agit de mettre au pointun outil simple, opérationnel, sur des thèmes inté-ressant directement les Centres. Cependant, grâceaux questions communes aux deux enquêtes, une

passerelle existe entre ces deux manières d'étudierl'opinion publique, qui rend possible une fertilisa-tion croisée.

GRETS • Département Groupe de Recherche,Energie, Technologie et Société.

EDF à POLLUTEC 92 :l'électricité au service de l'environnement

Par sa présence à POLL(JTEC, sa/on interna-tional des techniques de l'environnement,EDF entendait se positionner comme entre-prise de référence. A cette occasion, elle pré-sentait aux collectivités locales et aux indus-triels son savoir-faire en matière de procédésde dépollution, de technologies propres etd'ingénierie de l'environnement.

POLLUTEC : un salon en expansion

POLLUTEC, salon international consacré aux tech-niques «eau, bruit, air, déchets, nettoyage indus-triel» s'est tenu à Lyon du 3 au 6 novembre 1992.Vingt ans après sa création, ce huitième salon des-tiné aux industriels et aux collectivités localesconnaît un succès incontestable. Ainsi, sur une

I Stand d'EDF au salon POLLUTEC 92.

,

superficie de 45 000 m2,900 sociétés exposantes ontaccueilli 36337 visiteurs de 56 pays. Le nombre devisiteurs, en augmentation de 40% par rapport à1990, souligne leur préoccupation croissante enmatière de protection de l'environnement.

EDF : une entreprise de référencesur «l'éco-marché»

Qu'il s'agisse de qualité de l'air, de pureté de l'eau,de silence ou de protection du cadre de vie, l'électri-cité a un rôle indéniable à jouer pour améliorer l'en-vironnement en traitant efficacement des pollutionsou mieux encore en les prévenant.C'est pourquoi, EDF a proposé sur son stand(figure 1) ses services en matière de techniques dedépollution, de technologies propres ou d'ingénie-rie de l'environnement. Ce savoir-faire, mis au pointet validé pour ses propres besoins, en fait une entre-prise de référence sur l'éco-marché.Cette démarche résolument dynamique a étéconfirmée par Ia présentation à POLLUTEC dedeux nouvelles filiales commercialisant les compé-tences d'EDF : Efisys pour l'ingénierie de l'environ-nement, Pronergies pour le traitement et la valorisa-tion des déchets.Plusieurs Directions d'EDF ont participé à cet évé-nement, la DER étant chargée de coordonner l'en-semble des opérations : de l'étude de faisabilité à laréalisation logistique, tout en présentant plusieursinnovations issues de ses laboratoires.Les sujets sélectionnés ont été répartis sur le standen trois pôles : le traitement de l'eau, le traitementdes déchets, l'ingénierie de l'environnement.

Valorisation de la recherchesur l'environnement

La politique volontariste d'EDF a trouvé à POLLU-TEC un champ d'application particulièrementriche, puisqu'elle y soutenait la politique commer-ciale de nombreux industriels.

rPROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

Nous pouvons, entre autres exemples, citer pour laDER :• DESHYDREC : procédé de déshydratation parélectroosmose des boues d'abattoirs, développéavec Elmetherm, diminuant la consommation enénergie et le volume des boues résiduelles par rap-port aux techniques classiques ;• PRlAM : procédé de récupération des métaux parélectrodéposition, commercialisé par Champoi-seau, et dépolluant les effluents industriels chargésen cuivre, zinc, cadmium, nickel ou argent (voirFaits marquants 91, page 28);• EROTEC : électrolyseur rotatif à électrodeconsommable développé en collaboration avec lesHuiles Lemahieu, capable de casser les emulsionsusagées huile-eau afin de récupérer individuelle-ment chacune des solutions au lieu de les rejeter;• SUN SAND ; pour la régénération thermique enlits fluidisés des sables de fonderies utilisés pour laconfection de moules et de noyaux. Le procédé,commercialisé par FM Industrie, évite tout rejetpolluant par destruction à haute température desliants organiques (voir Faits marquants 92, page 92).La DER présentait également les techniques mem-branaires, un procédé monofluide de chauffage etrefroidissement des réacteurs chimiques et le

séchage de boues par compression mécanique devapeur.

Un bilan positif

La participation d'EDF à POLLUTEC 92 a été enri-chissante car les contacts y furent nombreux (envi-ron 300) et variés : en majorité des PME/PMI oud'autres industriels avec lesquels l'Entreprise avaiteu peu jusqu'alors l'occasion d'échanger sur despoints techniques d'environnement. Par ailleurs,une centaine de contacts furent noués auprès de col-lectivités locales, d'attachés commerciaux d'ambas-sade, ou de journalistes. Enfin, de nombreux étu-diants vinrent s'informer sur les métiers de l'envi-ronnement à EDF.En terme de retombées, on peut déjà noter que,pour les produits développés par la DER, nos parte-naires licenciés ont engagé un suivi commercial.D'autre part, des négociations débutent entre laDER et des sociétés contactées à ce salon pour descollaborations en recherche et développement oudes accords de licences éventuels.

PROVAL - Département Prospective, Evaluationet Valorisation.

forcée à plasmapour Ia destruction des cendres volanteslors de l'incinération d'ordures ménagères

Les poubelles des Françaisgénèrent chaque année400 0OO tonnes de résidus toxiques

Un kg d'ordures ménagères par jour et par habitant :la production annuelle s'élève en France à 20 mil-lions de tonnes d'ordures ménagères. L'une destechniques d'élimination est l'incinération, suivied'un traitement des fumées issues de la combus-tion. Mais l'épuration des fumées produit des rési-dus qui sont encore toxiques. Il s'agit en particulierde poussières appelées REFIOM (résidus d'épura-tion des fumées d'incinération d'ordures ménagè-res) dont la composition impose leur mise endécharges contrôlées de classe 1 (abritant lesdéchets les plus toxiques).

Les REFIOM contiennent une fraction importanted'éléments nocifs lixiviables, c'est-à-dire suscepti-bles d'être entraînés par les eaux et donc de polluerles sols et les nappes phréatiques. On y trouve duplomb, du mercure, du cadmium, de l'arsenic, etc.Ces divers éléments proviennent d'emballages plas-

tiques ou métalliques, d'encres d'imprimerie, depiles, etc.

Une solution ; l'inertage des résiduspar torche à plasma

Etant donnée la part croissante que prend l'inciné-ration dans l'élimination des ordures ménagères, laquantité de REFIOM augmente d'année en année(22000Ot en 1985, 31000Ot en 1989, 40000Ot en1993). Le coût du stockage en décharge de classe 1est lui aussi en constante augmentation : de l'ordrede 800 F/t aujourd'hui, il atteindra très vite 1500 F/tpar suite de la saturation des sites. Dans ces condi-tions, les industriels s'efforcent de développer desprocédés de traitement visant à diminuer la toxicitédes résidus ce qui permettrait de les stocker à moin-dre coût dans une décharge banale. Avec le renfor-cement de la pression réglementaire, de nombreu-ses techniques émergent, mais les développementsles plus avancés n'en sont jamais qu'à la phase dupilote. On peut les classer en deux familles selonqu'elles se fondent :

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89

FAITS MARQUANTS 1992

Introductiondes cendresFly ash Feeder J

Torche QTorch ~~ J I /

L ) ^kEvacuationfumées (160O0C)Gas exhaust (1 600"

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Tour delavageScrubbe

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CheminéeStack

Coulée en bac d'eau /Melted product quenching

® Prélèvement pour analyse I Sampling for analysis+ test de lixiviation du vitrifiât I and teaching test of classified product

O Vue de l'ensemble du four prototype plasma de traitement des résidus d'épuration des fuméesd'incinération d'ordures ménagères.

— sur la solidification qui consiste à mélanger lesREFIOM à un liant hydraulique de type ciment. Lesprocédés sont peu coûteux mais ils ont tendance àaugmenter le volume à stocker et ne garantissentpas la tenue du solide sur une longue période ;

B Schéma de principe du pilote expérimental de laDER.

— ou sur la vitrification qui consiste à porter lesREFIOM à une température supérieure à I 300 "Cde façon à produire un verre inerte de faiblevolume ; une partie des composés est vaporisée, cequi conduit à la production d'un résidu toxiquesecondaire, éventuellement recyclable après traite-ment.EDF porte un intérêt tout particulier à cette der-nière voie de traitement. En effet l'Entreprise a desatouts pour aborder ce créneau : après avoir contri-bué au développement du plasma en France pour lamétallurgie, elle dispose d'un savoir-faire valorisa-ble sur le plan industriel dans le domaine de la pro-preté actuellement en pleine expansion. Ces élé-ments ont conduit la DER, en collaboration avec lasociété Trepaud, à mettre sur pied un projet pré-voyant notamment la construction sur le site desRenardières d'un pilote capable de traiter 300 kg/hde REFIOM, (figures 1 et 2).

Le pilote expérimental de la DER

Le four a une capacité de traitement d'environ300 kg/h de REFIOM ce qui correspond à la produc-tion d'une usine ayant une capacité d'incinérationde 8t/h d'ordures ménagères. Il peut fonctionnerjusqu'à 1 800 0C grâce à son garnissage en réfractairespécial. Le four utilise actuellement une torche àplasma PEC (Plasma Energy Corporation) en mode«arc transféré», avec l'air comme gaz plasmagène.Les REFIOM sont introduits dans le four à l'aided'une vis refroidie, créant un front pâteux limitantainsi les envols de cendres. La coulée du bain aprèstraitement thermique s'effectue par basculement de

90

PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

l'ensemble four-torche; elle se fait dans un bacd'eau permettant ainsi d'obtenir une trempe duvitrifiât sous forme de gravillons facilement mani-pulables.Les gaz issus de la vitrification, s'ajoutant au gazplasmagène, sont refroidis dans un dispositif de

_.j trempe à leur sortie du four. Ce refroidissementbrutal permet :— d'éviter les recombinaisons chimiques incontrô-lables au cours d'un refroidissement prolongé ;- de condenser au maximum les vapeurs métalli-ques, le reste étant piégé dans la tour de lavage ;- d'éviter la formation de dioxine et de furannes;- de connaître précisément la nature chimique descléments piégés pour définir ensuite une techniquede récupération individuelle des produits contenus.

Un objectif final :d*s unités séparant la mass*important* d* vitrifiât insrted* sa fraction toxiqu*•n bout dos usinos d'incinération

Le pilote de la DER préfigure les petites unités d'in-cinération pour un traitement in situ ; il doit permet-

tre d'optimiser le traitement pour tendre vers l'ab-sence de déchet en phase ultime. A cet effet, l'instal-lation et le programme d'essais associé visent :

— la mise au point du dispositif d'introduction descendres volantes dans le milieu plasma pour éviterles envols des REFIOM en combinant l'utilisationd'une torche insufflant très peu de gaz dans le four àune Introduction optimisée des cendres volantes auniveau du bain ;

— le piégeage d'une partie des produits toxiquesdans un vitrifiât de qualité suffisante pour êtreaccepté en décharge banale et la récupération, parcondensation et lavage, des composés volatils ; cecise fera en optimisant les niveaux de températuredans le four à plasma aux procédés de recyclage desmatières volatiles.

Le projet, démarré en 1991 pour une durée de 4 ans,a pour objectif d'offrir à la collectivité, un coût detraitement du même ordre de grandeur que celui dela mise en décharge, en toute sécurité pour notreenvironnement.

ADEl - Département Applications de l'Electricitédans l'Industrie.

INCIDIS :incinération de déchets industriels solides

Les essais d'incinération de déchets solides,en particulier de produits toxiques, menés surle pilote INCIDIS ont montré l'efficacité du pro-cédé et son coût concurrentiel. Son industria-lisation est en cours.

L'année 1992 a vu la fin des essais d'incinération surle pilote INCIDIS. Le programme avait commencédébut 1989 quand EDF, Spie-Batignolles, Rhône-Poulenc Chimie et Ciments Lafarge se sont associésen créant le groupement d'intérêt économiqueINCIDIS pour construire et exploiter une installa-tion pilote de destruction de déchets chimiques soli-des utilisant une torche à plasma sur le site de Pont-de-Claix de Rhône-Poulenc.

Un procédé continubasé sur un* torch* à plasma

La destruction par voie thermique des résidus estinfluencée par trois facteurs déterminants et asso-ciés : la température, le temps de séjour et la turbu-lence. L'utilisation d'une torche à plasma permetd'atteindre des températures beaucoup plus élevées

que celles générées par un brûleur classique, ce quipermet de diminuer le temps de séjour, donc deconcevoir des fours beaucoup plus compacts.

Le procédé INCIDIS repose sur quatre principesessentiels : non-manipulation des déchets, incinéra-tion par pyrolyse et combustion avec contrôle desmilieux réactionnels, optimisation du contactplasma-déchets, fonctionnement en continu. Lesphases successives du traitement sont décritesci-après (figure 1).

• Broyage-pompage^ : les déchets sont transférés versle pilote dans des fûts standard métalliques ou plas-tiques. Les fûts sont introduits un par un dans lebroyeur où ils sont réduits en morceaux à l'aide decisailles. Le broyât est ensuite transféré vers l'injec-teur par une pompe à piston pour produits pâteux.Si nécessaire, de l'eau est injectée au broyât pour lerendre pompable.

• Pyrolyse des résidus : le produit pâteux arrive encontinu dans un creuset où il est mis en contact avecle dard plasma. Le plasma utilisé est un plasma d'airgénéré par une torche à arc soufflé Aérospatiale demoyenne puissance (entre 150 et 80OkW selon lanature du produit traité). Le déchet est instantané-

91* JiH

,r.

FAITS MARQUANTS 1992

I Synoptique du pilote INCIDIS.

ment porté à très haute température (4000"C) etpyrolyse. Les matières organiques sont alors trans-formées en molécules simples et les matières miné-rales (sels, fer, etc.) fondent et s'écoulent dans lefour tournant.• Combustion : les gaz et les matières fondues tra-versent le four à une température de 1 400 "C, ce quipermet d'assurer de manière redondante la destruc-tion des matières organiques. A l'extrémité du fourtournant, les matières fondues tombent dans l'eaude l'extracteur de cendres, se solidifient et sont éva-cuées vers des containers spéciaux, puis contrôlées.Les gaz traversent ensuite la chambre de postcom-bustion.• Refroidissement îles.fumées : les gaz sortant de lachambre de postcombustion sont refroidis dans unquench en graphite où le contact direct avec de l'eaufroide abaisse la température. Cette trempe bloqueen l'état la composition des fumées.• Lavage des fumées : l'acide chlorhydrique restantdans les fumées est absorbé par lavage à l'eau. Un

dispositif d'analyseurs permet de connaître à toutmoment la composition des fumées produites parl'installation.• Contrôle-commande : le contrôle de l'installationse fait par l'intermédiaire d'un système de com-mande centralisé, qui assure la gestion des alarmeset des asservissements, la régulation optimale duprocédé, l'édition d'historiques et les calculs desuivi analytique du procédé.

Les essais confirmentles performances techniqueset économiques

L'objectif du procédé était de vérifier l'intérêt duplasma par rapport aux procédés classiques, Cetintérêt a été mesuré en termes de performancestechniques et économiques. Les essais d'incinéra-tion ont commencé en septembre 1990 par des opé-rations de prise en main de l'installation sur troistypes de produits tests et non toxiques (fines decoke et brais de toluène diisocyanate, di-phényl-ol-propane), et se sont poursuivis par l'incinération dedeux produits toxiques organochlorés (hexachlo-rocyclohéxane, pentachlorophénols). Ces essais sesont achevés en janvier 1992.Les essais, en particulier sur les produits toxiques,ont donné d'excellents résultats : tous sont confor-mes, voire au-delà des normes en vigueur, notam-ment en ce qui concerne les taux de destruction etde qualité de la combustion. Les taux de NOx obte-nus sont très bas et il ne sera pas nécessaire d'instal-ler une unité d'élimination des oxydes d'azote dansune future installation. Les premières évaluationséconomiques laissent présumer un coût de traite-ment concurrentiel pour les produits difficiles àincinérer (produits fortement chlorés solides oupâteux).Un brevet a été déposé en avril 1992, et le procédéest maintenant entré dans sa phase d'industrialisa-tion. Le groupement d'intérêt économique INCI-DIS ayant atteint ses objectifs en termes techniqueset économiques a été dissous.

SE - Département Systèmes Energétiques. •

SUN SAND : un nouveau procédé électriquequi régénère les déchets de sables de fonderieen sable neuf réutilisable

La situation actuelle :une mise en déchargede plus d'un million de tonnesPour l'élaboration des pièces en fonte, acier ou alu-minium, les fonderies utilisent principalement des

moules et des noyaux en sables. Ces sables, aprèsutilisation, sont source de pollution s'ils sont stoc-kés ou incinérés sans précaution du fait de la pré-sence de liants organiques résiduels. Chaque année,la quantité des sables ainsi mise en décharge repré-sente environ 1,3 million de tonnes.

92

1

PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

La réglementation de ces rejets est de plus en plussévère. Kn France, l'arrêté de juillet 1991, applicableen avril 1993. vise à limiter fortement la mise endécharge des sables de fonderie. Des sables uséssont classés en fonction de leur teneur en phénolsentraînables. Une teneur de plus de 50mg/kg(sables issus de traitement mécanique, sables crus)impose une décharge de classe I (déchets toxiques),et une teneur comprise entre 5 et 50 mg/kg impliqueune décharge de classe II (ordures ménagères etproduits assimilés).

Un* solution : !• lit fluidité doits*à chauffag* éloctriquo

L'alternative à ces mises en décharge consiste àrégénérer les sables pollués afin de les réutiliser enlieu et place du sable neuf. Pour cette application, Iatechnique du lit fluidisè dense offre de nombreuxattraits : échanges thermiques élevés, isothermicitédu lit et régulation performante du chauffage élec-trique, haute température de traitement pour l'inci-nération des résines, et temps de séjour du sabledans le four suffisamment long (2 à 3 heures) pourobtenir simultanément un nettoyage mécanique parfrottement des grains de silice.Ces conditions réunies permettent de ne pas dépla-cer une source de pollution sous forme solide versune pollution atmosphérique.

Le procédé SUN SAND*

Depuis 1988, des essais de régénération ont étémenés à l'aide de la station d'essais DEFI ; plus de16000 heures d'expérimentations ont été réaliséesavec plusieurs fonderies afin de valider le concept.Les résultats probants obtenus pour toutes les rési-nes composées de liants organiques sans présencede base minérale, la qualité supérieure du sablerégénéré par rapport aux sables neufs reconnue parles fondeurs, l'intérêt économique et enfin la datelimite de sursis à exécution de l'arrêté ont conduit àla construction d'un régénérateur prototype sur unsite industriel en 1992.Un contrat de partenariat a été signé entre EDF et lasociété FM Industrie pour la fabrication et la com-mercialisation des régénérateurs SUN SAND ; l'ob-jectif est de concevoir et de réaliser des unités derégénération électrique en série. A la suite de négo-ciations commerciales, les fonderies R. Brea (Allier)ont été retenues pour le site d'implantation du pre-mier régénérateur.Le procédé se présente sous la forme d'un atelierautonome modulaire. La capacité de traitement estde 2 à 3 t/h pour une puissance de chauffe installéede 450 kW. Conçu pour fonctionner 8 000 h/an, l'ex-ploitation du régénérateur se fait sans présencehumaine grâce à un contrôle-commande entière-ment automatisé. En cas d'aléas, l'automate déclen-

* Marque el brevels déposes par FM Industrie et EDF.

