LES THÈSES DE DOCTORAT
2012-2013R&D
LES AXES DU PLAN SCIENTIFIQUELes huit priorités
LES THÈSES DE DOCTORAT
SOMMAIRE
Le plan
scientifique de la
R&D d’EDF
Un plan scientifique pour la R&D
d‟EDF a été publié en 2012. Il
retient huit grandes priorités.
4 Conforter le nucléaire dans le mix énergétique d‟EDF
38 Préserver et optimiser la production hydraulique et l‟accès à la
ressource en eau
45 Développer les ENR et leur insertion dans le réseau
50 Maîtriser les mécanismes économiques et adapter la gestion et
l‟optimisation de production au nouveau paysage du système
électrique européen
56 Soutenir la conception et le déploiement des systèmes électriques
63 Développer les stockages d‟énergie et préparer la mobilité électrique
66 Contribuer à l‟émergence de bâtiments, des villes et territoires
durables
80 Développer la simulation numérique associée à l‟expérimentation
SO
MM
AIR
E
ÉDITORIAL
Stéphane ANDRIEUX, directeur scientifique d’EDF R&D
LES THÈSES DE DOCTORAT
2012-2013
LES THÈSES
Les doctorants représentent pour EDF
R&D une part significative de l’effort
de recherche d’EDF. La thèse est en
effet à la fois une formation par la
recherche et une production
scientifique, soumise à l’analyse des
pairs. Cette particularité est précieuse
car elle garantit une évaluation
rigoureuse et externe des résultats
produits. Mais la thèse permet aussi au
doctorant et à l’entreprise de se
découvrir mutuellement. Ainsi en 2013,
une quinzaine de doctorants ayant
effectué leurs travaux de recherche au
sein des départements d’EDF R&D ont
rejoint le groupe EDF après leur thèse.
UNE VISION GLOBALE DES
RÉSULTATS
Cette toute première édition des « thèses
de doctorat » d‟EDF R&D vise à mieux
faire connaître les résultats des travaux
des doctorants et de leurs équipes
d‟encadrement constituées par un
ingénieur chercheur d‟EDF R&D et un
professeur ou chercheur habilité à diriger
les recherches de nos laboratoires
partenaires. La quasi-totalité des thèses
présentées ici ont été effectuées dans le
cadre de convention Cifre passées avec
l‟ANRT.
Si un grand nombre des manuscrits de
thèse est disponible sur le site
chercheurs.edf.com, il nous a semblé
utile de mieux en présenter les résultats
marquants, sous une forme plus
accessible que le simple intitulé de la
thèse, qui répond à d‟autres
considérations et doit bien évidemment
être le plus précis possible. On trouvera
donc dans ce document une phrase clé
résumant l‟apport de la thèse, le titre de
celle-ci et les acteurs, ainsi que deux
courts paragraphes précisant le contexte
et détaillant un peu les résultats.
Les priorités du
plan scientifique
Classés par priorité du plan
scientifique, ces fiches doivent
permettre une vision globale des
résultats et des enjeux de la
recherche menée à EDF R&D,
avec l‟aide des nombreux
partenaires académiques,
notamment dans nos
laboratoires communs, et qu‟il
faut ici remercier pour leur
engagement : les résultats sont
là, et la qualité en est attestée
par de nombreux prix de thèses,
de meilleur papier ou poster
présentés en congrès.
En
trées
DO
CT
OR
AN
TS
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
4
7 Valider les solutions de protection incendie par spray de gouttes
d‟eau
8 Avoir une approche intégrée des risques pour prioriser les moyens
de réduction des risques
9 Evaluer la sûreté de fonctionnement de systèmes redondés
réparables
10 S‟adapter aux réévaluations des exigences sismiques
11 Prendre en compte le comportement non-linéaire d‟installations
industrielles soumises à un séisme
12 Atténuer le phénomène de colmatage dans l‟intégralité du
générateur de vapeur
13 Détermination non intrusive du colmatage des générateurs de
vapeur par couplage mesures-modèle
14 Développer et évaluer une méthodologie Crédit Burn-up adaptée
aux combustibles REP-MOx français
15 Modéliser le comportement moyen du combustible MOX par une
analyse micro-mécanique
16 Comment allouer des fonctions d'automatismes sur les
composants de contrôle-commande ?
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Sommaire
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5
17 Surveiller le vieillissement des matériels électriques Intégrés dans
les systèmes de contrôle-commande
18 Modéliser les armatures et les câbles de précontrainte dans les
enceintes de confinement en béton
19 Modéliser la dégradation d‟un matériau, de l‟apparition d‟un
endommagement diffus jusqu‟à sa fissuration
20 Réduire le risque de propagation de fissures dans les tuyauteries
du parc nucléaire
21 Modéliser la propagation de fissures de fatigue sous chargement
complexe dans les composants du nucléaire
22 Comprendre les mécanismes de vieillissement sous irradiation des
composants des centrales nucléaires
23 Contrôler la formation des couches d‟oxyde en surface des
tubes de générateurs de vapeur pour limiter le relâchement de
métaux dans le circuit
24 Prolonger la durée de vie des peintures epoxy des bâtiments
réacteurs par l‟analyse des mécanismes de vieillissement en
service
25 Modéliser l‟influence du vieillissement sous déformation sur la
rupture des aciers au C-Mn du circuit secondaire des réacteurs à
eau pressurisée
26 Améliorer la détection de défaut par ultrason dans les matériaux
polycristallins à « gros grains »
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Sommaire
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6
27 Résoudre les crises vibratoires des machines tournantes
28 Durabilité d‟un système de mesure de déformation par fibre optique
pour l‟auscultation d‟ouvrages en béton
29 Reconstruire des modèles CAO à partir de nuages de points 3D
30 Simulation de détection des courts-circuits entre tôles dans les
stators de turboalternateurs
31 Faciliter le maintien en exploitation des alternateurs et optimiser la
maintenance
32 Influence de la matière organique sur le confinement de la
radioactivité dans le stockage géologique de Bure
33 Reproduire numériquement les conditions atmosphériques pour
estimer la dispersion des rejets
34 Optimiser le traitement de l‟eau des réacteurs des centrales
nucléaires par les résines échangeuses d‟ions
35 Conception robuste et amélioration de la fiabilité des circuits
électroniques programmables de type FPGA
36 Contribution de l‟ergonome à l'analyse des besoins dans la
conception de systèmes informatiques industriels
37 Faciliter la recherche documentaire en incluant le contexte
professionnel
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Sommaire
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Thèse soutenue le 15/01/2013
Le modèle de flamme de diffusion
turbulente a été étendu pour prendre
en compte l‟inhibition par un diluant.
Ce modèle étendu a été mis en
œuvre dans Code_Saturne pour
représenter l‟interaction entre un foyer
d‟incendie et un spray de gouttes
d‟eau. Il s‟agissait de valider les
solutions de protection des
installations installées dans nos
centres de production en simulant
(code 3D) le déroulement d‟un
incendie avec déclenchement des
aspersions.
7
Résultats
Le modèle étendu a été mis en œuvre
dans Code_Saturne et s‟y est montré
capable de retrouver les résultats de
quelques expériences académiques ;
en configuration industrielle, il
quantifie l‟intérêt d‟utiliser des gouttes
fines (lances à brouillards) au lieu des
sprinklers classiques.
Contacts
Doctorant : Avner FARTOUK
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs :
Pierre PLION, Fatiha NMIRA
Laboratoire : Pprime
Ecole doctorale : ENSMA , SI
MMEA Sciences en Ingénierie en
Matériaux, Energétique et
Aéronautique
Directeurs de thèse :
Arnaud MURA, Vincent ROBIN
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Valider les solutions de protection incendie par spray de
gouttes d‟eau
Modélisation de l‟interaction
entre un spray de
gouttelettes d‟eau et la
combustion turbulente :
application au procédé
d‟extinction d‟un foyer
d‟incendie par brouillards
d‟eau
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Thèse soutenue le 10/12/2012
Le contexte européen en gestion des
risques industriels évolue et propose
des agendas d‟actions mettant en
avant la nécessité d‟étudier les
phénomènes dangereux dans une
vision système. Ces systèmes ne
peuvent être étudiés comme un
ensemble de sous-systèmes
indépendants de par leur complexité :
l‟analyse de risques classique ne leur
est donc pas applicable.
L‟environnement physique et
réglementaire influence fortement les
différents enjeux d‟un système socio-
technique, sa performance et sa
sûreté. Des analyses de risques
couvrant globalement tous les risques
dans une même vue à partir des
modèles systèmes (fonctionnels,
organisationnels,…) sont ainsi
développées. EDF développe une
approche d‟analyse intégrée des
risques en phase avec cette vision
globale, faisant le lien entre plusieurs
disciplines (sûreté de fonctionnement,
fiabilité humaine, analyse
organisationnelle) et produisant un
ensemble de méthodes et d‟outils
d‟aide à la hiérarchisation des risques
permettant de prioriser les moyens de
réduction des risques associés tout
en assurant un partage entre les
acteurs de ces analyses.
8
Résultats
L‟enjeu principal de cette thèse est de
savoir prendre en compte les
incertitudes de natures différentes
dans cette approche intégrée des
risques et lève ce verrou. Après avoir
fourni des outils d‟aide à l‟élicitation
des experts pour les risques humains
et organisationnels traités dans cette
approche intégrée, les différents
types d‟incertitudes, aléatoires et
épistémiques, sont transportés dans
un modèle de risques issu de la
théorie de l‟évidence permettant de
représenter de façon cohérente les
différentes expressions des
connaissances.
Enfin, des règles sont proposées pour
prendre en compte ces incertitudes
sur les résultats des analyses
intégrées de risques en support à la
prise de décision. Ces supports
concernent à la fois la représentation
des résultats avec leurs incertitudes,
l‟identification des contributeurs à ces
incertitudes et leur réduction.
L‟application de ces contributions sur
un cas réel d‟EDF permet ensuite de
démontrer leur faisabilité et leurs
apports au regard d‟approches
conventionnelles.
Contacts
Doctorant :
Geoffrey FALLET-FIDRY
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Carole DUVAL
Laboratoire :
Centre de Recherche en
Automatique de Nancy (CRAN –
CNRS UMR 7039)
Ecole doctorale : IAEM Lorraine
Directeur de thèse : Benoît IUNG
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Contribution à la
modélisation et au traitement
de l‟incertain dans les
analyses de risques
multidisciplinaires de
systèmes industriels -
application à la source froide
d‟une unité de production
d‟énergie
Avoir une approche intégrée des risques pour prioriser les
moyens de réduction des risques
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Thèse soutenue le 15/04/2013L‟état de l‟art de la sûreté de
fonctionnement permet de modéliser
les systèmes non réparables
redondés, dont la structure est fixe,
par des techniques type d‟arbres de
défaillance ou arbres d‟événement de
manière qualitative (recherche de
coupes minimales, en particulier
preuve du respect du critère de
défaillance unique) ou quantitative
(estimation probabiliste de
disponibilité ou de sûreté). La
situation est plus difficile pour des
systèmes réparables redondés ou
combinés dans une architecture de
défense en profondeur, ou des
systèmes dont la structure évolue en
fonction du profil de mission. Dans ce
cas, les modèles employés, souvent à
base d‟arbres de défaillance
dynamiques, souffrent d‟un manque
de définition rigoureuse de la notion
de cohérence, et de séquence
minimale (notion équivalente à celle
de coupe minimale). L‟exhaustivité de
l‟exploration des séquences possibles
n‟est pas garantie. L‟emploi d‟un
cadre formel permet de bénéficier de
l‟existant issu de la théorie des
automates, en matière d‟algorithmes.
Les améliorations apportées seront
applicables pour des études de
disponibilité de systèmes à
redondance complexe.
9
Résultats
Les travaux sont menés dans le cadre
de la théorie des langages et des
automates à états finis. Ils portent sur
les modèles de fiabilité décrits par un
automate fini (arbres de défaillance
dynamiques, Boolean Driven Markov
Process, chaînes de Markov, réseaux
de Petri…). Les contributions portent
sur quatre points : la définition de la
cohérence d‟un système dynamique
réparable, la définition de l‟ensemble
des séquences de coupes minimales
d‟un tel système, la proposition d‟une
méthode de calcul systématique des
séquences de coupes minimales à
partir d‟un automate fini décrivant le
système dynamique cohérent, la
proposition d‟une méthode de
représentation de l‟ensemble des
scénarios d‟un BDMP (Boolean
Driven Markov Process) par un
automate fini. Les résultats sont
présentés sur un exemple (aval du
condenseur d'une tranche nucléaire
et système d'alimentation secouru).
Ils montrent l'intérêt de l‟approche en
terme d‟exhaustivité, par rapport aux
algorithmes existants, et sa principale
limite : l'explosion combinatoire
devient significative à partir de
séquences de huit événements.
Contacts
Doctorant : Pierre Yves CHAUX
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Gilles DELEUZE
Laboratoire Universitaire de
Recherche en Production
Automatisée, ENS de Cachan,
EA 1385, Université Paris Sud 11
Ecole doctorale : Ecole Normale
Supérieure de Cachan
Directeurs de thèse :
Jean Jacques LESAGE, Jean
Marc ROUSSEL
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Evaluer la sûreté de fonctionnement de systèmes
redondés réparables
Formalisation de la
cohérence et calcul des
séquences de coupe
minimales pour les systèmes
binaires dynamiques
réparables
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Thèse soutenue le 25/09/2013
Dans le cadre de l‟évaluation de la
sûreté sismique des installations
nucléaires, EDF est amené à
caractériser la fragilité des bâtiments
en béton armé. Suite aux récentes
réévaluations des exigences
sismiques, il est en particulier
nécessaire de prendre en compte les
comportements non linéaires des
structures. Dans cet objectif, on
construit donc des modèles
numériques de plus en plus
complexes, tout en tenant compte des
incertitudes liées à ces modélisations
ainsi que de l‟événement sismique.
Même si la modélisation numérique
de l‟endommagement des structures
en béton armé sous séisme a connu
récemment des progrès, plusieurs
difficultés subsistent au démarrage de
la thèse : (1) sur la performance et la
robustesse des simulations, (2) sur la
description des phénomènes
(amortissement, comportement de la
liaison acier-béton), (3) sur les
éléments de justification théorique
des modèles utilisés. Il s‟agit de
mieux représenter la physique des
phénomènes, à l‟aide d‟une approche
à échelles multiples afin d‟offrir un
cadre justificatif adapté.
10
RésultatsUn nouveau modèle de plaque en
béton armé, noté "DHRC", est
disponible pour des applications
sismiques. Une méthode
d'homogénéisation permet de passer
de l'échelle locale des matériaux acier
et béton à l'échelle globale de la
section de la plaque. On représente
l'endommagement du béton et le
glissement entre les armatures et le
béton avoisinant, ainsi que la
dissipation d'énergie au cours des
cycles de chargement. Une procédure
automatisée d'identification des
paramètres du modèle à partir d'un
petit nombre de caractéristiques
géométriques et matériaux a été
développée. La robustesse de ce
modèle implanté et disponible dans
Code_Aster a été vérifiée. Il a été
validé numériquement par sa capacité
à simuler le comportement de
structures représentatives, en
particulier sur les essais SAFE (mur
en cisaillement, centre de recherche
d‟Ispra) et SMART (maquette de
bâtiment, CEA-EDF).
Contacts
Doctorant :
Christelle COMBESCURE
Départements EDF R&D :
AMA, LaMSID
Tuteur : François VOLDOIRE
Laboratoire : Institut Jean Le Rond
D‟Alembert (IJLRA), équipe MISES
Ecole doctorale : Université
Pierre et Marie Curie : Sciences
Mécaniques, Acoustique,
Electronique et Robotique
Directeur de thèse :
H.DUMONTET
CapitalisationCapitalisation et diffusion des résultats de la thèse via la plateforme Salomé-Méca,
logiciel open source développé par EDF R&D.
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Formulation d‟un modèle
homogénéisé de plaque en
béton armé pour des
applications sismiques
S‟adapter aux réévaluations des exigences sismiques
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Thèse soutenue le 17/01/2013
Dans le cadre des nouvelles
exigences réglementaires et afin de
justifier la tenue au séisme de ses
installations de production (centres de
production électrique, barrages…)
devant les autorités de sûreté, EDF
développe des méthodologies
efficaces pour l‟évaluation du risque
sismique des structures de génie civil
et des équipements. A ce titre, EDF
progresse continûment dans la
modélisation numérique des
phénomènes physiques tels que le
comportement non-linéaire des
matériaux et les effets d‟interaction
sol-fluide-structure. Des
modélisations, appelées « best-
estimate », permettent de
représenter plus fidèlement la réalité
dans toute sa complexité.
11
Résultats
Cette thèse de doctorat a proposé
une nouvelle approche qui permet de
combiner, de manière plus
performante que les méthodes
classiques, plusieurs phénomènes
physiques dans une même simulation
numérique : l‟interaction entre le sol et
la structure, la dissipation d‟énergie
liée à la propagation des ondes
sismiques dans le sol et la prise en
compte du comportement non-linéaire
des matériaux (sol et béton). Plus
particulièrement, cette méthode
s‟appuie sur un couplage innovant
entre différentes techniques de
discrétisation des équations
physiques en espace et en temps. La
méthode a été validée sur plusieurs
maquettes industrielles et donne des
résultats très satisfaisants par rapport
aux méthodes de pratique courante.
Capitalisation et diffusion des
résultats de la thèse via la plateforme
Salomé-Méca, logiciel open source.
Contacts
Doctorant :
Alex NIETO FERRO
Département EDF R&D :
AMA, LaMSID
Tuteurs : Nicolas GREFFET,
Georges DEVESA
Laboratoire de Mécanique des
Sols, Structures et Matériaux
(MSSMat) - CNRS UMR 8579
Ecole doctorale : Ecole Centrale
de Paris
Directeur de thèse :
Didier CLOUTEAU
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Interaction sol-structure non-
linéaire en analyse sismique
Prendre en compte le comportement non-linéaire
d‟installations industrielles soumises à un séisme
Evaluation de l‟endommagement
d‟un bâtiment soumis à un
séisme.
Modèle numérique d‟un
bâtiment reposant sur un
domaine de sol.
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Thèse soutenue le 11/12/2012
Des fissurations significatives de
tubes induisant des fuites du circuit
primaire vers le circuit secondaire
peuvent entraîner des arrêts fortuits
sur des sites d‟exploitation du parc
nucléaire français. Ces fissurations
ont pour origine l‟instabilité vibratoire
de tubes se situant en partie centrale
du faisceau tubulaire du générateur
de vapeur. Un colmatage important
de la plaque entretoise supérieure
crée une zone de survitesse
localisée, elle-même à l‟origine de
l‟instabilité vibratoire et des
fissurations. Le colmatage est un
phénomène de déposition de
matières au niveau d‟interstices,
appelés passages foliés, qui perturbe
la libre circulation de l‟écoulement
appartenant au circuit secondaire.
Dans ce contexte, la thèse a été
initiée dans l‟objectif de disposer d‟un
modèle permettant de simuler ce
phénomène de colmatage dans
l‟intégralité du générateur de vapeur à
l‟échelle du sous-canal du faisceau de
tubes.
12
Résultats
Le modèle de colmatage proposé se
décompose en deux étapes :
déposition de particules, et
consolidation du dépôt par
précipitation d‟espèces solubles. Une
méthode inverse d‟assimilation de
données a été développée pour
ajuster ce modèle sur les différentes
observations issues du retour
d‟expérience d‟EDF. Les résultats de
simulation sont comparables aux
données mesurées sur sites
d‟exploitation pour les générateurs de
vapeur étudiés. L‟impact du
colmatage sur l‟écoulement se
caractérise par l‟apparition de
survitesses en partie supérieure du
générateur de vapeur à l‟origine
d‟instabilités vibratoires des tubes, et
par la diminution du taux de
recirculation. Les résultats confirment
qu‟une augmentation du pH dans
l‟ensemble du circuit secondaire
semble une solution intéressante pour
atténuer le phénomène de colmatage.
Ce remède est actuellement envisagé
sur le parc nucléaire français.
Contacts
Doctorant : Thomas PRUSEK
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs : Edgar MOLEIRO , Fadila
OUKACINE
Laboratoire de Mécanique,
Modélisation & Procédés Propres
(M2P2) d‟Aix Marseille Université
Ecole Doctorale Sciences pour
l‟Ingénieur : Mécanique, Physique,
Micro et Nanoélectronique (ED 353)
Directeurs de thèse :
Marc GRANDOTTO, Marc JAEGER
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Modélisation et simulation
numérique du colmatage à
l‟échelle du sous-canal dans
les générateurs de vapeur
Atténuer le phénomène de colmatage dans l‟intégralité du
générateur de vapeur
Bâtiment réacteur de la centrale nucléaire du Tricastin. Deux
générateurs de vapeur. Photo : EDF – Cédric HELSLY.
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Thèse soutenue le 17/12/2012
Le parc des centrales nucléaires
d‟EDF exploite 198 générateurs de
vapeur qui peuvent se colmater par
dépôt interne de magnétite, et ainsi
poser des problèmes de sûreté
(fissuration de tubes causant une fuite
d‟eau primaire radioactive vers le
circuit secondaire). L‟enjeu pour les
exploitants est de maintenir le niveau
de sûreté, en mesurant et en
anticipant l‟évolution des colmatages :
une capacité accrue de surveillance
fine, en fonctionnement normal,
permettrait d‟optimiser les stratégies
de maintenance, et leurs coûts
(s‟échelonnant de 7 M€ à 110 M€, par
tranche, selon les options de
maintenance).
La piste explorée dans la thèse est
l‟analyse de la réponse dynamique
des générateurs de vapeur lors d‟un
transitoire de puissance (essai
périodique existant), à l‟aide d‟un
modèle physique monodimensionnel.
13
Résultats
Deux améliorations ont été apportées
au modèle existant : la prise en
compte des débits perpendiculaires à
l‟axe du générateur de vapeur et la
modélisation du déséquilibre
cinématique entre la phase liquide et
la phase vapeur. Ces éléments ont
ajouté des degrés de liberté
permettant de mieux reproduire le
comportement réel des générateurs
de vapeur. Une nouvelle
méthodologie de calage et de
validation a été proposée afin de
garantir la robustesse du modèle.
Comme plusieurs configurations
spatiales de colmatage peuvent
donner des réponses identiques, une
méthode de réduction de dimension
appelée régression inverse par
tranches a été mise en œuvre pour
déterminer des sous-espaces de
projection optimaux pour le
diagnostic. Une méthode de
diagnostic, plus robuste et mieux
maîtrisée que celle existante, a ainsi
pu être proposée grâce à cette
nouvelle formulation.
Contacts
Doctorant : Sylvain GIRARD
Département EDF R&D : STEP
Tuteurs :
Jean-Mélaine FAVENNEC,
Alexandre GIRARD
Laboratoire : Centre de
Géosciences (Fontainebleau),
Centre Efficacité énergétique des
systèmes (Paris)
Ecole doctorale : ENSMP Mines
ParisTech
Directeur de thèse :
Hans WACKERNAGEL
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Diagnostic du colmatage des
générateurs de vapeur à
l‟aide de modèles physiques
et statistiques
Détermination non intrusive du colmatage des générateurs
de vapeur par couplage mesures-modèle
Prix de thèseThèse candidate au Prix annuel (2013) de Thèses ParisTech
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Thèse soutenue le 17/10/2013
Les études de sûreté-criticité
impactent l‟ensemble des activités de
l‟aval du cycle du combustible :
entreposage en piscine, transport
entre les CNPE et l‟usine de La
Hague et retraitement. En règle
générale, les études concernant les
combustibles usés stockés sont très
conservatives et considèrent ce
combustible comme neuf donc le plus
réactif possible. Le « Crédit Burn-up »
est la prise en compte de
l‟antiréactivité du combustible irradié
par rapport au combustible neuf. Sa
prise en compte dans les études de
sûreté-criticité permet de gagner des
marges importantes en termes de
dimensionnement des installations.
Actuellement, la mise en œuvre en
France du CBU se limite à la
dissolution des assemblages REP-
UOx à l‟usine de La Hague.
Cependant, 22 des 58 réacteurs
français utilisent du combustible MOx.
L‟enjeu de cette thèse est donc de
proposer une méthodologie Crédit
Burn-up adaptée aux particularités de
ce type de combustible et d‟en
évaluer l‟intérêt dans un cadre
industriel.
14
Résultats
Une méthodologie Crédit Burn-up
adaptée aux combustibles REP-MOx
validée et physiquement
représentative a été rigoureusement
établie, permettant de prendre en
compte les produits de fission et
permettant d'évaluer les biais liés au
bilan-matière et à l'antiréactivité des
isotopes considérés. Son application
à une piscine d'entreposage et un
château de transport a montré que les
conservatismes qu'elle introduit,
bénéficiant de la qualité des
programmes expérimentaux dédiés
du CEA, représentent 40 % du Crédit
Burn-up total pour les deux
configurations. L‟interprétation des
expériences d‟oscillation d‟isotopes
séparés réalisés dans le réacteur
expérimental MINERVE à Cadarache
a permis d‟évaluer l‟antiréactivité
individuelle des produits de fission et
d‟élaborer des matrices de
covariances associées à l'évaluation
JEFF-3.1.1 pour la capture du 149Sm
et du 103Rh.
Contacts
Doctorant :
Amalia CHAMBON
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteurs : Franck LAVAUD,
David LECARPENTIER
Laboratoire :
CEA DER/SPRC/LECy
Ecole doctorale :
IMEP-2 Grenoble
Directeur de thèse :
Alain SANTAMARINA
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Le Crédit Burn-up des
combustibles REP-MOx
français : méthodologie et
conservatismes associés à
l‟évaluation JEFF-3.1.1
Développer et évaluer une méthodologie Crédit Burn-up
adaptée aux combustibles REP-MOx français
Minerve (photo : CEA)
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Thèse soutenue le 29/06/2012
Parmi les combustibles nucléaires
irradiés dans les réacteurs à eau
pressurisée d„EDF, on trouve le
combustible MOX, acronyme anglais
de Mixed Oxide car il combine du
dioxyde de plutonium et d'uranium.
On y distingue trois phases,
correspondant à des teneurs
massiques en plutonium différentes.
La teneur en matière fissile y étant
différente, ces phases évoluent
différemment sous irradiation, tant du
point de vue mécanique que du point
de vue chimique. Pour modéliser
correctement le comportement
macroscopique du combustible MOX
dans un code de calcul industriel, les
modèles ont besoin d'être alimentés
de façon pertinente en propriétés
effectives, mais il est aussi
intéressant de disposer d'informations
sur les champs locaux afin d'établir
des couplages entre les mécanismes
(couplage mécanique physico-
chimie).
