NAAREA

Selon l’Agence internationale de l’énergie*, la consommation mondiale d’énergie devrait quasiment doubler d’ici 2050. Outre que l’offre ne pourra pas suivre la demande, les pressions visant à inverser la tendance du changement climatique impose à la société de limiter sa dépendance aux combustibles fossiles, au profit d’une production énergétique à faible émission de carbone. Pour relever ce défi, une entreprise française développe une microcentrale nucléaire innovante qui fournit aux industriels une source d’énergie propre et fiable, tout en éliminant les déchets radioactifs du processus.

NAAREA a pour mission d’offrir une énergie abondante, décentralisée et sans carbone à grande échelle. Pour atteindre cet objectif ambitieux, la start-up met au point le XAMR® (eXtrasmall Advanced Modular Reactor), un microréacteur à neutrons rapides. Pour produire de la chaleur et de l’électricité sans émettre de gaz à effet de serre, le réacteur utilise des sels fondus comme liquide de refroidissement et des déchets nucléaires à vie longue comme combustible. Le XAMR transformera le combustible nucléaire radioactif usagé, issu de la filière nucléaire conventionnelle, en nouvelle source d’énergie. Il occupera ainsi une place cruciale dans l’économie circulaire.

_{* “Net Zero by 2050 – A Roadmap for the Global Energy Sector”, International Energy Agency, May 2021}

« Une fois construits, les réacteurs XAMR feront à peu près la taille d’un bus et pourront être installés à proximité du site client, sans alimentation externe par le réseau », déclare Jean-Luc Alexandre, président-fondateur de NAAREA. « Cela en fait une solution idéale de fourniture d'énergie sans carbone, sûre et accessible à tous, même dans les régions isolées ou les pays en développement où les réseaux électriques sont limités. »

« La puissance du réacteur est extraite à l’aide de circuits à sels fondus pour transporter la chaleur soit vers le client, soit vers une turbine à dioxyde de carbone qui produit de l’électricité », ajoute Timothée Kooyman, directeur technique et adjoint aux opérations chez NAAREA. « La chaleur résiduelle provenant du refroidissement de la turbine est également récupérée pour chauffer ou rafraîchir. Ce système à haut rendement utilise l’atmosphère comme source pour refroidir le réacteur, sans masse d’eau nécessaire. »

Si la solution énergétique proposée par NAAREA est novatrice, son approche de développement l’est tout autant. L’entreprise a d’abord créé une version fonctionnelle du XAMR dans un environnement virtuel intégré pour gérer l’ensemble de ses processus de conception, d’ingénierie et de fabrication. Tout est maîtrisé depuis la plateforme 3DEXPERIENCE® sur le cloud.

Seulement 18 mois auront suffi à NAAREA pour configurer le premier jalon du jumeau virtuel du XAMR avec CATIA sur la plateforme 3DEXPERIENCE. En appliquant les méthodes d’ingénierie système basée sur les modèles ou MBSE (Model-Based Systems Engineering) où toutes les disciplines et l’ensemble des systèmes sont interconnectés dès le départ, les ingénieurs de NAAREA ont pu valider l’architecture, la taille et la fonctionnalité du réacteur, et définir l’interface entre ses sous-systèmes dans un environnement virtuel. Ce jumeau virtuel assurera une continuité numérique tout au long du cycle de vie du réacteur.

Les ingénieurs bénéficient d’un environnement sécurisé pour collaborer et peuvent accéder à toutes les applications dont ils ont besoin en un lieu unique. Ils travaillent sur un jumeau virtuel partagé du XAMR qui englobe de multiples dimensions, notamment les exigences opérationnelles et de sécurité, le comportement dynamique et l’analyse fonctionnelle, les schémas en 2D et la maquette numérique en 3D.