Installation de régénération de sable SUN SAND.Fonderie Brea à Vaux (Allier).

che lui-même la procédure d'arrêt qui convient etpropose l'opération de maintenance appropriée.Les principaux modules du régénérateur SUNSAND (figure 1) sont un caisson de broyage dessables usés avec déferraillage, un silo de régulation,un doseur de débit d'alimentation, le lit fluidisèchauffé par moufles extérieurs, un échangeur refroi-disseur de sables et réchauffeur d'air de fluidisation,et un défineur permettant d'obtenir la granulomé-trie souhaitée par le fondeur.Ce prototype, dont la réalisation a commencé en1991 pour s'achever par la mise en service industrielprononcée le 2 juin 1992, constitue la premièremondiale d'un régénérateur de sables basé sur l'em-ploi d'un lit fiuidisé à chauffage électrique. Actuel-lement, l'installation totalise environ 300Oh defonctionnement et les premiers résultats sont trèsencourageants :— rendement matière du régénérateur supérieur à99%;— consommations énergétiques conformes auxclauses contractuelles ;-- très bonne qualité des sables régénérée, tout à faitsimilaire à celle des sables traités par la station d'es-sais DEFI (qualité supérieure au sable neuf).L'évaluation des performances va être poursuivieafin d'acquérir le retour d'expérience de cette instal-lation prototype.Le régénérateur SUN SAND représente une extra-polation réussie vers le milieu industriel d'un pro-cédé que la DER a validé à l'échelle du laboratoire.

SE - Département Systèmes Energétiques. •

93

FAITS MARQUANTS 1992

Un frigorigène sans chloreprêt à l'emploi pour les pompes à chaleur

Changer de frigorigènepour protéger la couche d'ozone

Les modifications de l'atmosphère, en particulier ladiminution de la quantité d'ozone stratosphérique,ont amené la communauté internationale à adopterdes mesures visant à interdire à court terme la pro-duction des produits chlorofluorocarbonés (CFC).Le CFC 12 étant le frigorigène le plus courammentemployé dans les pompes à chaleur industriellesproduisant de l'air ou de l'eau entre 60 et 70 "C, ilétait indispensable de lui trouver rapidement unesolution de remplacement. Le substitut potentielproposé par les chimistes est le HFC 134a (C1 H? F4).Son action sur la couche d'ozone est réputée nullepuisque ce frigorigène ne contient aucun atome dechlore.

VHC(MJMt3I

Des essais en laboratoire concluants

Ce fluide présente des caractéristiques thermodyna-miques et physiques assez proches de celles du CFC12. Leurs performances théoriques sont compara-bles en production de chaleur et de froid : pour destempératures d'évaporation positives, le HFC 134aa des puissances volumiques légèrement supérieu-res et des coefficients de performance légèrementinférieurs à ceux du CFC 12. Les lubrifiants tradi-tionnels n'étant pas miscibles avec le HFC 134a, lespétroliers ont développé de nouvelles huiles de type

Vue des deux compresseurs en essais.

\\\

^*

—-* COP

.-tVHC

N.

X.

Différence de température. AT (K)Température différence, A T (Kt

I Variation du coefficient de performances (COP)et de l'énergie volumique (VHC) en fonction del'écart de température entre l'évaporateur et lecondenseur pour des températures decondensation TCD de 550C et 67,50C.

polyolester ou poly-alkylène-glycol pour obtenir unbon retour d'huile vers le compresseur.Pendant l'année 1992, des études ont été réaliséesavec le HFC 134a afin d'acquérir le savoir-fairenécessaire à sa mise en œuvre et de caractériser lesperformances et la fiabilité des différents compo-sants de la pompe à chaleur de l'installation expéri-mentale. Au cours des 6000 heures d'essais, deuxcompresseurs ouverts à pistons (Sabroe, Copeland)et un compresseur ouvert double vis Bitzer ont ététestés. La figure 1 montre deux de ces compres-seurs.Les analyses chimiques du HFC 134a et des huilesMobil et Castrol, effectuées tout au long des essais,n'ont révélé aucune acidité ou décomposition dufrigorigène et aucune dégradation de la viscosité deshuiles. De même la bonne tenue des joints a étéconstatée, la fuite au niveau de la garniture des dif-férents compresseurs étant dans la plage tolérée parles constructeurs. Le retour d'huile vers le compres-seur s'est fait sans problème avec des huiles degrade 68 et 220 et des températures d'évaporation etde condensation variant respectivement entre O et25 0C et entre 40 et 70 0C. A titre d'exemple, les figu-res 2 et 3 présentent les performances de la pompe àchaleur avec le frigorigène HFC 134a.

94

PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

VHClMMn3I

VKtIH d« roliUon du compnMtur (t/mn)floUUoMI <PM« of V» compnnor (ijmt

\ Variation du coefficient de performances (COP)et de l'énergie volumique (VHC) avec la vitessede rotation du compresseur double vis pour destempératures de 15 0C et 650C.

Une solution industrialisable

Cette étude montre que le HFC 134a est uneréponse à la suppression du CFC 12 dans les pom-pes à chaleur industrielles neuves dont la tempéra-ture de condensation est inférieure à 68 "C. Les per-formances des différents composants sont voisinesde celles obtenues avec les frigorigènes habituelle-ment utilisés. De plus, ce fluide et les huiles polyo-lester avec lesquelles il faut l'employer sont d'oreset déjà disponibles, tout comme les autres compo-sants du circuit frigorifique tels que détendeur,déshydrateur, détecteur de fuite. Aujourd'hui, lesconnaissances sur ce fluide sont suffisantes pourpasser au stade des premières réalisations indus-trielles.

ADEI - Département Applications de l'Electricitédans l'Industrie.

Limiter l'impact du réseau sur l'environnement :premières analyses sur le développementdu réseau d'interconnexion à 400 kV

Dans le contexte d'une sensibilité accrue del'opinion publique aux problèmes d'environ-nement, BDF a entrepris l'étude des moyenssusceptibles de limiter l'encombrement duréseau d'interconnexion à 400 kV.Les premières réflexions menées sur cethème comportent deux dimensions. D'unepart, ont été identifiées les technologies dematériels disponibles à court et moyen terme,et susceptibles de répondre à la questionposée. D'autre part, ont été cernés lesbesoins, vus du système production-transportà l'horizon 2010. Une première mesure del'efficacité des technologies envisagées a étéfournie.

Limiter l'encombrement du territoirepar le* ouvrage* de transportd'énergie électrique :objectif permanent... et nouveau défi

Les objectifs de l'Entreprise, de répondre à l'ac-croissement de la consommation d'électricité, dediminuer le coût spécifique du transport et de limi-

ter l'encombrement du territoire par les ouvragesde transport d'énergie électrique, sont à l'originedes principaux choix techniques des dernières dé-cennies : réseau d'interconnexion à 400 kV, ligne:aériennes double terne à fortes sections (3 voire 4 x570 mm2 par phase).La récente convention signée avec les PouvoirsPublics a délimité le cadre dans lequel s'inscrirontdésormais les efforts d'EDF : développement de laconcertation, meilleure indemnisation des préjudi-ces subis (visuels entre autres), meilleure insertiondes ouvrages dans l'environnement.Avec les technologies disponibles actuellement, ilest quasiment impossible, pour des raisons à la foistechniques et économiques, de mettre en souterrainune liaison à 400 kV. C'est pourquoi les étudesmenées en 1992 ont essentiellement consisté à exa-miner différents moyens susceptibles d'accroître lapuissance desservie par les couloirs de transport.

Différentes technologie*pour accroître la puissance desserviepar un couloir de transport

Si toute une gamme de solutions techniques sontenvisageables, elles n'en sont pas toutes au même

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FAITS MARQUANTS 1992

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degré de maturité vis-à-vis d'une utilisation indus-trielle, certaines étant encore du domaine du labora-toire. Une analyse de ces différentes technologiesest actuellement en cours. Elle vise à établir un dos-sier technique comparatif, comprenant en particu-lier l'étude de l'impact des différentes solutions surl'environnement et une évaluation économique.Elle s'appuie sur des études concernant :- un meilleur contrôle de l'intensité dans lesouvrages, et une évolution des règles d'exploita-tion ;- un aménagement des lignes aériennes existantespour en augmenter la capacité de transit : utilisationde nouveaux conducteurs, exploitation à tempéra-ture plus élevée en régime de surcharge, passage encourant continu... ;— la conception de lignes aériennes de forte puis-sance (augmentation du nombre de ternes, deconducteurs par phase) et à encombrement réduit ;— des technologies différentes des lignes aériennesclassiques : liaisons par câbles isolés souterrains,liaisons par canalisations à isolation gazeuse, utili-sation de la supra conductivité...;— les moyens de compensation à base d'électroni-que de puissance (tels que FACTS, voir page 65)susceptibles de procurer une compensation efficacedes variations de tension, une meilleure maîtrisedes transits de puissance d'un réseau et d'en accroî-tre la stabilité.

Un» simulation du fonctionnementdu system* production-transportà l'horizon 2010

Afin de disposer de premières indications sur l'effi-cacité des technologies qui viennent d'être évo-quées, des études ont été menées à l'horizon 2010pour étudier le fonctionnement du système produc-tion-transport sous tous les aspects économiques

Compensateur statique de puissance réactive.a) Filtres.b) Capacités commutées par thyristors.c) Transformateur de puissance.d) Bâtiment des valves et de commande.e) Reactances réglées par thyristors.

(coût des pertes, coûts de combustibles...) et techni-ques (tenue de la tension, stabilité). Différents scé-narios de développement du parc de production ontégalement été examinés.Bien que certains aspects restent encore à préciser,un certain nombre de conclusions à caractère géné-ral s'imposent dès à présent.• Un très fort ralentissement du développement duréseau à 400 kV d'ici 2010 conduirait à devoir exploi-ter un réseau nettement plus chargé que celui plani-fié à l'horizon 2000. Ce réseau serait le siège decontraintes importantes, localisées sur une quin-zaine d'axes sensibles.• La reconstruction de couloirs en forte section (leplus souvent en 4 x 570 mm2) constitue une réponseefficace aux contraintes rencontrées, moyennanttoutefois des consignations importantes.• La sécurité en tension paraît globalement assuréemoyennant un rythme d'installation de condensa-teurs proche du rythme actuel. Toutefois, l'impor-tance des besoins dans certaines zones (Nord,région parisienne, Méditerranée) pourrait justifier,localement, la mise en œuvre de condensateursTHT ou de moyens dynamiques de tenue de ten-sion tels que les turbines à combustion à alterna-teurs débrayables, les condensateurs séries ou lescompensateurs statiques de puissance réactive(figure I).

Une évolution importantedes choix techniques actuelsse traduirait par de grandes difficultésde mise en œuvre

Si les éléments ci-dessus tendent à prouver l'exis-tence de solutions efficaces vis-à-vis du problèmeposé, un long chemin reste à parcourir avant de sur-monter toutes les difficultés entrevues au cours deces premières investigations.• Sur le plan technique, de nombreux points restentà approfondir, au premier rang desquels les problè-mes posés par les consignations liées aux recons-tructions de couloirs existants, et les performancesexactes des solutions faisant appel à de nouvellestechnologies. Les prochaines réflexions concerne-ront aussi bien la détermination des caractéristiquestechniques (électriques, mécaniques, fiabilité,coût...) de ces matériels, que leur insertion dans lesystème production-transport existant (impact surles flux de puissance, tenue de tension, stabilité, loisde commande, protections, conséquences sur lesystème de conduite...).• Sur le plan économique, les simulations ont éga-lement montré que la mise en œuvre des solutionsévoquées se traduirait par d'importants surcoûts.

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\PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

d'investissements et de pertes, par rapport aux prati-ques actuelles (développement à l'optimum écono-mique dans le cadre des choix techniques rappelésplus haut).• Sur le plan de l'environnement enfin, un équilibredoit être trouvé entre l'accroissement de la longueurde files de pylônes, et celui de l'impact visuel de cha-que ouvrage de transport (taille des pylônes, câblesde très forte section, encombrement des stations

terminales dans le cas de liaisons à courantcontinu...). Plus généralement, l'impact sur l'envi-ronnement (pas seulement visuel) des technologiesévoquées plus haut reste à mesurer, avant de pou-voir dresser un bilan global des différentes solutionsenvisagées.

CER - Département Conception et Economiedes Réseaux. •

Calcul de courants induits dans le corps humain

Depuis quelques années le débat sur leséventuels effets biologiques des champsélectromagnétiques sur la santé publiques'est particulièrement développé et média-tisé. Bien que les processus biologiques sus-ceptibles déjouer un rôle ne soient pas claire-ment identifiés, il était important de connaîtreles champs régnant dans le corps humain et,partant, appliqués aux tissus. C'est pourrésoudre ce problème que des calculs decourants induits ont été réalisés au moyen dulogiciel TRIFOU.

Les champs électromagnétique»dans le corps humain

II est bien connu que toute installation électrique(ligne de transport, appareil électroménager domes-tique, moteur...) génère un champ électrique et unchamp magnétique à 50 Hz.Lorsqu'un corps conducteur (c'est le cas pour unêtre vivant) est plongé dans ces champs, des interac-tions apparaissent et se traduisent par l'induction dechamps électriques internes directement appliquésaux tissus et de courants de circulation qui leur sontassociés.Même si on ne cerne pas encore aujourd'hui les pro-cessus susceptibles d'entraîner un quelconque effetbiologique, il est essentiel de connaître ces champset ces courants, d'autant plus que c'est sur leursvaleurs que la normalisation tend à baser ses recom-mandations.Dans son programme général d'études sur les effetsbiologiques des champs, la DER s'est particulière-ment intéressée à l'évaluation des champs magnéti-ques dans le corps humain et a réalisé une étude àl'aide de TRIFOU, code tridimensionnel de calculdes champs. Celle-ci a consisté à évaluer les densitésde courants induits dans Ie corps dans différents casreprésentatifs de l'exposition domestique (per-sonne utilisant un sèche-cheveux), publique (per-sonne passant sous une ligne) ou professionnelle(travailleur réalisant des travaux sous tension).

Des moyens de calcul performants

Le calcul demande des muillages complexes (figure1) réalisés sur station de travail à l'aide des logicielsSUPERTAB et SIMAIL. La taille des maillagesainsi créés (50000 à 60000 tétraèdres) permet d'at-teindre un pas de discrétisation bien adapté à lafinesse de la modélisation recherchée. Les princi-paux organes (cerveau, cœur...) ont été représentésen leur associant leurs caractéristiques électriquespropres (conductivité).Réalisé sur CRAY-YMP, le calcul TRIFOU propre-ment dit a demandé plusieurs heures d'unité cen-trale. Le post-traitement effectué à l'aide d'outils devisualisation performants a permis d'obtenir desinformations riches d'enseignement sur la réparti-tion des densités de courant dans le corps (figure 2).

Mieux comprendreles résultats obtenusafin de simplifier les modèles

L'analyse de ces résultats et la comparaison avec desmodèles simples ont fait apparaître les différentseffets qui contribuent à l'amplitude des densités decourant induits (figure 2). Cinq aspects ont été déga-gés :

— l'effet de localisation : la densité de courant estplus forte à Ia périphérie du sujet ;

— l'effet de taille : la densité maximale de courantest proportionnelle aux dimensions du sujetexposé ;

- les effets déforme : des resserrements des lignesde courant au niveau des angles rentrants (aisselles)ont pour conséquence d'augmenter localement lesvaleurs de densités induites ;

- les effets de conductivité : les organes qui présen-tent des conductivités élevées (cœur, aorte, cer-veau,...) concentrent les lignes de courant et favori-sent l'accroissement de densités induites;

— les effets de proximité : la présence d'un organe de

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\FAITS MARQUANTS 1992

I Réaliser des maillages 3Dd'une grande finesse estune opération complexe.Les différents organesmaillés sont identifiablespar des couleursdifférentes.

B Les densités de courant dépendent de paramètres géométriques(localisation, taille, forme), électrique (conductivité) et de leurinteraction. Les densités de courant croissent dans l'ordre descouleurs suivantes : bleu, vert, jaune, rouge.

forte ou faible conduct ivi ty modifie les densités decourant a son voisinage.I oui compte l'ait, la densité de courant maximumne dépasse pas K) LiA/nv pour une inductionmagnét ique a m b i a n t e de I u,T. A t i t re indicat i f ,s ignalons que sous une ligne 400 kV l ' éva lua t ion ausol ne dépasse pas 10 à 20 u,T. Ces valeurs entraî-nent, pour les inductions que l'on peut rencontrer

dans la vie courante, des courants indu i t s très large-ment inférieurs à 10 mA/nv (valeur pressentie pourle projet de norme européenne qui u pour but riefixer les l imi tes admissibles du champ magnétique).

LGE - Département Laboratoires de dénie Electrique.MM.\ • Département Mécanique et Modèles\uméri<iitex. •

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PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

Simuler les fluctuations climatiques passées :une étape nécessaire pour validerles modèles de circulation générale de l'atmosphère

L'étude de l'aléa climatique est d'une impor-tance capitale pour EDF1 qui doit planifier lesinvestissements en matière de productiond'énergie.Aussi, la DER s'est associée au CNRS pourqualifier un modèle de circulation atmosphéri-que sur les fluctuations climatiques de /apériode 1970 à 1988. Cette étude constitueune première étape vers la prévision du climatà moyen terme.

Plusieurs collaborationsinternationales sont en cours

Pour EDF qui doit gérer son parc de production etplanifier les investissements en matière de produc-tion d'énergie, l'étude de l'aléa climatique estimportante. C'est pourquoi, dès 1989, un nouvel axede recherches sur l'étude du climat a été initié. Ils'appuie sur une collaboration avec Ie laboratoire demétéorologie dynamique (LMD) du CNRS qui adéveloppé depuis une quinzaine d'années unmodèle de circulation générale atmosphérique.Ce modèle permet d'intégrer les équations de Iadynamique de l'atmosphère par une méthode dedifférences finies et inclut la paramétrisation d'uncertain nombre de processus physiques (convectionnuageuse, rayonnement,...).Les travaux menés s'insèrent dans un contexte decollaboration internationale. Quelques-unes de cesactions s'inscrivent dans le cadre du programmeEPOCH (european program on climate and naturalhazards) de la CCE, et la DER est engagée dans Ieprojet « Climat du XXIe siècle » auquel participentdix-sept laboratoires européens. EDF est égalementmembre du consortium MECCA (model evaluationconsortium for climate assessment) : l'objectif duprogramme lancé par ce consortium est d'obtenirune intercomparaison constructive des différentsmodèles climatiques et d'élaborer des scénariosprospectifs en vue d'une meilleure compréhensiondes problèmes posés par des changements climati-ques.

Ua simulation des fluctuationsclimatiques passées,étudiée en collaborationavec le CNRS...

Depuis fin 91, un nouveau programme a démarré encollaboration avec le LMD concernant de longuessimulations climatiques pour étudier la variabiliténaturelle de l'atmosphère.

Cinq simulations de dix-neuf ans (période 1970-1988) ont été réalisées. Elles sont calculées en impo-sant comme conditions aux limites l'évolution destempératures de surface de la mer sur cette mêmepériode et diffèrent seulement par leurs conditionsinitiales. Les données obtenues sont d'une granderichesse et permettent de nombreuses analyses.C'est la première fois en France que des simulationssi longues sont réalisées, grâce à la puissance de cal-cul disponible à la DER et au CNRS (600 heures decalcul sur un super ordinateur CRAY-YMP). Lacomparaison avec les données climatologiques per-met de vérifier la bonne cohérence et la concor-dance des résultats avec les observations. Aucunbiais des résultats du modèle n'est observé et lesdonnées des cinq simulations ont la même distribu-tion statistique.La variabilité atmosphérique peut être considéréecomme ayant deux natures différentes : une variabi-lité interne à l'atmosphère, résultat des oscillationsaléatoires de Ia circulation atmosphérique et desrégimes de temps différents, et une variabilitéexterne, réponse de l'atmosphère à un forçage exté-rieur, constitué ici par les variations de la tempéra-ture de la surface des océans (SST). L'étude de plu-sieurs échantillons climatiques indépendants per-met d'étudier la répartition entre la variabilitéexterne et la variabilité interne du modèle. En effet,l'intercomparaison des cinq simulations permetd'éliminer la part de variabilité externe due aux SSTet de mettre en évidence les zones latitudinales où lavariabilité interne est la plus importante. La figure 1

Répartition géographique de la variabilitéinterne du système atmosphérique moyennéesur les 19 mois de janvier pour l'altitude de lasurface de pression SOOhPa.