15
Résultats
L'objectif de la thèse fut donc de
développer une modélisation par
changement d'échelles basée sur
l'approche NTFA (Michel et Suquet,
2003). Ces développements ont été
réalisés sur des microstructures 3D
représentatives du MOX et pour un
comportement local visco-élastique
vieillissant avec déformations libres.
Le modèle a été validé par rapport à
des calculs de référence en champs
complets, aussi bien sur le
comportement effectif que sur les
champs locaux et pour différents
types d'essais. Nous avons
également positionné notre approche
par rapport à une méthode
d'homogénéisation récemment
développée (Ricaud et Masson,
2009). Ces méthodes sont très
rapides en temps CPU d'exécution
mais la méthode NTFA reste par
définition la méthode fournissant le
plus d'informations, la plus précise
mais nécessitant un travail amont
bien plus conséquent.
Contacts
Doctorant :
Rodrigue LARGENTON
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Gilles THOUVENIN
Laboratoire : CEA Cadarache
DEN/DEC/SESC/LSC, CNRS
Marseille LMA
Ecole doctorale Sciences pour
l‟Ingénieur : mécanique,
physique, micro et
nanoélectrique, Université de
Provence Aix Marseille 1 ED 353
Directeurs de thèse :
Jean-Claude MICHEL, Pierre
SUQUET
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Modélisation du
comportement effectif du
combustible MOX par une
analyse micro-mécanique en
champs de transformation
non uniformes
Modéliser le comportement moyen du combustible MOX
par une analyse micro-mécanique
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Thèse soutenue le 9/07/2013
Il est difficile pour l‟ingénierie de
construire une architecture de
contrôle-commande (CC) optimisée
(coût) répondant aux critères de
sûreté et de performance du
nucléaire. L‟enjeu est de proposer
aux ingénieries une méthode outillée
pour allouer les fonctions de CC sur
des composants d‟une architecture de
CC, avec les exigences et contraintes
du nucléaire, et valider l‟architecture
au plus tôt (minimiser les retours des
essais plate-forme).
Les difficultés principales à résoudre :
Les contraintes de sûreté et les
exigences de performance
temporelle.
Les contraintes de l‟offre en
systèmes : utilisation de produits du
commerce à caractéristiques
prédéfinies.
Le dimensionnement : 6000
fonctions (250 Systèmes
Elémentaires), + 90000 E/S TOR et
ANA, + 100 armoires de CC.
16
Résultats
Les travaux présentés dans cette
thèse proposent :
une formalisation des données et
contraintes du problème d'allocation
en modèle UML ;
une méthode d'allocation, par
analyse d'atteignabilité, basée sur un
mécanisme d'appel/réponse dans un
réseau d'automates communicants à
variables entières ;
le développement d‟un outil
d‟allocation basé sur cette méthode
(ATHENA) ;
la possibilité de trouver une ou un
ensemble de solutions ;
la comparaison de cette méthode à
une méthode de résolution par
programmation linéaire en nombres
entiers.
La démonstration/validation de l‟outil
a été validée sur des exemples de
cas fournis par le CNEN.
Les perspectives de ces travaux
sont :
l‟industrialisation de l‟outil ATHENA,
à la demande du CNEN pour le
dimensionnement des architectures ;
l'extension de la démarche
d‟allocation aux phases de validation
dans le cadre du cluster
CONNEXION.
Contacts
Doctorant : Thibault LEMATTRE
Département EDF R&D : STEP
Tuteur : Patrick SALAUN
Laboratoires : LURPA de l‟ENS
Cachan et le CRAN de
l‟Université de Lorraine
Ecole doctorale de Sciences
Pratiques de l‟ENS Cachan
Directeurs de thèse : Jean-Marc
FAURE, Jean-François PETIN
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Allocation de fonctions de
commande de systèmes
critiques par recherche
d'atteignabilité dans un
réseau d'automates
communicants
Comment allouer des fonctions d'automatismes sur les
composants de contrôle-commande ?
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Thèse soutenue le 27/04/2012
Le vieillissement des matériels
électriques intégrés dans les
systèmes du contrôle-commande des
CNPE doit être attentivement
surveillé afin de garantir les
exigences de sûreté de l‟installation et
de définir les plans de maintenance
préventive. Sachant que les
différentes manœuvres d‟insertion et
d‟extraction des cartes électroniques
dans les baies de contrôle-commande
peuvent endommager les
connecteurs, il est nécessaire
d‟étudier la cinétique de dégradation
conduisant à la défaillance des
connecteurs encartables dorés.
Plusieurs paramètres peuvent être à
l‟origine d‟un « faux contact » dans ce
type de connecteur : perte de force
des ressorts, corrosion, pollution. Si
des solutions ont été apportées pour
lutter contre la corrosion (dépôt d‟or
sur les surfaces en contact), la perte
des propriétés mécaniques des
contacts est inévitable du fait de la
longue durée de vie prévue pour ces
connecteurs. Leur durée de vie
résiduelle représente alors un enjeu
majeur et nécessite d‟être connue.
17
Résultats
L‟évolution des différents paramètres
caractérisant les connecteurs
encartables est étudiée pour un
nombre élevé de manœuvres
d‟insertion – extraction. Pour des
contacts avec revêtement d‟or, il a été
observé qu‟il existe une augmentation
de la force d‟insertion en fonction du
nombre et de la vitesse d‟insertion.
Cette augmentation, valable sur toute
la profondeur d‟insertion, s‟explique
par le phénomène d‟usure par
frottement. Ces frottements peuvent
survenir lors des manœuvres
successives d‟insertion et d‟extraction
et représentent l‟une des principales
contraintes mécaniques engendrant
la dégradation du connecteur. Aucune
valeur limite du pic d‟insertion n‟a
cependant été déterminée. Pour
surveiller l‟état des connecteurs, des
outils de diagnostic ont été
développés : un capteur innovant de
mesure directe de la force de contact
et un système d‟inspection visuelle
des connecteurs.
Contacts
Doctorant :
Hans ESSONE OBAME
Département EDF R&D : LME
Tuteur : Bastien COUSIN
Laboratoire :
Institut de Physique de Rennes
Ecole doctorale :
Université de Rennes 1, Science
de la matière
Directeur de thèse :
Rochdi EL-ABDI
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Etude expérimentale des
défauts de connecteurs
encartables dorés et mise en
œuvre d'outils de diagnostic
Surveiller le vieillissement des matériels électriques
intégrés dans les systèmes de contrôle-commande
Système d‟inspection visuelle in-situ des connecteurs encartables
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Thèse soutenue le 19/06/2012
Dans un réacteur nucléaire, l‟enceinte
de confinement constitue la barrière
de protection ultime en cas
d‟accident. Or les contrôles
décennaux durant lesquels l‟enceinte
est mise en surpression semblent
indiquer, pour certains sites, une
dégradation de l‟étanchéité qui, à
terme, impliquerait des réparations
lourdes. On comprend dès lors tout
l‟enjeu d‟une modélisation numérique
pour discriminer les sources de fuite,
identifier leur localisation afin
d‟optimiser un programme de
réparation et estimer leur débit en
situations accidentelles – pour
lesquelles les conditions physiques
diffèrent sensiblement de celles des
épreuves – de sorte notamment à
quantifier la marge prise par les
critères réglementaires. Une telle
démarche pourra en outre s‟appuyer
sur le programme expérimental
Vercors, une enceinte à l‟échelle 1/3
située sur le site EDF R&D des
Renardières, dont les résultats
expérimentaux viendront valider les
hypothèses de modélisation.
18
Résultats
En se restreignant volontairement aux
fuites à travers des fissures, le débit
dépend pour une large part du niveau
d‟ouverture des fissures. Mais même
en ayant circonscrit le problème,
nombre de phénomènes concourent à
ce paramètre clé, parmi lesquels le
comportement du béton (fluage,
endommagement), l‟interaction avec
les armatures et les câbles de
précontrainte... A cela s‟ajoute le fait
que ces phénomènes se déroulent à
l‟échelle du centimètre, à comparer
aux dizaines de mètres d‟une
enceinte. La thèse a proposé une
modélisation simplifiée des câbles,
des armatures et de leur liaison avec
le béton, compatible avec des
modèles d‟endommagement et de
fluage du béton et raisonnablement
représentative de la réalité vis-à-vis
de l‟ouverture de fissure. Une
confrontation aux résultats d‟une
maquette industrielle a validé la
pertinence physique de la démarche
et son caractère opérationnel.
Contacts
Doctorant : Martin DAVID
Département EDF R&D : AMA
Tuteur : Eric LORENTZ
Laboratoire de Mécanique des
Solides (LMS Palaiseau)
Ecole doctorale :
Ecole Polytechnique
Directeur de thèse :
Jean-Jacques MARIGO
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Approche multi-échelle du
comportement mécanique
des structures en béton
armé - Application aux
enceintes de confinement
des centrales nucléaires
Modéliser les armatures et les câbles de précontrainte
dans les enceintes de confinement en béton
Prix de thèse
Prix de thèse de l‟Ecole Polytechnique.
Capitalisation et diffusion à travers
Salomé-Méca, logiciel libre
Ferraillage de la maquette « Partie Courante d‟Enceinte »
à Karlsruhe
Armatures et
gaines de
précontrainte
de l‟EPR
FLA3
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Thèse soutenue le 1/02/2012
Dans un contexte d‟une part
d‟évolution des exigences de sureté
et d‟autre part de prolongation de la
durée de fonctionnement du parc
nucléaire exploité par EDF, les études
nécessaires pour justifier la tenue
mécanique des matériels exploités
par EDF conduisent souvent à sortir
du périmètre de validité des règles
codifiées habituellement utilisées. Il
est alors nécessaire de mettre en
œuvre des études complexes qui
s‟appuient sur la simulation
numérique. Les modèles permettant
de simuler la ruine d‟une structure
peuvent être classés en deux grandes
catégories : la première se base sur
une description continue de la
dégradation du matériau
(endommagement), la seconde sur
une description discontinue
(discontinuité franche). Considérés
séparément, ces modèles ne
permettent pas de représenter toutes
les étapes du processus de
fissuration : l‟enjeu principal de cette
thèse consiste à évaluer dans quelle
mesure leur mise en œuvre conjointe
est réalisable dans un code de calcul
et permet de lever ce verrou
scientifique.
19
Résultats
Afin de garantir la cohérence de
l‟approche consistant à passer d‟un
modèle d‟endommagement continu à
un modèle de fissuration discontinu
au sein d‟un même modèle
numérique, il est nécessaire de
respecter les principes fondamentaux
de la mécanique : préserver
l‟équilibre mécanique et assurer la
conservation de l‟énergie. Après avoir
déterminé les modèles les plus
adaptés à ce type d‟approche, un
premier résultat a consisté à établir
une stratégie permettant le passage
d‟un modèle continu à un modèle
discontinu sur la base d‟un problème
à une dimension, et assurant de
manière exacte le respect des
principes mentionnés ci-dessus.
Cette stratégie a ensuite été étendue
aux modélisations 2D et 3D, et mise
en œuvre dans le code de calcul
mécanique Code_Aster développé
par EDF R&D, permettant ainsi de
simuler l‟apparition et la propagation
de fissures.
Contacts
Doctorant : Sam CUVILLIEZ
Département EDF R&D : AMA
Tuteur :
Sylvie MICHEL-PONNELLE
Laboratoire :
Centre des Matériaux, ONERA
Ecole doctorale :
MINES ParisTech
Directeur de thèse :
Frédéric FEYEL
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Passage d‟un modèle
d‟endommagement continu
régularisé à un modèle de
fissuration cohésive dans le
cadre de la rupture quasi-
fragile
Modéliser la dégradation d‟un matériau, de l‟apparition
d‟un endommagement diffus jusqu‟à sa fissuration
Prix de thèse Paul Caseau 2013Ce prix, décerné chaque année à trois jeunes chercheurs, récompense des travaux
présentant un caractère exceptionnel sur le plan de la qualité scientifique et de
l'originalité des idées ou de la démarche.
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Thèse soutenue le 26/04/2013
Des composants de centrales
nucléaires sont soumis à de fortes
variations cycliques de température
dues au passage de fluide
alternativement froid et chaud, un
exemple étant le T de mélange où un
tuyau d‟eau chaude rejoint un tuyau
d‟eau froide avec une importante
différence de température. Les
fluctuations thermiques dans les tés
de mélange peuvent mener à
l'apparition de fissures qui se
propagent plus ou moins rapidement
dans la structure.
Pour réduire ces risques, on peut
installer des mélangeurs statiques
(static mixers) afin d‟accroître le
mélange. Une telle technologie a été
utilisée par Utveckling AB depuis
1980 dans des installations
nucléaires. Toutefois, ces
technologies sont très coûteuses.
C'est pour cette raison que plusieurs
investigations numériques ont été
faites pour prédire les fluctuations de
température causées par le mélange
turbulent dans cette configuration
d'écoulement.
20
Résultats
La problématique technique est la
fatigue thermique, facteur pénalisant
pour la disponibilité du parc nucléaire.
L‟intérêt scientifique est le progrès
concernant la prise en compte de la
thermique dans les modèles LES
(cœur de l‟écoulement et paroi). Un
autre intérêt est la participation aux
réseaux OCDE/AEN et NULIFE.
L‟objectif de compréhension fine des
phénomènes instationnaires de
fatigue thermique dans les T de
mélange a facilité la création d‟une
base de données numérique inédite
obtenue par simulation numérique
directe (DNS : Direct Numerical
Simulation) et quasi DNS sur une
configuration expérimentale
documentée de té de mélange. Son
exploitation devrait permettre à
l‟avenir de mieux comprendre les
phénomènes physiques mis en
œuvre. En outre, ces travaux ont
permis de consolider la participation
d‟EDF à un benchmark en aveugle
sur le té de mélange organisé par
l‟Agence pour l‟Energie Nucléaire de
l‟OCDE et par la R&D de l‟exploitant
Vattenfall.
Contacts
Doctorant :
Jean-Marc NDOMBO
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Richard HOWARD
Laboratoire : M2P2 (Modélisation
en Mécanique et Procédés
Propres, UMR 6181), Université
Aix Marseille
Ecole doctorale : Sciences pour
l‟ingénieur - Mécanique,
Physique, Micro et
Nanoélectronique
Directeur de thèse : Eric SERRE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Modélisation numérique d'un
écoulement anisotherme
dans un té de mélange par
simulation des grandes
échelles
Réduire le risque de propagation de fissures dans les
tuyauteries du parc nucléaire
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Thèse soutenue le 3/05/2012
Dans un grand nombre d‟études de
durée de vie des composants des
centrales de production, des calculs
de propagation de fissures en fatigue
doivent être menés. Aujourd‟hui, ces
études de propagation sont réalisées
le plus souvent avec des hypothèses
simplificatrices sur les chargements,
sur le comportement des matériaux,
sur la géométrie de la fissure… Ces
hypothèses ne permettent pas
toujours de répondre de manière
satisfaisante aux problématiques
soulevées par le parc. Par exemple,
on ne peut pas bien représenter l‟effet
d‟histoire, c‟est-à-dire l‟influence de
l‟ordre des différentes séquences de
chargement sur les cinétiques de
propagation de fissure dans les
composants en acier. L‟enjeu
principal est donc de dépasser ces
limites, en s‟intéressant plus
spécifiquement aux chargements
complexes (multi-axiaux et non
proportionnels).
21
Résultats
En combinant de manière étroite les
aspects numériques et
expérimentaux, le travail conduit
pendant cette thèse a permis de
progresser significativement dans la
compréhension et la modélisation des
effets d‟histoire sous chargement
multiaxial. Les essais menés sur
l‟acier 316L, très courant sur le parc
nucléaire, ont permis de bien
discriminer les contributions de deux
mécanismes principaux évoqués pour
expliquer les effets d‟histoire : la
plasticité d‟une part, et les
interactions de type contact et
frottement, d‟autre part. Sur le plan
numérique, un modèle incrémental de
propagation a été proposé et validé
par comparaison aux résultats
expérimentaux. Le modèle permet
d‟identifier correctement les trajets de
chargement les plus
endommageants.
Contacts
Doctorant : Flavien FREMY
Département EDF R&D : AMA
Tuteurs : Erwan GALENNE,
Jean-Christophe LE ROUX
Laboratoire : LMT Cachan
Ecole doctorale : ENS Cachan
Directeur de thèse :
Sylvie POMMIER
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Fissuration par fatigue en
mode mixte I+II+III non
proportionnel dans l'acier
316L - Approche
expérimentale et
modélisation des effets de la
plasticité
Modéliser la propagation de fissures de fatigue sous
chargement complexe dans les composants du nucléaire
PrixBest Poster Award lors de la conférence Fatigue Damage 2010 à Hyanis
(Etats-Unis)
Observation au MEB de la surface de rupture après
chargement mixte alterné I+II+III
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Thèse soutenue le 29/11/2012
Afin de prédire la durée de vie des
centrales nucléaires, il est
indispensable de comprendre les
mécanismes de vieillissement sous
irradiation de leurs composants, et
notamment les mécanismes à
l‟origine de la fissuration de certaines
vis de liaison du cloisonnement des
structures internes des réacteurs à
eau pressurisée.
Ce travail expérimental permet
d‟apporter des données de référence
aux simulations et de valider des
résultats de simulations développés
dans le projet interne d‟EDF R&D
(PERFORM) et le projet Européen
PERFORM-60, dont l‟objectif est de
développer un modèle multi-échelle
permettant d‟appréhender les
phénomènes de vieillissement des
aciers austénitiques constituant la
structure interne du cœur des
réacteurs à eau pressurisée.
22
Résultats
Les différentes techniques de
caractérisation utilisées (Microscopie
électronique en transmission, sonde
atomique tomographique,
spectroscopie d‟annihilation des
positrons) ont permis d‟obtenir une
description de la microstructure
d'irradiation à différentes
températures et doses pour des
aciers de pureté commerciale et des
aciers modèles.
L‟irradiation entraîne la formation de
boucles de dislocation, de cavités, de
tétraèdres de fautes d'empilement
ainsi que la redistribution d'éléments
chimiques (Ni et Si) le long des
défauts d‟irradiation. Des différences
quantitatives et qualitatives de
microstructure ont été mises en
évidence entre les aciers modèles et
les aciers commerciaux. Cette étude
permet de fournir une base de
données qui sera utilisée pour la
réalisation de la modélisation des
effets d‟irradiation dans les aciers
austénitiques des structures internes
des REP.
Contacts
Doctorant : Alexandre VOLGIN
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Cédric POKOR
Laboratoire : Groupe de
Physique des Matériaux
Ecole doctorale SPMII (Sciences
Physiques, Mathématiques et de
l‟Information pour l‟Ingénieur),
Université de Rouen
Directeur de thèse :
Philippe PAREIGE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Caractérisation et
compréhension des effets
d‟irradiation aux ions sur la
microstructure des aciers
inoxydables austénitiques
Comprendre les mécanismes de vieillissement sous
irradiation des composants des centrales nucléaires
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Thèse soutenue le 7/11/2013
La dégradation par la corrosion de
certains composants métalliques des
centrales nucléaires à réacteur à eau
sous pression engendre la présence
de produits de corrosion sous forme
de particules ou d‟espèces ioniques
dans le circuit primaire. Ces
particules conduisent, par leur
activation sous flux neutronique, à
l‟augmentation de la dosimétrie. Le
contributeur majoritaire à la dose est
le 58Co, issu de l‟activation du 58Ni,
qui provient lui-même principalement
de la corrosion des alliages base
nickel des tubes de générateur de
vapeur (GV). Dans ce contexte, il
apparaît nécessaire de bien
caractériser les couches d‟oxydes qui
se forment à la surface des alliages
base nickel, constitutifs des tubes de
GV et qui peuvent former une barrière
diffusive jouant un rôle passivant,
limitant ainsi le relâchement du nickel
depuis le métal de base. La formation
de ces couches est contrôlée par les
conditions physico-chimiques du
milieu mais aussi par les
caractéristiques du matériau. Il est
donc important de comprendre
l‟impact de chacune de ces
caractéristiques sur la nature et la
formation de la couche barrière.
23
Résultats
Cette étude a permis de poser des
jalons dans l‟utilisation du ToF-SIMS
pour la caractérisation des oxydes
formés en milieu primaire. Trois
paramètres matériaux ont été
étudiés : (i) un lien entre l‟orientation
cristallographique et l‟oxydation a
été mis en évidence, (ii) aucune
influence de la taille de grain n‟est
observée entre 20-25 µm et 100 µm
(répartition homogène de la taille ), et
(iii) la teneur en carbure de chrome
intergranulaire a une influence
significative sur la composition et la
structure de la couche interne riche
en chrome. L‟influence de différents
paramètres physico-chimiques du
milieu sur l‟oxydation et le
relâchement ont été étudiés : la
température et le pH diminuent le
relâchement lorsque ces deux
paramètres augmentent. Si, a priori,
on n‟observe pas de modification de
la composition des couches d‟oxydes
en fonction du pH, l‟épaisseur des
films est d‟autant plus faible que le pH
est élevé. Lors de l‟augmentation de
la température, l‟oxyde est plus fin et
plus riche en chrome. Un lien entre
corrosion et relâchement a pu être
mis en évidence
Contacts
Doctorant : Arnaud MAZENC
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Stéphanie LECLERCQ
Laboratoire de Physico-Chimie
des Surface Chimie ParisTech
CNRS, UMR 7045
Ecole doctorale : ED388, Chimie,
Physique et Chimie Analytique
Directeurs de thèse : Anouk
GALTAYRIES, Philippe
MARCUS
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Caractérisation par ToF-
SIMS des couches de
passivation des tubes GV en
alliage 690 pour l'industrie
nucléaire : apport à la
compréhension des
mécanismes
Contrôler la formation des couches d‟oxyde en surface des
tubes de générateurs de vapeur pour limiter le
relâchement de métaux dans le circuit
Prix
Prix du meilleur poster étudiant lors de la
conférence internationale SIMS XVIII.
0
5000
1 104
1.5 104
2 104
2.5 104
3 104
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000
CrO- G
CrO2
- G
FeO- G
Ni2
- G
CrNiO- G
NiOH- G
Temps d'érosion ionique (s)
No
mb
re d
e c
ou
ps d
es io
ns F
eO
-, CrN
iO-, N
iOH
- et N
i2
-
No
mb
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e c
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t C
rO2
-
0
5000
1 104
1.5 104
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2.5 104
3 104
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
0 500 1000 1500 2000
CrO- D
CrO2
- D
FeO- D
CrNiO- D
NiOH- D
Ni2
- D
Nom
bre
de
cou
ps d
es io
ns C
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t C
rO2
-
Nom
bre
de
cou
ps d
es io
ns F
eO
-, CrN
iO-, N
iOH
- et N
i2
- Temps d'érosion ionique (s)
Grains sombres
Répartition des grains en fonction de
leur orientation
Profil ToF-SIMS
Représentation schématique de la
couche d’oxydeAlliage à base nickel
Couche riche en oxyde de nickel
Hydroxyde de nickel Ni(OH)2
Ni(1-x)Fe(x)Cr(2)O4
Zone enrichie en nickel
Oxyde intragranulaire :
Couche riche en oxyde de chrome Cr2O3
Milieu Primaire
Alliage à base nickel
Ni(1-x)Fe(x)Cr(2)O4Oxyde intragranulaire :
Milieu Primaire
Hydroxyde de nickel Ni(OH)2
Couche riche en oxyde de nickel
Couche riche en oxyde de chrome Cr2O3
Alliage à base nickel
Ni(1-x)Fe(x)Cr(2)O4Oxyde intragranulaire :
Milieu Primaire
Hydroxyde de nickel Ni(OH)2
Couche riche en oxyde de nickel
Couche riche en oxyde de chrome Cr2O3
Alliage à base nickel
Ni(1-x)Fe(x)Cr(2)O4Oxyde intragranulaire :
Milieu Primaire
Hydroxyde de nickel Ni(OH)2
Couche riche en oxyde de nickel
Couche riche en oxyde de chrome Cr2O3
Grains gris
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Thèse soutenue le 17/12/2012
Les peintures constituent la première
barrière de protection de substrat
contre la contamination. Dans le
bâtiment réacteur, ces peintures
subissent un phénomène d‟oxydation
en service responsable de
l‟affaiblissement des propriétés
mécaniques conduisant
potentiellement à la libération de
débris en cas d‟accident. Cette étude
a permis d‟analyser le processus de
vieillissement de réseaux Epoxy en
régime thermo-radio oxydatif. L‟étude
de l‟influence de la formulation
(rapport résine/durcisseur) sur le
comportement de ces matériaux en
service est une approche intéressante
qui donne non seulement des
éléments sur la durabilité de ces
matériaux mais montre surtout qu‟une
optimisation de la résistance des
polymères nucléaires à leur
environnement est envisageable.
24
RésultatsLes vieillissements accélérés ont mis
en évidence des produits d‟oxydation
formés au cours d‟exposition. Des
systèmes chimiques modèles et des
caractérisations en spectrométrie
infrarouge ont permis l‟identification
de ces produits. Une espèce a été
particulièrement identifiée comme
responsable de la dégradation des
propriétés mécaniques : l‟acide. La
variation du rapport résine/durcisseur
avec la formation de l‟acide a été
examinée. Les cinétiques de
production se sont relevées assez
proches pour les différents rapports
stœchiométriques étudiés. En
revanche, l‟évolution de l‟élongation à
rupture en fonction du temps
d‟exposition en température, test
réalisé sur des films minces, a montré
une meilleure conservation de cette
propriété pour le rapport (R=1). Un
modèle cinétique simulant l‟évolution
de l‟espèce « acide » au cours d‟une
exposition thermique a été proposé.
Basées sur des critères de
fragilisation mécanique, des durées
de vie réalistes en service ont été
estimées montrant des différences
notables en fonction de la localisation
des revêtements et la température
d‟exposition dans le bâtiment
réacteur.
Contacts
Doctorant : Yahya ZAHRA
Département EDF R&D :
MMC
Tuteur : Marc KUNTZ
Laboratoire : Procédés
d'Ingénierie en Mécanique et
Matériaux (PIMM)
Ecole doctorale : Ecole Nationale
Supérieure des Arts & Métiers
(ENSAM)
Directeur de thèse :
Bruno FAYOLLE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Prolonger la durée de vie des peintures epoxy des
bâtiments réacteurs par l‟analyse des mécanismes de
vieillissement en service
Dégradation de réseaux
Epoxy/Amine en ambiance
nucléaire
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Thèse soutenue le 26/11/2012
La robustesse vis-à-vis de la
fissuration des matériels mécaniques
des circuits sous pression des REP
doit être démontrée, tant au niveau de
la conception que de l‟exploitation.
Des difficultés liées aux méthodes
d‟analyse en mécanique de la rupture
ou aux propriétés des matériaux sont
parfois rencontrées lors des études
de justification de la tenue d‟un
défaut.