« Nous visons une mise sur le marché d’ici 2030 ; nous devons donc agir vite », déclare Jean-Luc Alexandre. « Le jumeau virtuel est la meilleure solution pour atteindre cet objectif. C’est un fantastique accélérateur. L’une des fonctionnalités clé est la possibilité de combiner conception et simulation au fur et à mesure du développement du réacteur, afin de tester nos idées et s’assurer qu’elles méritent d’être développées. La plateforme 3DEXPERIENCE permet vraiment de travailler de manière collaborative. »

Quelle que soit la partie du réacteur ou la discipline, les ingénieurs conçoivent en contexte de sorte que l'expert en mécanique peut voir ce qui est fait au niveau hydraulique ou électrique.

« Le réacteur compte plusieurs milliers de pièces connectées les unes aux autres et leurs interfaces doivent être connues pour que chacun soit informé de toute modification », déclare Timothée Kooyman. « À terme, lorsqu'on cliquera sur une pièce, par exemple une vanne, on saura qui l’a conçue et pourquoi, ainsi que les calculs, exigences et spécifications associés. On pourra également accéder à son dossier de fabrication et d’assemblage, et savoir quand la remplacer ou en assurer la maintenance. »

Le partenaire technologique de NAAREA, Assystem, joue un rôle clé dans la réalisation du XAMR et de son jumeau virtuel. Forte de son expertise dans le secteur nucléaire, la société d’ingénierie fournit à NAAREA des services de gestion de projet, d’intégration et d’ingénierie. Assystem l’accompagne dans les étapes fondamentales du projet et le respect de la conformité avec les réglementations de sécurité en vigueur, et s’assure que le développement du XAMR reste sur la bonne voie.

« Assystem a contribué à créer le jumeau virtuel du réacteur et à connecter les sous-systèmes entre eux, ainsi que les processus associés », explique Jean-Luc Alexandre. « Leur connaissance de la plateforme 3DEXPERIENCE implique qu’ils savent créer les bons paramètres et flux opérationnels, et nous guider pour exploiter pleinement le potentiel de cette solution. Nous partageons la même vision et, ensemble, nous nous engageons pour un monde sans carbone. »

La capacité de modéliser et de simuler simultanément permet à NAAREA de travailler plus rapidement. Cette approche combinée appelée MODSIM est également essentielle à l’entreprise pour obtenir la certification du XAMR auprès des autorités de sécurité régionales et internationales. NAAREA effectue des essais en laboratoire et alimente le jumeau virtuel du réacteur avec les données de ses expériences afin de tester les paramètres de sécurité et d’analyser les performances opérationnelles avant la production de prototypes physiques.

« Les données liées aux tests, aux résultats de simulations et aux révisions de conception sont enregistrées dans le jumeau virtuel », explique Jean-Luc Alexandre. « Cette traçabilité est essentielle pour les autorités de sûreté. Elle nous assure de pouvoir traiter toute modification et détecter tout écart dans la gestion de configuration. Les capacités du jumeau virtuel sont un précieux atout pour démontrer la sûreté du réacteur dans le cadre du processus réglementaire. »

Afin de tester divers scénarios avant la mise en production du XAMR, NAAREA utilise la puissance de SIMULIA sur la plateforme 3DEXPERIENCE pour reproduire le comportement des matériaux du réacteur et effectuer les calculs mécaniques, thermo-hydrauliques, de dynamique des fluides et de neutronique.

« Le réacteur est refroidi par un mélange de sels fondus et alimenté par des combustibles irradiés provenant de la filière nucléaire conventionnelle », précise Timothée Kooyman. « C'est une nouvelle approche et nous voulons avancer rapidement. D’ici cinq ans, nous souhaitons réaliser toutes les étapes d’ingénierie sans perte d’information, tout en garantissant un haut niveau de traçabilité et de sécurité. »

En opérant sur le cloud, NAAREA a pu concrétiser sa vision à une vitesse sans précédent et l’adapter à l’évolution de ses besoins.