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\ FAITS MARQUANTS 1992

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Anomalies de température en 0C (a) et depression (hPa) au niveau de la mer (b) du moisde janvier 1971 par rapport à la moyenne des19 mois de janvier.

représente la répartition géographique de lamoyenne sur les dix-neuf mois de janvier (période1970-1988) de la variabilité interne du système pourl'altitude de la surface iso-pression de valeur50OhPa. La part de variabilité interne est plusimportante aux hautes et moyennes latitudes dansl'hémisphère Nord en janvier.Sous les tropiques, la variabilité atmosphérique estprincipalement d'origine externe, et l'on retrouveen particulier dans les champs simulés la signature

des anomalies de température océanique caractéri-sant le phénomène El Nino.

... et la reproduction de situationsclimatiques extrêmes

A partir de ces cinq simulations, une simulationmoyenne est calculée pour étudier si le modèlereproduit correctement les anomalies synoptiquesobservées entre 1970 et 1988. Le signal calculé auxlatitudes moyennes est-il suffisamment fort pourrendre compte de ces anomalies ? Nous nous inté-ressons aux latitudes moyennes et notamment àl'Europe où les événements climatiques extrêmes(vagues de froid ou sécheresses) sont caractériséspar la persistance de centres d'actions atmosphéri-ques. La figure 2 représente les anomalies de tempé-rature et de pression au niveau de la mer du mois dejanvier 1971 par rapport à la moyenne des 19 mois dejanvier. Le modèle a bien reproduit la situation del'hiver froid de 1971. En revanche, d'autres anoma-lies observées sur la période 1970-1988 semblentplus difficiles à repérer au stade actuel de l'analyse.En effet, la variabilité interne du système atmosphé-rique importante aux moyennes latitudes est diffi-cile à reproduire, et il est très probable que la résolu-tion spatiale globale du modèle soit un facteurdéterminant pour appréhender plus finement cegenre de phénomènes.

Une première étape pour la prévisiondu climat à moyen terme

La poursuite de ce type d'analyse, notamment avecdes modèles de plus en plus fins, est un passageobligé qui, peut-être, permettra un jour de prévoir leclimat quelques mois à l'avance. On ne pourra d'ail-leurs l'envisager que lorsqu'aura été couplé aumodèle de simulation de l'atmosphère sa contrepar-tie océanique.Participer à cet effort collectif, au sein de la commu-nauté scientifique, est sans doute le meilleur moyenpour apporter à l'Entreprise les outils les plus avan-cés permettant de mieux maîtriser la gestion de laconsommation d'énergie et de son appareil de pro-duction.

- Département Environnement.

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PROTECTION DE L'ENVIRONNEMENT

La houle : collaborations européenneset mise en service d'un nouveau moyen d'essai

Compte tenu de l'installation de plusieurscentrales électro-nucléaires en bord de mer,l'étude des phénomènes maritimes côtiersliés à la houle est d'un grand intérêt. A ceteffet, EDF d'une part participe à deux projetseuropéens traitant de la modélisation desmouvements de sédiments et de l'étude desouvrages de protection côtiers et d'autre parta mis en œuvre une cuve à houle multidirec-tionnelle.

Pourquoi EDF s'intirosso-t-olloà la hou!»?

Plusieurs centrales électronucléaires sont implan-tées en bord de mer pour des raisons d'alimentationen eau des circuits de refroidissement. Les stationsde pompage situées sur la frange côtière sont proté-gées des assauts de la houle par des digues consti-tuées de blocs de plusieurs dizaines de tonnes. Cesouvrages ne doivent subir aucune dégradation nota-ble, même lorsqu'ils sont soumis aux houles les plusfortes. Le dimensionnement rigoureux de leur cara-pace est donc essentiel pour assurer la disponibilitédes prises d'eau. De plus les houles déferlantesgénèrent des courants capables d'entraîner les sédi-ments marins vers le chenal de prise et d'en colma-ter l'accès. Même si ce dernier incident n'est pasaussi soudain que la rupture d'une digue, il est pré-judiciable car il impose une maintenance coûteusedu chenal d'accès par des dragages périodiques.Cet exemple montre les raisons qui motivent lesrecherches dans le domaine de la houle. Ces problè-mes ne s'appliquent pas uniquement aux centrales ;ils touchent de nombreuses infrastructures côtières,en particulier les ports maritimes. Compte tenu dela complexité des phénomènes, EDF s'est associée àd'autres grands laboratoires européens pour faireprogresser les connaissances et construire de nou-veaux outils sur les thèmes de la sédimentologie etde la stabilité des digues sous l'action de la houle.De plus il s'est doté d'un générateur de houle multi-directionnejle capable de reproduire des états demer très réalistes, marquant ainsi une nouvelleétape dans la modélisation physique des phénomè-nes côtiers.

Doux programmes européens

• Le projet européen « Marine Science and Techno-logy - G6 Morphodynamics » regroupe 6 partenairesauxquels se sont joints 15 instituts contractants.L'objectif global étant la modélisation des mouve-ments de sédiments, le plus gros effort porte sur ladescription fine des écoulements en présence de la

Courant moyen dû audéferlement de la houleWave-driven currentin the surf-zone

Houle au largeOil-shore wave

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Génération et migration d'une barre de déferlementGeneration and ofl-shore migration ol a bar

O Le code TELEMAC-3D permet d'étudier lagénération et la migration d'une barre dedéferlement sur une plage.

houle et du transport sédimentaire qui en résulte.Dans ce cadre, EDF d'une part examine les proces-sus qui s'opèrent près du fond en canal à houle,d'autre part élabore un modèle de courant et detransport sédimentaire induits par le déferlement.Dans ce dernier cas les circulations tridimension-nelles sont calculées avec le code TELEMAC-3D etles déplacements du fond sableux avec le codeTSEF. La figure 1 montre la simulation numériquede la formation et de la migration d'une barre dedéferlement dans un profil de plage.• Le projet « Marine Science and Technology - G6Coastal Structures » réunit les six mêmes partenai-res et une dizaine de contractants pour étudier lesouvrages de protection côtiers. EDF a été chargéede réaliser des essais en bassin à houle, avec pourobjectif de déterminer l'influence de l'obliquité dela houle sur la stabilité des digues à talus. Ces testssystématiques, rarement réalisés jusqu'à présent,vont fournir des indications précieuses lors du pré-dimensionnement de tels ouvrages.

La Koulo on bassin ...plus vraio quo naturo !

La cuve à houle multidirectionnelle et à courantsest équipée d'un générateur de houle segmentécomposé de 56 pelles de largeur 0.4m chacune(figure 2). L'amplitude, la pulsation et le déphasagedu mouvement de chaque pelle sont calculés par

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\FAITS MARQUANTS 1992

ordinateur de façon à produire un mouvement d'en-semble du batteur lait d'ondulations successivesjustifiant l'appellation imagée de «batteur-ser-pent ». Il est ainsi possible de générer sur modèleréduit des houles multidirectionnelles, c'est-à-direpossédant une distribution directionnelle de Péner-

B Cuve à houle multidlrectionnelle et à courants.Elle sera utilisée dans le cadre d'un projeteuropéen pour déterminer l'influence del'obliquité de la houle sur la stabilité des diguesà talus.

gie autour d'une ou deux directions de propagationprincipales (mer croisée). Il en résulte des états demer dont les crêtes de houle ne sont plus infinimentlongues et parallèles comme avec un générateurmonodirectionnel classique, mais de longueursfinies et de directions variables, ainsi qu'on peutl'observer la plupart du temps en nature.Cet équipement, particulièrement sophistiqué auniveau de sa conception et de son fonctionnement,permet de franchir un pas important dans la qualitéde reproduction de la houle réelle en laboratoire etouvre de nouvelles perspectives de recherches etd'études sur les impacts côtiers de la houle (agita-tion portuaire, stabilité des digues, problème sédi-mentologiques, évolution morphologique du litto-ral,...).

LNH - Département Laboratoire Nationald'Hydraulique,

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

Surveillanceet conduite des ouvrages

Etudes de pilotage :prise en compte du taux d'irradiation localdans la modélisation du combustible 104

Etude des écoulements et des mélangesdans l'espace annulaire et le plénum inférieurd'une cuve de réacteur à eau pressurisée 105

Fissures des traversées de couvercles de cuves REP :surveillance des fuites et contrôle des adaptateurs 107

Une nouvelle méthodepour calculer les propagations de fissures 109

Une chaîne de commande industriellepour les robots évoluant en milieu hostile 110

EXTRACSION : vers le diagnostic automatiquelors du contrôle des tubes de GV 113

Vers une surveillance acoustique en lignedu comportement des ailettes de turbines basse pression? 115

Analyse des structures et thermo-mécaniquepour des études et des recherches 116

Contrôler les salissures pour assurer la disponibilitédes circuits de refroidissement des centrales nucléaires 119

Premières applications en centralede la messagerie industrielle MMS 121

La livraison des logiciels pour le futur système de conduitedu dispatching national 122

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FAITS MARQUANTS 1992

Etudes de pilotage :prise en compte du taux d'irradiation localdans la modélisation du combustible

Dans les codes de pilotage et de fonctionnement desréacteurs. Tune des phases de calcul capitale est ladétermination du bilan de réactivité. Ce dernierreprésente la somme des disparitions et créations deneutrons dans le cœur.Lu validation de ce bilan nécessite que l'on disposed'essais sur site. C'est ainsi que lors de la comparai-son entre simulation et observations sur site (expé-rimentation menée à Cruas 4 de 1989 à 1991), on apu observer des écarts importants sur la concentra-tion de bore dans le circuit primaire et sur le désé-quilibre axial de puissance.L'analyse des écarts a conduit à proposer une modi-fication du calcul de la température du combustiblequi améliore sensiblement les résultats. La valida-tion de ce modèle a été réalisée avec OSICA, codede fonctionnement d'une tranche REP 900. Ce codeest destiné à l'étude de nouvelles régulations telleque l'automate de borication/dilution.

Evolution de la concentration en bore dans lecircuit primaire de Cruas. Comparaison entre lesmesures et les résultats d'OSICA avec deuxcorrélations concernant le calcul de latempérature du combustible.

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Choix dec essais permettantla validation d'OSICA

On dispose d'enregistrements d'essais sur site réali-sés dans le cadre des transitoires de calibrage desbarres de compensation de puissance, après avoirstabilisé au préalable le cœur à puissance nominaledurant 48 heures, afin d'éliminer les perturbationsdues à l'effet du Xénon,

Les variables observées sont la concentration debore et le déséquilibre axial de puissance, grandeursimportantes pour vérifier le bon calcul du bilan deréactivité et pour le pilotage.

Le problème :les écarts observésentre simulation et mesure

D'une part, on note une importante surévaluationde la concentration en bore (figure 1) qui indiqueune surestimation de la valeur globale de la réacti-vité calculée par le modèle. D'autre part, un écartnon négligeable apparaît sur le déséquilibre axial depuissance (figure 2).Les écarts observés proviennent du calcul du bilande réactivité. Ils existent à la fois en début de tran-sitoire (écart sur la concentration en bore) et s'ag-gravent durant le transitoire (déséquilibre axial depuissance). L'inventaire des grandeurs à réactiviténégative est le suivant :— effet de température combustible, ou effetDoppler;— effet de température et de densité du modé-rateur ;— effets Xénon et Samarium.Après analyse des bilans de réactivité, il apparaîtque les écarts sont essentiellement dus à la tempéra-ture du combustible (effet Doppler) calculée tropgrossièrement.

La solution :la prise en compte de l'influencede l'irradiation sur la thermiquedu combustible

La chaleur produite dans le crayon combustible parles fissions nucléaires est transmise essentiellementpar conduction au fluide caloporteur. Or, la conduc-tibilité thermique, entre autres choses, se dégradeavec l'augmentation du taux d'irradiation du com-bustible.

104

\SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

On peut observer expérimentalement que l'irradia-tion locale est beaucoup plus importante en péri-phérie de la pastille combustible qu'au centre decelle-ci. Partant de cette observation, ont été intro-duites dans OSICA différentes corrélations inté-grant la prise en compte de la distribution radiale dutaux d'irradiation et de la porosité dans le combus-tible.

Les amélioration* observées

Le nouveau calcul de la température combustibleentraîne une augmentation d'antiréactivité Dopplertelle que l'erreur sur la concentration de bore seréduit de 40ppm pour arriver à une valeur quasinulle (ligure 1). Cette amélioration était nécessairesi l'on se place dans l'optique d'une validation d'unautomate de borication/dilution,Les observations à faire sur le déséquilibre axialsont de même nature. On constate une très netteamélioration de son calcul qui permet d'accéderà la précision requise pour la validation du code(figure 2).

Les perspectives

Pour des transitoires dont la durée dépasse 3 heures,l'effet du Xénon devient tout à fait significatif et desécarts calculs/mesures persistent. Une améliorationgrossière a été introduite sur le calcul de l'effetXénon afin de tenir compte de la répartition duXénon dans le combustible. Une représentationfine de cette distribution est encore à définir etnécessite des compléments d'études qui permet-tront d'aboutir à une modélisation satisfaisante des

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B Evolution du déséquilibre axial de puissancedans le réacteur de Cruas. Comparaison entreles mesures et les résultats d'OSICA.

phénomènes complexes à prendre en compte pourreprésenter correctement le combustible dans lescodes de fonctionnement et de pilotage.

PhR - Département Physique des Réacteurs. •

Etude des écoulements et des mélangesdans l'espace annulaire et le plénum inférieurd'une cuve de réacteur à eau pressurisée

L'insertion d'eau froide non borée dans unréacteur à eau pressurisée à l'arrêt conduiraità une brutale augmentation de réactivité etpourrait entraîner de graves dommages pourle cœur du réacteur. C'est pourquoi EDF aengagé une action de recherche et dévelop-pement portant sur l'analyse des situations àrisque potentiel. Cette action repose sur unvolet expérimental (maquette BORA-BORA

représentant une cuve de réacteur à échelle1/5e) et un volet numérique (code N3S auxéléments finis).

Le contexte de l'étudeDans le cadre des études sur Ia possibilité d'inser-tion de réactivité dans le cœur des réacteurs à eaupressurisée (REP) à l'arrêt, EDF a engagé deuxactions en parallèle. La première porte sur la modifi-

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FAITS MARQUANTS 1992

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cation de certains circuits des tranches en fonction-nement et de leurs consignes opératoires, et luseconde sur un programme de recherche et dévelop-pement sur les mélanges clans les cuves des REP.Ce programme est classé sous assurance qualité etconcerne la sûreté des installations nucléaires. Il estarticulé autour de la mise en œuvre et de l'exploita-tion conjointe, d'un modèle réduit à l'échelle 1/5L' etde calculs numériques tridimensionnels à l'aide ducode de thermohydraulique aux éléments finis N3S.L'étude vise à quantifier les mélanges du fluide pri-maire en amont du cœur dans l'espace annulaire etle plénum inférieur, dans des situations où des cir-cuits connexes non conditionnés en bore ou en tem-pérature seraient connectés au circuit primaire. Laprise en compte des écoulements avec forts effets degravité différentielle permettra l'étude des éven-tuels effets de stratification de densité dans le plé-num inférieur à bus débit.

L'approche expérimentale :la maquette BORA-BORAà l'échelle 1/5*

L'installation expérimentale BORA-BORA est opé-rationnelle depuis le premier trimestre 1992. Lespremiers essais ont porté sur les conséquences dupassage d'un bouchon d'eau claire dans la cuveborée lors du démarrage d'une pompe primaire.

L'approche numérique :le code N3S aux éléments finis

Seul le recours aux maillages non structurés de typeéléments finis permet de représenter la géométried'une cuve de REP dans toute sa complexité. Lesmaillages nécessaires pour ces applications sont lesplus gros réalisés à ce jour (jusqu'à 350000 nœudsde vitesse). Deux calculs N3S sur l 'hydraulique desmélanges dans la cuve (figure 1), représentant laplus grosse application du code à ce jour, ont néces-sité des aménagements informatiques tant auniveau du code lui-même que du post-processeur,afin de pouvoir être exploités sur CRAY et réduireles délais d'obtention des résultats. Plusieurs dizai-nes d'heures CPU CRAY sont nécessaires avec laversion 3.0 de N3S. La nouvelle version 3.1, en coursde validation, permettra de diminuer notablementla place mémoire nécessaire et d'apporter un gainimportant sur les temps de calculs.

Résultats obtenus :impact sur les tranches REP

Du point de vue expérimenta], le tiers des actionsprévues a été réalisé. Pour les plus gros volumes debouchon d'eau claire qu'il est possible de créer dansle circuit primaire et passant dans la cuve, les essais

Calcul isotherme avec trois boucles enfonctionnement.Tracé des vitesses et visualisationdes mélanges sur Id paroi externede la cuve d'un RKP 900 MW(maillage à 200000 nœuds de vitesse).

ont montré que les concentrations en bore obtenuesà l'entrée du cœur n'engendreraient pas de pro-blème de réactivité.Du point de vue numérique, les calculs isothermesont montré que les mélanges ne sont pas efficaces :— avec trois boucles équilibrées, le calcul retrouveglobalement les résultats obtenus dans les années80 sur les maquettes du CEA et d'EDF;— mais lorsque les boucles sont fortement déséqui-librées (une boucle à 5"o du débit total), le mélangen'est encore pas réalisé en sortie de l'espace annu-laire.Il faudra cependant attendre l'ensemble des résul-tats sur les essais et les calculs en cours, pour déciderde leur impact sur les modifications de certains cir-cuits des tranches en fonctionnement et de leursconsignes opératoires, envisagées pour pallier auxeffets de l'insertion éventuelle d'eau froide nonborée dans le réacteur.

LNH • Déparlement Laboratoire Nationald'Hydraulique.

106

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

Fissures des traverséesde couvercles de cuves REP :surveillance des fuites et contrôle des adaptateurs

Un phénomène de corrosion sous contrainteen milieu primaire est à l'origine de fissuresdétectées sur Bugey 3 à l'automne 91 sur destraversées de couvercle en Inconel 600. Lecaractère générique de ces défauts a renduindispensable, d'une part de concevoir etmettre en place un système de surveillance defuite en marche, d'autre part d'adapter rapide-ment une méthode de contrôle des traverséesqui prenne en compte leur géométrie spéci-fique.

Un problème de sûreté

Le 23 septembre 91, lors de l'épreuve hydrauliquede la centrale de Bugey 3 (mise en pression du cir-cuit primaire à 207 bars), effectuée dans le cadre dela visite décennale, des taches d'eau borée ont étédétectées au droit d'une des 65 traversées du cou-vercle de la cuve. Ces traversées (ou pénétrations)sont des tubes frettés dans le couvercle, qui permet-tent le passage des tiges servant à manœuvrer lesgrappes de commande (figures 1 et 2). L'expertisede la traversée a mis en évidence une fissure longitu-dinale traversante causant une fuite. D'autresdéfauts du même type ont été détectés ultérieure-ment sur les centrales du palier 900 MW. Leur ori-gine est liée à l'Inconel 600, sujet à la corrosion souscontrainte en milieu primaire à chaud.Pour répondre aux demandes des Autorités deSûreté et aux besoins de surveillance en exploita-tion, la DER a développé ou adapté des méthodesde détection de fuite et de contrôle des traversées decuve.

Détection des fuites par traceurs

Les méthodes par traceurs sont particulièrementadaptées pour les détections de fuite. Elles ont déjàfait leurs preuves dans le passé pour d'autres appli-cations aujourd'hui opérationnelles (telles quela détection des fuites primaire-secondaire parazote 16).Deux techniques ont été essayées, qui analysentl'air contenu dans le volume situé au-dessus de lacuve et limité par le calorifuge (figure 1) :— d'une part la mesure de l'accroissement d'hygro-métrie locale;— d'autre part la détection de l'azote 13, produitd'activation de l'eau primaire.La méthode par hygrométrie consiste à détecter uneaugmentation de l'hygrométrie de l'air contenu

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D Ecorché de la partie supérieure d'une cuve deréacteur.