Faute d‟une méthode adaptée ou de
données matériau précises, certaines
justifications de défaut n‟aboutissent
pas, ce qui conduit à des études
numériques complexes, des
contrôles, et parfois à des réparations
ou des prolongations d‟arrêt de
tranche. L‟objectif de ces travaux de
thèse est d'améliorer la prévision de
la rupture des tuyauteries du circuit
secondaire principal des centrales
nucléaires par une meilleure
connaissance des caractéristiques de
rupture des matériaux utilisés, en
particulier pour les aciers au carbone
manganèse sensibles au
vieillissement sous déformation.
25
Résultats
Tout d‟abord une large base de
données expérimentales a été
constituée pour étudier le
comportement et la rupture pour
différents états du matériau vieilli ou
non. Ces travaux ont ensuite permis
de définir et d‟identifier un modèle de
comportement détaillé et physique
permettant de représenter le
phénomène de vieillissement sous
déformation.
Une procédure d‟identification
simplifiée de ce modèle a en
particulier été proposée. Les essais
de mécanique de la rupture du
programme expérimental ont été
modélisés avec succès par des
calculs aux éléments finis avec le
modèle de comportement intégrant le
vieillissement. Enfin, l‟approche locale
de la rupture a été mise en œuvre
pour prédire la rupture du matériau
vieilli ou non. Les résultats obtenus
ont montré la possibilité de prévoir et
de reproduire les effets du
vieillissement sous déformation sur la
rupture.
Contacts
Doctorant : Anthony MARAIS
Département EDF R&D : MMC
Tuteurs : Aurore PARROT,
Patrick LE DELLIOU
Laboratoire : Centre des
Matériaux de l‟École des Mines
de Paris
Ecole doctorale : École des
Mines de Paris
Directeur de thèse : S. FOREST
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Influence du vieillissement
statique sur la transition
ductile - fragile des aciers au
C-Mn
Modéliser l‟influence du vieillissement sous déformation
sur la rupture des aciers au C-Mn du circuit secondaire
des réacteurs à eau pressurisée
Modélisation d‟essais
de résilience pour un
matériau vieilli ou non
vieilliMatériau non vieilli
Matériau vieilli
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 25/10/2013
Le contrôle ultrasonore des matériaux
polycristallins dans l‟industrie
nucléaire représente un challenge
scientifique important pour EDF. En
effet, ces matériaux (soudure, alliages
à base nickel, acier austéno-ferritique
moulé…) sont couramment utilisés
dans les composants du circuit
primaire mais restent difficiles à
contrôler car l‟interaction de l‟onde
avec leur microstructure est complexe
et conduit à une dégradation mal
maîtrisée du faisceau ultrasonore lors
de sa propagation. En particulier,
lorsque la taille caractéristique des
hétérogénéités est de l‟ordre de la
longueur d‟onde, une atténuation de
l‟onde et l‟apparition d‟un bruit de
structure peut limiter les
performances des techniques
traditionnelles. Le phénomène de
diffusion multiple des ondes est
responsable de cette altération. Pour
étudier cette problématique, un travail
de thèse sur la réduction de la
diffusion multiple dans un alliage à
base nickel (Inconel600®) a été
réalisé en partenariat avec l‟Institut
Langevin.
26
Résultats
Une nouvelle technique de filtrage
basée sur la théorie des matrices
aléatoires a permis de séparer
efficacement les contributions de
diffusions simples (utiles à l‟imagerie)
et multiples (pénalisantes pour
l‟imagerie). Puis une détection de
cible basée sur le retournement
temporel (méthode DORT) a été
appliquée aux données filtrées. Les
résultats obtenus sur des maquettes
en Inconel600® ont montré une
amélioration importante du taux de
détection et du rapport signal à bruit
(Figure 1). De plus, une étude
numérique avec le code ATHENA 2D
(développé par EDF R&D) a montré
que le code était capable de
reproduire des phénomènes
complexes d'interférences qui
n'existent qu'en milieu multi-diffusant.
Une confrontation avec les résultats
expérimentaux a permis de valider le
code. En particulier, le pic de
rétrodiffusion cohérente a été
reproduit en modélisant le milieu à
l‟échelle du grain.
Contacts
Doctorant :
Sharfine SHAHJAHAN
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Fabienne RUPIN
Laboratoire : Institut Langevin
(Paris)
Ecole doctorale : Matière
Condensée et Interfaces –
Université Paris Diderot
Directeur de thèse :
Arnaud DERODE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Étude expérimentale et
numérique d‟un procédé de
détection de défauts fondé
sur la théorie des matrices
aléatoires : application au
contrôle de matériaux
polycristallins multiplement
diffuseurs par un réseau de
transducteurs ultrasonores
Améliorer la détection de défaut par ultrason dans les
matériaux polycristallins à « gros grains »
(a): la détection du défaut situé à 70mm échoue. (b): le défaut à 70mm est correctement détecté.
Prix1er Prix Claude Birac (COFREND 2011).
Comparaison d‟images obtenues par contrôle ultrasonore : (a) Imagerie
classique par focalisation en tout point (b) Imagerie par méthode DORT
avec filtrage de la diffusion multiple.
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Thèse soutenue le 22/01/2013
Les machines tournantes, comme par
exemple les turbines des centrales
nucléaires, peuvent être
périodiquement le siège de crises
vibratoires. Il est important pour EDF
de savoir maîtriser ces effets car de
telles vibrations peuvent conduire à
un arrêt automatique du composant
(enjeu disponibilité) et à l‟initiation et
l‟amorçage de défauts (enjeu durée
de fonctionnement). La simulation
numérique constitue une aide pour la
compréhension et la résolution de
telles crises. L‟approche classique de
la simulation de machines tournantes
en régime dynamique est basée sur
une représentation simplifiée dite
poutre. Cette approche est
généralement suffisante, mais ne
permet pas la prise en compte d‟un
phénomène localisé (de type fissure,
contact, impact). Une étude basée sur
un modèle tridimensionnel fin serait
alors nécessaire, mais avec des
coûts de calcul rédhibitoires. L‟enjeu
de cette thèse consiste alors à
développer une méthode pour
superposer à une modélisation
globale « poutre » des modèles
volumiques locaux pour la prise en
compte de non-linéarités.
27
Résultats
Dans le cadre de la thèse, l‟approche
de raccord de modèle poutre – 3D en
dynamique a été proposée et
développée dans Code_Aster. La
pertinence de ces travaux a été
illustrée par un cas semi-industriel
représentant une application de type
machines tournantes avec contact
rotor - stator. Cette approche
permettra, grâce à la richesse des
modèles 3D, d‟étudier tout autre
phénomène physique apparaissant
au cours du fonctionnement au
niveau des zones susceptibles de voir
initier des phénomènes
d‟endommagement (les plateaux
d‟accouplement, les alésages et les
racines des disques et des ailettes,
etc.). Les résultats de telles études
pourront être validés par comparaison
à des résultats expérimentaux sur des
bancs d‟essais d‟EDF R&D ou de ses
partenaires.
Contacts
Doctorant : Assaf GHANEM
Département EDF R&D :
AMA, LaMSID
Tuteur : Mohamed TORKHANI
Laboratoire : LAMCOS de l‟INSA
de Lyon
Ecole doctorale : INSA de Lyon
Directeur de thèse :
Thouraya BARANGER
Représentation schématique d‟un groupe turbo-alternateur
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Contribution à la
modélisation avancée des
machines tournantes en
dynamique transitoire dans
le cadre Arlequin
Résoudre les crises vibratoires des machines tournantes
Groupe turbo-alternateur de CNPE lors d‟une opération de
maintenance
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Thèse soutenue le 18/11/2013
L‟optimisation de la gestion d‟un
patrimoine d‟ouvrages nécessite une
base de données fiable répertoriant
l‟état de chaque ouvrage. La
déformation, globale et locale de la
structure lors des sollicitations de
service, ainsi que son état de
fissuration sont des indicateurs de la
tenue mécanique de l‟ouvrage et de
ses pathologies potentielles. Disposer
d‟un système de mesures de
déformation réparties par fibre
optique se révèle être un atout de
premier ordre pour la surveillance
d‟une structure de génie civil puisqu‟il
permet, généralement avec un seul
câble à fibre optique noyé dans le
béton, d‟obtenir des profils de
mesures avec un pas centimétrique
sur une portée kilométrique, à
condition que ses performances
soient en adéquation avec les
exigences du maître d‟ouvrage
gestionnaire.
28
Résultats
Une méthodologie a été développée,
puis appliquée à un câble à fibre
optique particulier, afin de
caractériser les processus de
transferts d‟efforts entre le milieu hôte
et la fibre optique à travers le
revêtement du câble. Un système de
mesure complet a été évalué
métrologiquement sur la base d‟une
analyse d‟essais « du laboratoire au
terrain ». Enfin, une étude de
vieillissement a été menée sur le
câble particulier pour connaître
l‟impact de conditions chimique,
thermique et mécanique, rencontrées
dans le cadre d‟une application
d‟enceinte de confinement de centrale
nucléaire.
Contacts
Doctorant :
Jean-Marie HENAULT
Département EDF R&D : STEP
Tuteur : Jean SALIN
Laboratoire : Institut Français des
Sciences et Technologies des
Transports, de l‟Aménagement et
des Réseaux (IFSTTAR)
Ecole doctorale Sciences,
Ingénierie et Environnement 6
Université Paris Est
Directeur de thèse :
Karim BENZARTI
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Capacité de la technique de mesure à détecter et localiser les fissures dans
une structure en béton armé (résultats de mesures de déformation réparties
le long d'une fibre optique d'un câble noyé dans une poutre en béton armé
sollicitée en flexion 4 points à différents chargements).
Durabilité d‟un système de mesure de déformation par
fibre optique pour l‟auscultation d‟ouvrages en béton
Approche méthodologique
pour l‟évaluation des
performances et de la
durabilité des systèmes de
mesure répartie de
déformation. Application à un
câble à fibre optique noyé
dans le béton
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Thèse soutenue le 25/06/2012
EDF fait des relevés laser 3D en
centrale au moins une fois par
semaine pour mener des études
d‟ingénierie (étude de déplacement
de colis par exemple) et doit réaliser
des modèles CAO à partir de ces
relevés laser. Ces modèles CAO sont
constitués d‟un assemblage de
primitives géométriques simples
(plans, cylindres etc.). Le travail de
reconstruction permettant d‟aboutir à
ces modèles CAO est long et
fastidieux. L‟objectif de la thèse vise à
accélérer ce travail en l‟automatisant
partiellement.
29
Résultats
Une méthode de reconstruction de
primitives géométriques simples
(plans, cylindres, coudes) a été
développée à partir d‟un modèle CAO
a priori qui sert de guide à la
reconstruction et d‟un nuage de
points issu du relevé laser. Le
prototype logiciel associé a permis de
tester les performances de la
méthode sur de vraies scènes issues
de centrales. L‟exemple ci-dessus
correspond à une portion d‟installation
EDF. Le modèle CAO a priori
apparaît en gris sur l‟image en haut à
gauche. Les primitives du modèle
CAO reconstruit sont montrées en
gris sur l‟image de droite. La méthode
développée par le doctorant est
intéressante mais présente des
limites : les paramètres d‟entrée des
algorithmes sont délicats à régler, le
modèle CAO reconstruit n‟est pas
exhaustif, des contraintes
d‟assemblage des primitives entre
elles (concentricité, coïncidence etc.)
devraient être prises en compte. De
ce fait, il est préférable de segmenter
sommairement les zones à modéliser
dans le nuage de points. Le prototype
logiciel n‟est pas encore utilisable en
production.
Contacts
Doctorant : Aurélien BEY
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteurs : Raphaël MARC,
Guillaume THIBAULT
Laboratoire : LIRIS (Laboratoire
d'InfoRmatique en Image et
Systèmes d'information)
Ecole doctorale : InfoMaths,
Université C. Bernard Lyon 1
Directeurs de thèse :
Samir AKKOUCHE , Raphaëlle
CHAINE
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Reconstruction de modèles
CAO de scènes complexes à
partir de nuages de points
basée sur l‟utilisation de
connaissances a priori
Reconstruire des modèles CAO à partir de nuages de
points 3D
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Thèse soutenue le 16/05/2012
Les turbo-alternateurs assurent la
conversion de l‟énergie mécanique
sur l‟arbre de la turbine en énergie
électrique. Leur disponibilité est donc
primordiale pour assurer une bonne
continuité de service. Des contrôles et
des diagnostics sont mis en œuvre
pour réduire les risques de défaillance
et planifier la maintenance
nécessaire. La thèse visait à
consolider, via une approche
éléments-finis, le diagnostic réalisé
avec le moyen de mesure Elcid
(ELectromagnetic Core Imperfection
Detector) et le test de magnétisation
sous flux nominal, qui permettent
dans une certaine mesure de détecter
la présence de court-circuit entre
tôles du circuit magnétique. Ces
courts-circuits sont associés, en
exploitation, à des points chauds
pouvant être la cause de brûlure du
système d‟isolation (risque
d‟amorçage) voire de fontes du circuit
magnétique.
30
Résultats
Le travail de thèse a porté sur la
modélisation des méthodes de
diagnostic ainsi que sur la
problématique de modélisation multi-
échelle posée par les tôles des
circuits magnétiques (faible épaisseur
pour grandes dimensions par
ailleurs). Le principal résultat de la
thèse a donc été l‟établissement et la
mise au point d‟une méthode
permettant d‟homogénéiser les
parties de circuit magnétique peu
affectées par le défaut et de mailler
finement les zones parcourues par les
courants de défaut.
Contacts
Doctorant :
Juliana-Luisa MÜLLER
Département EDF R&D :
LAMEL/THEMIS
Tuteur : Jean-Yves ROGER
Laboratoire : L2EP (Lille ),
Grucad (Brésil)
Ecole doctorale : Université de
Lille (France), Université de
Santa Catarina (Brésil)
Directeur de thèse :
Francis PIRIOU
1. Fonte d‟un circuit magnétique suite à un défaut (IEEE
transactions on energy conversion)
2.Modélisation des courants de défaut au niveau d‟une
dent du circuit magnétique
3. Calcul d‟une valeur de point chaud associé à la
présence d‟un court-circuit en bout de dent
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Contribution à la
modélisation de tests de
diagnostic de courts-circuits
entre tôles dans les stators
de turboalternateurs
Simulation de détection des courts-circuits entre tôles
dans les stators de turboalternateurs
Centrale thermique : mise en place du rotor dans le stator.
Photo : EDF - Laurent VAUTRIN
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Thèse soutenue le 18/11/2013
Les bobinages statoriques des grands
turbo-alternateurs sont le siège de
forces de Laplace qui sont à l‟origine
de vibrations de ces structures. Ces
vibrations peuvent générer des
problèmes de maintenance et/ou
d‟exploitation. Les niveaux atteints
dépendent du design de la machine,
de sa réalisation mais également des
régimes de fonctionnement qu‟elle
subit. Il s‟agit principalement d‟un
problème mécanique dont l‟origine est
électromagnétique. La détermination
des efforts dans les cages de
développantes est donc une première
étape pour une meilleure maîtrise des
problèmes vibratoires des cages de
développantes d‟alternateurs. Une
bonne maîtrise des valeurs des
efforts et de leur répartition,
notamment en tenant compte des
régimes de fonctionnement, permettra
à terme de fournir des informations
utiles pour les modélisations
mécaniques. L‟objectif final est que la
modélisation électromagnétique et
mécanique facilite la réception de
machine neuve, le maintien en
exploitation des alternateurs et
l‟optimisation de la maintenance et
des coûts de production associés au
service système.
31
Résultats
La thèse a permis la synthèse et la
comparaison en termes de
performance et de précision du
passage de solutions d‟un maillage
adapté à une physique à un autre
maillage adapté à une seconde
physique. Elle a permis également
d‟établir les performances relatives
entre ces méthodes en fonction de la
position des champs de solutions
(nœuds, arêtes, facettes, volume).
Ces travaux permettent de coupler
divers codes d‟EDF (Code_Carmel
pour l‟électromagnétisme,
Code_Aster pour la mécanique et
Syrthès pour le thermique). Il a été
établi des schémas génériques de
chaînage, électromécanique,
magnétothermique et électro-thermo-
mécanique, utilisant un utilitaire
spécifiquement développé (à l‟état
quasi industriel). Un premier calcul
réalisé au niveau d‟une extrémité de
turboalternateur a été effectué en
utilisant un modèle mécanique idéal.
Contacts
Doctorant :
Antoine JOURNEAUX
Département EDF R&D :
THEMIS
Tuteur : Jean-Yves ROGER
Laboratoire : LGEP (Laboratoire
de Génie électrique de Paris)
Ecole doctorale : : STITS (ED
422) - Laboratoire de Génie
électrique de Paris
Directeur de thèse :
Frédéric BOUILLAULT
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Faciliter le maintien en exploitation des alternateurs et
optimiser la maintenance
Modélisation multi-physique
en génie électrique
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Thèse soutenue le 22/02/2013
Avec 80% de l‟énergie électrique
d‟origine nucléaire, le mix énergétique
français est intimement lié à
l‟industrie électronucléaire. Un des
aspects incontournables de
l‟acceptabilité du nucléaire est
incontestablement la gestion des
déchets radioactifs. Cette thèse
s‟inscrit dans le contexte du stockage
profond des déchets radioactifs de
haute et moyenne activité à vie
longue. En France, l‟argilite de Bure
(Arg) a été choisie comme roche hôte
notamment pour ses propriétés de
rétention des radionucléides,
propriétés qui permettent le
confinement de la radioactivité au
sein du stockage (couche argileuse à
500 mètres de profondeur). Or, cette
roche argileuse dite du Callovo-
Oxfordien (COx) contient
naturellement de la matière organique
(MO). Le but de cette thèse est
d‟évaluer l‟influence de la MO
naturelle mobile sur la rétention sur
l‟argilite de l‟europium, analogue
classique des actinides trivalents des
déchets vitrifiés.
32
Résultats
L‟influence de trois molécules
organiques naturelles a été étudiée
(acides subérique, sorbique et
tiglique). Toutes les expériences ont
été réalisées dans un milieu simulant
l‟eau du COx. L‟étude expérimentale
de l‟interaction Eu-Arg confirme que
la rétention se fait par sorption sur
l‟argilite (faible CEu) et précipitation
dans l‟eau de COx (forte CEu). Le
coefficient de distribution Rd, qui
quantifie la sorption, est de 170 ± 30
L/g, valeur élevée conforme aux
valeurs documentées sur des argilites
naturelles. Enfin, l‟étude du système
ternaire Eu-MO-Arg montre une
légère augmentation de la rétention
de Eu en présence de matière
organique. Cet effet synergique est
très satisfaisant du point de vue de la
sûreté du stockage : la présence de
ces petits acides organiques naturels
ne remet pas en question les
propriétés de rétention de l‟argilite
vis-à-vis de l‟europium et des
actinides trivalents.
Contacts
Doctorant : Laurence VU-DO
Département EDF R&D :
MMC, MAI
Tuteur : Carine MANSOUR
Laboratoire : SUBATECH (Ecole
des Mines de Nantes)
Ecole doctorale Modélisation et
Instrumentation en Physique,
Energie, Géosciences et
Environnement (ED 534
MIPEGE), Université Paris-Sud
Orsay
Directeur de thèse :
Bernd GRAMBOW
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Influence de la matière organique sur le confinement de la
radioactivité dans le stockage géologique de Bure
Influence de la matière
organique naturelle mobile
sur la rétention de l'europium
sur l'argilite de Bure
Schéma d‟une alvéole de stockage pour les déchets de haute
activité (source : ANDRA, dossier 2005 Argile)
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Thèse soutenue le 14/06/2013
La capacité à reproduire,
numériquement, la dispersion de
rejets radioactifs, suite à un
hypothétique accident nucléaire,
constitue un exemple concret de
l‟intérêt que peut porter une
entreprise comme EDF pour l‟étude
de la couche limite atmosphérique.
Ainsi l‟amélioration des procédés de
modélisation reste un enjeu important
pour des questions de sûreté ou de
qualité de l‟air. Ce type d‟événement
peut durer pendant plusieurs journées
sur une succession de situations
stables et instables. L‟étude de la
dispersion, sur le site de la centrale
nucléaire de Flamanville, représente
un exemple des motivations
principales, à long terme, de ce
travail. De ce fait, cette thèse traite de
la modélisation LES de l‟évolution des
écoulements turbulents dans la
couche limite atmosphérique lors d‟un
cycle diurne avec Code_Saturne, un
code numérique de mécanique des
fluides (CFD) adapté à l‟atmosphère
et supportant des géométries
complexes, explicitement prise en
compte dans un maillage non
structuré.
33
Résultats
Cette thèse a permis, sur une
situation atmosphérique diurne
complète, l‟intercomparaison de
différents modèles sous-maille
LES tels que les modèles de
Smagorinsky, Germano-Lilly, Wong-
Lilly et WALE (Wall-Adapting Local
Eddyviscosity). De plus, le fort impact
du couplage radiatif sur l‟évolution du
jet de basse couche et sur les profils
de température potentielle a
clairement pu être mis en évidence.
Enfin l‟influence de la stabilité de
l‟atmosphère sur la capacité de
Code_Saturne à reproduire les
conditions atmosphériques stables, la
nuit, a été étudiée et discutée dans ce
travail.
Contacts
Doctorant : Cédric DALL’OZZO
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Maya MILLIEZ
Laboratoire : Centre
d'Enseignement et de Recherche
en Environnement
Atmosphérique (CEREA),
laboratoire commun Ecole des
Ponts ParisTech - EDF R&D
Ecole doctorale « Sciences,
Ingénierie et Environnement »,
Université Paris-Est
Directeur de thèse :
Bertrand CARISSIMO
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Modélisation d'écoulements
atmosphériques stratifiés par
Large-Eddy Simulation à
l'aide de Code_Saturne
Reproduire numériquement les conditions atmosphériques
pour estimer la dispersion des rejets
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Thèse soutenue le 19/10/2012
Dans les centrales nucléaires de type
réacteur à eau sous pression, l'eau
joue un rôle majeur. Son épuration
est primordiale pour garantir la
sécurité du personnel, pour maintenir
la tenue des matériaux, et pour éviter
l'encrassement des circuits. Les
circuits d'épuration sont constitués de
filtres et de résines échangeuses
d'ions (REI), qui assurent la
décontamination des fluides, tout en
conservant leurs propriétés physico-
chimiques.
Augmenter les connaissances sur les
REI permettrait d'identifier les
paramètres et les facteurs cinétiques
limitant leur efficacité et leur durée de
vie. Un modèle dédié à la gestion des
REI étant co-developpé avec
MinesParisTech (OPTIPUR), l'objectif
de la thèse était d'étudier l'ensemble
des facteurs limitant la cinétique de
l'échange d'ions afin d'aider à la
validation du modèle.
34
Résultats
Une étude expérimentale a permis
d‟identifier les paramètres influençant
l'efficacité des REI. La cinétique de
l'échange d'ions a été étudiée par la
caractérisation de la résistance au
transfert de masse en colonne. La
sensibilité des paramètres influençant
ce phénomène a été étudiée.
L'importance de la vitesse de filtre et
de la température sont apparues. Les
nombreux résultats expérimentaux
ont ensuite été modélisés par
l'utilisation d'une corrélation empirique
basée sur le coefficient de transfert
de masse. Celle-ci pourra être
implémentée dans OPTIPUR afin de
simuler les échanges binaires. Puis,
OPTIPUR a été testé pour modéliser
des échanges multi-composants en
s'appuyant sur un modèle physico-
chimique prenant en compte le
transport convectif et diffusif dans la
totalité de la colonne. Les résultats
obtenus ont validé cette approche.
Outil puissant, OPTIPUR peut aider à
la gestion des REI par la Division
Ingénierie Nucléaire (CEIDRE et
CIDEN) pour les études menées sur
les résines (renouvellement du
marché nationale, épuration des
fluides liés au démantèlement des
installations,...).
Contacts
Doctorant : Aurélie MABROUK
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Hélène SCHNEIDER
Laboratoire : CEP et HR de
l‟Ecole des Mines de Paris
Ecole doctorale n° 432 :
Sciences des Métiers de
l‟ingénieur
Directeur de thèse :
Christophe COQUELET
Maître de thèse :
Vincent LAGNEAU
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Caractérisation des résines
échangeuses d‟ions d‟intérêt
pour les réacteurs à eau
sous pression. Application et
validation d‟un modèle dédié.
Optimiser le traitement de l‟eau des réacteurs des
centrales nucléaires par les résines échangeuses d‟ions
Billes de résine anionique (photo : Patrick Billard)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 6/09/2012
La sûreté de fonctionnement des
équipements intégrés au contrôle-
commande et à l‟instrumentation
nucléaire doit être optimisée afin de
garantir en permanence la maîtrise
des risques et d‟accroître les
conditions de sûreté et de
fonctionnement des installations.
Comprenant également que
l‟obsolescence des composants
électroniques doit faire l‟objet d‟une
gestion rigoureuse afin d‟anticiper les
problèmes d‟approvisionnement,
l‟intégration de composants
électroniques programmables
permettrait d‟apporter une solution
durable et efficace en ce qui concerne
la rénovation de matériels. Dans ce
contexte, de nouveaux outils pouvant
être utilisés pour analyser et
améliorer la fiabilité des circuits
électroniques programmables doivent
être proposés afin de faciliter leur
qualification conformément aux
exigences normatives de sûreté liées
à la conception de circuits
numériques et dédiées à l‟industrie
nucléaire.
35
Résultats
Afin d‟évaluer la fiabilité d'un circuit
en tenant compte de sa capacité à
tolérer les fautes (erreurs de
masquage), la notion de fiabilité
effective est proposée dans le but
d‟obtenir des résultats plus précis.
Afin d‟améliorer la fiabilité des circuits
intégrés dans des applications
critiques, une méthode de
partitionnement automatique est
proposée. Elle repose sur une
méthode optimisée de conception par
redondance sélective de type TMR
(triple modular redundancy) dont la
complexité dépend du niveau de
fiabilité souhaité. La méthode donne
des résultats proches de l'optimum.
Sa facilité d‟intégration dans les outils
de conception de circuits VLSI (very-
large-scale integration) et FPGA
(field-programmable gate array) est
démontrée. Un outil basé sur
l'injection de fautes a également été
développé dans le but d'analyser et
de valider en simulation le
comportement des circuits
numériques.