« Notre objectif est très ambitieux : mettre les réacteurs en service avant la fin de la décennie », déclare Timothée Kooyman. « En utilisant la plateforme sur le cloud dès l'origine du projet, nous avons bénéficié d’une solution complète et prête à l’emploi, sans avoir à mettre en place de serveurs et un service informatique interne. »

Les fonctionnalités d’ENOVIA, inhérentes à la plateforme 3DEXPERIENCE, supportent la gestion du volume considérable de données générées. Elles permettent aux utilisateurs un stockage et un accès sécurisés aux informations dont ils ont besoin. La gestion des modifications et de la configuration est également supportée par la plateforme, ce qui est essentiel dans la mesure où le niveau de maturité est variable d'un sous-système à l'autre.

« Nos conceptions évoluent ; nous devons savoir sur quelle version travailler et à quelle étape du processus de développement se trouve chacun des composants et systèmes », explique Jean-Luc Alexandre. « ENOVIA garantit une traçabilité complète des données, de sorte que nous savons où nous en sommes et quels sont les sous-systèmes à valider. »

Une technologie de pointe n’est pas le seul facteur qui fera du XAMR une réalité. Les équipes de NAAREA apportent leur pierre à l’édifice et l’entreprise reconnaît l’importance d’intégrer son approche virtuelle dans sa culture d’entreprise.

« Nos utilisateurs comprennent que le jumeau virtuel est le point d’entrée unique des données et que, pour tirer le meilleur parti de la plateforme, tout doit y être consigné, y compris leurs connaissances et méthodes de travail », déclare Jean-Luc Alexandre. « Lorsqu’on développe un produit aussi complexe que le XAMR, les erreurs sont souvent humaines. Le jumeau virtuel contribuera à les éviter. La disponibilité des informations sur la plateforme 3DEXPERIENCE est également indispensable pour la formation continue, tant en termes d’intégration des nouvelles recrues que pour montrer aux futurs clients comment utiliser le XAMR. »

Dès la deuxième phase de son cycle de développement achevée et la mise en service opérationnel du prototype physique, NAAREA prévoit de passer rapidement à la production en série de ses réacteurs. Dans cette attente, le jumeau virtuel et les capacités de génération de contenu de 3DEXCITE sur la plateforme 3DEXPERIENCE seront exploités pour offrir aux investisseurs et clients potentiels une expérience immersive du XAMR et partager son évolution.

« Tant que le XAMR n’est pas construit, il est difficile d’expliquer clairement ce que nous faisons et comment nous travaillons », déclare Jean-Luc Alexandre. « 3DEXCITE est un outil incroyable pour révéler un concept qui n’existe pas encore. Ces représentations réalistes du réacteur sont essentielles pour montrer à nos partenaires, parties prenantes, investisseurs et clients ce sur quoi ils s’engagent et notre parcours. »

Pour autant, l’aventure de NAAREA ne se limite pas à la construction de ses microréacteurs. L’entreprise entend gérer l'ensemble du cycle de vie du XAMR – du transport et de la livraison sur site à sa mise en œuvre, en passant par la formation, la sécurité, l’assurance, l’exploitation et la maintenance, jusqu’à sa désactivation et la gestion de sa fin de vie. NAAREA se positionne comme un fournisseur de services global ; ses clients ne s’acquitteront que de l’énergie consommée. Et le jumeau virtuel est au cœur de cette stratégie.

« J’ai toujours su que nous devions développer notre produit d'emblée dans un environnement virtuel intégré où tout est connecté », conclut Jean-Luc Alexandre. « Notre stratégie consiste à utiliser le jumeau virtuel pour tout, depuis l’approvisionnement en combustible et la création du sel fondu jusqu’à la construction, l’installation et l’exploitation du réacteur. C’est la pierre angulaire de notre plan de développement. Tout comme Dassault Systèmes avec son jumeau virtuel, NAAREA change la donne avec le XAMR. Ce partenariat nous apporte une grande crédibilité et accélère la concrétisation de notre projet. »