Fissureslongitudinales"Longitudinal cracks

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Manchette thermique(ou manchon)Thermal sleeve

Couvercle de cuveVessel head Revêtement Inox

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Traverséeen Inconel 600Penetration

Guide conique

Vue en coupe d'un adaptateur de couvercle.

sous le calorifuge du couvercle par comparaison àl'hygrométrie dans le bâtiment réacteur. La mesure,réalisée par des hygromètres à miroir, permet unedétection à puissance nulle. Trois dispositifs pro-totypes ont été installés fin 1992.La méthode par azote 13 consiste à prélever, encontinu, l'air situé sous le calorifuge du couvercle età comparer sa concentration en azote 13 à celle del'air du bâtiment réacteur, ceci par l'intermédiaired'un matériel de mesure dérivé de la chaîne VAM-

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FAITS MARQUANTS 1992

CIS qui permet la détection des fuites primaire-secondaire au niveau du générateur de vapeur.Entre décembre 1991 et avril 1992, une collabora-tion étroite entre EDF et le constructeur MerlinGerin Provence a permis de réaliser les expérimen-tations en laboratoire et sur site et d'assurer la fonc-tion de détection demandée par les Autorités deSûreté.Au vu de ces résultats, EDF a passé commande de22 chaînes de mesure pour les paliers 900 MW(6 premières tranches) et 1 300 MW, première étapevers une généralisation à tout le parc nucléaire.

La géométrie des adaptateur»impose l'emploi de méthode*de contrôle spécifique*

Le contrôle des adaptateurs présente des difficultésdu fait de la présence d'une manchette qui a pourobjectif de limiter les chocs thermiques en fonction-nement (figure 2). En effet, les procédés de contrôleusuels (courants de Foucault ou ultrasons), mis enœuvre depuis l'intérieur, nécessitent soit le démon-tage de cette manchette pour opérer de façon effi-cace, soit une adaptation pour pénétrer entre Iamanchette et la traversée.Face aux difficultés spécifiques du contrôle desadaptateurs, les experts en contrôle ont proposé detester et d'adapter une méthode particulière per-mettant un contrôle sans démontage de la man-chette : il s'agit d'une méthode magnétique repo-sant sur l'emploi de courants de Foucault puisés(CFP). Après des tests de faisabilité sur une struc-ture plane, une sonde CFP de géométrie cylindriquea été mise au point pour détecter tant les fissureslongitudinales que circonférentielles. La sonde réa-lisée est constituée d'un bobinage émetteur et dedeux bobinages récepteurs. L'émetteur est par-couru par une impulsion de courant. En cas d'exis-tence d'un défaut au voisinage du détecteur, il enrésulte une différence de tension entre les deuxbobinages récepteurs.Dans un premier temps, les performances de cettetechnique ont été établies sur des maquettesd'adaptateur munies d'une manchette et compor-tant des fentes électro-érodées de diverses profon-deurs et des fissures de fatigue. Dans les deux cas,les seuils de détection ont été jugés satisfaisantspour un contrôle sur site.Cette technique a ensuite été utilisée pour lecontrôle d'un certain nombre d'adaptateurs des

I Comparaison des résultats des contrôles parcourants de Foucault au contact de l'adaptateuravec les courants de Foucault puisés àl'Intérieur de la manchette, sur l'adaptateur T62de Bugey 4 :— les défauts sont localisés dans le plan«position angulaire-altitude» (le décalage est dûà un glissement des positions d'origine durobot) ;— les lignes en pointillés correspondent audéveloppement de la soudure couvercle-adaptateur.

centrales de Bugey 2, 3,4 et 5. A titre d'exemple decomparaison des deux méthodes, la figure 3 montrela corrélation des résultats du contrôle par courantsde Foucault au contact de l'adaptateur et par cou-rants de Foucault puisés à l'intérieur de la man-chette : hormis un léger décalage angulaire dû à unedérive des positions de départ du robot manipula-teur, les fissures sont toutes détectées et bien posi-tionnées.L'ensemble du retour d'expérience ainsi accumuléau cours de l'année confirme que la méthode descourants de Foucault puisés est une méthode effi-cace, rapide et bien adaptée aux contrôles des adap-tateurs de couvercle de cuve du palier CPO. La DERa fait industrialiser cette technique et une présériede trois appareils a été livrée à EDF.

REME • Département Retour d'Expériences, Mesures,Essais.SDM - Département Surveillance, Diagnostic,Maintenance.

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

Une nouvelle méthode pour calculerles propagations de fissure

Une nouvelle méthode a été mise au pointpour modéliser la cinématique d'une fissurese propageant dans une structure. Elle permetde calculer le taux de restitution de l'énergie àchaque stade de la propagation sans réactua-liser le maillage du modèle discrétisé.

La simulation numériquede la propagation des fissures :un vieux problème ouvert

Les fissures présentes dans les structures sont sou-vent le résultat d'un défaut initial qui s'est propagépeu à peu ou plus brutalement. Pourquoi vouloirsimuler numériquement cette propagation? Laréponse est double :— le comportement mécanique du matériau fissurédépend de la façon dont s'est propagé le défaut; ilfaut donc reconstituer l'évolution cinématiqueantérieure de la fissure ;- pour une fissure déjà existante au sein de la struc-ture, il faut savoir si la fissure va continuer à se pro-pager. La réponse dépend de considérations dépas-sant très largement le problème de la description dela propagation : il s'agit des critèies de rupture.Ceux-ci sont en majorité basés sur des évaluationsde grandeurs mécaniques dans une propagationéventuelle.

Les insuffisancesdes approches traditionnelles

Les méthodes traditionnelles pour modéliser lacinématique de la propagation d'une fissure consis-tent essentiellement à se fixer un modèle avec une

Transformation du domaine Q0 en Qn parl'application fa.

fissure initiale (c'est-à-dire à construire un maillageavec une fente de longueur donnée) et à transformerce modèle d'une manière assez artificielle poursimuler l'avancée de la fissure. Cette transformations'opère généralement en déchirant le maillage lui-même au fur et à mesure de la propagation, soit endébloquant les nœuds situés sur le trajet de la fis-sure, soit en remaillant localement autour de lapointe de la fissure.La mise en œuvre de ces deux méthodes est à la foislourde et délicate, et les résultats qu'elles fournis-sent sont finalement peu précis. L'objectionmajeure concerne le traitement de la cinématiquede la fissure au niveau du modèle discrétisé, alorsque les autres aspects du problème (conditions auxlimites, loi de comportement...) sont directementdécrits dans le modèle continu.

Une autre approche baséesur une idée de base simple :se projeter en permanencesur une configuration fixe unique

L'idée est de décrire le problème continu pour unefissure mobile dans un domaine 2D quelconque, àl'aide d'un changement de paramétrage obtenu parune transformation géométrique rendant ledomaine fixe. Avec ce modèle, on est alors conduità n'utiliser qu'un seul maillage au cours de l'évolu-tion du système.Précisons brièvement le problème de la fissuremobile : on considère une structure homogène pré-sentant une fissure en mouvement, et représentéepar une succession de domaines comportant desfentes de longueur variable. Poser le problème surcette succession de domaines engendre des condi-tions aux limites variables. Ces dernières consti-tuent le noeud du problème puisqu'elles nécessitentdans les méthodes traditionnelles une discrétisationévolutive, le domaine sur lequel on exprime leséquations évoluant avec la fissure.Pour s'affranchir de cette difficulté, on transformeles domaines en un domaine fixe à l'aide d'unetransformation géométrique variant avec l'exten-sion a de la fissure, définie sur le domaine initial(figure 1) et faisant correspondre de manière biuni-voque la fissure initiale de longueur L et la fissurecourante de longueur L+ot.On effectue alors un changement de variable géo-métrique paramétré par cette transformation dansl'écriture des champs mécaniques du problème. Lenouveau problème formulé sur le domaine initialconsiste à chercher la solution transportée deschamps mécaniques, en réécrivant les nouveauxopérateurs du problème dont le domaine d'intégra-tion est maintenant le domaine initial fixe.

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FAITS MARQUANTS 1992

Tout l'intérêt de cette nouvelle écriture est que leterme a exprimant la variabilité de la longueur de lafissure «pparaît maintenant explicitemenl dans leséquations et non plus implicitement dans la formedu domaine.

Les premiers pas de la méthode :la propagation de fissuredans un milieu élastique

Dans le cadre élastique, on peut formuler la fonc-tionnelle énergie explicitement en fonction du para-mètre a et en particulier en déduire les dérivées parrapport à a.Or, le taux de restitution de l'énergie, très classique-ment utilisé comme critère d'initiation de la propa-gation est défini par lu dérivée de cette énergie parrapport à l'extension a de la tissure. On peut donc icile calculer, au fur et à mesure de l'avancée de la fis-sure en conservant un domaine discrétisé (un mail-lage) fixe.La méthode est actuellement implémentée dans lecode ASTER en élasticité 2D. Les tests numériqueseffectués montrent que l'on obtient une précisionde l'ordre de 1 % sur les coefficients d'intensité descontraintes déduits du taux de restitution de l'éner-gie, même pour des extensions de fissure impor-tantes (figure 2).

Des perspectives de développementet d'application très prometteuses

Cette méthode débouche sur de nombreuses appli-

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Résultats théoriques et numériques descoefficients d'intensité des contraintes (K1) enfonction de la longueur courante de fissure.

cations à des problèmes étudiés à la DER. On peutciter en particulier :— les études paramétriques de structures fissuréesen évitant la tâche fastidieuse et coûteuse du remail-lage (tout particulièrement en 3D) ;— la modélisation de la propagation de fissuresdans un milieu précontraint ou comportant descontraintes résiduelles ;— les études de stabilité de réseaux de fissures(nécessitant des calculs de dérivée seconde del'énergie) ;- l'approche des problèmes de déchirure ductile(propagation en milieu élastoplastique) ;— le traitement des problèmes d'arrêt de fissure enrégime dynamique.

MMN - Département Mécanique et ModèlesNumériques.

Une chaîne de commande industriellepour les robots évoluant en milieu hostile

La réduction des doses reçues par les person-nels d'intervention en centrale et la multiplica-tion des opérations de maintenance condui-sent à envisager l'utilisation des robots a laplace des hommes dans les zones irradiées.La DER a développé une chaîne de com-mande pour les robots manipulateurs enmilieu hostile, couplée au robot FLEXIVERAutilisé pour les opérations de bouchage destubes de GV.En mai 92, le premier exemplaire de cettechaîne de commande a été réceptionné etqualifié au Centre d'expérimentation des

techniques d'intervention sur chaudièresnucléaires. Deux chaînes industrielles ontensuite été commandées par EDF.

Une chaîne de commande développéepour le robot FLEXIVERA

Les robots évoluant en milieu hostile présententdes caractéristiques très différentes de ceux de l'in-dustrie manufacturière (géométrie, poids, puis-sance). Ils doivent en effet s'adapter à des situationsvariées pour chacun de leurs mouvements. La com-mande de ces robots doit compenser les flexibilitéset instabilités mécaniques. Elle doit leur permettre

110

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

Robot FLEXIVERA utilisé par EDF pour lebouchage des tubes de GV.

d'intervenir dans des environnements inaccessibleset non connus avec précision.La planification des trajectoires et la stabilité de lucommande dans tous les cas de charges, ainsi que lacompensation des flexions en vue d'améliorer lesprécisions statiques, ont été étudiés ces dernièresannées.Après la réalisation d'une maquette de chaîne decontrôle-commande en 1991, un prototype indus-triel a été spécifié et réalisé pour le bras FLEXI-VERA (figure 1) utilisé pour le bouchage des tubesde générateur de vapeur (GV).La chaîne de commande utilise, d'une part des stan-dards industriels (matériel et logiciel) reconnus etsusceptibles d'évoluer sur le long terme, d'autre partdes modules logiciels spécifiques aux milieuxhostiles.

Des matériels de base standards

La chaîne de commande se compose de deuxensembles : le poste de pilotage graphique et la baiede commande temps réel, reliés par un réseauETHERNET :- le poste de pilotage graphique est constitué d'unmicro-ordinateur de type PC haut de gamme,auquel on adjoint une carte graphique 3D ou unestation de travail pour exécuter l'application CAOrobotique chargée de représenter ou de simuler lerobot dans son environnement ;- la haie de commande temps réel est constituéed'un ensemble de cartes du commerce au standardVME (figure 2), sous système d'exploitationVX-WORKS.

Des logiciels développés par la DER

Ln Ingicifl graphique (le pilotage et de supervision

Ce logiciel a été développé à partir d'une bibliothè-que générique commercialisée pour le développe-ment d'applications de CAO robotique en trois

B Baies de commande.De gauche à droite, on voit la baie de pilotagegraphique et la baie de commandetemps réel.

dimensions. Différents outils s'y trouvent intégrés :— une base relationnelle de données qui permet dereconfigurer facilement l'environnement du robot,ses outils, ses tâches, ses paramètres morphologi-ques, ses tables de calibration, ses paramètres d'as-servissement ;— un module de génération automatique de trajec-toire avec évitement des obstacles. Cette technolo-gie est directement dérivée de l'application de pilo-tage du robot ISIS, installé il y a quelques années surle réacteur graphite gaz Chinon A3 ;— un ensemble d'outils graphiques pour la repré-sentation suivant différents niveaux de réalisme en3D;— un ensemble d'outils destinés à la supervisiondes opérations (journal de bord, traitement des inci-dents) et à l'information des opérateurs.Ce logiciel résout en grande partie les problèmesde perception à distance de la situation du robot(figure 3), le calcul de trajectoire sécurise les dépla-cements, Ia base de données améliore l'adaptabilitédu logiciel à des situations nouvelles et offre unmoyen puissant de supervision donc de traçabilitédes opérations.

Un logiciel temps réel de pilotage

Ce logiciel a été réalisé à partir de la bibliothèque defonctions de commande robotique KALI (dévelop-pée à l'université Mac GiIl de Montréal, et industria-lisée par la DER en association avec la société AlephTechnologies). Les bénéfices tirés d'une stratégiede gamme de produits issus d'un même standardéprouvé sont importants en ce qui concerne le coûtde développement et de qualification.Un logiciel de communication ouvert à d'autresapplications a été développé pour l'échangebi-directionnel de données numériques entre lesdeux baies (figure 2).

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4

FAITS MARQUANTS 1992

Interface utilisateur du logiciel de CAO robotique.

D'autres possibilités d'application

Du point de vue de l'opérateur, l'interface graphi-que masque la complexité du système : en particu-lier, les difficultés rencontrées, liées au positionne-ment mécanique, ont été en grande partie contour-nées. La gestion de toutes les fonctions du supervi-seur graphique par une base de données unique estl'un des principaux acquis de ce projet.Le prototype industriel de chaîne de commande aété qualifié en mai 92 et deux chaînes industriellesont été ensuite commandées par EDF.

D'autres possibilités d'application existent. Cettechaîne de commande sera tout d'abord exploitéedans le cadre du fu tur projet de télérobotique pourle GV. En outre, il est maintenant possible, pourtout processus de maintenance par robot, d'adopterla même démarche d'intégration de produits stan-dards et de modules spécifiques développés pour lesmilieux hostiles.

SD,M - Déparlement Surveillance, Diagnostic,Maintenance.

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

EXTRACSION : vers le diagnostic automatiquelors du contrôle des tubes de GV

Le contrôle des tubes de générateurs devapeur s'effectue actuellement par des son-des à courants de Foucault et repose sur l'in-terprétation des signaux par des experts. Afindéjuger de la faisabilité d'une automatisationdu processus aboutissant au diagnostic, unemaquette d'un logiciel de diagnostic automa-tique a été conçue et réalisée.

L* control* des tubesd* générateurs de vapeur :de l'acquisition au diagnostic

Lors des arrêts de tranche, les tubes de générateursde vapeur (GV) font l'objet d'un contrôle minutieuxafin de s'assurer de leur intégrité. Ce contrôleconsiste à générer des courants de Foucault dans lestubes grâce à une sonde mobile alimentée par uncourant alternatif multifréquence, puis à collecter lesignal de couplage (l'impédance complexe) dusystème sonde-tube. Caractéristique de l'état dutube, ce signal constitue la matière de base de l'ex-pert pour établir un diagnostic.Afin d'assurer l'exploitation des centrales nucléai-res dans des conditions optimales, on exige ducontrôle non destructif par courants de Foucault,une meilleure caractérisation des défauts permet-tant un diagnostic toujours plus performant,exhaustif, reproductible et fiable. Le volume impor-tant de données à traiter (un contrôle de GV équi-vaut à l'étude de 130 à 200km de longueur de tubeselon le palier) ainsi que le coût du contrôle, consti-tuent des difficultés supplémentaires.

L'automatisation : une nécessité

Pour mieux répondre à ces impératifs, a été réaliséeune maquette de faisabilité des futurs systèmes decontrôle utilisant des sondes axiales : EXTRAC-SION. De fait, la solution qui semble la plus appro-priée aux données et aux exigences du problèmeposé est l'automatisation de l'ensemble du proces-sus aboutissant au diagnostic.EXTRACSION a pour objectifs de mettre en évi-dence les difficultés d'automatisation des procédu-res de contrôle, des traitements de données, d'étu-dier les solutions possibles et d'évaluer le degré defiabilité des diagnostics obtenus en mode automa-tique.

Démarches comparées de l'expert en traitementdu signal et du logiciel EXTRACSION face à unproblème d'élimination du bruit dans un signalissu du contrôle.

Un filtrage automatique des signauxpour préparer le diagnostic

L'élimination des bruits d'excentration de la sondeet d'électronique est assurée par un filtrage passe-bande. L'élimination du bruit dû au laminage, s'ils'avère gênant pour le diagnostic, est réalisée pardes techniques de filtrage adaptatif. Les décisionsde mise en œuvre, de choix d'algorithme et de vali-dation du filtrage sont prises par le système lui-même (figure 1).

113

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[ Question Initiale : Ce signal a-t-il besoin d'être filtré? [

L'expert en traitement dusignal :

• Oui, c'est évident. Il fautrecentrer les signaux et ré-duire le bruit dû au laminagequi peut masquer un signal depetit défaut.»

EXTRACSION

' Calcul de paramètres perti-nents sur le signal : contri-butions bande de fréquenceétroite / bande de fréquencelarge, rapport signal surbruit,...

" Application d'une règle met-tant en œuvre les paramè-tres précédemment calcu-lés.

" Après calculs, la réponseest : OUI.

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| Question finale ; Le signal a-t-il été correctement filtré? |

L'expert en traitement dusignal :

Au vu du signal ci-dessus, leverdict est évident : «Le filtreutilisé a très bien loué sonrôle. Il n'y a pas de signal depetit défaut mis en évidence. -

EXTRACSION

• Calcul des paramètres perti-nents sur le signal restauré :contribution bande étroite,rapport signal sur bruit dusignât, évolution de l'erreurde prédiction,...

• Calcul du rendement dufiltre.

• Application de règle dedécision : si le rendementatteint un certain seuil, lesignal a été correctementfiltré

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\FAITS MARQUANTS 1992

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Un exemple d'interface homme/machine du logiciel EXTRACSION : une présentation des résultatsobtenus en session automatique permet à l'opérateur de compléter, infirmer ou confirmer lesdiagnostics proposés par le logiciel grâce à cette interface de traitement manuel. Les défauts détectésici sont des fissures.

Un diagnostic automatiquepour les zones interplaqueset les zones de plaques

Sur les quatre types de zones que comporte un tubede GV (dudgeonnage, cintrage, interplaques et pla-ques), la maquette EXTRACSlON ne propose dediagnostic que sur deux d'entre elles :

— grâce aux règles de diagnostic, reflet du savoir-faire des experts humains, tout événement en zonesinterplaques peut être traité : classification, identifi-cation et caractérisation éventuelle du défaut ;

— pour les zones de plaques, une discriminationdes signaux entre sain et non sain par reconnais-sance statistique de formes permet d'allégersubstantiellement la charge des contrôleurs.

En fin de mode automatique, une session en modemanuel du logiciel permet au contrôleur de vérifierles résultats de diagnostic proposés par EXTRAC-SION. de les infirmer et/ou de les compléter(figure 2) : le diagnostic automatique reste donc uneaide à l'expert et ne saurait se substituer à lui.