Contacts
Doctorant : Gutemberg
GONCALVES DOS SANTOS Jr
Département EDF R&D : LME
Tuteur : Bastien COUSIN
Laboratoire : Telecom ParisTech
École Doctorale d‟Informatique,
Télécommunications et
Électronique de Paris
Directeurs de thèse : Lirida
NAVINER, Jean-François NAVINER
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
Conception robuste de
circuits numériques à
technologie nanométrique
Conception robuste et amélioration de la fiabilité des
circuits électroniques programmables de type FPGA
Dépôt de brevetProcédé de durcissement logique par partitionnement d'un circuit électronique (Bastien
COUSIN, Gilles DELEUZE, Laurent CRETINON, Gutemberg GONCALVES DOS
SANTOS Junior, Lirida NAVINER). Dépôt le 29/11/2012.
Durcissement d‟un circuit numérique par redondance TMR et
optimisation du partitionnement
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 6/02/2012
Un des buts de l'ergonomie est de
participer à la conception des
systèmes homme-machine. Il est
largement reconnu que la contribution
de l'ergonomie doit intervenir le plus
tôt possible dans le processus de
conception, depuis la découverte des
besoins des utilisateurs jusqu‟à la
définition des exigences et des
spécifications de conception, c'est-à-
dire dès l'analyse des besoins.
L'objectif de la thèse est d'analyser
notre propre participation, en tant
qu'ergonome co-concepteur, à
l'analyse des besoins d'un projet de
conception d'EDF R&D concernant un
nouveau système informatique pour
le pilotage de réacteurs nucléaires.
Au cours de celui-ci, nous avons
collaboré avec les ingénieurs du
projet et les futurs utilisateurs dans la
définition des différents aspects du
système (fonctionnel, organisationnel,
opérationnel, interaction et physique)
à travers la formulation d'exigences et
de spécifications. Cette collaboration
s'est cristallisée à travers la rédaction
du cahier des charges final.
36
Résultats
Une maquette d‟interface homme-
machine a été conçue, facilitant pour
les opérateurs de conduite la
réalisation de la montée de puissance
à 3% de Pn. Le rôle de l‟ergonome
dans le processus de conception a
été clarifié.
Thèse non diffusable
avant le 06/02/2017
Contacts
Doctorant : Stanislas COUIX
Département EDF R&D : MRI
Tuteur : Cécilia DE LA GARZA
Laboratoire : Centre de
Recherche sur le Travail et le
Développement
Ecole doctorale du CNAM
Directeur de thèse :
Françoise DARSES
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ÉNERGÉTIQUE D‟EDF
Contribution de l‟ergonome à l'analyse des besoins dans la
conception de systèmes informatiques industriels
L'ergonome co-concepteur :
quelle contribution à
l'analyse des besoins dans
la conception de systèmes
informatiques industriels ?
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 30/11/2012
Dans de nombreux contextes
opérationnels, tels l‟exploitation du
retour d‟expérience, la préparation
d‟interventions, etc., il est capital de
retrouver rapidement l‟information
pertinente au sein de documents de
natures et d‟origines variées
(documents patrimoniaux, notes de
travail, bases documentaires métiers,
etc.). Or, l‟exploration du texte seul ne
fournit pas toujours des critères
pertinents pour identifier les « bons »
documents. Des observations ont
montré que les contextes dans
lesquels a été établi et est recherché
un document fournissent des
éléments importants pour orienter la
recherche : niveau de détail et de
technicité attendus, public visé,
objectifs du document conditionnent
largement le contenu et donc la
probabilité d‟y retrouver l‟information
cherchée. L‟objectif de la thèse est de
valider cette démarche, de définir des
méthodes de caractérisation du
contexte et d‟identifier des modalités
d‟implémentation dans des outils de
classification et de recherche
documentaires.
37
Résultats
A partir d‟une immersion et d‟une
cartographie détaillée de
l‟environnement informationnel d‟une
équipe d‟EDF-R&D, complétées par
des entretiens sur sites de production,
la thèse propose une démarche
méthodologique d‟observation et
d‟analyse permettant d‟identifier et de
caractériser ce qu‟est un contexte
professionnel et comment il se traduit
dans l‟environnement documentaire.
Cette cartographie a permis de définir
un certain nombre de points
caractérisant un « contexte » et
pertinents pour la classification et la
recherche documentaires.
La thèse est mise en application à
travers des propositions de prise en
compte du contexte dans une
démarche de classification par
facettes, appuyée sur un outil
prototype développé dans le cadre
d‟un projet ANR auquel la thèse était
rattachée.
Contacts
Doctorant : Noémie MUSNIK
Département EDF R&D : STEP
Tuteurs : Benoit RICARD,
Sylvain MAHE
Laboratoire : équipe de
recherche DICEN (CNAM)
Ecole doctorale Abbé Grégoire -
CNAM
Directeur de thèse :
Manuel ZACKLAD (CNAM)
CONFORTER LE NUCLÉAIRE DANS LE MIX
ENERGÉTIQUE D‟EDF
La gestion de l‟information
en contexte. Enquête sur les
pratiques informationnelles
des ingénieurs chercheurs
d‟EDF R&D
Faciliter la recherche documentaire en incluant le contexte
professionnel
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38
39 Analyser les tendances d'évolution des macroinvertébrés
des rivières dans un contexte de réchauffement des eaux
40 Quantifier l‟impact du changement climatique sur les
crues pour le dimensionnement d‟évacuateurs
41 Rétablir par érosion de berge des apports de sédiments
dans les rivières aménagées
42 Vallées hydroélectriques : optimiser en temps-réel et sous
contraintes d‟exploitation la puissance électrique
43 Prendre en compte les risques physiques et financiers dans
la gestion d‟un barrage hydraulique
44 Prévoir l‟évolution de la ressource en eau dans la
perspective d‟une évolution climatique
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Photo : EDF - Marc DIDIER
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 14/03/2013
Cette thèse a été réalisée dans le
cadre du programme de recherche
Thermie-Hydrobiologie (2008-2012)
validé par les directions d‟EDF R&D
et d‟IRSTEA puis par le groupe de
travail « Rejets thermiques des
centrales électriques » réunissant le
ministère en charge de
l‟environnement, l‟Autorité de sûreté
nucléaire (ASN) et EDF. Dans un
contexte de changement climatique et
de difficultés à respecter les seuils
réglementaires de température, il est
essentiel pour EDF de mieux
appréhender le rôle de la température
sur les organismes aquatiques.
L‟objectif de cette thèse consistait à
réaliser des analyses poussées de
données (environnementales et
biologiques) obtenues depuis trente
ans en amont et en aval de centrales
nucléaires situées en milieu fluvial.
Au total, dix paramètres
environnementaux ont été analysés
ainsi que les réponses d‟organismes
vivant au fond des rivières (crustacés,
mollusques, larves d‟insectes, vers)
en relation avec les changements
observés dans trois fleuves.
39
Résultats
Les données exploitées dans cette
thèse proviennent des suivis
hydrobiologiques des quatre centrales
nucléaires de Loire moyenne, de
Nogent-sur-Seine et de Chooz sur la
Meuse. Globalement, ces travaux ont
permis de mettre en évidence que
l'évolution sur trente ans des
macroinvertébrés benthiques est liée
au réchauffement de l'eau mais le
débit et l'amélioration des traitements
d'épuration (réduction du phosphore)
expliquent également en grande
partie les changements observés
(apparition d‟espèces polluo-
sensibles). Il est important pour EDF
d'avoir estimé la part des
changements observés due aux
facteurs hydroclimatiques et celle en
lien avec d‟autres facteurs
environnementaux. En outre, aucune
différence significative n'a été mise en
évidence entre l'amont et l'aval des
sites. L‟effet des centrales nucléaires
est beaucoup plus ténu et localisé
dans ce contexte d‟évolutions
globales.
Contacts
Doctorant : Mathieu FLOURY
Département EDF R&D : LNHE
Tuteur : Cécile DELATTRE
Laboratoire : IRSTEA
Ecole doctorale Science de la
vie, santé, agronomie,
environnement, Université Blaise
Pascal - Clermont-Ferrand II
Directeur de thèse :
Yves SOUCHON
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Analyse des tendances
d'évolution de peuplements
de macroinvertébrés
benthiques dans un contexte
de réchauffement des eaux
Analyser les tendances d'évolution des macroinvertébrés
des rivières dans un contexte de réchauffement des eaux
Photo : Perla DREAL Auvergne
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 11/07/2013
Depuis 2006, EDF applique une
nouvelle approche hydro-
climatologique de prédétermination
des pluies et crues extrêmes, la
méthode SCHADEX, pour le
dimensionnement des évacuateurs de
crues de ses barrages. Dans un
contexte de changement climatique
global, potentiellement amplificateur
de la fréquence et de l'intensité des
événements extrêmes, l'application
de la méthode SCHADEX en
conditions non-stationnaires est un
sujet d'intérêt majeur pour les
hydrologues d'EDF. Aussi, l'objectif
scientifique des travaux de thèse
entrepris a été d'évaluer la capacité
de la méthode SCHADEX à prendre
en compte l'information contenue
dans les simulations du climat futur,
pour estimer les crues extrêmes du
futur.
40
Résultats
Une analyse de sensibilité des
estimations de crues extrêmes
SCHADEX à la variabilité climatique
observée a tout d‟abord été réalisée
sur plusieurs bassins versants (en
France, Autriche, Canada et en
Norvège), et a révélé la grande
sensibilité des estimations à l'aléa
pluie forte et à la transformation pluie-
débit. L‟incorporation d‟évolutions
climatiques simulées par plusieurs
modèles climatiques au sein de la
méthode SCHADEX a ensuite montré
la difficulté de quantifier l'impact du
changement climatique sur les crues
extrêmes, du fait de processus qui
s'additionnent (diminution des débits
extrêmes due à la fois à l'évolution
des fréquences d'occurrences
d'épisodes pluvieux et à l'évolution
des conditions de saturation des
bassins versants) et d'autres qui
s'opposent (augmentation des débits
extrêmes due à l'augmentation de
l'intensité future des épisodes
pluvieux).
Contacts
Doctorant : Pierre BRIGODE
Département EDF R&D : LNHE
Tuteur : Pietro BERNARDARA
Laboratoire :
UMR 7619 SISYPHE
Ecole doctorale Géosciences et
Ressources Naturelles (ED 398),
Université Pierre et Marie Curie
Directeur de thèse :
Pierre RIBSTEIN
PrixPrix du meilleur poster délivré par la division EGU “Climate: Past, Present, Future (CL)”
pour un poster présenté lors de l‟assemblée générale 2012 de l‟EGU, à Vienne
https://www.egu.eu/awards-medals/union-osp-award/2012/pierre-brigode/
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Changement climatique et
risque hydrologique :
évaluation de la méthode
SCHADEX en contexte non-
stationnaire
Quantifier l‟impact du changement climatique sur les crues
pour le dimensionnement d‟évacuateurs
Evacuateur de crues
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Thèse soutenue le 19/12/2012
La dynamique sédimentaire des
rivières, souvent modifiée par les
aménagements, n‟a pas été
considérée comme un facteur
significatif pour la qualité de
l‟environnement riverain et dans la
définition des stratégies de
restauration. Les approches
destinées à rétablir la charge
sédimentaire d‟une rivière afin qu‟elle
soit compatible avec les exigences
environnementales (développement
de la biodiversité) et humaines sont
encore peu étudiées. Les stratégies
existantes telle que l‟injection de
sédiments sont souvent coûteuses et
nécessitent une intervention humaine.
Cette thèse porte sur l‟érosion induite
des berges, qui constitue une
alternative innovante et plus durable
pour le rétablissement du transport
solide. Cette approche consiste à
accroître le potentiel d‟érosion latérale
des berges d‟une rivière, permettant
ainsi l‟alimentation du lit en sédiments
et la génération d‟une morphologie
variée. Elle a été appliquée au Rhin,
en aval du barrage hydroélectrique de
Kembs, dans le cadre de la nouvelle
concession (2010-2035).
41
Résultats
Les travaux de thèse ont permis de
proposer une configuration optimale
pour amorcer l‟érosion de berge. Son
efficacité a été soigneusement
vérifiée grâce à un modèle physique
réduit représentant un site pilote du
Vieux Rhin de 1 km. Des mesures ont
été réalisées par Scanner3D
(topographie) et LSPIV (vitesse de
surface) afin de rendre compte des
processus mis en place et de la
réponse morphologique. Les mesures
sur le modèle réduit ont été exploitées
pour développer et valider un
processus de rupture de berge dans
la plateforme de modélisation
hydrosédimentaire Telemac-
Mascaret.
Contacts
Doctorant : Andrés DIE MORAN
Département EDF R&D : LNHE
Tuteur :
Kamal EL KADI ABDERREZZAK
Laboratoire Saint-Venant (EDF
R&D, CETMEF, Ecole des Ponts
ParisTech)
Ecole doctorale : Sciences,
Ingénierie, Environnement (SIE) -
ED 531 ; Université Paris-Est
Directeurs de thèse : Catherine
VILLARE, Erik MOSSELMAN
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Rétablissement de la
dynamique sédimentaire
dans les cours d'eau en lits
aménagés : modélisation
physique et numérique. Cas
du Vieux Rhin (France)
Rétablir par érosion de berge des apports de sédiments
dans les rivières aménagées
Prix
Prix "Excellence Paper Award" au
12th International Symposium on
River Sedimentation (ISRS), Kyoto,
Japon, 2013.
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Thèse soutenue le 4/05/2012
Dans un contexte de développement
des EnR (énergies renouvelables) et
d‟optimisation de la production, EDF
cherche à répondre à de nouveaux
enjeux concernant les moyens de
production hydrauliques telles que
l‟utilisation partagée de la ressource
en eau et l‟utilisation de ces moyens
comme levier d‟optimisation
supplémentaire. Un des leviers est
d‟améliorer l‟optimisation actuelle, qui
définit des consignes demi heure par
demi heure pour chaque centrale, en
proposant à l‟intérieur de cette
période une conduite adaptée en
temps-réel. Une problématique
importante dans cet objectif est que
l‟interaction forte entre les biefs
nécessite d‟avoir une vision
coordonnée de l‟ensemble de la
vallée. Comme il est coûteux
informatiquement de réaliser une
optimisation globale avec la prise en
compte des contraintes, le but de la
thèse a été de développer des
méthodes d‟optimisation associant
échelles locale et globale, en
recourant à des méthodologies
d‟automatique appropriées et
robustes vis-à-vis de défaillances.
42
Résultats
La coordination entre biefs d‟une
vallée hydroélectrique permettant
d‟obtenir l‟optimum global a été
obtenue en proposant le
développement de méthodes de
décomposition-coordination. En vue
d‟une implémentation temps-réel, les
problèmes d‟optimisation sont
exprimés de manière à obtenir des
solutions explicites pour être
indépendants de la convergence
d‟algorithmes itératifs. Ces méthodes
ont été testées sur la plate-forme
Supervision-NG permettant la
communication avec un modèle fin de
la vallée hydroélectrique (basé sur les
équations de Saint-Venant et la
bathymétrie de la rivière). Les
simulations avec des données réelles
ont montré que l‟objectif d‟avoir une
optimisation de la puissance rapide et
robuste face aux défaillances, et qui
permette de prendre en compte
facilement les contraintes, a été
atteint. Cet algorithme a montré en
particulier l‟intérêt de la coordination
entre centrales.
Contacts
Doctorant :
Jennifer ZARATE FLOREZ
Département EDF R&D : STEP
Tuteurs : Frans DAVELAAR,
Serge MAURIN
Laboratoire de Grenoble d'Image,
Parole, Signal, Automatique
(GIPSA-Lab)
Ecole doctorale : E.E.A.T.S
(Electronique, Electrotechnique,
Automatique & Traitement du
Signal)
Directeurs de thèse : Gildas
BESANCON, John MARTINEZ
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Vallées hydroélectriques : optimiser en temps-réel et sous
contraintes d‟exploitation la puissance électrique
Etudes de commande par
décomposition-coordination
pour l‟optimisation de la
conduite de vallées
hydroélectriques
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Thèse soutenue le 16/12/2013
Les barrages hydrauliques sont la
principale source d‟énergie
renouvelable en France, représentant
près de 14% de l‟énergie produite.
Un enjeu crucial pour EDF consiste à
optimiser la gestion de ce moyen de
production soumis à des incertitudes
telles que les apports en eau. Cette
thèse aborde deux questions de
gestion hydraulique formulées
comme des problèmes d‟optimisation
dynamique stochastique. La première
partie de cette thèse traite de la
gestion, sur un horizon annuel, de la
production hydroélectrique d‟un
barrage soumise à une contrainte dite
de cote touristique. Cette contrainte
vise à assurer une hauteur de
remplissage du réservoir
suffisamment élevée durant l‟été avec
un niveau de probabilité donné. La
seconde partie du manuscrit
considère le cas de plusieurs
barrages connectés en cascades. On
néglige ici la contrainte de cote et on
se concentre sur la recherche d‟une
stratégie de gestion de la vallée sur
une année minimisant les coûts
moyens de production de la vallée. La
difficulté technique adressée ici est la
grande taille du problème
d‟optimisation stochastique.
43
RésultatsUne méthode de résolution originale
fondée sur la dualisation de la
contrainte en probabilité au moyen
d‟un multiplicateur a été développée.
Une discussion avec les
opérationnels a conduit à la nécessité
de reformuler le critère d‟optimisation
mettant en évidence les difficultés
intrinsèques de formulation d‟un
problème avec contrainte de risque.
Deux critères conservant la contrainte
de cote touristique en probabilité ont
été proposés. Les algorithmes de
résolution associés ont été
développés. En simulation, ces
algorithmes fournissent des résultats
conformes aux demandes des
opérationnels mais en des temps de
calcul encore importants. Dans la
seconde partie de la thèse, on
considère le cas de plusieurs
barrages en cascade. On propose
une méthode de résolution approchée
par décomposition-coordination,
l‟algorithme Dual Approximate
Dynamic Programming (DADP). Les
résultats numériques obtenus
donnent de performances très
proches de l‟optimum. On conclut par
une discussion sur des extensions
possibles à un plus grand nombre de
barrages en cascade et à des cas de
réseaux de structure plus complexe.
Contacts
Doctorant :
Jean-Christophe ALLAIS
Département EDF R&D :
OSIRIS / PGMO
Tuteurs : Laetitia ANDRIEU,
Nadia OUDJANE
Laboratoire : Optimisation et
Systèmes, laboratoire CERMICS
de l‟Ecole des Ponts Paris Tech
Ecole doctorale : Université
Paris-Est
Directeurs de thèse :
Michel DELARA, Pierre
CARPENTIER
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Photo : EDF - Marc DIDIER
Prendre en compte les risques physiques et financiers
dans la gestion d‟un barrage hydraulique
Risque et optimisation
pour le managements
d‟énergies : application à
l‟hydraulique
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Thèse soutenue le 26/03/2013
Les hydrologues sont questionnés sur
le sujet de l‟évolution à moyen et long
terme de la ressource en eau. Les
enjeux pour le groupe EDF sont liés à
la production hydraulique-nucléaire-
thermique ainsi qu‟à l‟impact du
changement climatique sur les
moyens de production. Une
quantification des incertitudes
associées à leurs projections est
souvent demandée aux hydrologues
et pose la question de la robustesse
de ces modèles conceptuels,
notamment dans le contexte d‟un
climat en évolution. L‟utilisation d‟un
modèle dans des conditions
différentes de celles où il a été calé
repose sur une hypothèse de
transférabilité des paramètres, c‟est-
à-dire la possibilité d‟utiliser les
paramètres d‟un modèle dans des
conditions différentes de celles de sa
construction. Nous tentons d‟apporter
des éléments de réponse aux
questions suivantes :
• Quel est le niveau de robustesse
des modèles hydrologiques
conceptuels face à des conditions
climatiques variables ?
• Quelles sont les causes de ce
manque de robustesse et y a-t-il des
façons de s‟en prémunir ?
44
Résultats
Les résultats montrent des
corrélations entre les problèmes de
robustesse et les écarts de conditions
climatiques entre les périodes de
calage et de validation des modèles.
Des situations de biais systématiques
corrélés à des changements de
température de l‟air ressortent en
particulier de ces analyses. L‟étude
des biais de simulation sur les
bassins où les modèles ne sont pas
robustes, montre des alternances de
phases de sous-estimation et
surestimation des débits, le biais sur
le module décennal pouvant atteindre
20%. Pour les modèles conceptuels
utilisés dans ces travaux, les
problèmes de robustesse détectés
découlent de difficultés à bien
reproduire les bilans moyens de façon
simultanée sur différentes périodes.
Ces travaux ouvrent sur les réflexions
sur la capacité insuffisante de
certains modèles hydrologiques
conceptuels à reproduire des
dynamiques basses fréquences et sur
le rôle des erreurs d‟estimation des
forçages, notamment les variations
temporelles de l‟évapotranspiration,
dans les situations de modélisation
incorrecte.
Contacts
Doctorant : Laurent CORON
Département EDF R&D : LNHE
Tuteur : Marie BOURQUI
Laboratoire : IRSTEA
Ecole doctorale : AgroParisTech
- ED 398 (Géosciences et
ressources naturelles)
Directeur de thèse :
Vazken ANDRÉASSIAN
PRÉSERVER ET OPTIMISER LA PRODUCTION
HYDRAULIQUE ET L‟ACCÈS À LA RESSOURCE EN EAU
Les modèles hydrologiques
conceptuels sont-ils robustes
face à un climat en
évolution ? Diagnostic sur un
échantillon de bassins
versants français et
australiens
Prévoir l‟évolution de la ressource en eau dans la
perspective d‟une évolution climatique
Barrage de St Pierre-de-Cognet (photo : EDF - Audrey VALÉRY)
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45
46 Baisser le coût de l‟électricité produite par le solaire
thermodynamique
47 Réduire les coûts de production du solaire photovoltaïque
48 Caractériser des cellules solaires photovoltaïques par
analyse spectrale et spatiale de la luminescence
49 Apporter des solutions pour une meilleure intégration des
éoliennes dans le système électrique
Photo : EDF – Marc DIDIER
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 17/07/2012
La meilleure architecture de centrale
solaire thermodynamique est un
récepteur central à tour, associé
aujourd‟hui à un cycle
thermodynamique à vapeur classique.
Adopter un cycle de Brayton, c‟est-à-
dire une turbine à gaz, permettra de
baisser significativement le coût de
l‟électricité produite. Le récepteur
solaire constitue le principal verrou
technologique d‟une centrale
tour/Brayton : il doit allier un transfert
thermique important à de faibles
pertes de charge. Le récepteur
bimétallique (cuivre et Inconel)
développé dans le cadre du projet
PEGASE apporte une réponse
innovante à ce défi. PEGASE aborde
aussi l‟intégration des principaux
composants (récepteur, turbine,
stockage thermique). Les résultats
obtenus dans le cadre de cette thèse
constituent un savoir-faire et une
propriété intellectuelle qu‟EDF pourra
valoriser par la suite lorsque la filière
tour/Brayton se déploiera, dans le
cadre de projets menés par EDF ou
par d‟autres entreprises.
46
Résultats
L‟optique de chaque héliostat du
champ solaire de la centrale Thémis
(réutilisée pour le projet Pégase) a
été caractérisée individuellement.
L‟étude de la carte des flux incidents
a permis d‟agencer la disposition des
absorbeurs solaires au fond de la
cavité du récepteur pilote. Des
simulations thermiques ont permis de
vérifier que les températures d‟air
obtenues étaient conformes ; en
revanche, les pertes de charges sont
excessives, ce qui est préjudiciable
au rendement de la turbine. La
conception générale du récepteur
(modulaire composée d‟absorbeurs
bimétallique cuivre-Inconel) n‟est pas
remise en cause, mais le nombre de
rangées de tubes dans les
absorbeurs doit être augmenté. La
prochaine mise en service de la
boucle d‟essai à air chaud pressurisé
en haut de tour permettra bientôt de
tester le récepteur pilote en conditions
réelles.
Contacts
Doctorant : Benjamin GRANGE
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Frédéric SIROS
Laboratoire : PROMES (CNRS)
Ecole doctorale : Direction de la
Recherche et des Ecoles
Doctorales
Directeur de thèse :
Gilles FLAMANT
Dépôt de brevet en coursLe futur brevet concernera la disposition des modules absorbeurs dans le récepteur
solaire ainsi que l‟intégration d‟une cavité active.
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Modélisation et
dimensionnement d‟un
récepteur solaire à air
pressurisé pour le projet
PEGASE
Baisser le coût de l‟électricité produite par le solaire
thermodynamique
Centrale solaire thermodynamique en Andalousie
(photo : EDF - Robert SOLER)
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 19/12/2012
Le marché du photovoltaïque est
actuellement dominé par les
technologies à base de silicium
cristallin. Un intérêt croissant est
porté pour les technologies en
couches minces. En particulier, les
cellules solaires à base de CIGS
(diséléniure de cuivre-indium-gallium)
présentent des rendements
supérieurs à 20 % en laboratoire, et
sont en pleine phase
d'industrialisation. Les techniques
majoritairement utilisées, comme la
co-évaporation ou la pulvérisation
cathodique, sont des méthodes de
dépôts sous vide. Afin de diminuer les
coûts de production, des alternatives
de dépôts atmosphériques sont
développées, comme l'électrodépôt
suivi d‟un recuit sélénisant. Avec cette
technique, déjà développée à l'échelle
industrielle, le cuivre, l'indium et le
gallium sont déposés
séquentiellement, en trois étapes
distinctes. L'électrodépôt des trois
éléments en une étape s'avère
difficile, mais constitue un enjeu
important dans la réduction des coûts
de fabrication.
47
Résultats
Un procédé stable, rapide et
homogène de co-électrodépôt du
cuivre de l‟indium et du gallium sous
forme d‟oxydes a été développé.
Dans ce procédé, un agent oxydant
est réduit à la surface du substrat,
provoquant ainsi une augmentation
locale du pH et la précipitation des
trois oxydes. Les principaux
mécanismes de dépôt ont été
identifiés et les conditions
d‟électrodépôt ont été optimisées.
Deux étapes de recuit sont ensuite
nécessaires : un recuit réducteur, afin
de transformer les oxydes déposés
en alliages métalliques, puis un recuit
sélénisant, pour former le CIGS. Une
réduction totale des oxydes a été
obtenue sous atmosphère
d‟hydrogène, et le mécanisme de
réduction a été identifié. Un travail sur
le recuit sélénisant a été initié et a
permis d‟obtenir une cellule à 9.4%
de rendement de conversion.
Contacts
Doctorant :
Aurélien DUCHATELET
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Grégory SAVIDAND
Laboratoire : UCCS (Unité de
Catalyse et Chimie du Solide -
UMR 8181)
Ecole doctorale : ED 104 - SMRE
(Science de la Matière du
Rayonnement et de
l‟Environnement)
Directeur de thèse :
Daniel LINCOT
Dépôt de brevetProcédé d‟analyse de la structure cristalline d‟un matériau semi-conducteur poly-
cristallin, FR1257556, PCT/EP2013/066043.