A terme : une extensionde la démarche

Pour mieux faire face aux enjeux et contraintes ducontrôle des tubes de GV, les outils de contrôle etde diagnostic de demain devront être automatiqueset puissants. Dans ce contexte, la maquetteEXTRACSlON sert de banc d'essai des solutionsenvisageables : conception par objets, approche«multi-experts» en traitement des signaux et endiagnostic, fiabilité et automatisation, coopération«numérique/symbolique»... Logiciel précurseur,conçu selon les règles du génie logiciel, intégrantpour la première fois algorithmes de traitement dusignal et règles d'expertise, EXTRACSION servira àmieux définir les caractéristiques des futurs systè-mes de contrôle et de diagnostic.Déjà, une maquette similaire, mais dédiée aucontrôle par sonde tournante longue, est en fin deréalisation. Ultérieurement, ces deux approchesdevraient être combinées dans AXELLE, logiciel dediagnostic automatique (sonde axiale et sonde tour-nante longue), pour toute zone de tube et tout typede défaut connu.

SDM - Département Surveillance, Diagnostic,Maintenance.TlEM • Département Traitement de l'Informationet Etudes Mathématiques.

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114

SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

Vers une surveillance acoustique en lignedu comportement des ailettes de turbinesbasse pression ?

Certains pieds d'ailettesprésentant des fissures

Les derniers étages des turbines basse pression sontconstitues de grandes ailettes qui sont soumises à deplus fortes contraintes mécaniques et thermiquesque celles des étages amont. Ces ailettes peuventsubir des dégradations constituées généralement detissures concentrées dans leurs pieds.De nombreux calculs et hypothèses (corrosion ini-tiée par les ar.iioxydants de frettage, dimensionne-ment trop faible...) ont été faits à ce jour pour expli-quer ces phénomènes. Mais il reste très difficiled'établir des prévisions de tenue de ces ailetages etde suivre en ligne leur comportement par une sur-veillance vibratoire classique.Finalement, l'éjection d'une ailette fragiliséeconstitue un risque que l'exploitant limite en praii-quant périodiquement des ouvertures des corpsbasse pression pour contrôler l'état des ailettes. Onconstate visuellement, ou par ultrasons, les éven-tuelles dégradations survenues et l'arrêt se révèleparfois injustifié.

STARS,un outil pour la surveillance

Pour apporter une aide à la maintenance condition-nelle des turbines et pour lever les incertitudesconcernant l'état de santé des ailettes pendant lefonctionnement, un système de surveillance a étédéveloppé par la société Liberty Technologies ; il esten cours d'évaluation sur une turbine de la centraledu Blayais.

Ce système baptisé STARS (steam turbine acousticresponse system) utilise deux capteurs microphoni-ques placés à l'aval de chaque roue surveillée. Untachymètre de grande précision permet d'obtenirune référence de phase à chaque rotation et de loca-liser les ailettes endommagées. La méthode s'ap-puie sur un moyennage synchrone avec la vitesse derotation et sur l'extraction (par transformée de HiI-bert) d'un signal de résonance vibratoire.Les traitements des signaux de pression permettentd'obtenir :— une signature acoustique synchrone de chacunedes roues surveillées (figure 1). Toute variation,même faible de cette signature traduit un défautaltérant la géométrie de la roue ;— une analyse des excitations asynchrones (dues àla turbulence ou au flottement) soulignant d'éven-tuels couplages fluide-structure (figure 2);— une analyse des excitations synchrones mettanten évidence des résonances vibratoires pouvantconduire à des fissurations par fatigue en pied d'ai-lette (figure 3).

Vers l'élaborationd'un système industriel

Le système en cours d'évaluation sur une turbine dela centrale du Blayais (palier CPl) a prouvé son effi-cacité à localiser des défauts sur l'une des roues sur-veillées. En effet, les contrôles ultrasonores réalisésau cours d'arrêts de tranche programmés ontconfirmé la présence de fissures importantes surdeux ailettes. Les différents signaux étudiés parSTARS montraient des anomalies dans les secteursangulaires concernant ces ailettes. De plus leur mise

O Signatures synchrones d'une roue observées à six mois d'intervalle. Noter la parfaite coïncidenceet les amplitudes plus élevées dans le secteur des échantillons 44 à 52.

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18 32Echanddon» <S*npM«

63

115

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\FAITS MARQUANTS 1992

200

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100

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AmpWud* de réMnanca : cou* 12flMOMnf tmpHudt : raw 12

fe

B Signal asynchrone de la même roue. Noter lesdeux pics pouvant être associés à de laturbulence engendrée par deux ailettes.

en résonance brutale a été constatée en fonctionne-ment.La DER, en collaboration avec Liberty Technolo-gies, poursuit l'évaluation et l'amélioration dusystème pour aboutir rapidement à une versionindustrielle. Les points de développement concer-nent notamment :— les méthodes de traitement du signal pour ladétection des résonances;

21 41 61 81 101 121 141 161 161 201 221Numéro d'afett* / «ad* number

B Evolution brutale de l'amplitude de vibration desailettes de la roue, due à une résonance dedeux ailettes.

— l'analyse du comportement d'ailette vis-à-vis dela fissuration ;— la définition de seuils d'alarme pour l'exploitant ;— la prise en compte des contraintes matérielles etlogicielles pour une intégration éventuelle dans lefutur poste de surveillance et d'aide au diagnosticPSAD.AMV - Département Acoustique et MécaniqueVibratoire. •

Analyse des structures et thermo-mécaniquepour des études et des recherches

La DER a engagé, en 1989, le développement d'uncode de calcul général pour l'étude du comporte-ment mécanique des structures.

Las objectifs

Le projet a pour objectif de fédérer progressivementles codes existants et les nouveaux développementsdans une réalisation informatique unique, classéesous assurance qualité.Face à un grand nombre de produits du marché,essentiellement orientés pour la réalisation d'étu-des classiques, avec des modélisations en boîtenoire, l'objectif prioritaire de cette démarche est lamaîtrise des modèles pour des études indépendan-tes. En corollaire, on recherche la maîtrise de la qua-lité et du coût des études et la meilleure intégrationde l'outil dans la configuration informatique scienti-fique disponible à chaque instant. Ces objectifs doi-vent contribuer à la valorisation des compétencesdisponibles dans l'Entreprise.

La» domaines da modélisationdisponible* on 1992

Le domaine d'application concerne la mécaniquedes solides déformables pour satisfaire les différentsbesoins de la DER et des partenaires de l'Entreprisedans le domaine de la modélisation numérique enmécanique des structures. Le code ASTER permetl'utilisation, dans le cadre d'une activité de recher-che et de développement, de nouvelles modélisa-tions pour l'ingénierie du parc en exploitationd'EDF. Par ailleurs, les fonctionnalités du codeoffrent la possibilité d'utiliser la méthode deséléments finis pour des études industrielles descomposants de matériels ou de machines utilisésdans le domaine de la production et du transportd'électricité.Avec la diffusion de la veision 2 du code ASTER lesdomaines d'études accessibles en 1992 ont été éten-dus de façon significative en mécanique linéaire etsurtout pour des comportements non linéaires. Le

t-116

\ \SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

code permet des études de structures soumises à dessollicitations mécaniques, électriques ou acousti-ques, des études de thermique et des études destructures en présence de fluide. L'évolution deschargements ou des conditions aux limites peut-être statique, quasi-statique ou dynamique (station-naire, transitoire ou aléatoire) pour des comporte-ments linéaires ou non linéaires. Le chaînagethermique-mécanique, en présence ou non deJetants, est disponible, en prenant éventuellementen considération l'effet des changements de phasesmétallurgiques.Sans recherchera priori l'exhaustivité des possibili-

tés de modélisation, la DER peut utiliser aujour-d'hui une panoplie de modèles plus large que celleaccessible jusqu'ici : éléments finis (milieux conti-nus et éléments structuraux, isotropes ou composi-tes), modèles de comportement (thermique, élasti-cité, élastoplasticité), conditions aux limites ouchargements.Pour répondre aux besoins d'études industrielles,différentes fonctionnalités sont utilisables pourfaciliter l'approche de systèmes mécaniques com-plexes ainsi que l'interprétation des résultatsd'analyse mécanique (mécanique de la rupture enélasticité linéaire, sous-structuration statique ou

Exemples d'études effectuées avec le code ASTER.

a Corps de robinet soumis à un chocthermique

b Assemblage fileté goujon-bridede cuve

c Mode propre d'une roue de turbinepar sous-structuration cyclique

d Coude moulé austéno-ferritiquefissuré

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\FAITS MARQUANTS 1992

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dynamique cyclique, homogénéisation de milieuxpériodiques, valeurs et vecteurs propres réels oucomplexes, déformations planes généralisées,relevé de valeurs sur des domaines bi ou tridimen-sionnels).

Los premières utilisations d'ASTERillustrant bi*n sa vocationdo cod* général

Les modalités de développement et de validationont permis de garantir un niveau de quali té permet-tant de disposer d'un outil de référence et d'exper-tise complémentaire aux outils utilisés actuelle-ment à KDK.Dans le domaine de l'analyse statique en méeaniquelinéaire, elles om permis, entre autres, la \atidaliontridimensionnelle de modèles axisymétriques d'as-semblages filetés goujon-bride de cuve de réacteur900 MW avec 150000 degrés de liberté (figure 1) etl'étude du comportement d'un vérin auto-bloquantdu râtelier de stockage des assemblages combusti-bles en piscine.Concernant Y analyse statique en thermo-mécaniquelinéaire, signalons la simulation de '"effet mécani-que de Ia stratification thermique sur maquette,l'étude d'un choc thermique sur un corps de robinetavec clapet du circuit primaire d'un REP 1 300 et laconstitution d'une base de données du comporte-ment tridimensionnel d'un piquage de tuyauterievapeur d'un REP 900 pour différents cas de chargesélémentaires.En analyse thermoplastique ou élastoplastique,l'étude des liaisons bimétalliques (tuyauterie pri-maire-cuve), l'évaluation du poinçonnement d'untube de générateur de vapeur au droit d'une plaqueentretoise (50000 degrés de liberté) ou l'analysethermoplastique de la roue de la pompe primaire dupalier N4 (figure 2). ont été réalisées pendant la pré-diffusion des nouvelles fonctionnalités.Dans le domaine de 1''analyse dynamique linéaire, onnotera, l'étude du comportement vibratoire d'undôme d'alternateur 900 MW, la validation des effetsdes forces électromagnétiques dans les jeux de bar-res d'un poste de transformation d'électricité, l'éva-luation du comportement d'un tube à passage directde courant et la reconstitution des modes de vibra-tion d'une roue de turbine à vapeur basse pression1400 MW de 65 ailettes, à partir de ceux d'uneailette.Enfin en analyse dynamique non linéaire, plusieursétudes ont pu être menées sur le comportementvibratoire avec chocs des structures de poutres(tubes de générateurs de vapeur, mécanisme degrappes de commande, ponts roulants) ainsi que Iavalidation des mouvements et des efforts dans lescâbles soumis à des efforts électromagnétiquesconsécutifs à un court-circuit.Parmi les études engagées on peut signaler l'inter-prétation des essais, sur des maquettes, du proces-sus de soudage des adaptateurs sur les couvercles de

Répartition des contraintes dans la roue d'unepompe primaire du réacteur N4.

cuves de réacteurs 900 MW (thermo-plasticité aveccontact unilatéral en bi ou tridimensionnel) ou lecomportement par homogénéisation de plaquesintermédiaires des générateurs de vapeurs.

Los acquis

L'unification des approches offertes par le codeASTER a permis aux différents partenaires d'échan-ger et de confronter diverses modélisations. L'ob-jectif fédérateur du projet permet de privilégier surce point l'expertise des modèles utilisés, en minimi-sant les préoccupations liées à la mise en œuvre desoutils. Les progrès réalisés pour la rédaction et ladiffusion des documents d'utilisation et de valida-tion ont contribué largement à la promotion ducode. Le club des utilisateurs a pu jouer pleinementson rôle pour la validation indépendante et l'analysedu retour d'expérience.Les actions de résorption de plusieurs codes de laDER ou extérieurs utilisés jusqu'ici ont permis, engénéralisant les modèles et les algorithmes exis-tants, de compléter les réalisations antérieures, deleur donner un cadre opérationnel permettant degarantir une disponibilité à plus long terme et d'en-gager la réalisation d'une documentation de réfé-rence plus cohérente. Le code ASTER offre donc lesbases d'une organisation de la mémoire de l'Entre-prise sur les différents aspects de la modélisationnumérique de la mécanique des structures.Concernant le développement, l'acquis principalporte sur l'émergence d'une culture partagée pardifférentes équipes. Les règles de développementcoopératif ont permis à chacun d'engager indépen-damment des développements spécifiques en res-pectant un cadre de cohérence, qui garantit de bon-nes conditions de diffusion coordonnées. La répar-tition des responsabilités a permis de démultiplier lacapacité de développement (modèles de coques.

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1

SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

mécanique de lu rupture, modélisation du contact,dynamique non linéaire....).Pour l'avenir, lu pratique des échanges entre équi-pes permet d'orienter les nouveaux développe-ments dans un cadre plus cohérent, pour représen-ter le couplage avec interaction des phénomènesnécessaire à l'expertise du comportement des maté-riels en exploitation (interaction fluide-structure,contrôle non destructif,...) et d'aborder des métho-des nouvelles (problèmes inverses, mécanique pro-babiliste, interprétation numérique des expérimen-tations, estimateurs d'erreur et maillage adapta-tif....).L'effort de développement portera à la fois sur lamise en oeuvre des modélisations originales (modè-les de comportement, critères de fuligue et d'en-dommagement, évaluation des contraintes rési-duelles....) ou complémentaires (méthodes de sous-structuration ou d'homogénéisation, raccordementde modélisations différentes,...), sur l'améliorationdes performances et sur l'adaptation aux évolutionsdes matériels et réseaux informatiques.

De nouvelles perspective*

Le projet « Code de Mécanique » entre maintenantdans une nouvelle phase de trois ans dont les princi-pales orientations stratégiques portent sur l'accrois-sement de la diffusion du code ASTER dans l'Entre-prise, l'extension des possibilités de modélisation,l'amélioration des performances, la confirmation dela qualité du code et de son adaptation à l'architec-ture informatique scientifique d'EDF.

Dans le même temps des échanges s'organisentavec les milieux de la recherche universitaire, lesCentres techniques, notamment le CEA, et lesentreprises industrielles. Ces échanges permettrontde compléter l'évaluation du code ASTER et demieux le situer par rapport aux autres codes du mar-ché.

Projet « Code de Mécanique». CoordinationMécanique DER. •

Contrôler les salissures pour assurerla disponibilité des circuits de refroidissementdes centrales nucléaires

Le fonctionnement des centrales thermiquesdépend étroitement de la disponibilité des circuitsde réfrigération alimentés en eau brute. Sur le planéconomique, l'élimination des causes de dysfonc-tionnement des circuits de réfrigération représenteun enjeu considérable pour EDF.

D'autre part, dans le cas des centrales nucléaires, laréfrigération des auxiliaires nucléaires constitue undes éléments pris en compte dans les spécificationsde sûreté.

Le colmatage des filtres et des échangeurs par desorganismes aquatiques a été depuis longtemps iden-tifié par les exploitants comme un risque majeurcontre lequel il faut se prémunir. Le colmatage peutse produire par l'aspiration aux prises d'eau de gran-des quantités d'organismes végétaux ou animaux,ou par le développement excessif d'organismesfixés sur les parois des circuits. Ces « salissures bio-logiques » se détachent et l'entraînement de partiesdures (par exemple de coquilles,...) dans les échan-geurs peut les rendre indisponibles. Les coquillagesfixés dans les conduites produisent en outre desquantités importantes de vase organique, consti-tuée par leurs déjections qui se déposent dans leséchangeurs et augmentent la fréquence des lavages.

Depuis 1970. des études sont effectuées à EDF, afind'éliminer les salissures biologiques et de réduire

les risques d'arrêts inopinés par entraînement d'or-ganismes. Elles comportent une évaluation desconséquences environnementales des traitementschimiques. Des résultats appréciables ont été obte-nus dans la définition des procédures de chlorationcomme dans la prévision des arrivées massives d'al-gues à Flamanville et Paluel ou encore dans l'éva-luation des nuisances engendrées par les algues decoque dans les aéroréfrigérants. Au cours des der-nières années, deux études particulières ont étéengagées sur des centrales en bord de mer et enrivière.

Les Cténaire*à Qravei'nes

Des Cténaires ou «groseilles de mer», organismesgélatineux voisins des méduses, ont causé en 1986et 1987 plusieurs arrêts d'urgence sur les tranches 3à 6 du CNPE de Gravelines. Depuis 1988, une éva-luation quantitative de l'entraînement des Cténai-res dans les prises d'eau est réalisée chaque année àGravelines; ce suivi a débuté en 1992 sur les deuxautres sites sensibles : Paluel et Penly.Une exploitation statistique des données collectéesà Gravelines a montré que l'arrivée massive de Cté-naires sur la côte est principalement liée aux fac-teurs météorologiques (figure 1). Pendant la

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\FAITS MARQUANTS 1992

L'arrivée de Cténaires susceptibles de colmaterles filtres des centrales peut être prévue à partirdu suivi de l'abondance des animaux et desprévisions de la vitesse et de la direction duvent (Gravelines, mai 1989).

période du maximum de développement de lapopulation, des pics d'abondance sont observés lorsdes coups de vent d'ouest.Cette analyse a permis de définir une procédure deprévision-alerte à 24 heures basée sur la mesure desquantités de Cténaires entraînées et sur la prévisiondu vent. La procédure est appliquée depuis 1991 àGravelines. Les nouvelles données recueillies cha-que année permettent d'affiner la prévision quireste toutefois restreinte à quelques dizaines d'heu-resAfin de dépasser cette limite temporelle et d'éten-dre la procédure à l'ensemble des sites concernés enManche et en mer du Nord, la DER développe unmodèle de transport des Cténaires prenant encompte le développement biologique de l'espèce.

La moule zébrée à Cattenom

A Cattenom, un nettoyage manuel des conduitesd'eau est effectué par des plongeurs depuis l'alertede 1989. Cette année-là, 40Om' de coquilles et devase ont été retirés des conduites en amont despompes alimentant les auxiliaires classiques etnucléaires (figure 2). Le chantier dure environ qua-tre mois par an sur chaque ouvrage correspondant àdeux tranches.Des investigations ont été engagées à partir de 1990 :installation d'un filtre à débris sur une voie d'eau envue de tester son efficacité contre les coquilles,étude de peintures et revêtements antisalissures,par le CEMETE (Centre d'essais des matériaux etd'études des techniques d'exécution), revue biblio-graphique des méthodes de lutte antisalissures etréalisation d'essais en 1991 et 1992 afin de définirdes protocoles de traitement chimique applicables àla moule zébrée. Cinq procédés seront expérimen-tés sur pilote alimenté en eau de Moselle à Catte-

Une canalisation d'alimentation des circuitsSEC-SEN au CNf3E de Cattenom mise horsd'eau : les parois sont couvertes de mouleszébrées, le plancher est tapissé d'une couche'de coquilles de quelques dizaines decentimètres.

nom : l'échaudage (traitement thermique), la chlo-ration massive du circuit, le dioxyde de chlore, lepotassium et un produit organique filmant (Mexel).Ces traitements ont été testés selon quatre critères :efficacité contre la moule zébrée, absence de rejetstoxiques rémanents dans la retenue de Mirgenbachoù transitent les purges des aéroréfrigérants, simpli-cité de mise en œuvre du procédé et coût.Avant de tester un procédé, on doit avoir une bonneconnaissance de la biologie des salissures, principa-lement les périodes de fixation des larves et le tauxde croissance des organismes fixés, qui détermine-ront les périodes de traitement les mieux appro-priées. Ce travail a été réalisé en collaboration avecl'université de Metz qui a mis en évidence que la

EI Efficacité du traitement au produit Mexel(19 heures d'injection à 7mg/l) sur les mouleszébrées de deux classes de tailles : 7 à 11 mmet 13 à 16mm.

3 4 7 8 9 10Temps (jourslTime (days/

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

taille critique de 5 mm peut être atteinte en un moisentre juillet et octobre : pendant cette période, untraitement par mois peut éliminer les individus nou-vellement fixés.Les données expérimentales conduisent à sélec-tionner deux traitements pour des essais en vraiegrandeur sur une voie d'eau :— l'injection de chlorure de potassium, efficace àconcentration élevée (600mg/l pendant 48 heures)mais très peu toxique après dilution dans la rete-nue;

— l'injection de Mexel à raison de 7 mg/1 pendant24 heures (figure 3) avec un contrôle de l'absence detoxicité au rejet.

Dans l'hypothèse où un nouveau produit comme leMexel serait sélectionné, le dossier écotoxicologi-que devra être complété par une étude de dégrada-bilité et d'absence de toxicité à long terme en vued'une demande d'autorisation de rejet.

- Département Environnement.

Premières applications en centralede la messagerie industrielle MMS

L'informatique industrielle en centrale

Au cours des années 80, les premiers signes d'unecroissance significative de l'informatique indus-trielle dans les centrales ont commencé à apparaître.Dès le départ, il était clair que seule une architecturerépartie pouvait permettre de faire face à la multipli-cité des besoins, au développement progressif desapplications et à la maîtrise globale des systèmes.Cette analyse a conduit en 1988 à la décision d'ins-taller sur chaque site nucléaire un réseau local decommunication offrant un service de communica-tion standard dénommé service de transport.Suite à cetse décision, la DER a lancé des étudesconcernant un service de communication plus com-plet, connu sous le sigle MMS (manufacturing mes-sage spécification).

Pourquoi MMS?

Les applications d'informatique industrielle en cen-trale nécessitent de mettre en œuvre des services decommunication dont la richesse fonctionnelledépasse significativement la capacité d'un simpletransfert d'informations binaires. Les servicesattendus (lecture / écriture de variables structurées,téléchargement et gestion à distance de program-mes....) s'apparentent de très près à ceux définis parla norme de communication MMS.MMS permet de gérer l'échange de messages entreéquipements programmables (calculateurs, auto-mates) en environnement industriel. La normeM MS a été développée par l'ISO (organisation inter-nationale de normalisation). Elle a d'abord été miseen œuvre dans le cadre de l'automatisation de gran-des usines dans le secteur manufacturier. Les pre-mières applications chez General Motors datent dumilieu des années 1980.

L'adéquation de MMS aux besoins rencontrés encentrale incite à utiliser cette norme en vue de béné-ficier de produits standards et d'éviter les coûts liés àdes développements spécifiques.Devant la richesse des fonctionnalités offertes parMMS, un premier travail a consisté à sélectionnerles services (parmi les 86 disponibles) et options lesmieux adaptés aux besoins rencontrés en centrale.Cela a impliqué la définition d'une spécificationglobale par la DER.

Architecture de communication.

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FAITS MARQUANTS 1992

Validation à la centrale de Dunkerque

Une expérimentation conduite à l'occasion durenouvellement du contrôle-commande du postede déminéralisation de la centrale de Dunkerque apermis de vérifier la faisabilité, la robustesse et lesperformances de MMS en environnement indus-triel.Pour cela, une architecture (figure 1) constituéed'un calculateur Bull et de deux automates Télémé-canique a été mise en œuvre, d'abord en labora-toire, puis à la centrale de Dunkerque où le systèmeest en fonctionnement opérationnel depuis décem-bre 1992.Une procédure de recette a été définie, conduisantnotamment à concevoir et à exécuter un ensemblede tests permettant de vérifier la capacité à commu-niquer des systèmes et des applications (tests ditsd'interopérabilité et d'interfonctionnement).Il a ainsi été démontré que les produits MMS desconstructeurs étaient utilisables, ce qui constitue unargument majeur en termes d'économie de déve-loppement et de qualité des applications informati-ques.

Généralisation sur les site» nucléaires

Les premiers projets mettant en œuvre la message-rie MMS dans les centrales REP (calculateur d'in-

terface avec le réseau de téléconduite des ouvrageset serveur de données graphiques banalisées) sonten cours de spécification. Ces projets sont bâtisselon une architecture client / serveur pour laquelleMMP rst particulièrement bien adaptée.

Cependant, l'utilisation optimale des servicesofferts nécessite de prendre en compte la richessefonctionnelle de MMS dès la phase de rédaction descahiers des charges. Cette phase, ainsi que la phasede validation des dossiers de spécificationsdemande donc une analyse détaillée. La DER ycontribue et poursuit également les études permet-tant de maîtriser complètement les vérificationsd'interopérabilité.

Le premier retour d'expérience confirme l'excel-lente adéquation entre les besoins des projets indus-triels et les services offerts par MMS. Au-delà de ceconstat, grâce au formalisme qu'il impose, MMScontribue à améliorer la qualité des spécificationsfonctionnelles des applications.

A l'horizon 1996, la moitié des équipementsconnectés aux réseaux d'informatique industrielledes centrales REP, soit près de 300 calculateurs,devraient communiquer en utilisant ce service decommunication.

CCC - Département Communications en Centrale,Conduite.

La livraison des logicielspour le futur système de conduitedu dispatching national

Le projet SNC a pour objectif la réalisation dunouveau système informatique d'aide à laconduite en temps réel destiné au Centrenational d'exploitation. Il s'agit de mettre à ladisposition des opérateurs, dans les années àvenir, de nouvelles fonctions leur permettantde mieux maîtriser, en sécurité et en écono-mie, la production et le transport d'énergieélectrique.

Des logicielspour le palier A du SNC

Première étape de ce futur système national deconduite (SNC), le palier A apporte de grands pro-grès en ce qui concerne l'évaluation et l'améliora-tion de la sécurité du système production-transport.

En effet, il procure une meilleure connaissance del'état du système en temps réel et facilite la prise dedécisions notamment liées à la sécurité du réseau,grâce à des outils adaptés.Dans le cadre de ce premier palier, la DER a réaliséles logiciels suivants :

— un logiciel de prévision de consommation, quifournit une prévision sur deux jours par pas de cinqminutes, en modélisant finement l'impact des aléasextérieurs (température...);— des logiciels de surveillance des plannings de pro-duction thermique et hydraulique (cette dernièrevia les Centres régionaux de conduite) et de calculdes marges de production thermique ;— des logiciels d'analyse de la sécurité du réseau, derecherche de parades pour renforcer cette sécuritéet de calcul des pertes. Ces logiciels s'appuient surune modélisation avancée du système avec, en par-

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SURVEILLANCE ET CONDUITE DES OUVRAGES

ticulier, la prise en compte des réglages primaires etsecondaires (fréquence et tension).L'ensemble de ces réalisations logicielles a repré-senté un effort de près de 40 ingénieurs/an.

Des fournituressous assurance qualité

Les logiciels concernant les aspects consommation,production et réseau ont été réalisés dans le cadre detrois projets distincts. Chacun d'eux fait l'objetd'une convention et d'une fourniture sous assu-rance qualité, comprenant un plan qualité logiciel etdes notes sur les normes de conception et de pro-grammation.Les spécifications techniques des logiciels ont étéarrêtées à la Un du premier trimestre 1990, et lesrecettes s'achèveront début 1993.Certains développements spécifiques ont été effec-tués pour la phase de validation. Les jeux de testsnécessaires aux recettes des modèles de productionont été créés à partir du système de gestion énergé-tique prévisionnelle journalier. Pour les modèles deconsommation et de réseau, deux « bancs d'essais »ont été réalisés. Ils permettent d'interagir sur l'en-semble des données et de visualiser graphiquementles résultats. Pour les modèles de réseau, des outilscomplémentaires de validation ont été élaborés,notamment pour valider les jeux de données.

Vers un prototypagedes fonctions de conduite

Le délai entre les recettes de ces logiciels et la miseen service du SNC (figure 1) sera mis à profit poureffectuer des expérimentations des fonctions de

Le dispatching national d'EDF.

conduite, afin d'anticiper le retour d'expérience etde préparer le palier B. Deux «bancs d'essais»,dédiés respectivement à la sécurité réseau et à lagestion de la production, permettront de sensibili-ser les futurs utilisateurs aux nouvelles fonctions.

MOS - Département Méthodes d'Optimisationet de Simulation.

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INFORMATION ET EQUIPEMENT INFORMATIQUE

Informationet équipement informatique

L'évolution du réseau scientifique de la DER

L'insertion de l'architecture TCP/IPdans le réseau RETINA

Liaison inter-bâtiments en fibre optique;mise en place de l'architecture IBM Escon

Le vademecum de la veille technologique

Traitement de l'information textuelle à la DER

LEXTER, une méthode et un outil pour constituerla terminologie d'un domaine de connaissance

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FAITS MARQUANTS 1992

L'évolution du réseau scientifique de la DER

Le réseau scientifique de la DER comporteaujourd'hui plus de 1000 systèmes intercon-nectés utilisant les services et protocolesTCP/IP. En 1992, son évolution a été marquéepar l'introduction de la technologie FDDI (dou-ble anneau en fibre optique autorisant undébitde 100 Mégabits par seconde), etl'étudedu raccordement au réseau pour la rechercheen Ile-de-France (RERIF), accompagnée de lamise au point d'un dispositif de sécurité pourles communications.

Vers les haut* débite

L'évolution vers les hauts débits de ce réseau scien-tifique résulte de la volonté de la DER d'améliorerla qualité des communicaiions, tant pour les accèsaux ressources du Centre oe Calcul (serveurs de cal-cul, serveurs de données) que pour les échanges detoute nature entre les stations de travail des ingé-nieurs et chercheurs. Elle est guidée par la cibleschématisée par la figure 1.

D Le réseau scientifique de la DER.

Calculateurs du Centre de Calcul de ClamaitComputers of the Computing Center of Clamart

C Réseau FDDI du Centre de Calcul \FODI Nttwoi* of the Computing Center J)

Reseeu FDOI d'InterconnexionFDOI /nfereonnecfton Ring

Autres SHeS7EDFOther EDF sites

C R«M«u primaire lMckbom Nwww* J

TTV\

High speeilinks

Réseau local ETHERNETETHERNET LAN

Clamart

Liaisons àhaut débit

JL -L 1.Réseau local ETHERNET

Accès à RENATERRENATER Access

ETHERNET LAN

Chatou,Les Renardières

Par l'intermédiaire d'un double anneau de techno-logie FDDI à 100 Mégabit/s, cette cible prévoit quesoient raccordés :— le réseau de technologie FDDI d'accès aux calcu-lateurs et supercalculateurs centraux (IBM etCRAY) du Centre de Calcul ;— les réseaux des sites de Clamart, Chatou et desRenardières, constitués d'une épine dorsale FDDIdesservant les stations de travail des utilisateursattachés à des réseaux de technologie ETHERNET(câbles coaxiaux ou paires torsadées) ;- les réseaux, de technologie ETHERNET ouautre, des sites des autres Directions d'EDF-GDF,au moyen de liaisons spécialisées ou des réseauxpublics commutés (NUMERIS ou TRANSPAC) ;— le réseau français de la recherche RENATER, autravers de la plaque régionale RERIF.

Le déploiementde la technologie FDDI

L'année 1992 a vu le déploiement de la technologieFDDI sur le réseau de site de Clamart.Le réseau ETHERNET de Clamart était constituéd'un cœur optique auquel se raccordaient, via destransmetteurs, les câbles coaxiaux desservant l'en-semble des bâtiments du Site. De technologieancienne et de mise en œuvre délicate, ce cœur opti-que consistait en étoiles passives de technologieETHERNET, interconnectées par des fibres opti-ques. Certains dysfonctionnements du réseau dansson ensemble étaient attribués à ces équipementsdont le réglage était extrêmement délicat.C'est pourquoi a été décidé leur remplacement pardes matériels FDDI, qui utilisent les mêmes fibresoptiques et permettent d'élever significativement leniveau de performance et de fiabilité du réseau(double anneau reconfigurable).Une pré-étude a permis de prouver la possibilité deréutiliser les fibres optiques déjà installées sur le siteet de proposer une architecture à base de concentra-teurs et ponts de technologie FDDI fournis par lasociété Digital Equipment Corporation. Cettearchitecture, qui se substitue aux étoiles passives,met en œuvre les facilités de redondance permisespar les équipements.Le basculement complet s'est achevé mi-juillet1992, conformément à l'objectif prévu initialement,et l'ensemble des opérations a pu s'effectuer demanière entièrement transparente pour les utilisa-teurs. Après une phase d'observation, la recettedéfinitive a été prononcée le 20 octobre 1992.Une pré-étude relative à l'évolution vers la techno-logie FDDI du réseau de site de Chatou a été effec-tuée avec l'hypothèse que les choix techniqueseffectués pour Clamart seraient reconduits. Le

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INFORMATION ET EQUIPEMENT INFORMATIQUE

déploiement de cette technologie sur ce site est ,prévu dans le courant du premier semestre de 1993.Pur ailleurs, l'actuelle liaison à 2 Mégabits/s reliantles sites de Chatou et de Clamart deviendra insuffi-sante lorsque le réseau de site de Chatou aura bas-culé vers la technologie FDDI. Aussi, une étude surl'évolution de cette liaison a-t-elle été lancée en1992.

L'ouverture vers les réMauxde la recherche *t la sécurisationd«s communications

Les conditions d'une connexion du site de Clamartau réseau RERIF ont été étudiées, de manière àbénéficier de la connectivité à haut débit (34 Méga-bits/s) avec les autres organismes de recherche quiest offerte par cet accès. Il devrait remplacer dès quepossible l'actuelle liaison à 64 Kilobits/s avec 1'IN-RIA qui ouvre actuellement la DER à cette commu-nauté internationale.Un contrat d'abonnement à RERIF, en cours denégociation auprès de France Télécom, devrait setraduire par la disponibilité de notre accès au pre-mier semestre 1993.

Le dispositif «n coupure de câble :pour la sécurisationdes communications utilisantles protocoles TCP/IP

Cette insertion du réseau scientifique de la DERdans la communauté internationale des réseaux dela recherche a modifié la nature des risques et desmenaces concernant la sécurité informatique de nossites.L'absence d'une offre commerciale adaptée à lasécurisation des communications à moyen et hautdébits a conduit à l'étude et à la réalisation, en parte-nariat avec un industriel, d'une solution techniqueoriginale : le dispositif en coupure de câble (DCC).L'originalité du dispositif (figure 2) est liée à Ia tech-nique de chiffrement partiel des données transmi-ses, sans altération des informations d'achemine-ment, leur permettant ainsi de franchir des infras-tructures de transmission quelconques, y compriscelles des réseaux publics. D'autre part, les perfor-mances de l'appareil autorisent des débits de trans-mission élevés (supérieurs à 2 Mégabits/seconde).Le système est composé de boîtiers qui assurent lechiffrement et le déchiffrement des données échan-

Données en clair(plaintext d*l*)

Chiffrement(encryption)

Données chiffrées(tnciyptKtdttt)

Déchiffrement(dtciyption)

Données en clair(plttntnttdO*)

Exemple d'utilisation du dispositif en coupure decâble.

gées. La distribution des configurations et la miseen service des boîtiers sont effectuées à l'aide de car-tes à mémoire. Le boîtier DCC comporte un lecteurde cartes à mémoire, une interface opérateur com-posée d'un clavier et d'un afficheur, et deux accès detype ETHERNET : une interface branchée sur leréseau à protéger et l'autre raccordée sur le réseaunon sûr.1-e chiffrement des données assure l'intégrité, laconfidentialité et l'authentification des communi-cations sur la portion de réseau située entre les deuxappareils. Le trafic pourra traverser différents typesde moyens d'interconnexion (ponts, routeurs, etc.)et de réseaux (ETHERNET, X25, etc.).Le dialogue sécurisé emre deux machines protégéespar les DCC ne peut s'effectuer que si les deuxmachines sont déclarées dans les deux appareils etque si le mode de fonctionnement sécurisé de cha-que appareil est activé par un opérateur habilitédevant présenter une carte à mémoire valide.

PAC - Département Promotion et Appui Clientèle. •

127

V Ir

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I*if.

FAITS MARQUANTS 1992

L'insertion de l'architecture TCP/IPdans le réseau RETINA

L* contexte

Hn 1988, la DER a décidé de déployer, autour de sessupercalculateurs CRAY, un réseau facilitant l'in-terconnexion des stations UNIX des ingénieurs etdes chercheurs de la Direction, en offrant les servi-ces de communication TCP/IP.

Depuis, ce réseau scientifique a connu une fortecroissance, puisqu'il totalise aujourd'hui plus de1000 systèmes interconnectés (on comptait, enoctobre 1992, 1 136000 systèmes TCP/IP connectésdans le monde, dont 21597 en France).

D'autre part, ce réseau s'est largement ouvert puis-que l'on compte aujourd'hui une douzaine de sitesextérieurs raccordés à la DER.

L'accès aux réseaux internationaux de la recherche,assuré dans un premier temps par une liaison avecl 'INRIA, prend une nouvelle dimension avec lamise en place de RENATER (réseau national de latechnologie, l'enseignement et la recherche) et de laplaque régionale RERIF (réseau pour la rechercheen Ile-de-France).

Le succès de TCP/IP dépasse largement le seulcontexte de l'informatique scientifique, et le réseaunational RETINA d'EDF-GDF s'ouvre à cettearchitecture, pour pouvoir s'appuyer sur les pro-duits du marché permettant de rendre les servicesattendus par les utilisateurs. Cette dynamique dedéveloppement de TCP/IP contraste avec les diffi-cultés que connaît le démarrage de l'offre de pro-duits OSI.

De fait, la plupart des Directions d'EDF-GDF vontou sont en train de déployer des systèmes utilisantles protocoles de transmission de données TCP/IP.Dans ce contexte, la mise en place d'un adressage etd'un nommage cohérents pour EDF-GDF est unecondition nécessaire à l'interconnexion de cessystèmes.

La plan d'adressage et de nommage

Plusieurs options techniques ont été évaluées pourl'organisation de l'adressage, dépendantes du nom-bre de réseaux et du nombre de stations par réseau.Quatre objectifs ont guidé les choix effectués :- permettre la communication entre deux systè-mes TCP/IP quelconques d'EDF-GDF ;- inscrire le plan d'adressage des deux Entreprisesdans le plan mondial d'adressage, de manière à ren-dre possibles les échanges avec les réseaux exté-rieurs ;- préserver les acquis du réseau scientifique de laDER, déjà lui-même inscrit dans Ie plan mondial ;— éviter que se mettent en place des réseaux nepouvant s'intégrer à l'ensemble, qu'au prix d'unemodification coûteuse des adresses.Une analyse des sites déjà équipés ou susceptiblesde s'équiper en systèmes TCP/IP a été menée ; ellea permis d'établir qu'à terme 250 sites devraientaccueillir de tels systèmes, dont 60 sites comportantplus de 250 systèmes.Les numéros de réseau sont décernés par une ins-tance mondiale, le Network information center(NIC) garantissant l'unicité des adresses, et par suitel'interfonctionnement a priori des systèmes.250 adresses de réseau ont donc été demandées auNIC qui a déjà diffusé plus de 7 500 adresses dans lemonde entier. Ces adresses seront attribuées auxsites au fur et à mesure des besoins, par le ServiceIMA qui assure le rôle d'autorité d'adressage et denommage TCP/IP pour EDF-GDF.En ce qui concerne le nommage, les stations TCP/IP porteront des noms simples préfixés par un iden-tificateur du site géographique où elles se trouvent,et qui est unique pour EDF-GDF.

ICI - Département Ingénierie de la Communicationen Informatique. •

128

4l*if.

\INFORMATION ET EQUIPEMENT INFORMATIQUE

Liaison inter-bâtiments en fibre optique ;mise en place de l'architecture IBM Escon

L'architecture Escon

La nouvelle architecture Escon annoncée en 1990pur IBM permet de relier des ordinateurs centrauxES9000 avec des périphériques, sur un support detype fibre optique. Cette nouvelle technologie offrela possibilité d'installer des périphériques éloignésdes machines centrales (jusqu'à 9 km au lieu de120 m dans la technologie précédente en câble decuivre) et des débits sensiblement plus rapides( 10 Mo/s au lieu de 4,5 Mo/s précédemment, avec laperspective d'un palier technologique ultérieur à17 Mo/s sur le même support). Ces nouvelles possi-bilités permettent maintenant d'envisager d'aug-menter la sécurité des installations informatiquescentralisées, en répartissant sur plusieurs bâtimentsdistants les machines, les disques et les autres péri-phériques. Il devient aussi possible d'envisager desplans de reprise d'activité d'un bâtiment sur unautre.