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Synthèse de couches
minces de Cu(In,Ga)Se2
pour cellules solaires par
électrodépôt d‟oxydes mixtes
de cuivre-indium-gallium
Réduire les coûts de production du solaire photovoltaïque
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 11/10/2013
Le photovoltaïque occupe
actuellement une place importante
dans notre mix énergétique, qui est
susceptible de grandir encore dans le
futur. Pour accompagner cette
croissance, des méthodes de
caractérisation fiables sont
nécessaires, à la fois pour améliorer
les rendements des nouvelles filières
en R&D et pour augmenter la
rentabilité des lignes de production et
qualifier les panneaux produits dans
l‟industrie. En particulier à l‟IRDEP, la
filière à base d‟absorbeur
Cu(In,Ga)Se2 est étudiée, de sa
fabrication à sa caractérisation. Les
propriétés optoélectroniques de ce
matériau ont la particularité de
fluctuer spatialement, ce qui en altère
l‟efficacité par des mécanismes que
nous voulons clarifier ici. Pour ce
faire, nous allons tirer profit de
l‟émission de luminescence de la
cellule. L‟objectif de cette thèse est
donc double, il s‟agit premièrement de
développer des outils de mesure et
d‟analyse de la luminescence, et de
les appliquer ensuite à l‟étude des
cellules de Cu(In,Ga)Se2.
48
Résultats
En collaboration avec Photon etc.,
une PME basée à Montréal, le
premier volet de la thèse a conduit à
l‟application d‟un imageur
hyperspectral pour le PV. Cet outil
innovant acquiert une image de la
cellule pour chaque longueur d‟onde
d‟émission, autrement dit, il permet
d‟accéder à la fois aux variations
spatiales et spectrales de la
luminescence. Expérimentalement,
nous avons démontré que l‟imageur
hyperspectral permet de mesurer
optiquement la tension délivrée par
une cellule photovoltaïque, sans
utiliser de contacts électriques. C‟est
donc une méthode de caractérisation
pertinente de la cellule, rapide, et
dépourvue d‟artefacts liés par
exemple à des résistances de
contacts. Dans le cas du
Cu(In,Ga)Se2, des variations de
propriétés à l‟échelle du micron ont
été mises en évidence, telles que des
résistances locales ou des temps de
vie des porteurs de charges.
Contacts
Doctorant :
Amaury DELAMARRE
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Laurent LOMBEZ
Laboratoire : IRDEP
Ecole doctorale : ED397-
Physique et Chimie des
Matériaux - UPMC Paris 6
Directeur de thèse :
Jean-François GUILLEMOLES
Dépôt de brevetProcédé d‟analyse de la structure cristalline d‟un matériau semi-conducteur poly-
cristallin, FR1257556, PCT/EP2013/066043.
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Développement de nouvelles
méthodes de caractérisation
optoélectroniques des
cellules solaires par imagerie
hyperspectralePhoto : © Photon. Imageur hyperspectral permettant d‟enregistrer les
variations spatiales et spectrales de la luminescence en une seule
acquisition.
Schéma : variation à l‟échelle micrométrique de la séparation des niveaux
de Fermi sur une cellule photovoltaïque Cu(In,Ga)Se2. Cette valeur peut
être reliée à la tension locale délivrée par la cellule.
Caractériser des cellules solaires photovoltaïques par
analyse spectrale et spatiale de la luminescence
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Thèse soutenue le 20/11/2012
Le travail de thèse s‟inscrit dans un
projet R&D intitulé « Insertion des
énergies renouvelables (EnR) dans
les réseaux électriques ». Il s‟agit
d‟anticiper ce que sera un réseau à
fort taux de pénétration des EnR en
identifiant les contraintes induites par
ces moyens de production
intermittents et les solutions
techniques qui peuvent être
proposées. Ce travail est en appui au
producteur EDF, ainsi qu‟à la
recherche amont de la R&D, sur la
production EnR. L‟impact des EnR
sur la fourniture des services système
par les groupes de production
raccordés au réseau constitue le
cœur de la réflexion menée par le
projet.
49
Résultats
Le premier résultat de la thèse a été
de caractériser l‟impact d‟un fort taux
de pénétration des éoliennes sur le
comportement dynamique du réseau.
Il a été montré que la participation
des éoliennes au réglage de
fréquence était indispensable pour le
maintien de la sûreté du système
électrique à partir d‟un certain taux de
pénétration. Deux solutions
permettant aux éoliennes de
contribuer au réglage de fréquence,
dont l‟inertie synthétique et le réglage
primaire, ont ensuite été étudiées.
Afin d‟évaluer le potentiel et la fiabilité
de la réserve éolienne, des études
statistiques ont été menées en
prenant en compte la variabilité et
l‟incertitude de la prévision de la
production. Deux stratégies du
placement de réserve ont été
proposées et comparées. L‟impact
des erreurs de prévision sur le
potentiel de la réserve éolienne a
également été mis en évidence.
Contacts
Doctorant : Ye WANG
Département EDF R&D : EFESE
Tuteurs :
Jérôme DUVAL, Herman BAYEM
Laboratoire d‟Electrotechnique et
Electronique de Puissance -
L2EP – EA2697, Ecole Centrale
de Lille
Ecole Doctorale Sciences pour
l‟Ingénieur – 072
Directeur de thèse : Bruno
FRANCOIS, Xavier GUILLAUD
PrixLe premier des deux prix décernés par le bureau du chapitre français de l‟IEEE PES
dédiés aux jeunes chercheurs dans le domaine du système électrique et de l‟énergie.
DÉVELOPPER LES ENR ET LEUR INSERTION DANS
LE RÉSEAU
Evaluation de la
performance des réglages
de fréquence des éoliennes
à l‟échelle du système
électrique : application à un
cas insulaire
Apporter des solutions pour une meilleure intégration des
éoliennes dans le système électrique
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50
51 Déterminer le rôle du coût de l'énergie dans la compétitivité
de l'industrie manufacturière
51 Justifier les politiques de soutien aux technologies non-
émettrices de carbone
53 Améliorer la prévision de la consommation en prenant en
compte des informations externes
54 Adapter les systèmes de prévisions météorologiques aux
besoins d‟EDF pour la gestion du risque climatique
55 Résoudre le problème d‟équilibre offre-demande en
électricité sur un horizon moyen terme
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA
GESTION ET L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU
PAYSAGE DU SYSTÈME ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Sommaire
Photo : EDF - Stéphanie JAYET
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Thèse soutenue le 11/10/2012
La crainte d'une perte de compétitivité
industrielle est au cœur des débats
sur de nouvelles politiques
énergétiques et environnementales.
Cette thèse étudie les effets d'une
asymétrie des prix de l'énergie et des
régulations environnementales entre
pays sur la compétitivité de l'industrie
manufacturière en Europe et dans le
Monde. L'étude est étendue à toute
l'industrie manufacturière sur un
périmètre mondial. L'objectif est
d'appréhender les interdépendances
énergétiques des secteurs industriels,
en incluant les différences nationales
et sectorielles, au travers d'une étude
matricielle sur les tableaux entrées-
sorties. La dépendance de l'industrie
aux prix de l'énergie, et donc sa
compétitivité, n'est pas seulement un
enjeu national, mais une
problématique européenne, voire
mondiale.
51
Résultats
Les coûts de l‟énergie déterminent à
la fois le niveau relatif de production
et de compétitivité des industries
nationales et l‟évolution de ce niveau
dans un pays au cours du temps.
Cependant, cette influence reste
modérée vis-à-vis d‟autres facteurs
de compétitivité tels que la proximité
des marchés, la productivité et les
salaires. Une variation des prix de
l‟énergie, ou une taxe
environnementale, ne concerne pas
uniquement les IGCE (industrie
grosse consommatrice d„énergie),
mais la compétitivité de toute
l‟industrie manufacturière. La
compétitivité des secteurs industriels
en aval de cette chaîne dépend donc
de l‟évolution à la fois nationale et
internationale des prix de l‟énergie.
Contacts
Doctorant :
Mathieu BORDIGONI
Département EDF R&D : EPI
Tuteur : Alain HITA
Laboratoire :
CERNA, Mines ParisTech
Ecole doctorale Economie,
organisations, société (Nanterre)
Directeur de thèse :
Gilles LE BLANC
Prix de thèseNominé pour le meilleur article sur l‟économie de l‟énergie par la FAEE en 2012.
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA GESTION ET
L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU PAYSAGE DU SYSTÈME
ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Détermination du rôle de
l'énergie dans la
compétitivité de l'industrie
manufacturière : études
économétriques et
modélisation des
interdépendances
Déterminer le rôle du coût de l'énergie dans la
compétitivité de l'industrie manufacturière
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Thèse soutenue le 29/11/2013
Cette thèse s‟intéresse au choix et à
l‟efficacité des portefeuilles
d‟instruments de politique climat-
énergie mis en place pour assurer
une transition vers un secteur
électrique décarboné. Elle s‟articule
ainsi autour de cinq questions de
recherche transversales principales.
Un prix du carbone est-il suffisant
pour déclencher une transition
décabonée, dans un cadre incertain
et dynamique ?
La mise en place d‟instruments
additionnels de promotion de
technologies de réduction d‟émissions
est-elle justifiée par les défaillances
du prix du carbone ?
Quels sont les impacts des
instruments de promotion de
technologies de réduction d‟émissions
ajoutés au prix du carbone ?
Quelle est l‟efficacité d‟un
portefeuille donné incluant des
instruments de promotion des
renouvelables et de l‟efficacité
énergétique pour réduire les
émissions de GES à long terme ?
La France peut-elle s‟affranchir
d‟une perte de ses instruments ?
52
RésultatsEn présence d‟incertitude, le prix du
carbone issu d‟un marché de permis
d‟émissions peut ne pas entraîner
assez de réductions d‟émission,
justifiant l‟ajout d‟une politique au
marché de permis. Dans le cadre
d‟une transition vers une production
électrique décarbonée, l‟accumulation
du capital électrique génère des effets
dynamiques complexes. L‟utilisation
naïve du signal-prix du carbone ou de
critères statiques pour évaluer les
investissements peut conduire à un
sous-investissement en capital vert.
Si on suppose une seule technologie
de production fossile à taux
d‟émission constant, contrainte par un
plafond d‟émissions, augmenter à la
marge le tarif d‟achat renouvelable
réduit le prix de l‟électricité perçu par
le consommateur, et ce
paradoxalement, même si la taxe à la
consommation nécessaire pour
financer le tarif augmente. Une
évaluation qualitative du portefeuille
actuel de politiques climat-énergie en
France montre que les multiples
défaillances du prix du carbone
justifient l‟utilisation d‟une
combinaison de politiques, même si
le portefeuille cible varie en fonction
des hypothèses sur les trajectoires du
prix du carbone.
Contacts
Doctorant : Oskar LECUYER
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Benoît PELUCHON
Laboratoire : CIRED
Ecole doctorale : EHESS
Directeur de thèse :
Philippe QUIRION
Photo : EDF – Francis CORMON
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA GESTION ET
L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU PAYSAGE DU SYSTÈME
ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Quelle place pour les aides
aux technologies de
réduction d‟émissions en
présence d‟un prix du
carbone ? Le cas du secteur
électrique
Justifier les politiques de soutien aux technologies non-
émettrices de carbone
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Thèse soutenue le 12/12/2012
La modélisation et la prévision de la
consommation d‟électricité est une
activité clef pour EDF. L‟équilibre doit
être maintenu à tout instant entre
l‟offre et la demande sur le réseau.
L‟ouverture du marché de l‟électricité
à la concurrence en 2004 a conduit à
des évolutions dans le domaine de la
prévision de consommation. Le
périmètre des clients EDF, jusqu‟alors
égal au périmètre France, est
désormais soumis à des variations
dues aux arrivées et départs de
clients. En 2008, la crise économique
a lourdement impacté la
consommation française. Demain, le
développement de nouveaux usages
électriques et les évolutions
réglementaires vont à leur tour
modifier la consommation. Par
ailleurs, le besoin d‟étude de données
de sous-population s‟étend de la
surveillance des clients profilés à de
nouveaux panels par usage ou par
tarifs et concernera demain les
remontées des compteurs
communicants. EDF travaille au
développement de nouvelles
méthodes pour répondre à ces défis.
53
Résultats
Les méthodes bayésiennes
permettent d‟intégrer des informations
externes comme par exemple celles
issues d‟autres données proches
(courbes de charge d‟une autre
population), des données
commerciales (départs de clients),
etc. pour améliorer la prévision.
Deux points ont été abordés dans la
thèse qui correspondent à deux
situations où la qualité de prévision
est compromise :
Historique court : dans le cas d‟une
étude d‟un nouveau panel, l‟historique
d‟apprentissage peut s‟avérer trop
court pour estimer les paramètres du
modèle. Les méthodes bayésiennes
avec modèles hiérarchiques ont
permis d‟exploiter des données de
populations proches et mieux
connues.
Variations de périmètre : un modèle
bayésien adaptatif basé sur des
techniques de filtrage particulaire
permet de suivre automatiquement
les évolutions des paramètres au
cours du temps. Il donne en outre un
intervalle de confiance.
Contacts
Doctorant : Tristan LAUNAY
Département EDF R&D : OSIRIS
Tuteur : Sophie LAMARCHE
Laboratoire : Université de
Nantes, Laboratoire Jean Leray
(UMR 6629 UN-CNRS-ECN)
Ecole doctorale :
Université de Nantes
Directeur de thèse :
Anne PHILIPPE
Filtres particulaires
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA GESTION ET
L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU PAYSAGE DU SYSTÈME
ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Méthodes bayésiennes pour
la prévision de
consommation d‟électricité
Améliorer la prévision de la consommation en prenant en
compte des informations externes
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 27/11/2012
Les prévisions météorologiques sont
relativement incertaines au-delà de
quelques jours, parce que
l‟atmosphère est un système
chaotique. Pour décrire cette
incertitude, les météorologues
utilisent des Systèmes de prévisions
d‟ensemble (SPE) : pour chaque
prévision, on fait tourner plusieurs fois
(51) le même modèle météorologique
avec des données d‟entrée
légèrement différentes.
Par ailleurs, en raison de son impact
sur la consommation, la température
est un élément important de la
gestion de production d‟EDF, ainsi
que de la gestion du risque de
déséquilibre entre offre et demande
(le niveau de risque à respecter est
de l‟ordre de quelques occurrences
par décennie).
Le but de la thèse est donc d‟adapter
les SPE aux besoins d‟EDF, y
compris pour les températures vues
comme extrêmes dans les prévisions.
En effet, on sait que les prévisions
sont légèrement sous-dispersives,
qu‟il est possible de corriger
partiellement cette sous-dispersion,
mais que les extrêmes restent mal
représentés.
54
Résultats
La température réalisée est parfois
inférieure (ou supérieure) à toutes les
prévisions. Ces cas « au bord » sont
particulièrement intéressants : ils sont
importants pour le risque, ils sont
fréquents, les erreurs constatées
dans ce cas sont plus grandes que
dans les autres cas.
Par ailleurs, l‟une des méthodes
usuelles pour le traitement des SPE
consiste à ajouter un terme de bruit
sur chacun des membres du SPE, ce
terme étant calibré à partir de la
comparaison des prévisions et des
réalisations passées.
La première voie d‟amélioration a
consisté à donner une forme
particulière au bruit dans le cas « au
bord ». La seconde a consisté à
changer la méthode d‟estimation de
l‟amplitude du bruit, ce qui était
particulièrement utile pour les cas
« au bord ». Les résultats étaient
meilleurs qu‟avec les méthodes
usuelles, et légèrement meilleurs
avec la seconde méthode.
Contacts
Doctorant : Adriana GOGONEL
Département EDF R&D : OSIRIS
Tuteur : Jérôme COLLET
Laboratoire : MAP 5
(Mathématiques Appliquées à
Paris 5)
Ecole doctorale de Sciences
Mathématiques de Paris Centre
Directeur de thèse :
Avner BAR-HEN
courbes
d'erreurs de
prédiction pour
trois jours fixés,
pour les 14
horizons de
prédiction
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA GESTION ET
L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU PAYSAGE DU SYSTÈME
ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Méthodes de post-traitement
statistique et leur mise en
œuvre sur le système de
prévision d'ensemble de
température pour la gestion
de l‟équilibre offre-demande
à EDF
Adapter les systèmes de prévisions météorologiques aux
besoins d‟EDF pour la gestion du risque climatique
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 28/06/2012La thèse porte sur la résolution
numérique d‟un problème d‟équilibre
offre-demande en électricité sur un
horizon moyen terme. Le modèle
mathématique s‟appuie sur une
représentation des aléas sous la
forme d‟un arbre de scénarios. Le
défi est de rendre efficace l‟algorithme
dit de « progressive hedging » qui
découple la formulation arborescente
du modèle mathématique suivant les
branches de l‟arbre, puis recombine
les décisions de manière à construire
une décision admissible et non
anticipative. L‟enjeu est d‟améliorer la
robustesse des valeurs d’usage
calculées pour les centrales
nucléaires d‟EDF, qui constituent
l‟indicateur utilisé en exploitation pour
optimiser leur gestion hebdomadaire.
Un facteur structurant du problème
est la taille de l‟espace aléatoire qu‟il
est possible de prendre en compte
dans la phase de résolution
numérique (demande, prix/capacités
d‟échanges sur les marchés, pannes
des unités de production …), le calcul
de ces valeurs passant par
l‟optimisation d‟un problème
stochastique défini sur cet espace.
La méthode investiguée permet de
gérer davantage de scénarios d‟aléas
dans cette phase d‟optimisation.
55
Résultats
Au niveau théorique, un résultat de
convergence de l‟algorithme de
« progressive hedging » a été obtenu
pour les problèmes pour lesquels il
n‟y a pas de solution admissible, et,
dans ce cas, la limite de l‟algorithme
a été caractérisée ainsi que le lien
avec l‟ensemble des contraintes du
modèle. Le prototype d‟un algorithme
de « progressive hedging » a été mis
en œuvre au cours de la thèse et a
donné lieu à de nombreuses
comparaisons numériques qui ont
permis de confirmer l‟intérêt de
l‟approche sur le problème de gestion
de production moyen terme et de
calcul des valeurs d‟usage des 58
centrales nucléaires d‟EDF.
Contacts
Doctorant : Alice CHICHE
Département EDF R&D : OSIRIS
Tuteurs :
Kengy BARTY, Marc
PORCHERON
Laboratoire : INRIA Paris
Rocquencourt, POMDAPI project
Ecole doctorale de sciences
mathématiques de Paris centre
Directeur de thèse :
Jean Charles GILBERT
MAITRISER LES MÉCANISMES ÉCONOMIQUES ET ADAPTER LA
GESTION ET L‟OPTIMISATION DE PRODUCTION AU NOUVEAU
PAYSAGE DU SYSTÈME ÉLECTRIQUE EUROPÉEN
Résoudre le problème d‟équilibre offre-demande en
électricité sur un horizon moyen terme
Théorie et algorithmes pour
la résolution de problèmes
numériques de grande taille
Photo : EDF - Stéphanie JAYET
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56
57 Définir les évolutions possibles dans la distribution
d‟électricité face aux „smart technologies‟ et aux évolutions
régulatoires
58 Modéliser et simuler les systèmes électriques
59 Modélisation électromagnétique des câbles
(souterrains/sous-marins) pour le transport d'énergie
60 Améliorer la connaissance des défaillances des matériels
électriques
61 Un outil pour améliorer la gestion des actifs de réseau. Un
modèle de vieillissement des liaisons enterrées
62 Utiliser des transformateurs à haute efficacité énergétique
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 31/10/2012
La thèse illustre les évolutions
possibles d‟ici 2030 des réseaux de
distribution et du rôle des GRD face à
l‟arrivée des nouvelles
technologies en analysant :
la capacité des régulations actuelles
à répondre totalement aux besoins
d‟investissement futurs et à tenir de
plus en plus compte de la
composante locale ;
l‟émergence, selon les contextes
géographiques et
macroéconomiques, de combinaisons
technologiques différentes, ces
arbitrages se basant sur la notion de
potentiel naturel de développement
de chaque technologie selon ces
contextes ;
les évolutions envisageables des
modèles d‟affaires des GRD en
réponse à ces différentiations
technologiques, avec de nouvelles
activités qui pourraient relever du
dérégulé ;
les effets d‟une régulation nationale
qui ne prendrait pas en compte les
caractéristiques propres à chaque
zone géographique et qui pourrait
conduire à s‟éloigner de l‟optimum ;
le risque d‟effets lock-in qui
dévieraient le déploiement
technologique de l‟optimum.
57
Résultats
La thèse montre que la théorie des
coûts de transaction avec le modèle
principal-agent est adaptée au cas
des négociations entre le régulateur
(principal) et le distributeur (agent)
autour du déploiement des nouvelles
technologies. Elle anticipe tout
d‟abord l‟émergence des nouvelles
technologies qui vont structurer les
futurs réseaux de distribution et les
nouvelles activités et responsabilités
qui viendront s‟ajouter à celles
existantes aujourd‟hui. Dans un
contexte économique et
géographique donné et en fonction
des hypothèses d‟évolutions
macroéconomiques, régulatoires et
technologiques, les technologies se
développeront asymétriquement dans
les différents scénarii. La thèse
propose enfin une formalisation
analytique des lock-in identifiés à
l‟arrivée des nouvelles technologies
en reprenant le modèle général de
Brian Arthur et en l‟adaptant au cas
de la distribution d‟électricité. Pour
dépasser ces lock-in identifiés,
plusieurs solutions sont avancées et
discutées.
Contacts
Doctorant :
Alvaro ANDALUZ ALCAZAR
Département EDF R&D : EFESE
Tuteur : Lionel CAURET
Laboratoire : Centre de
Géopolitique de l‟Energie et des
Matières Premières (Leda-
CGEMP)
Ecole doctorale : Université de
Paris Dauphine
Directeur de thèse :
Jan Horst KEPPLER
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Choix d‟investissement sous
incertitude des gestionnaires
des réseaux de distribution
(GRD) en Europe à l‟horizon
2030
Définir les évolutions possibles dans la distribution
d‟électricité face aux „smart technologies‟ et aux évolutions
régulatoires
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 27/07/2012
La science de la complexité vise à
mieux comprendre les processus des
systèmes naturels et artificiels qui
sont composés de nombreuses
entités en interaction à différentes
échelles. Une approche désagrégée
est proposé pour la simulation des
systèmes électriques intelligents, en
utilisant des modèles multi-agents
couplés avec des modèles physiques
continus. L'approche peut aider à
acquérir une meilleure
compréhension du fonctionnement du
système lui-même, par exemple, sur
les phénomènes émergents ou les
effets d'échelle, ainsi que dans la
conception et amélioration des futurs
réseaux intelligents.
58
Résultats
Deux études de cas sont présentées,
montrant le potentiel de l‟approche et
illustrant le phénomène des systèmes
complexes. On a les propriétés
émergentes d‟un système de gestion
de la demande pour les réfrigérateurs
piloté par la fréquence, dans lequel le
consommateur final et le réseau à
haute tension ont été modélisés et
couplés. Des synchronisations
spontanées ont été détectées en
extrapolant le mécanisme de
délestage en sous fréquence à de
grandes échelles de populations. Le
modèle permet de développer des
algorithmes robustes évitant ces
oscillations et de les tester
virtuellement. La théorie de la
complexité peut aider à l'amélioration
et à la conception des futurs réseaux
d'énergie, ainsi qu‟à l'acquisition
d'une meilleure compréhension du
fonctionnement du système lui-même
dans une perspective
interdisciplinaire.
Contacts
Doctorant :
Enrique KREMERS
Institut EDF R&D : EIFER
Tuteurs :
Pablo VIEJO, Kevin McKOEN
Laboratoire : Escuela
Universitaria de Ingeniería de
Vitoria, Departamento Ingeniería
de Sistemas y Automática,
Espagne
Ecole doctorale :
Universidad del País Vasco
Directeur de thèse :
Oscar BARAMBONES
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Modélisation et simulation
des systèmes électriques
par une approche de
systèmes complexes
utilisant des modèles multi-
agents
A multi-scale system with different layers
and horizontal and vertical interactions,
which is the base of the complex systems
approach used in the model, where sub-
systems can interact, even across
different scales.
Modéliser et simuler les systèmes électriques
Multi-scale modelling of an energy system for the evaluation of the
impact of refrigerator demand response based on the grid frequency
using an agent-based approach. The individual refrigerators are
modelled and have heterogeneous states, whereas the totality of them
is coupled with a simplified energy system model which reflects the high
voltage behaviour.
Dépôt de brevetsBrevets FR1253216 (B2359)
et FR 13 58436 (B2426) en cours
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 26/06/2012
La thèse était inscrite dans les
développements qui sont menés à
EDF R&D autour du logiciel EMTP-
RV. Ce logiciel permet de simuler les
réseaux électriques et les matériels
qui y sont connectés (machines,
transformateurs, protections, etc.)
dans le domaine temporel. Une
grande précision des modèles est
nécessaire car les phénomènes
analysés (transitoires lents ou
rapides, résonances, etc.) ont des
fréquences caractéristiques très
variées (de quelques Hertz à
quelques Mégahertz).
La thèse a été menée en co-tutelle
avec l'appui :
d'un laboratoire français, l'Institut
Pascal de Clermont-Ferrand, avec le
Prof. Françoise Paladian et l'équipe
de CEM (Compatibilité
Electromagnétique) ;
d'un laboratoire italien, celui de
Systèmes Electriques de l'Université
de Bologne, avec le Prof. Carlo
Alberto Nucci, le co-directeur de
thèse ;
du département THEMIS à EDF
R&D, avec le Dr. Alain Xémard dans
l'équipe de modélisation et
transitoires.
59
Résultats
La thèse a abouti à la conception d‟un
modèle pour les câbles tripolaires en
courant alternatif. Ces câbles sont
utilisés de plus en plus, notamment
en moyenne tension pour connecter
les fermes éoliennes offshore et en
haute tension pour des liaisons sous-
marines en courant alternatif, avec
des niveaux de tension allant jusqu'à
245 kV et pour des distances jusqu'à
50-100 km.
La thèse a montré la nécessité et la
façon de prendre en compte les effets
de proximité présents entre les
conducteurs (négligés dans les
modèles préexistants) comme
d'autres effets liés à la composition
matérielle des différentes couches
isolantes et conductrices.
Contacts
Doctorant : Alberto PAGNETTI
Département EDF R&D :
THEMIS
Tuteur : Alain XEMARD
Laboratoire : Università di
Bologna - Facoltà d‟ingegneria
Ecole Doctorale Sciences pour
l‟Ingénieur de Clermont-Ferrand,
Université Blaise Pascal,
Clermont II
Directeurs de thèse : Françoise
PALADIAN, Carlo Alberto NUCCI
Différentes couches d‟un
câble tripolaire sous-marin.