La mise en œuvreau Centre de Calcul de la DER

Le basculement du Centre de Calcul de la DER surcette nouvelle technologie a été réalisé au deuxièmesemestre 1992. Quatre câbles de 2 x 144 et 2 x 72fibres optiques relient par des chemins différentsdeux bâtiments distants de 800 m où sont répartisdans plusieurs salles les machines, les disques etautres périphériques (figure 1). Au total, six machi-nes logiques sont raccordées sur cette nouvellearchitecture et peuvent accéder de manière banali-sée à l'ensemble des périphériques du Centre.Aucun problème particulier n'a été rencontré lorsde l'installation et les performances attendues ontété obtenues.

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TJI Armoires de— ' connexion

Bfltiment N

144 fibres 120m

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144 + 72 fibres

144 + 72 fibres

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Armoires deconnexion

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Bâtiment T Bâtiment A•800m-

D Liaisons en fibre optique entre bâtiments duCentre de calcul de Clamart.

Ainsi, l'architecture Escon procure au Centre deCalcul de la DER un meilleur niveau de fiabilité etde redondance. Elle s'accompagne d'une augmenta-tion de la fiabilité des systèmes et en conséquenced'un service amélioré aux utilisateurs.De plus, les nouveaux logiciels annoncés pour lesannées 93-95 seront capables, sur cette architecture,de modifier les configurations (ajouts et retraits depériphériques) sans interrompre l'exploitation cou-rante comme actuellement. C'est donc un premierpas vers une technologie à disponibilité quasi-conti-nue des exploitations, pour le profit des utilisateurs.

C. Calcul - Département Centre de Calcul. •

Le vademecum de la veille technologique

Voici trois ans qu'un programme de veille technolo-gique a été lancé et mis en place à la DER. Au traversde ce programme, les comportements individuels etcollectifs se sont progressivement modifiés et,au-delà des règles, sont nés une véritable culture,ancrée sur des valeurs partagées, et un fort senti-ment d'appartenance à un réseau.

Un ouvrage a été élaboré. Il vise, en s'imprégnant ducapital d'expérience, à éclairer les principes selonlesquels fonctionne et s'organise la veille. Intitulé« Vademecum », ce qui signifie littéralement ce quel'on emporte avec soi pour consulter, il se veut à lafois un guide, un aide-mémoire et une réponse auxquestions que se posent les acteurs actuels de la

129

f "FAITS MARQUANTS 1992

veille et tous ceux qui seront associés à cette mis-sion.

Un ouvrage en deux parties...

Pour plus de clarté, et afin de faciliter l'actualisationde certains chapitres, le Vademecum a été scindé endeux parties :- la première, centrée sur les fondements et lesprincipes d'une veille collective organisée à la DER,correspond à la formalisation de la culture qui s'estprogressivement développée à la DER. Elle estappelée à conserver une certaine pérennité ;— la seconde est orientée sur les aspects pratiquesde la veille dans son fonctionnement au quotidien.Beaucoup plus évolutive, sa mise à jour se fera enfonction des éléments nouveaux survenus dans lagestion quotidienne de l'action et des préoccupa-tions du réseau des experts.

... qui répond aux préoccupation*des «veilleurs»

La réalisation du Vademecum, et plus particulière-ment de sa deuxième partie, s'est appuyée forte-ment sur l'expérience de veille à la DER. Au cours« d'ateliers » réunissant par petits groupes des pilo-tes de veille technologique (spécialistes à qui estconfiée la maîtrise d'œuvre de la veille sur les sujetsdu programme) ont été évoqués les difficultés et lestâtonnements dans la conduite d'un programme deveille. Ces ateliers ont permis de construire unouvrage qui apporte au pilote des informations et

des recommandations pour l'aider à remplir sa mis-sion de veille technologique.Ce document, qui s'adresse en priorité aux pilotes,sera également accessible à l'ensemble des interve-nants dans le processus de veille : prestataires inter-nes, correspondants des autres Directions.

Un ouvrage fédérateur,un langage commun

L'explicitation des principes qui fondent le pro-gramme de veille à la DER, et les caractéristiques del'organisation qui en découle, renforcent la culturede veille au sein de l'entreprise. Cette volonté d'har-moniser et de faire partager cette expérience entreles différents intervenants se traduit entre autres parun lexique joint à la fin du deuxième document, quipermet d'assurer une même interprétation des ter-mes utilisés.

Le dt •"-* d'une collection

Ces deux ouvrages constituent le début d'une col-lection consacrée à la veille technologique. Le pro-chain thème traité portera sur les « outils » disponi-bles et utilisables au cours de la phase de suivi, quireprésentera une part croissante de l'ensemble duprogramme.

PKOVAL - Département Prospective, Evaluationet Valorisation.

1Traitement de l'information textuelle à la DER

Tous les ans, l'activité de l'année à venir faitl'objet d'un recueil des actions programmées.Cela représente plus de deux mille pages detextes stockées dans la base de donnéesSPHERE (Système prototype historique de laDirection des Etudes et Recherches), vivierd'informations sur l'activité de recherche de laDER. Pour exploiter au mieux ces informa-iions, des méthodes fondées sur l'utilisationdes textes ont été développées.

Douze disciplines caractérisentl'activité de recherche de la

Encart g Liste des 12 disciplines caractérisantl'activité de la DER.

En 1992, a été mis en place un classement automati-que des actions de recherche de la DER en douzedisciplines scientifiques (voir encart 1). Ce classe-

MathématiquesInformatiqueElectronique • OptiquePhysique nucléaireChimie-MatériauxElectre-magnétismeRéseaux électriquesMécanique des solidesMécanique des fluides- ThermiqueSciences de la terre-BiologieEconomie-Sciences humainesGénie industriel- Technologie

130 M

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INFORMATION ET EQUIPEMENT INFORMATIQUE

ment a déjà permis des comparaisons des effortsaccomplis et de leurs évolutions dans le temps ; ilpermettra, dès 1993, des comparaisons dans l'es-pace, situant les iravaux de la DER par rapport àceux de ses homologues de la recherche scientifiqueet technique, notamment !'Electric Power ResearchInstitute des Etats-Unis.Pour obtenir ce résultat, quelques experts ont dansun premier temps classé manuellement les actionsdes années 1988 et 1991. L'échantillon ainsi consti-tué a permis de classer automatiquement l'ensem-ble des actions de 1984 à 1992 dans les douze disci-plines (ligure 1). L'outil employé fait appel à destechniques statistiques, des méthodes d'apprentis-sage et un système expert : il utilise des informa-tions textuelles (mots issus de l'indexation des tex-tes d'actions, mots du titre...) et d'autres informa-tions (le code du Département qui réalise l'action, lecode du bénéficiaire...).L'objectif final est de réaliser annuellement ce clas-sement sur les actions à venir. Pour améliorer la fia-bilité des résultats, l'échantillon, base d'apprentis-sage de l'outil automatique, sera complété chaqueannée par le classement validé de l'année précé-dente. Ainsi, les Services de la DER ont contribué àvalider le classement automatique des actions de1993. En juin 1993. les actions prévues pour 1994seront classées sur la base de l'échantillon constituédes années 1988, 1991 et 1993.Après cette phase préparatoire et expérimentale, onaboutira, dès 1993, à un processus presque entière-ment automatique, fidèle et dépouillé de toute sub-jectivité, pour présenter l'activité de la DER selonces nouvelles facettes.

Le «qui fait quoi» à la DER :l'information util* automatiquementchez l'intéressé

L'enjeu de cet outil est de caractériser l'activité deschercheurs par leurs écrits, permettant ainsi de leurdiffuser automatiquement une information utile etnon envahissante.Dans un premier temps, le concept a été validé enraisonnant sur l'activité de la DER. Les textes desactions de recherches prévues pour 1993 ont étésoumis à l'automate d'indexation automatique qui aattribué à chacun d'eux un ensemble de mots-clésreprésentatifs de son contenu. Chaque mot-clé a étéensuite affecté d'un poids, révélateur de sa force

H 1 1 1 1 1 1 h1984 19)5 1996 1987 198S 1990 1991 1992

Nombre d'actloniNumbtr ol projects

-Com {m MP consunls 92)CMI (MF 1W2I

Evolution d'une discipline dans le temps :exemple des actions de la DER classées endiscipline «mécanique des solides».

sémantique dans le texte (par exemple turbocom-presseur, terme précis, est affecté d'un poids supé-rieur à objectif, terme vague et largement répandu).Enfin, à partir des mots-clés ainsi pondérés, ont étécalculées les « distances » entre les textes de toutesles actions de recherche.Chaque Département de la DER a finalement reçule texte des cinquante actions des autres Départe-ments qui se sont révélées, de par leur contenusémantique, les plus proches de sa propre activité.Il ne s'agit que du premier résultat de cette méthodede sélection et de diffusion automatique d'informa-tions appelée à se développer au cours des prochai-nes années. Après cette première application auxtextes des actions de la DER, les prochaines étapesprévues sont le traitement de données textuellesd'autres origines (organismes de recherche exté-rieurs...), et la diffusion plus finement ciblée desinformations recueillies, afin de restituer celles-ciau chercheur lui-même.

SlD - Département Systèmes d'Informationet de Documentation.

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FAITS MARQUANTS 1992

LEXTER, une méthode et un outilpour constituer la terminologied'un domaine de connaissance

Disposer de la terminologie d'un domaine deconnaissance est utile dans de multiplessituations : pour constituer et mettre à jour desthésaurus, pour produire ou consulter de ladocumentation, pour réaliser des systèmes àbase de connaissance, etc.Le prototype LEXTER extrait automatique-ment d'un ensemble de textes une liste d'uni-tés terminologiques candidates, ensuite vali-dée par un expert.

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Qu'est-ce qu'une terminologie?

La terminologie d'un domaine de connaissance estla liste des termes (ou unités terminologiques) quidésignent les concepts spécifiques de ce domaine.Par domaine de connaissance, on peut entendre, ausens large, une discipline scientifique (comme l'au-tomatique ou la physique nucléaire), mais aussi unecentrale nucléaire, un logiciel, une législation, etc.Les termes qui désignent ces concepts sont parfoisdes noms simples (comme imprimante, dans ledomaine de l'informatique, ou combustible danscelui des centrales nucléaires), mais ce sont le plussouvent des noms composés (on dira des groupesnominaux complexes), par exemple : liaison hautdébit, condenseur d'eau glacée, chambre de com-bustion de turbine à gaz.

LEXTER, une chaîne logiciellecomposée de trois maillons

Pour constituer la terminologie d'un domaine,LEXTER effectue une analyse grammaticale d'unensemble de textes décrivant ce domaine, en cher-chant à détecter les groupes de mots qui, au vu deleur structure grammaticale (exemple : nom suivid'une préposition suivi d'un nom, nom suivi d'unadjectif, etc.), sont susceptibles d'être des unitésterminologiques. LEXTER propose ainsi une listede termes candidats, qui doit ensuite être validéepar un expert du domaine ou un terminologue(figure I).

• Le module catégorisation

Ce module a pour fonction de déterminer et d'affec-ter pour chaque mot du texte sa catégorie grammati-cale (nom, adjectif, verbe, participe passé, etc.) et delui associer sa forme lemmatisée (les verbes serontmis à l'infinitif, les noms au singulier, les adjectifsau masculin singulier,...).Ce module est extrait du système d'indexation auto-matique de textes de la DER. Il utilise l'outilALETH développé par la société GSI-ERLI au tra-vers d'une grammaire de catégorisation ayantrecours à un dictionnaire informatique du françaisde taille importante. Cette grammaire est notam-ment composée d'un ensemble de règles de désam-biguïsation, qui choisissent la bonne catégoriegrammaticale d'un mot en fonction du contexte :

Description simplifiée des différents modules dusystème LEXTER.

132

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NINFORMATION ET EQUIPEMENT INFORMATIQUE

par exemple, le mot porte peut être, selon lescontextes, soit un verbe (... il la porte...), soit unnom (.,. une porte...).Lu catégorisation est une opération difficile maisindispensable à la suite des traitements.

• Le module LEXTER d'analyse grammaticale

Cc deuxième maillon constitue le cœur du système.Le module LEXTER proprement dit effectue uneanalyse grammaticale des textes catégorisés pour enextraire des groupes nominaux complexes, que leurstructure grammaticale désigne comme des unitésterminologiques potentielles, Cette analyse gram-maticale s'effectue en deux temps, découpage puisdécomposition :— pendant l'étape de découpage, LEXTER recher-che des frontières entre groupes nominaux termino-logiques (les verbes conjugués, les articles indéfinis,les conjonctions, etc.);— pendant l'étape de décomposition, LEXTERanalyse les groupes ainsi délimités pour en extrairedes sous-groupes qui, au vu de leur structure gram-maticale, constituent de bons termes candidats. Parexemple, si le groupe nominal chambre de combus-tion de turbine à gaz a été détecté pendant la phasede découpage, LEXTER proposera non seulementce groupe dans son intégralité, mais il tentera aussid'en extraire les sous-groupes chambre de combus-tion et turbine à gaz.Après un éventuel filtrage statistique, LEXTERfournit une liste d'unités terminologiques candida-tes, chacune d'elles étant accompagnée des référen-ces des textes dans lesquels elle a été détectée.

• Le module navigation, générateur d'hypertexte

Ce module est un générateur d'hypertexte qui orga-nise la liste des candidats et l'ensemble de textesdont elle est issue sous la forme d'un réseau hyper-textuel, dit hypertexte terminologique. Le termino-logue ou l'expert du domaine qui a la charge de vali-der la terminologie proposée par LEXTER peutvoyager de façon confortable et efficace dans cet

hypertexte : des termes candidats vers les textesdans lesquels ils apparaissent, ou des textes vers lestermes candidats qui y ont été détectés.Alors que le module catégorisation et le moduleLEXTER proprement dit fonctionnent sur des sta-tions de travail Sun, l'hypertexte terminologiqueconstruit par le module navigation, et le modulenavigation lui-même, sont utilisables sur des ordi-nateurs Macintosh.

Applications et perspectives

LEXTER a été testé sur des corpus d'origines diver-ses (technique, scientifique, juridique), II a notam-ment été utilisé sur les textes des actions de recher-che et de développement de la DER, L'hypertexteterminologique construit à cet effet, d'abord destinéà aider à la constitution d'une terminologie, s'estavéré de plus être un outil puissant pour la consulta-tion des textes eux-mêmes, la liste des candidatsétant alors utilisée comme un index terminolo-gique, beaucoup plus efficace qu'un simple indexpar mot.Sur un corpus de taille importante, la liste de termescandidats est cependant trop longue pour une vali-dation manuelle efficace de la terminologie. Desétudes plus approfondies sont nécessaires combi-nant traitements linguistiques (utilisation d'un dic-tionnaire du français plus complet au cours del'analyse) et traitements statistiques (pondérationdes termes, recherche de cooccurrences, ...) pouréliminer les termes les moins pertinents.A moyen terme, LEXTER va être étendu pour pro-poser, non plus une simple liste de termes candi-dats, mais un début de structuration de cette liste,sous forme d'un réseau, qui pourra être vue commeune première modélisation du domaine de connais-sance décrit par les textes analysés. Une exploita-tion possible de ce;te modélisation est l'aide à laconstruction de thésaurus.

TIEM - Département Traitement de l'Informationet Etudes Mathématiques.

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133

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121

INDEX

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Index

AAcier austénoferritique : p, 44Acier ferritique : p. 46Acier inoxydable : p. 23, 36, 38, 44Aciérie : p. 23Acoustique : p. 50, 116Actinide : p. 35, 88, 92Aeration : p. 19Aéroréfrigérant : p. 119Agriculture : p. 22AIEA : p 54Aimant : p. 107Air : p. 15,17,19,22,26,28,30,40,86, 88,89,91,

94, 99, 107Air neuf : p. 15Alarme.-p. 20, 91, 115, 119Aléa climatique : p. 99Algorithme : p. 32, 40, 46, 79, 113, 116Algue : p. 119Alimentation électrique : p. 46,58,62,77,92,101,

119Alliage : p. 23, 30Alternateur : p. 65, 75, 95, 116Aluminium : p. 66, 92American Nuclear Society : p. 20, 23, 28, 40, 48,

53, 61, 68, 69, 79, 88, 89, 99, 116, 129, 130Amorçage de fissure : p. 36Analyse chimique : p. 54, 94Analyse de fiabilité : p. 54Analyse de la valeur : p. 79Analyse de sûreté : p. 32, 33Analyse de système : p. 53, 77Analyse modale : p. 50Analyse probabiliste de sûreté : p. 54Analyse qualitative : p. 79, 86Analyse statistique de données : p. 53Analyse structurelle : p. 23, 68, 109Anhydride carbonique : p. 26Anhydride sulfureux : p. 26Appareil de chauffage : p. 19, 36Appareil électroménager : p. 97Appareillage électrique : p. 20,54,62, 75,77, 97Appareillage haute tension : p. 59Appartement : p. 17Application industrielle : p. 71, 94, 121

Arc : p. 89, 91Arc transféré : p. 89Arrêt d'urgence : p. 119Assurance de la qualité : p. 32,40,105,116,122ASTER :p. 46, 48, 50, 109, 116ASTRID : p. 28, 40Atmosphère : p. 19, 22, 94, 99Atome : p. 26, 33, 35 ,40, 44, 53, 54, 55, 94, 104,

107, 113, 121, 130, 131Aubage : p. 30, 48, 115Auscultation : p. 80Austénite : p. 44Automate de borication dilution : p. 104Automate programmable : p. 69Automatisation : p. 113, 121, 128Automatisme : p. 20, 33, 66, 69, 71, 79,110,113,

130AXELLE: p. 113Azote: p. 36, 107Azote 16: p. 107

BBaisse de tension : p. 75, 77Barre antivibratoire : p. 40Barrière thermique : p. 48Base de données : p. 15, 26, 30, 53, 77, 81, 86,

110, 116, 130Bâtiment auxiliaire réacteur : p. 22, 48, 50, 107Bâtiment réacteur : p. 107Battement : p. 50Bellaville : p. 50QEPRE : p. 48Béryllium : p. 77, 115Betterave : p. 22Bilan de réactivité : p. 104Biologie : p. 97, 119, 130Blayais : p. 115Bombardement électronique : p. 44Borne électrique : p. 14, 58, 75Boucle d'essai : p. 48Bras mort : p. 46Bretagne : p. 20, 77Brevet : p. 91, 92Broyage : p. 91, 92

135

FAITS MARQUANTS 1992

Bruit : p. 50, 59, 88, 113Bugey : p. 40, 107Bulgarie : p. 74

Cable à isolation synthétique : p. 95Câble chauffant : p. 17C4ble coaxial : p. 20, 126Cible HT : p. 66Cible MT: p. 61,66Cable souterrain : p. 66Cadmium : p. 88, 89CAFCA : p. 40CALICO : p. 40Campagne d'essai : p. 26, 38, 46, 48, 62Campagne de mesures : p. 22, 81Carbure de silicium : p. 61Carling : p. 26Cattenom : p. 119CEA : p. 35, 38, 55, 105, 116CEE (marché commun) : p. 28, 86CEI : p. 58, 69, 74, 83Cendre : p. 26, 89, 91Cendre volante : p. 89Centrale électrique : p. 26, 38, 40, 50, 53, 101,

107, 110, 115, 119, 121Centrale nucléaire : p. 48, 54, 113, 119, 131Centrale REP : p. 48, 121Centrale thermique : p. 48, 119Centre de calcul : p. 126, 128Centre régional de conduite : p. 122CERCHAR : p. 28Chaîne de mesure : p. 14,30, 38, 44, 48, 58,107Chambre de combustion : p. 26, 30, 131Champ électrique : p. 97Champ magnétique : p. 97Chargeur de batterie : p. 14Chaudière è lit fluidisé : p. 28Chaudière de récupération : p. 26Chauffage des locaux : p. 19Chauffage électrique : p. 15, 17, 28, 92Chauffage par arc : p. 23Chauffage par induction : p. 36Chauffage par plasma : p. 89Chimie : p. 32, 44, 46, 54, 89, 91, 130Chinon:p 46, 110Chlore: p. 94, 119Chlorofluorocarbone : p. 94Choc thermique : p. 36, 107, 116

Chooz : p. 48Chrome : p. 38, 44Chute de tension : p. 75, 77Ciment : p. 89, 91Circuit de fumée : p. 26Circuit de purge : p. 50Circuit de réacteur : p. 38, 44, 119Circuit de réfrigération : p. 101, 119Circuit eau-vapeur : p. 26, 48Circuit électrique : p. 17,20,26,38,46,48,50,94,

104, 105, 107, 119Circulation atmosphérique : p. 99Clapet: p. 50, 116CLARINETTE : p. 50Clientèle : p. 17,20,55,58,62,79,81,83,86,121CLIM: p. 15, 17,19Climat : p. 99Climatisation : p. 15, 19Climatiseur : p. 15, 17CNAM : p. 50CNRS : p. 99COCCINELLE : p. 33, 40Code : p. 19,33,40,46,48,50,79,81,83,97,101,

104, 105, 109, 116, 130Code de calcul : p. 36, 40, 68, 116Coefficient d'échange : p. 26, 46Cœur : p. 33, 40, 97, 104, 105, 126, 131Cœur de réacteur : p. 33, 40,105Combustible fossile : p. 30, 33, 35, 104Combustible nucléaire : p. 26, 30, 33, 35, 104Combustion : p. 26, 30, 32, 89, 91, 95,104, 131Commission électrotechnique internationale : p.