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT DES
SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Modélisation des câbles pour
l‟évaluation des transitoires
électromagnétiques dans les
réseaux électriques
Modélisation électromagnétique des câbles
(souterrains/sous-marins) pour le transport d'énergie
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 26/06/2013
Dans le contexte d‟un paysage
énergétique en pleine mutation,
l‟amélioration de la qualité du service
de distribution d‟électricité demeure
une préoccupation constante. Des
efforts importants de maintenance et
de renouvellement permettent aux
distributeurs d‟honorer leurs
engagements en matière de qualité
de service. Pour que les
investissements visant à améliorer la
qualité de fourniture soient les plus
pertinents possibles, une anticipation
des défaillances est primordiale.
Les coupures d‟électricité sont dues
aux défaillances des matériels
électriques sous l‟effet des
dégradations liées au vieillissement et
aussi sous l‟effet des contraintes
qu‟ils endurent. Le comportement des
matériels sous l‟influence des
agressions liées à leur
environnement, s‟il est un phénomène
bien connu, est difficile à quantifier en
termes de risque de défaillance.
L‟objectif de la thèse est d‟en
améliorer la connaissance.
.
.
60
Résultats
Notre approche repose sur
l‟estimation statistique de la fiabilité à
partir d‟observations du réseau et de
ses composants. Des méthodes
adaptées à cette observation sont
développées.
Notre contribution concerne trois
aspects de la fiabilité en
environnement dynamique :
Nous étudions les propriétés
mathématiques de la loi exponentielle
par morceaux, qui modélise un taux
de défaillance constant par morceaux.
Nous proposons des modèles
reliant la propension de défaillance
d‟un matériel aux conditions
d‟environnement auxquelles ce
matériel est soumis.
Nous montrons comment des
processus stochastiques permettent
d‟étudier l‟évolution d‟un système
réparable constitué de liens et de
nœuds et d‟en déduire des
informations sur la fiabilité des
composants dans un contexte de
données manquantes.
Contacts
Doctorant : Lise GUERINEAU
Département EDF R&D : MIRE
Tuteurs :
Philippe CARER, Romain
LATTES
Laboratoire de Mathématiques
de Bretagne Atlantique (UMR
6205), Université de Bretagne
Sud
Ecole doctorale : SICMA
Directeur de thèse :
Evans GOUNO
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Analyse statistique de
modèles de fiabilité en
environnement dynamique
Améliorer la connaissance des défaillances des matériels
électriques
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 5/10/2012
En France, 35% des liaisons
électriques sont enterrées,
principalement en basse et moyenne
tension. L‟importance croissante
attachée par la population au respect
des paysages devrait amplifier ce
phénomène ainsi que les événements
climatiques sévères subis depuis la
tempête « Martin » en 1999. De
nombreuses recherches visent à
réduire les coûts d‟installation liés aux
aspects techniques et technologiques
des câbles, de leurs accessoires de
raccordement et à leurs méthodes
d‟installation en souterrain. Une
prédiction précise de la durée de vie
des câbles est un enjeu économique
et stratégique important pour le
transporteur RTE, le distributeur
d‟énergie électrique ERDF mais
également pour le producteur. Il
existe deux familles de câbles
caractérisés par leur enveloppe
isolante : les câbles d‟ancienne
technologie où le système d‟isolation
est en papier imprégné et la barrière
d‟étanchéité est une gaine de plomb,
les câbles de nouvelle technologie où
le système d‟isolation est un
polymère et la barrière d‟étanchéité
peut être soit une gaine de plomb,
soit une feuille d‟aluminium.
61
RésultatsDans le cas du polyéthylène (PE), la
prise d‟eau est le résultat de
l‟apparition de différents produits
d‟oxydation qui ont une grande affinité
avec l‟eau (schéma ci-dessus). Dans
le cas du polychlorure de vinyle
(PVC), la prise d‟eau est liée à la
perte de plastifiant et à l‟apparition de
microfissures qui vont permettre le
passage de l‟eau (schéma de droite).
Les principaux résultats obtenus
sont :
l‟identification des formulations
industrielles des matériaux utilisés et
leur quantification : le PE est stabilisé
par un mélange synergique
d‟antioxydants ;
le PVC est plastifié par du di-
isodecyl phtalate (DIDP) ;
la définition, via le suivi du
vieillissement accéléré du
polyéthylène, d‟un certain nombre de
grandeurs cinétiques qui permettent
de caractériser la thermo-oxydation
du matériau.
Ces résultats alimentent un modèle
de vieillissement développé à partir
des connaissances déjà acquise sur
le vieillissement des polymères. Ceci
permettra de quantifier la pénétration
d‟eau à travers la gaine externe des
câbles en fonction du temps et des
conditions d‟exploitation.
Contacts
Doctorant : Inès M’KACHER
Département EDF R&D : LME
Tuteurs : Valérie MURIN , Yves
BRUMENT
Laboratoire : PIMM (procédés et
ingénierie en mécanique et
matériaux)
Ecole doctorale :
Arts et Métiers ParisTech
Directeur de thèse :
Xavier COLIN
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Cinétique de pénétration
d'eau et d'oxygène dans le
système gaine / enduction
des câbles HTA et HTB
Un outil pour améliorer la gestion des actifs de réseau : un
modèle de vieillissement des gaines des liaisons enterrées
Mécanismes régissant la prise d‟eau dans le polyéthylène (ci-dessus)
et dans le polychlore de vinyle (à droite)
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Thèse soutenue le 28/02/2012
Le projet ERDF de "Réduction des
pertes techniques dans les
transformateurs de distribution" confié
à EDF R&D vise à diversifier les
sources d‟approvisionnement de
transformateurs notamment grâce à
l‟ouverture à de nouvelles
technologies.
Les rubans magnétiques amorphes
représentent une des possibilités
prometteuses autant en terme de
réduction des pertes à vide qu‟en
terme d‟élargissement de
l‟approvisionnement. Bien que cette
technologie semble éprouvée dans de
nombreux pays (Asie et Amérique du
nord), les concepts évoluent et
l'application en France demande à
être confirmée et validée, par
l‟intermédiaire d‟EDF R&D, sur de
nombreux points techniques et
économiques. Les informations et
résultats des travaux de thèse
renseignent ERDF sur les possibilités
et limites de cette technologie
appliquée aux transformateurs de
distribution. Ces travaux contribueront
aux développements du groupe EDF
dans une démarche d'investissement
dans des matériels à haute efficacité
énergétique.
62
Résultats
Ce projet de thèse avait pour objectif
d‟évaluer la technologie amorphe et
apporter un avis au client ERDF.
Cette étude sur les transformateurs
amorphes a montré que les rubans
amorphes offrent une réduction nette
des pertes à vide (50%, voire 60%)
par rapport aux transformateurs
conventionnels. Cette technologie
s‟inscrit de façon cohérente dans la
démarche de ERDF et de l‟Union
européenne concernant l‟utilisation
des transformateurs à haute efficacité
énergétique. Bien que cette
technologie soit prometteuse, il reste
des obstacles à surmonter. Un des
défauts majeurs de ces appareils est
la mauvaise tenue aux courts-circuits.
Il a été observé que certains
constructeurs proposent tout de
même des produits satisfaisants mais
des progrès restent à faire afin de
parvenir à un matériel recevable.
Contacts
Doctorant : Malick MOUHAMAD
Département EDF R&D : LME
Tuteur : Christophe ELLEAU
Laboratoire : Systèmes et
Applications des Technologies de
l‟Information et de l‟Energie
(SATIE)
Ecole doctorale : Ecole Normale
Supérieure de Cachan
Directeur de thèse :
Frédéric MAZALEYRAT
SOUTENIR LA CONCEPTION ET LE DÉPLOIEMENT
DES SYSTÈMES ÉLECTRIQUES
Réduction des pertes à vide
des transformateurs de
distribution par utilisation de
rubans amorphes
Utiliser des transformateurs à haute efficacité énergétique
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63
64 Stocker efficacement les énergies renouvelables sous forme
d‟hydrogène par électrolyse à haute température
65 Elaborer et tester de cellules pour des piles à combustible à
oxyde solide (SOFC)
DÉVELOPPER LES STOCKAGES D‟ENERGIE ET
PREPARER LA MOBILITE ÉLECTRIQUE
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 17/05/2013
Afin de garantir l‟équilibre entre l‟offre
et la demande d‟électricité, il est
essentiel de développer des
technologies permettant de stocker
efficacement de grandes quantités
d‟énergie sur plusieurs semaines.
Le stockage sous forme d‟hydrogène
par électrolyse de la vapeur d‟eau à
800°C satisfait ces critères de par son
rendement très élevé, associé aux
diverses possibilités du stockage de
l‟hydrogène. Cette technologie
novatrice a été développée, jusqu‟à
présent, pour une utilisation en base.
Or, pour le stockage des surplus de
production électrique, l‟électrolyse à
haute température doit fonctionner de
manière flexible. Il est donc
nécessaire d‟identifier les limites de
fonctionnement de cette technologie
et de développer des stratégies de
pilotage innovantes pour assurer une
flexibilité maximale.
64
RésultatsPour évaluer la flexibilité de la
technologie, deux critères sont
considérés : le comportement
intermittent et la plage de
fonctionnement en puissance. Le
comportement intermittent est validé
en laboratoire par des variations
rapides de la puissance qui
n‟engendrent pas de dégradation
prématurée, ce qui implique que la
technologie peut gérer une
alimentation électrique intermittente.
Néanmoins, la modélisation
numérique permet d‟établir que la
plage de fonctionnement en
puissance est restreinte. Plusieurs
stratégies de pilotage sont donc
développées pour élargir cette plage
tout en maintenant des performances
optimales. L‟électrolyseur à haute
température peut ainsi fonctionner
quelle que soit la puissance
appliquée. Enfin, ces résultats sont
validés par la simulation du
fonctionnement d‟électrolyseurs à
haute température alimentés par de
l‟énergie d‟origine solaire et éolienne.
Contacts
Doctorant : Floriane PETIPAS
Institut EDF R&D : EIFER
Tuteur : Annabelle BRISSE
Laboratoire : Centre Efficacité
énergétique des Systèmes
(CES), MINES ParisTech
Ecole doctorale : Sciences et
Métiers de l‟Ingénieur
Directeur de thèse :
Chakib BOUALLOU
Dépôt de brevet« Pilotage d'un électrolyseur à haute température », Floriane PETIPAS, Annabelle
BRISSE, Chakib BOUALLOU. Déposé le 25 Octobre 2013 (numéro de demande
1360471 / numéro de soumission 1000212966).
DÉVELOPPER LES STOCKAGES D‟ENERGIE ET
PREPARER LA MOBILITE ÉLECTRIQUE
Conception et conduite de
systèmes d‟électrolyse à
haute température alimentés
par des énergies
renouvelables
Stocker efficacement les énergies renouvelables sous
forme d‟hydrogène par électrolyse à haute température
L‟électrolyseur à haute température convertit l‟électricité, même
intermittente, en hydrogène.
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Thèse soutenue le 4/04/2013
Il s‟agissait d'évaluer le potentiel d'un
nouveau couple cathode/électrolyte
pour une application en IT-SOFC
(700°C), par l'élaboration et le test de
cellules à anode support de
configuration planaire. Les avantages
de la technologie SOFC sont des
rendements énergétiques élevés et
une flexibilité de la source
hydrogénée entrante de part le
caractère élevé de la température
(800-1000°C). Les problèmes de coût
et de vieillissement, doivent être
résolus avant le déploiement
industriel. La baisse des températures
d'opération présente des avantages
mais la performance de la pile à
combustible, basée sur des matériaux
céramiques, diminue sensiblement
aux températures modérées
(<800°C). Le développement de la
technologie SOFC implique des
matériaux électrodes/électrolyte
innovants et performants et une
architecture de cellule améliorée.
Deux matériaux brevetés EDF-CNRS,
un électrolyte (anode) et une cathode,
ont été combinés en une première
cellule "made in France" à anode
support SOFC opérant aux
températures intermédiaires (700°C).
Ce travail a été mené en parallèle du
projet ANR INNOSOFC
65
Résultats
Le résultat majeur de la thèse a été
d'établir de nouveaux équipements
dans les laboratoires EIFER au
Fraunhofer ICT. Ces laboratoires
nous permettent désormais
d'élaborer des cellules en utilisant des
techniques industrialisables et à bas
coûts - coulage en bande, sérigraphie
et coulage sous vide.
La faisabilité de l'assemblage
innovant électrode/électrolyte "made
in EIFER" utilisant les matériaux EDF-
CNRS cités a été évaluée.
L'architecture et la microstructure de
la cellule ont été optimisées
permettant d'atteindre une densité de
puissance de 200 mw/cm² avec une
résistance de polarisation compétitive
de 0.29 ohms.cm² à 700°C et 0,7V.
La principale limitation de la
performance est liée à la résistance
interne du banc de test lui-même.
Cette cellule a finalement pu opérer
avec succès au-delà de 500h sous
courant, avec un taux de dégradation
électrique significatif (27%/kh).
Contacts
Doctorant : Anne MORANDI
Institut EDF R&D : EIFER
Tuteurs :
Mathieu MARRONY, Qingxi FU
Laboratoire : Agence de
l‟Environnement et de la Maîtrise
de l‟Energie (ADEME), Institut de
la Chimie de la Matière
Condensée de Bordeaux
(ICMCB), Institut des Matériaux
de Nantes (IMN)
Ecole doctorale des Sciences
Chimiques de l‟Université
Bordeaux1 (EDSC)
Directeurs de thèse : Jean-Marc
BASSAT, Olivier JOUBERT
Cellule “made in EIFER” à
anode support de
configuration planaire IT-
SOFC
DÉVELOPPER LES STOCKAGES D‟ENERGIE ET
PREPARER LA MOBILITE ÉLECTRIQUE
Intégration de matériaux
oxydes innovants dans une
cellule IT-SOFC
(Intermediate Temperature
Solid Oxide Fuel Cell)
Elaborer et tester de cellules pour des piles à combustible
à oxyde solide (SOFC)
Microstructure of planar anode-supported French SOFC determined by
Scanning Electron Microscopy
10 µm
3.3 cm
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66
68 Gérer l‟énergie du bâtiment par commande optimale sous
contraintes
69 Développer des méthodes de mesure sur des pompes à
chaleur installées en logement et sur de longues périodes
70 Estimer la consommation électrique
71 Modéliser la courbe de charge électrique résidentielle
72 Identifier un appareil électrique à partir de l‟énergie
électrique qu‟il consomme
73 Prendre en compte le facteur humain dans le
développement de la « smart home »
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
67
74 Mieux connaître les consommations d‟énergie dans les
logements français à l‟horizon 2030-2050
75 Eco-concevoir des moteurs électriques efficaces,
économes et respectueux de l‟environnement
76 Concevoir un outil de diagnostic énergétique pour les
machines électriques
77 Récupérer de l‟énergie sur des produits solides chauds
pour produire de l‟électricité
78 Comment se diffusent les EnR décentralisées chez des
ménages propriétaires en France et au Royaume-Uni ?
79 Analyser la manière dont EDF développe et valorise la
relation client dans un contexte d‟évolutions technique et
sociétale
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 21/09/2012
La croissance démographique et
l'augmentation de la part des énergies
renouvelables dans le mix électrique
menacent aujourd'hui l'équilibre
production - consommation
d'électricité, notamment durant les
périodes de pointe de consommation.
Pour gérer ces pics, les producteurs
et transporteurs d‟électricité
augmentent les moyens de
production et les capacités
d'acheminement pour maintenir cet
équilibre. Or, cette stratégie présente
un risque à l'investissement élevé.
Une alternative à cette solution
consiste à développer des
programmes de gestion de la
demande consistant à lisser la courbe
de demande, en décalant la
consommation des heures de pointe
vers les heures creuses (Demand
Response). Une solution est de se
tourner vers le secteur résidentiel
pour lequel la gestion de la demande
n'est pas encore très développée.
Mais, il faut auparavant quantifier
l‟aptitude des usages électriques à
servir le système électrique, c‟est
l‟objet de cette thèse.
68
Résultats
Du point de vue théorique, le principal
résultat de cette thèse a été de
généraliser de façon rigoureuse les
méthodes de points-intérieurs bien
connues en optimisation de
dimension finie à l‟optimisation de
dimension infinie (contrôle optimal)
avec contraintes d‟état pures. De
plus, nous avons montré que ces
problèmes de contrôle optimal sous
contraintes peuvent se ramener à la
résolution d‟une suite de problèmes
sans contrainte dont les solutions
sont caractérisées par les conditions
de stationnarité du Principe du
Minimum de Pontryagin. Du point de
vue applicatif, ces algorithmes nous
ont permis de mener des études pour
quantifier précisément le potentiel
maximal de flexibilité d‟usages
électriques dans l‟habitat comme, par
exemple, la durée maximale
d‟effacement du chauffage sous
contrainte de confort en fonction du
niveau d‟isolation du bâtiment.
Contacts
Doctorant : Paul MALISANI
Département EDF R&D :
ENERBAT
Laboratoire : Centre Automatique
et Systèmes, Unité
Mathématique et Systèmes,
MINES-ParisTech
Ecole doctorale n°432 :
Sciences et Métiers de
l‟Ingénieur
Directeurs de thèse : Nicolas
PETIT, François CHAPLAIS
Prix de thèse Paul Caseau 2013Ce prix, décerné chaque année à trois jeunes chercheurs, récompense des travaux
présentant un caractère exceptionnel sur le plan de la qualité scientifique et de
l'originalité des idées ou de la démarche.
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Pilotage dynamique de
l‟énergie du bâtiment par
commande optimale sous
contraintes utilisant la
pénalisation intérieure
Gérer l‟énergie du bâtiment par commande optimale sous
contraintes
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Thèse soutenue le 31/11/2012
Les pompes à chaleur constituent une
solution performante énergétiquement
et peuvent contribuer largement aux
économies d‟énergie et à la
diminution des émissions de CO2 du
secteur résidentiel. Cependant les
pompes à chaleur air/air souffrent
d‟une mauvaise image de marque
auprès des pouvoirs publics, ce qui
leur a valu d‟être éliminées du crédit
d‟impôt en 2009. Le retour
d‟expérience quasi-inexistant de ces
systèmes a largement contribué à cet
état de fait.
L‟enjeu principal de la thèse vise au
développement de méthodes de
mesure fiable et simple permettant de
mesurer le coefficient de performance
saisonnier in-situ.
L‟affichage des performances de ces
systèmes devrait permettre une plus
large acceptation et confiance quant à
leur efficacité. Ce travail contribue
également au projet européen
SEPEMO destiné à proposer des
méthodes de mesures in-situ
harmonisées sur tous les types de
pompes à chaleur.
69
Résultats
Deux méthodes de mesure in-situ ont
été développées : l‟une basée sur des
mesures sur le fluide frigorigène
(méthode interne), l‟autre basée sur
des mesures sur l‟air (méthode
externe), leurs incertitudes
respectives ayant été calculées.
Une méthode de référence, non
utilisable in-situ, a d‟abord été validée
en conditions stabilisées et
dynamiques. La méthode sur l‟air,
validée en statique et en dynamique
dépend fortement des conditions
d‟installation des capteurs,
notamment ceux de mesure de la
vitesse d‟air ; son incertitude est
proche de 12%.
Enfin, la méthode interne constitue
l‟originalité de ce travail car elle est
basée sur des mesures non
intrusives. Validée, hors conditions
diphasiques, elle prend en compte les
pertes thermiques du compresseur et
son incertitude est inférieure à 10%.
A terme, ces travaux permettront
l‟affichage en continu de la
performance des pompes à chaleur.
Contacts
Doctorant : Cong-Toan TRAN
Département EDF R&D :
ENERBAT
Tuteur :
Christine ARZANO-DAURELLE
Laboratoire : Centre Energétique
de Procédés (CEP)
École doctorale n° 432 :
Sciences des Métiers de
l‟Ingénieur - École nationale
supérieure des mines de Paris
Directeur de thèse :
Dominique MARCHIO
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Méthodes de mesure in situ
des performances annuelles
des pompes à chaleur air/air
résidentielles
Développer des méthodes de mesure sur des pompes à
chaleur installées en logement et sur de longues périodes
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Thèse soutenue le 26/11/2012
Dans cette thèse, nous nous
intéressons à l'estimation de la
synchrone de consommation
électrique (courbe moyenne). Comme
les variables étudiées sont
fonctionnelles, les capacités de
stockage limitées et les coûts de
transmission élevés, nous nous
sommes intéressés à des méthodes
d'estimation par sondage, alternatives
intéressantes aux techniques de
compression du signal. Nous
étendons au cadre fonctionnel des
méthodes d'estimation qui prennent
en compte l'information auxiliaire
disponible afin d'améliorer la
précision de l'estimateur de Horvitz-
Thompson de la courbe moyenne de
consommation électrique. La
première méthode fait intervenir
l'information auxiliaire au niveau de
l'estimation, la courbe moyenne est
estimée à l'aide d'un estimateur basé
sur un modèle de régression
fonctionnelle. La deuxième l'utilise au
niveau du plan de sondage, nous
utilisons un plan à probabilités
inégales à forte entropie puis
l'estimateur de Horvitz-Thompson
fonctionnel.
70
Résultats
Une estimation de la fonction de
covariance est donnée par l'extension
au cadre fonctionnel de
l'approximation de la covariance
donnée par Hajek. Nous justifions de
manière rigoureuse leur utilisation par
une étude asymptotique. Pour
chacune de ces méthodes, nous
donnons, sous de faibles hypothèses
sur les probabilités d'inclusion et sur
la régularité des trajectoires, les
propriétés de convergence de
l'estimateur de la courbe moyenne
ainsi que de sa fonction de
covariance. Nous établissons
également un théorème central limite
fonctionnel. Afin de contrôler la
qualité de nos estimateurs, nous
comparons deux méthodes de
construction de bande de confiance
sur un jeu de données de courbes de
charge réelles. La première repose
sur la simulation de processus
gaussiens. Une justification
asymptotique de cette méthode est
donnée pour chacun des estimateurs
proposés. La deuxième utilise des
techniques de bootstrap qui ont été
adaptées afin de tenir compte du
caractère fonctionnel des données.
Contacts
Doctorant : Pauline LARDIN
Département EDF R&D : ICAME
Tuteur : Jérôme CUBILLE
Laboratoire : Institut de
Mathématiques de Bourgogne,
Université de Dijon
Ecole doctorale Carnot (Dijon)
Directeurs de thèse : Hervé
CARDOT, Camelia GOGA.
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Estimation de synchrones de
consommation électrique par
sondage et prise en compte
de l‟information auxiliaire
Estimer la consommation électrique
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 10/01/2013
Le secteur résidentiel débute une
mutation structurelle :
introduction de nouveaux usages et
équipements ;
avènement de bâtiments faibles
consommateurs d‟énergie ;
modification des comportements
humains ;
introduction de production
décentralisée d‟énergie etc
Les impacts en énergie de ces
ruptures peuvent être relativement
bien estimés mais cette seule
réflexion quantitative est toutefois
insuffisante. En effet, il est impératif
de prendre en considération l‟aspect
qualitatif de la demande électrique
résidentielle à savoir sa dynamique
temporelle au travers de la courbe de
charge. L‟augmentation de la pointe
de consommation journalière ces
dernières années, en particulier
provoquée par la concomitance
d‟usages résidentiels, est une des
manifestations de la mutation du parc
de logements.
La thèse tente donc de répondre à la
question suivante : quels sont les
impacts de ces ruptures sur la courbe
de charge électrique résidentielle ?
71
Résultats
La thèse a permis de développer une
méthode conceptuelle de
reconstitution des appels de
puissance, inédite et a priori
universelle. Celle-ci a été pensée
pour prendre en compte l‟ensemble
des usages domestiques de
l‟électricité et pour expliciter la
diversité de consommation appelée
foisonnement. Nous avons mis en
œuvre une partie de la méthode de
manière à générer du foisonnement
d‟origine comportemental. Pour cela,
nous avons développé un algorithme
stochastique qui représente
l‟utilisation réaliste des appareils
domestiques. Pour observer et
analyser le foisonnement entre les
courbes de charge, nous avons
adapté une technique de traitement
du signal. Enfin, de manière à mieux
représenter le comportement humain
dans notre outil de simulation, nous
avons cherché à identifier des
typologies de comportement à l‟aide
de méthodes d‟analyse de données
appliquées à des mesures réelles.
Contacts
Doctorant :
Arnaud GRANDJEAN
Département EDF R&D :
ENERBAT
Tuteur : Guillaume BINET
Laboratoire : Mines ParisTech,
Centre Énergétique et Procédés
(CEP)
École n°432 Sciences des
Métiers de l‟Ingénieur
Directeur de thèse :
Jérôme ADNOT
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Introduction de non linéarités
et de non stationnarités dans
les modèles de
représentation de la
demande électrique
résidentielle
Modéliser la courbe de charge électrique résidentielle
Profil de disponibilité et résumé d‟un jour-type Semaine pour un
ménage-type Actif
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Thèse soutenue le 15/03/2013
Peut-on identifier un appareil
électrique à partir de l‟énergie
électrique qu‟il consomme ? C‟est
essentiellement cette question qui
guide les travaux de recherche
présentés dans cette thèse.
Historiquement, les compteurs
électriques ne fournissent que la
quantité d‟énergie totale consommée.
Cette unique donnée ne permet
qu‟une identification sommaire des
appareils électriques. Cependant, les
récents développements en matière
de compteurs électriques intelligents
permettent de disposer en temps réel
de la consommation électrique d‟un
foyer, d‟un bâtiment ou d‟une
entreprise. Ces compteurs permettent
donc de disposer du profil temporel
de la consommation, qui constitue un
outil puissant pour l‟analyse de
l‟électricité consommée et
développement de services
énergétiques aux clients d‟EDF.
72
RésultatsPlusieurs besoins métiers d‟EDF, tels
que la surveillance des moyens de
production ou encore le suivi des
courbes de charge électrique pour
des besoins de maîtrise de la
consommation d‟électricité,
s‟appuient sur la modélisation-
caractérisation de signaux physiques
transitoires issus de différents
capteurs. La thèse adresse la
problématique de modélisation d‟un
mélange de signaux transitoires et
leur classification à des fins de
diagnostic - caractérisation. Le
périmètre applicatif retenu est celui
des signaux transitoires électro-
domestiques. Nous recherchons une
méthode de régression adaptée à la
modélisation de la puissance active
de signaux transitoires électriques.
Ces signaux sont engendrés par
l‟enclenchement d‟appareils
électriques sur le réseau. Un modèle
de régression par morceaux
permettant l‟introduction de transitions
régulières entre les différents régimes
est présenté. L‟estimation des
paramètres du modèle et du nombre
de régimes est réalisée conjointement
dans un cadre bayésien hiérarchique.
Contacts
Doctorant : Mathieu SANQUER
Départements EDF R&D :
STEP, MIRE
Tuteur : Mabrouka EL GUEDRI
Laboratoire : GIPSA lab
Ecole doctorale :
Université de Grenoble
Directeur de thèse :
Nadine MARTIN
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Détection et caractérisation
de signaux transitoires :
application à la surveillance
de courbes de charge
Identifier un appareil électrique à partir de l‟énergie
électrique qu‟il consomme
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Thèse soutenue le 4/11/2013
Cette thèse vise à contribuer à la
conception de situations
informatiques basées sur des
systèmes ambiants plus ou moins
adaptatifs. L‟idée est de permettre
que ces nouvelles situations
domestiques soient à la fois efficaces
énergétiquement mais aussi
appropriables par les habitants au
quotidien. Pour cela, à partir d'une
approche centrée sur l'activité, nous
caractérisons les contextes d'activité
quotidienne, ce qui permet d'élaborer
nos principes de conception et des
scénarios. Les spécificités de
l'informatique diffuse (e.g., en réseau
disséminé dans l'environnement) et
des situations domestiques
investiguées (e.g., plusieurs pièces et
étages) nous amènent à créer une
méthodologie pour l‟analyse formelle
des activités dans le logement : le
format « multi-portées ». Sur ces
bases, nous caractérisons les
contextes d'activité de plusieurs
familles vivant dans des maisons à
forte consommation énergétique.
73
Résultats
Nos résultats mettent en évidence les
préoccupations des habitants et les
anticipations qui les structurent. Les
membres de la famille sont engagés
dans des préoccupations à la fois
similaires et différentes, à différentes
échelles de temps. Enfin, nous
comparons 85 agencements du
collectif dans l'habitat et les types
d'(im)possibilités perceptives et
pratiques qui en émergent entre
humains, objets et espaces
physiques. Ces travaux s‟intègrent à
ceux réalisés sur la problématique
des services dans l‟habitat dans la
perspective de la généralisation de
l‟internet des objets et de
l‟informatique ambiante et ubiquitaire
et pour la maitrise de la demande en
énergie. Ils visent à prendre en
compte le facteur humain dans le
développement de la « smart home ».
Les apports de ce travail, théoriques
et méthodologiques, permettent aussi
de contribuer à la conception de
systèmes ambiants de maîtrise de
l‟énergie dans l‟habitat : en tenant
compte des activités humaines et en
définissant la façon dont les systèmes
dits « intelligents » doivent interagir
avec les habitants.
Contacts
Doctorant :
Julien GUIBOURDENCHE
Département EDF R&D : ICAME
Tuteurs : Myriam FREJUS, Yvon HARADJI
Laboratoire : « Interactions,
Corpus, Apprentissages &
Représentations » (UMR 5191
CNRS , Lyon 2 - E.N.S Lyon -
IFÉ)
Ecole doctorale EPIC (ED 485)
Institut de Psychologie Lyon 2,
Université de Lyon
Directeurs de thèse :
Michèle GROSJEAN, Jacqueline
VACHERAND-REVEL, Yves
CLOT
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Préoccupations et
agencements dans les
contextes d'activité
domestique. Contribution à
la conception de situations
informatiques diffuses,
appropriables et
énergétiquement efficaces
Prendre en compte le facteur humain dans le
développement de la « smart home »
Crédit photo : EDF / Stéphanie TETU - La Company
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Thèse soutenue le 26/11/2012
Les besoins de planification des
investissements énergétiques
(production, réseau) d‟EDF
nécessitent une compréhension
approfondie de la dynamique à long
terme de la demande énergétique
nationale, dont celle du secteur
résidentiel. Les modèles prospectifs
les plus utilisés pour ces deux
applications dans le secteur
résidentiel sont basés sur des
estimations de demandes issues de
modèles de thermique du bâtiment.
Cependant, ces modèles sont
relativement pauvres vis-à-vis de la
description des comportements des
ménages, aussi bien concernant la
façon dont ils utilisent leurs
équipements que concernant la façon
dont ils les renouvellent. L‟enjeu
principal de la thèse était donc
d‟améliorer le réalisme
comportemental de ces modèles
grâce aux apports de l‟économie.
74
Résultats
Le premier résultat de cette thèse a
été de révéler des divergences très
importantes entre les consommations
de chauffage (deux tiers de la
demande énergétique des logements)
estimées par les modèles thermiques
et celles observées sur les factures
des clients. L‟analyse économique a
montré que les ménages adaptent
fortement leur niveau de
consommation au coût du service
chauffage, ce qui peut leur permettre
de consommer jusqu‟à deux fois
moins d‟énergie que prévu dans les
logements peu performants ayant une
énergie de chauffage onéreuse.
L‟autre résultat principal concerne la
représentation du marché de la
rénovation thermique des logements.
Il a été montré que la diffusion des
technologies performantes était
fortement ralentie par des barrières
de marché, dont a été réalisée une
quantification, ainsi que par la forte
hétérogénéité de ce marché.
Contacts
Doctorant : Benoît ALLIBE
Département EDF R&D :
ENERBAT
Tuteur : Marie-Hélène LAURENT
Laboratoire : Centre International
de Recherche sur
l'Environnement et le
Développement (CIRED)
Ecole doctorale : EHESS (Ecole
des Hautes Etudes en Sciences
Sociales)
Directeur de thèse :
Jean-Charles HOURCADE
Prix de thèse Paul Caseau 2013Ce prix, décerné chaque année à trois jeunes chercheurs, récompense des travaux
présentant un caractère exceptionnel sur le plan de la qualité scientifique et de
l'originalité des idées ou de la démarche.
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Modélisation des
consommations d‟énergie du
secteur résidentiel français à
long terme - Amélioration du
réalisme comportemental et
scénarios volontaristes
Mieux connaître les consommations d‟énergie dans les
logements français à l‟horizon 2030-2050
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 30/11/2012
Chaque année, environ 30 millions de
moteurs électriques sont vendus dans
le monde pour un parc mondial
estimé de 300 millions. Étant donnés
ces volumes importants, une
amélioration, même faible, des
performances énergétiques de
chaque moteur apporte des
économies d'énergie importantes.
Dans un monde où l'énergie est plus
rare, donc plus chère, l'utilisation de
moteurs à haut rendement devient
importante. La conception des
moteurs électriques est généralement
optimisée sur la base de critères tels
que le coût, la durée de vie, la
puissance massique... Ces approches
ne prennent pas en compte les
performances énergétiques ni l'impact
écologique du moteur (bilan
énergétique global, quantification des
émissions de gaz à effet de serre et
des déchets). L‟enjeu principal de
cette thèse est de proposer une
démarche d'éco-conception de
moteurs électriques verts pour
applications industrielles et tertiaires
et de contribuer au développement de
services d'éco-efficacité énergétique.
75
Résultats
L‟écobilan global a permis d‟évaluer
tous les impacts environnementaux
générés par le moteur électrique en
prenant en compte toutes les phases
de son cycle de vie (fabrication,
utilisation, fin de vie). Il a donc été
possible de prendre des décisions
stratégiques lors de la conception du
prototype. Ce dernier montre des
performances optimales grâce à
l‟utilisation d'un acier spécifique (tôles
à grains orientés disposées
judicieusement), d‟un fil émaillé sans
solvant, de matières plastiques
d‟origine végétale et de roulements à
billes à faibles pertes. Ces procédés
augmentent l‟efficacité énergétique
jusqu'à trois points par rapport au
moteur de référence et permettent de
gagner une classe de rendement
sans augmenter la taille de la
machine.
Ainsi, cette thèse prouve que les éco-
technologies employées permettent
d‟améliorer l‟écobilan de la machine
de référence tout en respectant le
cahier des charges demandé.
Contacts
Doctorant :
Wallid BOUGHAMNI
Département EDF R&D :
THEMIS
Tuteur : Thierry JACQ
Laboratoire : Université d‟Artois,
LSEE
Ecole doctorale : Université Lille
Nord de France – Université
d‟Artois
Directeur de thèse : D. ROGER
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Eco-conception des
motorisations électriques :
application à la machine
asynchrone
Eco-concevoir des moteurs électriques efficaces,
économes et respectueux de l‟environnement
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 9/01/2012
Les travaux présentés dans ce
mémoire concernent la conception
d‟un outil (cellule) de diagnostic
énergétique. Le verrou majeur à lever
consiste à estimer le couple
électromagnétique des machines AC,
sans décapoter leurs boîtes à bornes
ni mesurer leurs vitesses de rotation.
La thèse a permis de développer des
techniques non invasives, basées sur
la mesure du courant de ligne et/ou
du flux de dispersion dans
l‟environnement proche de la
machine. Des analyses fines de la
distribution du flux de dispersion
autour de la carcasse ont été
réalisées car le flux est atténué et
déphasé sous l‟influence des
courants de Foucault. L‟analyse a
également permis de distinguer la
contribution des conducteurs actifs de
celle des têtes de bobines dans la
génération du flux externe. Une
image du flux d‟entrefer a donc pu
être mise en évidence, ainsi que la
manière de la mesurer, conduisant à
la définition de protocoles de
détermination du couple. Ces derniers
sont complétés par une méthode
reposant sur la mesure ou
l‟estimation à partir du flux de
dispersion du courant de phase.
76
Résultats
L‟accroissement des performances
énergétiques de systèmes industriels
motorisés mettant en œuvre des
machines électriques à courant
alternatif est actuellement l‟objet
d‟enjeux majeurs. Les travaux portent
sur la conception d‟un outil de
diagnostic énergétique. L‟originalité
de cette étude consiste à estimer le
couple électromagnétique d‟une
manière non invasive, sans mesurer
la tension d‟alimentation, sans
démonter la machine ou accéder à
son arbre. Une mesure du champ
magnétique rayonné par la machine
et/ou du courant statorique est
réalisée via la caractérisation du flux
de dispersion, ce qui a nécessité de
définir la position idéale du capteur.
Trois modèles d‟estimation non
invasive du couple électromagnétique
ont été développés sur des machines
asynchrones de 3 à 200 kW. L‟erreur
est inférieure à 15%. Une cellule
prototype autonome en énergie a été
développée.
Contacts
Doctorant : Farid ZIDAT
Département EDF R&D :
THEMIS
Tuteur : Thierry JACQ
Laboratoire : LSEE, Université
d‟Artois
Ecole doctorale : Université Lille
Nord de France – Université
d‟Artois
Directeur de thèse :
Jean-François BRUDNY
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Sur la conception d‟une
cellule de suivi des
performances d‟éco-
efficacité énergétique
des machines électriques
tournantes à courants
alternatifs
Concevoir un outil de diagnostic énergétique pour les
machines électriques
Etude de la localisation optimale du capteur de flux de dispersion
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Thèse soutenue le 4/10/2012Dans les usines sidérurgiques, l‟acier
liquide est acheminé vers la coulée
continue. La surface extérieure étant
solidifiée, l‟acier circule entre des
cylindres refroidis à l‟eau. Une fois
son cœur solidifié, le lingot d‟acier est
coupé en brames par oxycoupage.
Ces brames sortent à 900°C et sont
soient déposées dans des parcs à
brames pour y être refroidies par l‟air
ambiant, soit enfournées directement
à chaud dans un four de réchauffage
pour laminage. Dans les parcs à
brames, elles sont simplement
refroidies par l‟air ambiant avant
d‟être transportées vers un autre site.
L‟énergie ainsi perdue vers
l‟atmosphère par rayonnement et
convection représente 540 MJ/t
d‟acier. L‟objectif du projet est de
définir une stratégie de récupération
de l‟énergie perdue par les brames
après la coulée continue ainsi qu‟un
moyen de valorisation adaptée. La
production française d‟acier annuelle
est de 17 800 000 tonnes. L‟énergie
non valorisée est de 4,3 TWh.
La consommation annuelle
d‟électricité en France est de l‟ordre
de 450 TWh annuels. La
consommation d‟électricité du secteur
sidérurgie est de 12 TWh annuels.
77
RésultatsUne stratégie de récupération de
chaleur cohérente a été définie sur
des brames d‟acier issues de la
coulée continue. La récupération se
fait directement par échange radiatif
entre les brames et les tubes des
échangeurs. Un cycle thermo-
dynamique de vapeur à resurchauffe
permet de valoriser l‟énergie captée
sous forme de vapeur surchauffée,
ensuite détendue au travers d‟une
turbine afin de produire de l‟électricité.
Une preuve de concept par la
réalisation d‟un banc d‟essai à échelle
laboratoire a permis d‟étudier les
phénomènes thermiques mis en jeu
et de valider le principe de
récupération. Les travaux d‟ingénierie
de base ont permis d‟adapter le
système à l‟échelle industrielle et de
réaliser une étude technico-
économique d‟une chaîne complète
de récupération de chaleur et de
valorisation en électricité. Le système
ainsi dimensionné assure une
production électrique de 112
GWhe/an.
Contacts
Doctorant : Haytham SAYAH
Département EDF R&D : EPI
Tuteur : Florence de CARLAN
Laboratoire : CES Mines
PARISTECH Palaiseau
Ecole doctorale : Science des
Métiers de l‟Ingénieur
Directeur de thèse :
Denis CLODIC
Dépôt de brevetN° enregistrement : 1259476 « Dispositif de captage de chaleur par conduction et
enceinte de refroidissement comportant un tel dispositif »
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Récupération de l‟énergie
des solides massifs – cas
d‟acier de la coulée continue
Récupérer de l‟énergie sur des produits solides chauds
pour produire de l‟électricité
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 26/06/2012
Dans un contexte de développement
de la production décentralisée
(revente sur le réseau et/ou
autoconsommation énergétique), la
compréhension fine des conditions
d‟émergence et de développement de
l‟acquisition d‟équipements de
production d‟énergie décentralisée
par les ménages est primordiale, pour
anticiper les évolutions en termes de
production et de gestion du réseau,
ainsi que les évolutions sociétales du
rapport à l‟énergie.
78
Résultats
La thèse montre la co-construction
des politiques publiques, du marché
et des décisions d'installation d'EnR
(énergies renouvelables)
décentralisées. Au Royaume-Uni, le
marché reste embryonnaire, les
politiques publiques sont hésitantes,
les adoptants sont des membres de
communautés pionnières. En France,
le public est plus diversifié et les
logiques d‟action également : logique
environnementale, autonomie
énergétique, logique économique
(économies et valeur patrimoniale),
logique identitaire (acquérir un
équipement innovant), confort, mise
en conformité avec ses valeurs
(harmonisation pratiques – systèmes
- valeurs). Les ménages engagent un
« parcours du combattant » et
s‟appuient sur un réseau social
d‟entraide et d‟échange, mais pas
sous la forme de communautés. Ils
sont très dépendants des aides
publiques qui configurent le marché et
le processus de décision. Installer
une EnR décentralisée participe d‟un
projet d‟attention énergétique plus
vaste, antérieur à l‟installation, alliant
économies, environnement, confort,
patrimonialisation.
Contacts
Doctorant :
Marjorie FILLIASTRE-ROUX
Département EDF R&D : ICAME
Tuteur : Isabelle MOUSSAOUI
Laboratoire : CERLIS
Ecole doctorale 180 « Sciences
humaines et sociales : culture,
individus, sociétés »
Directeur de thèse :
Dominique DESJEUX
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Formes de l‟adoption d‟une
innovation « énergétique ».
Analyse sociologique de la
diffusion des énergies
renouvelables décentralisées
en France et au Royaume-
Uni
Comment se diffusent les EnR décentralisées chez des
ménages propriétaires en France et au Royaume-Uni ?
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 25/09/2012
Cette thèse s‟inscrit dans la continuité
d‟un questionnement relatif à
l‟insertion des pratiques de relation
client d‟EDF dans des tendances plus
lourdes, dans des évolutions
sociétales susceptibles d‟impacter
l‟efficience des stratégies de
communication ainsi mises en œuvre.
79
Résultats
A travers l‟analyse de la manière dont
EDF a participé à l‟élaboration d‟une
relation symbolique avec son public,
cette thèse montre que ce rapport de
sens s‟est exprimé à travers des
formes de plus en plus complexes.
De la nationalisation au tournant
commercial puis à l‟émergence de la
thématique relationnelle, cette
évolution, inscrite dans celle plus
générale du marketing, a conduit à
l‟émergence de discours et de formes
dont on peut se demander dans
quelle mesure ils font sens pour le
public. Ce questionnement est
appuyé par une analyse détaillée du
cas du lancement d‟EDF Bleu Ciel
comme marque commerciale grand
public et de la perception de cette
dernière par les clients. Il l‟est
également à l‟aune des pratiques
d‟autres entreprises et notamment de
l‟énergéticien allemand Yello Strom.
Contacts
Doctorant : Fabien BONNET
Département EDF R&D : ICAME
Tuteurs : Christiane LEGRIS-
DESPORTES, Jérôme CIHUELO
Laboratoire : GRIPIC (Groupe de
Recherches Interdisciplinaires
sur les Processus d‟Information
et de Communication ), CELSA -
Université Paris Sorbonne
Ecole doctorale : CELSA,
Université Paris Sorbonne, école
doctorale 5 « Concepts et
langages »
Directeur de thèse :
Nicole D‟ALMEIDA
CONTRIBUER A L‟ÉMERGENCE DE BÂTIMENTS, DES
VILLES ET TERRITOIRES DURABLES
Evolutions sociétales et
mutations de la relation
client – Une approche
communicationnelle de la
relation client d‟EDF
Analyser la manière dont EDF développe et valorise la
relation client dans un contexte d‟évolutions technique et
sociétale
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
80
82 Maîtriser les transferts thermiques des écoulements confinés
dans le domaine du nucléaire
83 Modéliser et simuler les écoulements diphasiques dans le
circuit des réacteurs à eau pressurisée
84 Améliorer le rendement des turbines à vapeur via la
modélisation des gouttes et films d‟eau condensée
85 Simuler les écoulements complexes eau-vapeur dans tous les
régimes de fonctionnement d‟un générateur de vapeur
86 Protéger l‟environnement des éléments chimiques et
biologiques présents dans le circuit de refroidissement
87 Lutter contre les infections nosocomiales par la modélisation
de déposition et ré-envol de particules
88 Modéliser les vibrations induites par écoulement autour de
réseaux d‟obstacles cylindriques
89 Modéliser le dépôt de particules colloïdales, du dépôt simple
au colmatage
90 Coupler deux approches classiques pour modéliser les
écoulements turbulents de gaz-particules
91 Modéliser l‟effet du soudage d‟un nouveau revêtement dur
pour les appareils de robinetterie nucléaire
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
81
92 Simuler le bain de fusion pour simuler le soudage
93 Prédire la qualité mécanique et métallurgique des soudures
94 Simuler et représenter l‟arrangement et la forme des granulats
dans les bétons
95 Améliorer la corrélation calcul-essai avec de nouvelles
méthodes numériques avancées
96 Vérification numérique des codes de calcul de simulation
97 Améliorer la gestion des ressources des infrastructures de
calcul à haute performance
98 Évaluer le potentiel énergétique et économique d'une filière
de captage de CO2
99 Réduire drastiquement les coûts de résolution des grands
systèmes linéaires par une approche multifrontale
100Des domaines fictifs pour diminuer le temps de réalisation des
maillages pour les calculs CFD
101Développer des algorithmes pour améliorer in-situ la qualité
de maillages avec le code Code_Saturne
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Sommaire
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 18/10/2012
Les transferts thermiques dans les
écoulements sont d‟une importance
capitale dans plusieurs applications
industrielles, en particulier dans le
domaine du nucléaire. Les
problématiques thermiques dans le
circuit primaire des réacteurs
nucléaires sont nombreuses : fatigue
thermique dans les zones de
mélange, chocs thermiques sur des
organes de robinetterie ou dans le
« downcomer », distribution de
température dans les branches
chaudes ou le long des assemblages
combustibles, etc… et concernent
aussi bien la sûreté des installations
que les performances industrielles. La
maîtrise des transferts thermiques est
également cruciale pour les
problématiques de stockage et
l‟entreposage (la thermohydraulique
conditionne en effet la température
des matériaux) ainsi que pour la
conception de systèmes de
refroidissement passifs (basés sur le
principe de la convection naturelle)
pour l‟évacuation de la puissance
résiduelle du cœur lors de l‟arrêt d‟un
réacteur nucléaire.
82
Résultats
Plusieurs formulations basées sur le
principe de pondération elliptique pour
la résolution des flux thermiques
turbulents, allant jusqu‟à un modèle à
équation de transport sont proposées.
Une attention particulière est portée
aux échelles de longueur et de temps
turbulentes en jeu. Après une étape de
validation a priori et a posteriori sur
des canaux plans prenant en compte
les trois régimes de convection,
forcée, mixte et naturelle, les différents
modèles sont testés sur des cas de
cavité en convection naturelle. La
supériorité des approches
développées par rapport à celles qui
existait dans Code_Saturne est claire
et le modèle à équation de transport
sur les flux thermiques turbulents est
le plus performant. Des tests sur une
matrice de tubes ont démontré la
possibilité d‟utiliser ces modèles sur
une géométrie complexe, plus proche
de celles rencontrées dans
l‟ingénierie.
Contacts
Doctorant :
Frédéric DEHOUX
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur :
Sofiane BENHAMADOUCHE
Laboratoire : Institut Pprime
(UPR 3346), CNRS, Université
de Poitiers, ENSMA
Ecole doctorale Science et
Ingénierie en Matériaux,
Energétique et Aéronautique,
SI-MMEA (Université de Poitiers)
Directeur de thèse :
Rémi MANCEAU
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Modélisation statistique des
écoulements turbulents en
convection forcée, mixte et
naturelle
Maîtriser les transferts thermiques des écoulements
confinés dans le domaine du nucléaire
1. Vitesse axiale de l‟écoulement dans une matrice de tubes
(modèle le la thèse : EB-RSM, référence : LES)
2. Complexité de l‟écoulement dans une matrice de tubes.
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 26/11/2012
Dans le cadre du projet NEPTUNE de
co-développement quadripartite EDF-
CEA-AREVA-IRSN , et afin de prédire
les différentes configurations
d‟écoulement dans le circuit primaire
et secondaire des centrales REP, il
est impératif de développer des
modèles locaux de représentation
monophasique et diphasique du
fluide, et des outils de simulation
numérique associés, qui soient fiables
et performants dans toutes les
situations. Les modèles diphasiques
permettant de simuler de tels
écoulements, pouvant comporter des
transitoires lents ou rapides, se
classent en deux grandes catégories :
la première consiste en une
description homogénéisée
monofluide, et la seconde privilégie la
description phase par phase,
autorisant ainsi de prendre en compte
les transferts interfaciaux. Un enjeu
dans cette thèse réside dans la
description de phénomènes fortement
instationnaires avec apparition de
phases évanescentes, le niveau de
complexité étant sensiblement plus
important en régime diphasique.
83
Résultats
Le modèle considéré dans cette thèse
propose une représentation bifluide
instationnaire avec des équations de
bilan de masse, de dynamique et
d‟énergie pour les phases liquide et
vapeur du fluide caloporteur. Les
outils numériques développés, qui
font appel à des techniques récentes
de relaxation, sont tout d‟abord
vérifiés afin d‟assurer la convergence
des algorithmes, et sont ensuite
confrontés à d‟autres schémas plus
classiques, afin d‟évaluer leurs
performances en configuration
instationnaire, en terme de précision
à coût CPU donné. Une attention
particulière est apportée au traitement
des phases résiduelles, ce qui est
essentiel puisque le fonctionnement
nominal est monophasique liquide.
Les développements, intégrés dans
Code_Saturne, permettront à terme,
pour des applications de type APRP,
d'augmenter la robustesse et la
précision sur maillage de taille
industrielle.
Contacts
Doctorant : Khaled SALEH
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Jean-Marc HERARD
Laboratoire : LJLL (Laboratoire
Jacques-Louis Lions)
Ecole Doctorale de Sciences
Mathématiques de Paris Centre
(ED 386)
Directeurs de thèse : Frédéric
COQUEL, Jean-Marc HERARD
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Analyse et simulation
numérique par relaxation
d‟écoulements diphasiques
compressibles. Contribution
au traitement des phases
évanescentes
Modéliser et simuler les écoulements diphasiques dans le
circuit des réacteurs à eau pressurisée (REP)
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Thèse soutenue le 3/12/2012
Dans les turbines à vapeur des
centrales nucléaires, 5% de la
puissance électrique est perdue du
fait de la présence sur les aubes
d‟eau liquide, sous forme de gouttes
et de films. Si la production de cette
eau liquide est inévitable, une
meilleure connaissance de la cascade
de phénomènes en jeu et des
mécanismes de pertes qu‟elle
engendre doit permettre des
réductions des pertes par des actions
appropriées (évacuation bien placées,
régime de condensation modifié,
séchage adéquat). L‟objectif est donc
d‟ajouter la modélisation des
différents phénomènes à celle de
l‟écoulement de vapeur dans un code
de calcul d‟écoulement 2D existant
afin de décrire et simuler le
comportement de cette eau liquide,
de la nucléation à l‟arrachement de
gouttes sur les films en passant par la
déposition.
84
Résultats
Divers modèles pour pour la
nucléation, la déposition et le film
liquide, adaptés au calcul méridien
(axisymétrique) de turbine à vapeur
ont été développés et implantés dans
le code. Les calculs effectués sur
une turbine de huit étages ont
démontré l‟apport de la prise en
compte de l‟eau liquide permettant de
déterminer la part des pertes dues
aux différents phénomènes.
Film liquide et répartition de pertes sur les
étages 6 à 8
Contacts
Doctorant : Yoann FENDLER
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Jean-Marc DOREY
Laboratoire : LMFA
Ecole doctorale : GEGA (Lyon)
Directeur de thèse :
Michel LANCE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Analyse des phénomènes
liés à la présence de la
phase liquide dans les
turbines à vapeur et
élaboration de modèles
méridiens pour en prédire
les effets
Améliorer le rendement des turbines à vapeur via la
modélisation des gouttes et films d‟eau condensée
Fraction massique d‟eau sous forme liquide dans une turbine
de huit étages
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 14/11/2013
Ce travail de thèse est lié au besoin
de modélisation des écoulements
diphasiques en générateurs de
vapeur (entrée liquide et sortie
vapeur).
L‟enjeu pour EDF est une meilleure
compréhension des phénomènes au
sein des générateurs de vapeur.
L‟observation in situ est limitée par
l‟encombrement des composants
réels et par la difficulté de réalisation
d‟une expérience en eau-vapeur.
Avoir à disposition un modèle
numérique de « tout régime
d‟écoulement » est donc un enjeu
crucial.