69,83Compensateur statique : p. 95Compensation de puissance réactive : p. 62Comportement mécanique : p. 50, 68, 109, 116Comportement thermique : p. 17Comportement vibratoire : p. 48, 116Compression mécanique de vapeur : p. 88Conception assistée par ordinateur : p. 53,110Condensateur électrique : p. 65, 66, 69, 71, 95Condensation : p. 22, 40, 89, 94Condenseur : p. 40, 94, 131Confort: p. 17,20,81, 131Congélateur : p. 20Consommation : p. 15,17,20,22, 23,30, 75, 77,

79,81,83,92,95, 122Contrainte résiduelle : p. 109, 116Contrainte thermique : p. 36, 115Contrôle non destructif : p. 55, 113, 116Contrôle par courants de Foucault : p. 107Contrôle uKrasonore : p. 115

136

.1

INDEX

Contrôle-commande : p. 30, 55, 62, 69, 91, 92,121

Convertisseur de fréquence : p. 58Convertisseur de puissance : p. 62Corps humain : p. 97Corrosion : p. 32, 46, 115Corrosion sous contrainte : p. 107Couche fluidisée : p. 22, 26, 28, 40, 88, 92COUFAST : p. 46Coulée (fonderie) : p. 23Coupe-circuit à fusible : p. 61Coupure brève : p. 58, 61, 79Coupure longue : p. 79Courant continu : p. 58, 74, 95Courants de Foucault : p. 107, 113Courants de Foucault puisés : p. 107Courant porteur : p. 20, 59, 83Courbe de charge : p. 81Court-circuit : p. 61, 62, 75, 79, 116Couvercle : p. 107, 116CP1 :p. 48, 115CP2 : p. 48Crayon de combustible : p. 32, 38Creux de tension : p. 75, 79Criticité : p. 128Cruas : p. 104CSTB: p. 15Cuisson : p. 15Cycle à surchauffe : p. 22Cycle combiné : p. 30Cycle du combustible : p. 35, 55Cyclone séparateur : p. 40

Danemark : p. 74Décharge électrique : p. 59, 61, 80, 89, 92Décharge partielle : p. 59, 61Déchet: p. 35, 88, 89, 91,92Déchirure : p. 109Décolmatage : p. 109, 40Découpage : p. 40, 131Défaut d'étanchéité : p. 20, 38, 79, 94, 107Délestage : p. 77Déminéralisation : p. 121Déséquilibre axial de puissance : p. 33, 104Détection d'hydrogène : p. 59Détection de défaut : p. 80, 113Détection de fuite : p. 107Diffusion neutronique : p. 33, 44

Dioxyde d'azote : p. 91Disjoncteur : p. 65, 79, 80Dispatching national : p. 122Domotique : p. 20Dudgeonnage : p. 113Dunkerque : p. 121Durée de coupure : p. 79Durée de vie : p. 38, 50, 62Dureté : p. 28, 44, 54, 119

Eau chaude sanitaire : p. 15, 17Ebullition : p. 40Echangeur de chaleur : p. 26, 40,48, 55,92,119Eclateur : p. 61Ecotoxicologie : p. 119Ecroulement de tension : p. 77Effet biologique : p. 97Effet xénon : p. 104Effluent chimique : p. 91Electrochimie : p. 14Electrodéposition : p. 88Electromagnétisme : p. 48, 116, 130Electronique : p. 44, 58, 83, 113, 130Electronique de puissance : p. 62, 65, 95Elément combustible : p. 116Eléments finis : p. 36, 68, 105, 116Elimination de défaut : p. 80Emile Huchet : p. 26Emission acoustique : p. 30Enceinte de sécurité : p. 32Energie nucléaire : p. 54, 55, 86, 101Environnement : p. 14,15, 23,26, 30, 55, 62, 66,

79, 86, 88, 89, 95, 99, 110, 119, 121EPOCH : p. 99Epreuve hydraulique : p. 107EPRI : p. 54, 58EPS : p. 54Epuration : p. 89ESTET : p. 40, 46ETHERNET: p. 110, 126Europe : p. 20, 22, 35, 54, 55, 74, 75, 97, 99,101Evaporateur : p. 22, 94

FDDI : p. 126, 128Ferrite : p. 44Fessenheim : p. 48

137

J

FAITS MARQUANTS 1992

Fiabilité : p. 20,38,54, 59, 71, 79,80, 94,95,101,113, 126, 128, 130

Fibre optique : p. 126, 128Filtre : p. 26, 62, 95, 113, 119Finlande : p. 74FIP : p. 71Fission : p. 35, 104Fissure : p. 36, 46, 50, 107, 109, 113, 115, 116Flamanville : p. 50, 119Flamme : p. 30, 55Fluidisation : p. 22, 26, 28, 92Fonderie : p. 88, 92Fonte : p. 23, 86, 89, 91, 92, 129Four è arc : p. 23Four électrique industriel : p. 23, 89Four tournant : p. 91Fréquence propre : p. 48, 50, 116Frettage : p. 48, 107, 115Fusible : p. 61

Gaz carbonique : p. 26Générateur d'impulsion : p. 107Générateur de houle : p, 101Générateur de vapeur : p. 38,40,46,50,107,110,

113, 116Générateur électrique : p. 92, 101, 131Gennevilliers : p. 30, 48Goujon : p. 48, 116Grappe de commande : p. 38, 107, 116Grappe de contrôle : p. 40Gravelines : p. 119Grèce : p. 74Groseille de mer : p. 119Groupe frigorifique : p. 15Groupe motopompe primaire :Guidage: p. 15,38,66, 128

p. 48

HHaut fourneau : p. 23Haute fréquence : p. 20, 26Haute tension : p. 26, 59, 61, 66, 77, 79Heure creuse : p. 20, 81Heure de pointe : p. 20, 30, 36, 55, 81, 109Heure pleine : p. 81Hongrie : p. 74

Houille : p. 23, 26Houle: p. 81,99, 101, 130Humidification de l'air : p. 22Hydrogène : p. 59Hygrométrie : p. 107

IBM : p. 126, 126Ilotage : p. 75Incinération : p. 35, 89, 91, 92Inconel : p. 107Indexation automatique : p. 130, 131Induction électromagnétique : p. 97Industrie du froid : p. 15,19,36,46,91,94,99,105Informatique : p. 30,33,40, 53, 80, 99,101,105,

116, 121, 126, 128, 130, 131Innovation : p. 23, 48, 54, 55, 88INRIA: p. 126, 128Instabilité : p. 46, 50, 110Installation d'essai : p. 36,50,58,89,92,94,101,

105, 113Intelligence artificielle : p. 54, 80Interconnexion : p. 20,50,65,74,83,95,126,128Irradiation : p. 32, 33, 104ISIS: p. 110Islande : p. 74ISO: p. 17,30,83,99, 121Isolant électrique : p. 59Isolant thermique : p. 48, 107

Jeu de barres : p. 116«leumont Schneider : p. 48Joint : p. 48, 66, 94

Laminage: p. 23, 113Liaison courant continu : p. 74, 95Liaison fibre optique : p. 128Ligne aérienne : p. 68, 95Ligne d'arbre : p. 48, 75Ligne électrique : p. 20, 86Lit fluidité : p. 22, 28, 88, 92Lit fluidisé circulant : p. 26. 28, 40

138

ft>

y-

INDEX

Littoral: p. 101, 119Logiciel : p. 15, 17, 20, 28, 30, 32, 33, 40, 53, 54,

65.68,71.75,79,80,97,110,113,122,128,131Logique « seuil : p. 28, 79, 107, 113, 115Luzerne : p. 22

MMachine a laver la vaisselle : p. 20Machine à laver le linge : p. 20Maintenance : p. 33, 38 , 48, 53, 55, 71, 92, 101,

107, 110, 113, 128Maintenance conditionnelle : p. 115Maquette : p. 19,36,40,46,50,62,105,107,113,

110, 116Matériau composite : p. 116Matériau isolant : p. 17, 59, 61, 71, 95Matériau synthétique : p. 61Matériel électrique : p. 62, 77, 116Matière fissile : p. 35Matière plastique : p. 89, 91Mécanique de la rupture : p. 36, 116MELODIF : p. 28Mer: p. 99, 101, 119Mercure : p. 89Merlin Gerin : p. 71, 107Mesure : p. 19,26,28,30,32,38,40,44,46,48,50,

55. 58,59,62, 68,77,79.81,86,91,94,95,104,107

Métallurgie : p. 32, 89, 116Météorologie : p. 15, 81, 99, 119Méthode de surveillance : p. 59, 107Méthode des caractéristiques : p. 50, 107Métrologie : p. 48Microordinateur : p. 15, 53, 71, 77, 80, 110Microscope : p. 28Moteur à vitesse variable : p. 58Moteur électrique : p. 14,19,36,46,48,50,58,66,

68, 77, 88, 92, 97, 109. 110, 115, 116, 130MOX : p. 33, 35Moyen d'essai : p. 36, 101Moyenne tension : p. 61, 62, 66, 80

NN3S:p. 19, 105Nettoyage : p. 26, 88, 92, 119Neutron : p. 33, 44, 104Neutronique : p. 33, 32, 40

Nickel : p. 44, 88Nitruration : p. 38Norme : p. 20, 35, 53, 58, 69, 71, 79, 83, 91, 97,

110, 121, 122Norvège : p. 74Nuisance : p. 22, 50, 119NUMERIS: p. 126

OPSTAR : p. 68Ordure ménagère : p. 89, 92Oxyde d'azote : p. 26, 30, 91Ozone : p. 94

Palier 125 MW : p. 26Palier 1300 MW : p. 50, 107Palier 900 MW : p. 105, 107, 116Palier hydrostatique : p. 48Palier N4 : p. 48, 50, 53, 116Paluel:p. 40, 119Parafoudre : p. 61Partenaire industriel : p. 20,55,69,74,75,88,92,

101, 116, 126Pastille de combustible : p. 104PATERN : p. 30Pays-bas : p. 20PDMS : p. 53Penly : p. 50, 119Plan de tension : p. 65Planification du réseau : p. 79, 95Plasma : p. 89, 91Plomb : p. 66, 89Plutonium : p. 35Polissage : p. 99Pollution : p. 26, 30, 38, 62, 86, 88. 89, 92Pologne : p. 74Pompe è chaleur : p. 15, 17, 94, 126Pompe è piston : p. 91Pompe circuit primaire : p. 75, 105, 116Poste électrique : p. 77Pressuriseur : p. 48Prévision de consommation : p. 122Prise d'eau : p. 101, 119Production d'électricité : p. 15,20.22.26,48.55,

81,99, 116Produit de fission : p. 32, 35, 38

139

\

FAITS MARQUANTS 1992

Projet ESPRIT : p. 20Propagation des fissures : p. 36, 109PSAD: p. 115Puissance de court-circuit : p. 62Puissance électrique : p. 14,15,17,19,20,30,32,

33,48, 50, 58, 62, 65, 77, 81, 91, 92, 94, 95, 99,104, 107, 110, 113

Puissance réactive : p. 62, 77, 95Pylône : p. 68, 95Pyrolyse : p. 91

OQualimètre : p. 83

Reactance : p. 65, 95Réacteur chimique : p. 28, 88Réacteur nucléaire : p. 32, 35, 38, 40,46,48, 55,

75, 104, 105,110, 116Réacteur REP : p. 33,35,36,38,44,46,48,55,75,

104, 105, 107, 116, 121Réactivité : p. 35, 40, 65, 75, 104, 105Réchauffeur d'air : p. 26, 92Reconnaissance des formes : p. 113Recyclage du combustible : p. 35Réfrigérant : p. 36, 48Réfrigérant atmosphérique : p. 119Régime transitoire : p. 36, 40, 58, 62, 104Réglage fréquence-puissance : p. 122Régulation : p. 17, 20, 58, 62, 65, 91, 92, 104Régulation numérique : p. 62Rejet : p. 22, 54, 88, 92, 119Rejet polluant : p. 88Relevé a distance : p. 83REP : p. 32,33, 35,36,38,44, 46,48, 55, 75,105,

107, 116REP 1300 : p. 33, 48, 116REP 900 : p. 33, 48, 104, 116Réseau a moyenne tension : p. 61Réseau de distribution : p. 61, 62, 80Réseau de transport : p. 59, 65, 75, 79Réseau électrique : p. 20,61,65,66,80,109,130Réseau informatique : p. 116, 121Réseau national d'essai : p. 55RETINA : p. 128Retour d'expérience : p. 38,48, 75,92,107,116,

121, 122

Retraitement : p. 35Revêtement : p. 36, 38, 61, 119Robot manipulateur : p. 107,110Roumanie : p. 74Rupture de tuyauterie vapeur : p. 33, 40

Sable : p. 88, 92, 101Séchage : p. 22, 28, 88Sécheur : p. 22, 94Sécurité : p. 14, 20, 36, 59, 69, 89, 95, 122, 128Sécurité de fonctionnement du réseau : p. 122Sécurité informatique : p. 126Sédiment : p. 101SEE : p. 75Sidérurgie : p. 23Station de travail : p. 53, 97, 110, 126, 131Stein Industrie : p. 26Stratification thermique : p. 46, 116Strioscopie : p. 50Sucrerie : p. 22Suède : p. 74Suisse : p. 44Super Phénix : p. 35Surchauffeur : p. 22Sûreté de fonctionnement : p. 54, 69, 75Surveillance : p. 20,26,30,32,33,35,36,38,40,

48, 50, 54, 55, 58, 59, 68, 71, 80, 81, 89, 91,95,99, 104, 107, 110, 113, 115, 119, 121, 122

Surveillance acoustique : p. 115Surveillance vibratoire : p. 115Système électrique : p. 20, 54, 62, 75, 77, 97Système expert : p. 80, 130Système national de conduite : p. 122

Taux d'irradiation : p. 104Taux de vide : p. 40Tchécoslovaquie : p. 74TELEMAC : p. 101Télémécanique : p. 121Tension électrique : p. 14,15, 58, 61, 62, 65, 74,

75, 77, 79, 80, 89, 95, 97, 107, 122,Tenue de la tension : p. 75, 95Thermique : p. 17,19, 26, 36, 46, 48, 55, 88, 91,

104, 116, 122, 130Thermohydraulique : p. 19, 38, 40, 46, 105

140

t

INDEX

Thermomécanique : p. 32, 46, 116Thomson : p. 20THYC : p. 40Thyristor : p. 65, 95Tihange : p. 48Torche à plasma : p. 89, 91Toxicité : p. 46, 89, 91, 92, 119Traitement de surface : p. 30, 38Traitement des déchets : p. 88, 91Traitement du signal : p. 113, 115Traitement thermique : p. 89, 119Transformateur de mesure : p. 59Transformateur électrique : p. 42, 61, 77Transitoire : p. 32, 36, 40, 62, 104, 116Transitoire électrique : p. 58TRANSPAC: p. 126Travail sous tension : p. 97Trempe : p. 89, 91Très haute tension : p. 77, 79, 95Tribologie : p. 38TRIFOU : p. 97Turbine : p. 30, 50, 95, 115, 116Turbine à gaz : p. 131Turbulence : p. 28, 40, 46, 50, 91, 115Turquie : p. 74Tuyautage primaire : p. 38,44,48,104,105,107,

116Tuyauterie : p. 28, 40, 46, 50, 53, 54, 58, 95,116,

119, 121, 122, 129Tuyère : p. 40

UUCPTE : p. 65, 74, 77Ultrason : p. 46, 48, 107, 115UNIPEDE : p. 74Université : p. 44, 77, 110, 116, 119UNIX: p. 30, 71, 128Usure : p. 33, 38, 92

141

Valorisation : p. 69, 88, 116, 129Vapeur : p. 22, 40, 50, 88, 89, 116Vapeur d'etsu : p. 22, 28, 40Variateur de vitesse : p. 58Variation de fréquence : p. 77Varistance : p. 61Véhicule électrique : p. 14Veille technologique : p. 54,129Ventilation : p. 19,22Ventiloconvecteur : p. 15Vibration : p. 38, 40, 48, 50, 115, 116Vitrification : p. 89

WWestinghouse : p. 14, 48

X25:p. 126Xénon : p. 104

YYougoslavie : p. 74

Zoologie : p. 86, 119

1

128

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1

Publications de la DER

L a DER souhaite faire connaître à la communauté scientifique inter-nationale les études de recherche et développement qu'elleconduit au sein d'EDF. Le rapport d'activité Faits marquants

répond à cet objectif ainsi que les nombreuses publications effectuéespar nos chercheurs, en congrès ou dans des revues scientifiques. Deplus, la DER réalise des éditions spécifiques.- La Collection des notes internes est une nouvelle publication men-suelle, lancée depuis novembre 1991, qui remplace les Bulletins de laDER. C'est une sélection des meilleurs rapports de recherche de laDirection qui contient notamment certaines publications effectuées encongrès ou dans des revues. Fin décembre 1992, 82 notes ont étépubliées qui se répartissent en six séries thématiques. Chaque notedébute par une synthèse en français et en anglais, et le tiers des notesenviron est rédigé en anglais.- La revue trimestrielle Epure (en français) s'adresse à un large publicde culture scientifique mais non spécialiste des articles présentés.- La Collection de la Direction des Etudes et Recherches d'EDF rassem-ble une centaine d'ouvrages scientifiques édités par la Direction et diffu-sés par les Editions Eyrolles. Six nouveaux ouvrages en français sontvenus enrichir la Collection en 1992 :- Convertisseurs assistés par un réseau alternatif, tome 2, Environne-ment de H. Laborne;- Synchronisation et état global dans les systèmes répartis de M. Ray-nal;- Gestion des données réparties : problèmes et protocoles de M. Raynal ;- De l'Idée au Produit de P. Maître et J. Miquel ;- L'informatique répartie sous UNIX de B. Dupouy et M. Gabassi;- Fiabilité des équipements et théorie de la décision statistique fréquen-tielle et bayésienne de H. Procaccia et L. Piepszownik.- Enfin, le Répertoire des Moyens d'Essais et de Mesure (en français)présente tous nos moyens expérimentaux classés selon la structure hié-rarchique de la Direction ainsi que par domaines d'applications et decompétences.Des informations complémentaires sur ces différentes éditions pourrontvous être transmises sur demande.

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Edition : Electricité de France - Direction des Etudes et Recherches1, avenue du Général-de-Gaulle - BP 408 - 92141 Clamart Cedex - France

Tél. 33 (1) 47654846 - Fax 33 (1) 47655610

Couverture : «Fugues», aquarelle d'Isaac HARARI1Galerie des Coches, Saint-Germain-en-Laye

Fabrication et impression : Imprimerie de l'Indre - Paris /Argenton-sur-Creuse

ISSN 0767-4627

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