85
Résultats
Après avoir validé et vérifié une
approche de localisation d‟interface
dans le code NEPTUNE_CFD, le
couplage numérique de cette
approche avec l‟approche existante
pour les bulles dispersées est réalisé.
Le principal résultat est une
modélisation avec le modèle hybride
multichamp effectif du point de vue
numérique sur un cas d‟écoulement
complexe (panache de bulles de
l‟expérience Castillejos).
Contacts
Doctorant : Romain DENEFLE
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Stéphane MIMOUNI
Laboratoire : TREFLE - I2M
Ecole doctorale :
Bordeaux 1 SPI
Directeurs de thèse :
Jean-Paul CALTAGIRONE,
Stéphane VINCENT
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Modélisation locale
diphasique eau-vapeur des
écoulements dans les
générateurs de vapeur
Simuler les écoulements complexes eau-vapeur dans tous
les régimes de fonctionnement d‟un générateur de vapeur
Bâtiment réacteur de la centrale nucléaire du Tricastin.
Deux générateurs de vapeur. Photo : EDF - Cédric HELSLY.
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 21/11/2012
Les aéroréfrigérants humides
assurent l‟évacuation de la puissance
thermique des centrales de
production thermique ou nucléaire.
L‟échange thermique par contact
direct air/eau produit un écoulement
sursaturé en vapeur d‟eau ainsi qu‟un
flux de gouttes arrachées
mécaniquement. La masse de liquide
transférée par ces gouttes (dites de
primage) doit être maîtrisée et limitée
dans la mesure où elle ne participe
pas au processus de refroidissement
mais est susceptible d‟entraîner, vers
l‟environnement, les éléments
chimiques et biologiques présents
dans le circuit de refroidissement. La
thèse avait pour objectif de
développer un système de mesure
permettant de connaître le spectre de
taille de gouttes présentes dans
l‟écoulement au-delà de la zone
d‟échange. La technique de mesure
par holographie numérique a été
développée pour rendre cette
information accessible avec deux
contraintes principales : l‟utilisation au
sein d‟un écoulement chargé en très
fines gouttelettes et in situ.
86
Résultats
La thèse a permis le développement
d‟un prototype de mesure par
holographie numérique de
gouttelettes dans un écoulement d‟air
sursaturé en eau (brouillard de
gouttelettes 2-10 µm). Les diamètres
des gouttes de primage recherchées
étaient supérieurs à 20 µm. Le travail
théorique et expérimental a permis
de démontrer l‟impact de la
cohérence spatiale du faisceau laser
sur l‟efficacité de la mesure. Un
prototype de mesure portable et
résistant aux conditions d‟utilisation
en milieu humide a été réalisé ainsi
qu‟une méthodologie de traitement
automatique des hologrammes. Le
prototype a été testé avec succès au
sein du laboratoire sur des cibles
calibrées puis en situation industrielle
sur le banc d‟essai Mistral de
validation de performance des corps
d‟échange d‟aéroréfrigérants du
CNPE de Bugey. Le traitement des
mesures permet d‟obtenir à la fois la
distribution des diamètres et la
position des gouttes au sein du flux
d‟air.
Contacts
Doctorant : Clément REMACHA
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs : Franck DAVID , Jean-
Marc DOREY
Laboratoire : CORIA (Complexe
de Recherche Interprofessionnel
en AeroThermochimie), UMR
6614
Ecole doctorale Sciences
physiques, mathématiques et de
l‟information pour l‟Ingénieur (ED
351)
Directeur de thèse :
Denis LEBRUN
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Etude et développement
d‟un dispositif d‟holographie
numérique pour la mesure
de taille de gouttes dans les
tours aéroréfrigérantes
Protéger l‟environnement des éléments chimiques et
biologiques présents dans le circuit de refroidissement
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 21/12/2012
Il s‟agit d‟une approche fondamentale
et explicative visant à identifier et
analyser les facteurs déterminants de
phénomène de déposition
réentraînement de particules. La
thèse comprend deux parties. Une
première partie est composée d‟une
importante étude expérimentale
permettant d'étudier à l'échelle de la
particule individuelle les phénomènes
de déposition et ré-envol. La seconde
partie est caractérisée par le
développement numérique d‟un
modèle qualitatif de déposition ré-
envol. Cette thèse fait suite et est
complémentaire d‟un partenariat de
recherche entre AP-HP Hôpital Saint-
Louis et EDF R&D sur la
compréhension fine de la déposition
et le ré-envol de particules
dangereuses véhiculées par l‟air.
Cofinancée par la Fondation EDF
Diversiterre et EDF R&D, elle est la
première thèse réalisée dans le cadre
du mécénat de compétence.
87
Résultats
Ces travaux ont permis à EDF
d‟enrichir son outil de modélisation et
d‟augmenter son expertise dans le
domaine de la simulation de
déposition ré-envol de particules. Ces
travaux ont permis au secteur
hospitalier de lutter contre les
infections, d‟améliorer des protocoles
de soins, de traiter des surfaces en
zone protégée et de disposer de
recommandations architecturales.
Contacts
Doctorant : Amine METAHNI
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Christian BEAUCHENE
Sofiane BENHAMADOUCHE
Laboratoire de Physique de
l‟ENSL - UMR CNRS 5672
Ecole doctorale : École Normale
Supérieure de Lyon - Physique et
Astrophysique (Phast)
Directeur de thèse :
Vance BERGERON
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Déposition et ré-envol de
spores fongiques -
Contribution à la
compréhension du risque
nosocomial aérotransmis
Lutter contre les infections nosocomiales par la
modélisation de déposition et ré-envol de particules
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Thèse soutenue le 13/12/2011
La thèse s‟inscrit dans le cadre du
projet QUALIFS-GV au titre des
actions d‟optimisation des modèles
vibratoires mis en œuvre pour les
études de sûreté et de
dimensionnement des échangeurs.,
L‟un des principaux verrous identifiés
porte sur la prévision des charges
pariétales instationnaires
responsables des couplages non
conservatifs entre les dynamiques
fluide et solide à même de
déstabiliser les réseaux tubulaires et
de conduire à des mécanismes
d‟usure ou de fatigue prématurée
dans des conditions
thermohydrauliques, géométriques,
voire mécaniques, évolutives tout au
long du cycle de vie des composants.
A ce stade des développements en
CFD (computational fluid dynamics
ou mécanique des fluides numérique)
statique et dynamique, la simulation
numérique permet d‟évaluer
l‟évolution spatio-temporelle de
champs thermohydrauliques et
dynamiques à même de renseigner
sur la nature des mécanismes
physiques intervenant dans les
transitions entre régimes en présence
de bifurcations stationnaires ou
instationnaires.
88
Résultats
La synchronisation entre les
fréquences d‟échappement
tourbillonnaire et de vibration d‟un
obstacle solide cylindrique soumis à
un écoulement de fluide
monophasique transverse en milieu
infini en régime sous-critique est
reproduite par le biais d‟une
simulation des grandes échelles
tridimensionnelle avec mise en
évidence de la perte de cohérence
associée entre signaux de charge et
de réponse. L‟évolution avec la
vitesse réduite des modes de
transitions entre régimes,
intermittents ou hystérétiques et des
branches de réponses est simulée.
Les corrélations décrivant les effets
inertiels, dissipatifs et statiques
induits par la présence du fluide en
écoulement sur l‟évolution du
système mécanique sont évaluées
avec des valeurs en accord avec les
données expérimentales de la
littérature. L‟extension aux réseaux
de cylindres est abordée.
Contacts
Doctorant : Yoann JUS
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs :
Elisabeth LONGATTE
LACAZEDIEU
Laboratoire : : Institut Jean Le
Rond d‟Alembert, Université
Pierre et Marie Curie-Paris 6
Ecole Doctorale Sciences
Mécaniques, Acoustique,
Electronique, et Robotique de
Paris, ED SMAER 391
Directeur de thèse :
Pierre SAGAUT
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Modélisation et simulation
numérique de vibrations
induites par écoulements
autour d‟obstacles
cylindriques seuls ou en
réseaux
Modéliser les vibrations induites par écoulement autour de
réseaux d‟obstacles cylindriques
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Thèse soutenue le 6/09/2012
Ce travail de thèse a été mené dans
le cadre du projet MOFPHET-C2 qui
étudie les phénomènes de dépôt de
particules colloïdales en proposant
une synthèse entre thermo-
hydraulique et chimie des interfaces.
Ces développements visent à
comprendre et à simuler les dépôts
de particules qui sont observés sur
divers composants, depuis le dépôt
sur les crayons combustibles jusqu‟au
possible colmatage des générateurs
de vapeur.
89
Résultats
Ce travail a permis le développement
d‟un modèle fin pour la simulation du
dépôt de particules colloïdales.
Le modèle regroupe les aspects liés à
la turbulence (transport de particules
par un écoulement), à la chimie des
interfaces (interaction entre particules
et parois solides) et à la rugosité
(propriétés des surfaces) au sein d‟un
même ensemble cohérent, permettant
de simuler des phénomènes allant du
dépôt de particules isolées à la
formation d‟amas.
Contacts
Doctorant : Christophe HENRY
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Jean-Pierre MINIER
Laboratoire : LECIME, Paris
Ecole doctorale : Génie des
Procédés et Technologies
Avancées (UFR 926)
Directeur de thèse :
Grégory LEFEVRE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Modélisation stochastique du
dépôt de particules
colloïdales sur des parois
rugueuses dans un
écoulement turbulent
Modéliser le dépôt de particules colloïdales, du dépôt
simple au colmatage
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Thèse soutenue le 24/05/2012
L‟objectif de cette thèse consistait à
proposer des techniques numériques
innovantes permettant une simulation
plus précise des écoulements
diphasiques turbulents polydispersés,
hors équilibre thermodynamique,
souvent rencontrés dans les procédés
de combustion. L‟approche classique
s'appuie sur des méthodes
Euler/Lagrange qui sont bien
adaptées à ce type d'écoulement, et
permettent d‟avoir une description
fine de la polydispersion, de la
convection et des termes sources.
Cependant, les approximations issues
de telles simulations sont bruitées, ce
qui, dans certaines situations,
occasionne un biais. L‟approche
alternative étudiée dans la thèse
consiste à coupler une description
Eulerienne avec une description
stochastique Lagrangienne pour la
phase dispersée, permettant de
réduire l‟erreur statistique et
d‟éliminer le biais. Une des difficultés
dans ce cadre est d'obtenir des
approximations discrètes des
solutions instationnaires du modèle
qui soient stables et suffisamment
précises.
90
Résultats
L'approche étudiée dans la thèse
consiste à introduire un couplage de
descriptions de type Euler/Lagrange à
l'intérieur de la phase des particules,
en gardant une description Eulerienne
de la phase gazeuse. L‟outil
numérique développé s'appuie sur les
techniques de relaxation, et permet
d'obtenir des approximations stables
et convergentes des solutions
instationnaires du système
d‟équations aux dérivées partielles,
avec des données peu régulières du
tenseur de Reynolds provenant de la
description stochastique de la phase
dispersée. Une comparaison des
résultats issus de la méthode
couplée, qui permet d‟éliminer le biais
et de réduire l‟erreur statistique, avec
ceux provenant de la méthode
“classique”, est présentée pour un
cas de jet co-courant gaz-particules, .
Cette approche permettra à terme
d'améliorer la précision des
approximations numériques à budget
de calcul donné.
Contacts
Doctorant :
Kateryna DOROGAN
Département EDF R&D : MFEE
Tuteurs : Jean-Marc HERARD,
Jean-Pierre MINIER
Laboratoire :
LATP (Laboratoire d‟Analyse,
Topologie et Probabilités)
Ecole Doctorale de
Mathématiques et Informatique
de Marseille (ED 184)
Directeur de thèse : Jean-Marc
HERARD
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Schémas numériques
pour la modélisation
hybride des écoulements
turbulents gaz-particules
Coupler deux approches classiques pour modéliser les
écoulements turbulents de gaz-particules
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Thèse soutenue le 26/06/2012
Le bon fonctionnement de la
robinetterie nucléaire est crucial, tant
du point de vue de la construction et
de la qualification des nouveaux
paliers, que des durées des phases
de maintenance du parc. Les
revêtements durs (généralement
proches des superalliages) sont
utilisés massivement sur les portées
d‟étanchéité des robinets pour palier
les propriétés des matériaux de
structure, en assurant à la fois la
tenue aux nombreuses sollicitations
(du fluide, d‟irradiation, tribologiques,
thermiques, chimiques…) et
l‟étanchéité interne des appareils.
Pour évaluer la capacité des
revêtements durs à assurer cette
fonction, il convient d‟évaluer les
sollicitations auxquels ils sont soumis.
C‟est un des objectifs du projet de
R&D METRONOME (Maîtrise de
l‟Etanchéité et de la Robinetterie :
Nouveaux Outils et Moyens
Expérimentaux). Dans le cas des
revêtements durs, il est ainsi
nécessaire de prendre en compte
l‟influence des procédés de
fabrication - de soudage - sur le
comportement en service.
91
Résultats
Les travaux s‟intéressent à un
matériau nouveau amené à se
généraliser dans les centrales REP à
l‟avenir, le NOREM02 et à un procédé
de fabrication peu modélisé, le
Plasma à arc transféré (PTA).
Un des premiers résultats est une
caractérisation fine du matériau
NOREM02 et de sa microstructure,
qui apporte l‟ensemble des
informations utiles à la modélisation
du soudage. On propose ensuite une
modélisation sous Code_Aster du
procédé, avec un recalage de la
source de chaleur sur des dépôts
linéaires effectués chez un fabricant.
La simulation de dépôts sur des
maquettes proches d‟un robinet,
montre par la suite un très bon accord
entre simulation et expérience sur les
quantités d‟intérêt (contraintes et
déformations). La méthode est donc
validée par ces travaux, et son
évaluation sur les cas industriels est
en cours dans le projet
METRONOME.
Contacts
Doctorant : Gauthier BEAURIN
Département EDF R&D : MMC
Tuteur : Jean-Philippe MATHIEU
Laboratoire : Laboratoire de
Mécanique des Contacts et des
Structures (LaMCoS)
Ecole doctorale : MEGA
Directeur de thèse :
Daniel NELIAS
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Simulation et étude
expérimentale des
contraintes résiduelles dans
les dépôts durs Norem02
des matériels de robinetterie
Modéliser l‟effet du soudage d‟un nouveau revêtement dur
pour les appareils de robinetterie nucléaire
Comparaison des déformations
après soudage du substrat
mesurées par stéréo-
corrélation d‟image et simulées
avec Code_Aster.
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Thèse soutenue le 16/10/2013
Ces dernières années, les projets de
la simulation numérique du soudage
laissent entrevoir des perspectives
d‟applications industrielles. En
conséquence, EDF R&D a ouvert un
projet de recherche sur cette
thématique afin d‟évaluer les
potentialités de la simulation
numérique du soudage. L‟objectif est
de développer des modèles
physiques pour la simulation
numérique du soudage et ainsi de
permettre de substituer
progressivement, sans toutefois la
remplacer totalement, la simulation
numérique à la phase d‟essais
expérimentaux inhérente à l‟étude du
soudage.
92
Résultats
Les travaux de cette thèse ont permis
de développer et de valider à partir de
la littérature et d‟essais réalisés, un
modèle physique pour la simulation
numérique du bain de fusion avec
prise en compte de l‟essentiel des
phénomènes physiques impliqués qui
sont étudiés de manière découplée et
avec une prise en compte de la
dépendance des propriétés physiques
et de la tension de surface en fonction
de la température et de la teneur en
soufre. Trois configurations de
soudage (statique, ligne de fusion et
assemblage de matériaux de teneurs
en soufre différentes) et différents
paramètres opératoires ont été
étudiés.
Contacts
Doctorant : Koffi KOUDADJE
Département EDF R&D : MRI
Tuteurs :
Jean Michel CARPREAU,
Clarisse DELALONDRE
Laboratoire : Institut Universitaire
des Systèmes Thermiques
Industriels, Université Aix-
Marseille
Ecole doctorale « Science pour
l‟Ingénieur » Mécanique,
Physique, Micro et
Nanoélectronique
Directeur de thèse :
Marc MEDALE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Etude expérimentale et
modélisation numérique du
bain de fusion en soudage
TIG d‟aciers
Simuler le bain de fusion pour simuler le soudage
photo : Koffi KOUDAJE
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Thèse soutenue le 26/09/2013
Le soudage, et principalement le
soudage à l‟arc, est un procédé
couramment utilisé en construction
mécano-soudée. Le principe du
soudage TIG (Tungsten Inert Gas) est
relativement simple. Entre une
cathode réfractaire (tungstène) et une
anode fusible (pièce à souder), un arc
est amorcé. Le plasma qui s‟établit
entre les deux électrodes chauffe
l‟anode et conduit à sa fusion. Les
mouvements dans le bain de fusion
mélangent le métal liquide qui lors de
son refroidissement soude les pièces.
Le soudage est régi par un ensemble
de règles de l‟art, codifiées ou
normalisées, qui assure la qualité des
joints soudés. Dans un souci
d‟amélioration de la maîtrise du
procédé, des travaux de modélisation
et simulation du soudage ont été
entrepris. Ce travail de thèse
consistait donc en l‟étude d‟un arc
électrique et de ses interactions avec
la pièce à souder dans le procédé de
soudage TIG.
93
Résultats
En simulation numérique du soudage,
le plasma d‟arc est la source de
chaleur permettant la fusion du
matériau soudé et il est donc
nécessaire de bien connaître les
transferts d‟énergie arc-pièce afin de
modéliser correctement le procédé
(bain de fusion, contraintes,
fissuration,...). A l‟heure actuelle, la
plupart des études de SNS ne
tiennent pas compte du calcul plasma
et assimilent celui-ci à une condition
de chauffage sur une face du
domaine : c‟est la source thermique
équivalente. Cette approche a
toutefois ses limites puisque lorsque
les paramètres opératoires sont
modifiés, il est nécessaire, soit
d‟extrapoler une nouvelle condition de
chauffage à partir de la condition
initiale, soit de mener une nouvelle
étude expérimentale pour en déduire
une seconde adaptée aux nouveaux
paramètres. Cette méthode est donc
lourde et coûteuse à mettre en place.
Ce travail de thèse a donc montré
que le plasma doit être modélisé afin
que le calcul du chauffage du
matériau à souder soit estimé
correctement, quels que soient les
paramètres opératoires étudiés.
Contacts
Doctorant : Damien BOREL
Département EDF R&D : MRI
Tuteurs :
Jean-Michel CARPREAU,
Clarisse DELALONDRE
Laboratoire : UMR 6614 -
CORIA, Rouen
Ecole doctorale : SPMII - ED
351, Rouen
Directeur de thèse :
Bruno CHERON
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Etude numérique et
expérimentale des transferts
thermiques dans un plasma
d‟arc : application au
soudage TIG
Prédire la qualité mécanique et métallurgique des
soudures
Soudage TIG. Photo : EDF - David QUEYREL
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Thèse soutenue le 30/04/2012
EDF s‟intéresse aux propriétés à long
terme du béton, telles que le fluage,
en raison de son rôle de garantie de
la sûreté et de la disponibilité des
centrales hydroélectriques et
nucléaires. La durée de
fonctionnement de ses ouvrages est
étroitement liée au vieillissement des
matériaux. En raison de la diversité
des types de béton dans un même
ouvrage, l‟utilisation d‟une méthode
purement expérimentale pour tous les
caractériser est illusoire. La
modélisation de la microstructure des
bétons est une étape clé dans la
prédiction de leur comportement. La
prise en compte de la morphologie
des matériaux étudiés influence les
propriétés mécaniques des matériaux
cimentaires : l‟arrangement spatial
des granulats et des pores à
l‟intérieur de la pâte de ciment, la
forme et la distribution de taille des
granulats. Ainsi, la nature multi-
échelle des matériaux cimentaires
demande que leur modélisation soit
conduite avec soin pour qu‟elle soit
prédictive.
94
Résultats
Des résultats ont été obtenus dans
plusieurs domaines :
Une analyse expérimentale de la
morphologie des bétons a été
réalisée : production puis analyse fine
d‟images 3D issues de tomographes.
La modélisation avec le
développement puis le codage d‟un
modèle morphologique représentatif
multi-échelle des bétons constitue la
principale originalité scientifique du
travail.
Des calculs mécaniques poussés
réalisés sur la base du modèle ont
permis de comprendre les lieux où se
localisent les déformations dans le
béton dans le cas du fluage.
Contacts
Doctorant : Julie ESCODA
Département EDF R&D : MMC
Tuteurs :
Charles TOULEMONDE, Julien
SANAHUJA
Laboratoire : Centre de
Morphologie Mathématiques
(Mines ParisTech -
Fontainebleau)
École doctorale n°432 : Sciences
des Métiers de l‟Ingénieur (Mines
ParisTech)
Directeur de thèse :
Dominique JEULIN
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Modélisation morphologique
et micromécanique 3D de
matériaux cimentaires
Simuler et représenter l‟arrangement et la forme des
granulats dans les bétons
Trois coupes : cylindre de béton réel, cube de béton modèle
numérique, localisation des contraintes de cisaillement en élasticité
dans le cube
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Thèse soutenue le 4/06/2012
Dans le cadre de son activité
industrielle, EDF est souvent conduit
à résoudre des problèmes vibratoires,
aussi bien dans une optique de
surveillance des installations en
fonctionnement que de diagnostic
afin, notamment, d'évaluer leur
fiabilité. Pour répondre au mieux à ce
besoin, des informations issues de
modèles numériques éléments finis
(EF) sont régulièrement utilisées pour
la prédiction ou la compréhension du
comportement dynamique des
structures, pouvant être complétées
par des mesures physiques.
Dans ce contexte industriel, ce travail
cherche à exploiter des données de
mesure pour les combiner avec les
informations numériques. L‟objectif
est, d'une part, d‟identifier des
éventuels défauts de modélisation et,
d'autre part, de les corriger dans le
but d'améliorer la qualité et la
capacité prédictive des modèles
représentant le comportement
dynamique des structures. De plus, le
cas des structures ayant des
propriétés mécaniques évolutives est
traité.
95
Résultats
L'approche proposée couplant le
filtrage de Kalman et l'erreur en
relation de comportement a été testée
et illustrée au moyen de différentes
études numériques. Des
problématiques industrielles variées
ont été traitées, telles que l'apparition
et la progression de
l'endommagement structurel au cours
d'une sollicitation, la modification des
conditions aux limites d'une structure
entre différentes étapes de son
exploitation, ou encore la
reconstruction de champs sur un
modèle numérique à partir de
données expérimentales ponctuelles.
Les exemples choisis vont d'une
structure relativement simple (poutre
en béton armé bi-encastrée) à des
modèles de taille industrielle (tour
d'aéroréfrigérant d'une centrale
nucléaire et modèle de bâtiment
d'auxiliaire du benchmark SMART
lancé en 2007 par EDF et le CEA).
Contacts
Doctorant :
Albert ALARCON COT
Département EDF R&D :
AMA, LaMSID
Tuteur : Charles BODEL
Laboratoire de Mécanique des
Solides, Ecole Polytechnique
Ecole Doctorale de l‟X (EDX)
Directeur de thèse :
Marc BONNET
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Une approche de
l‟identification en dynamique
des structures combinant
l‟erreur en relation de
comportement et le filtrage
de Kalman.
Améliorer la corrélation calcul-essai avec de nouvelles
méthodes numériques avancées
Résultats d‟une simulation
de localisation de
l‟endommagement utilisant
les méthodes de filtrage de
Kalman et erreur en relation
de comportement sur un
modèle de tour
aéroréfrigérante
CapitalisationCapitalisation et diffusion des méthodes de la thèse via la plateforme Salomé-
Méca, logiciel « open source » développé au sein de la R&D d‟EDF.
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Thèse soutenue le 25/10/2013
La simulation numérique par le calcul
haute performance est devenue,
grâce à la constante évolution des
ordinateurs, un atout crucial et un
enjeu majeur pour l'industrie. En
effet, la modélisation numérique
permet à des acteurs industriels
comme EDF de simuler des
phénomènes physiques très
complexes afin d'étayer des
décisions d'exploitation (barrages,
centrales). On peut, par exemple,
simuler le fonctionnement complet
d'une centrale nucléaire : de sa
construction à la production
d'électricité et même la gestion de
scénarios d'accidents. Les exigences
de sûreté des ouvrages de production
imposent de s'assurer de la
reproductibilité et de la qualité et
fiabilité des résultats des simulations.
Cette thèse s'inscrit dans le cadre de
la vérification numérique des codes
de simulation qui consiste à étudier
sa fiabilité. Nous appelons ici fiabilité
d'un code de calcul, sa capacité à
produire des résultats justes malgré
les erreurs d'arrondi dues à
l'arithmétique flottante IEEE 754.
96
Résultats
La vérification numérique, en
particulier pour les codes de calcul
industriels, est importante. Un état de
l'art des outils et méthodes de
validation numérique a été présenté.
Nous avons alors exposé les besoins
spécifiques aux acteurs industriels en
termes de vérification numérique. Le
logiciel de validation CADNA est
adapté aux études de qualité dans un
contexte industriel. La bibliothèque
CADNA permet de localiser
précisément les résultats entachés
d'erreurs d'arrondi. CADNA est assez
facile à implémenter sur un code
séquentiel écrit dans un seul langage
(Fortran90, C/C++). L'implémentation
d‟extensions doit répondre à un
critère de performance. Il est donc
important de chercher à minimiser
l'impact de CADNA sur les
performances de ces bibliothèques.
Notre expérience de validation
numérique nous a alors permis de
proposer des idées pour la mise en
place d'une plate-forme (efficace et
performante) de vérification
numérique industrielle basée sur le
logiciel CADNA. Intuitivement, le
développement de cette plate-forme
constitue la suite naturelle des
travaux présentés dans ce mémoire.
Contacts
Doctorant : Séthy MONTAN
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteur : Christophe DENIS
Laboratoire d‟Informatique de
Paris 6 (LIP6)
Ecole doctorale Informatique,
Télécommunications et
Electronique (EDITE, Paris)
Directeurs de thèse :
Jean-Marie CHESNEAUX, Jean-
Luc LAMOTTE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Sur la validation numérique
des codes de calcul
industriels
Vérification numérique des codes de calcul de simulation
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 3/07/2013
Les organisations qui possèdent des
infrastructures de calcul à haute
performance (HPC) font souvent face
à certaines difficultés dans la gestion
de leurs ressources. En particulier,
ces difficultés peuvent provenir du fait
que des applications de différents
types doivent pouvoir accéder
concurremment aux ressources
tandis que les utilisateurs peuvent
avoir des objectifs de performance
(SLOs) variés. Pour atteindre ces
difficultés, cette thèse propose un
cadre générique et extensible pour la
gestion autonome des applications et
l'allocation dynamique des ressources
tout en tirant avantage de la flexibilité
d'une nuage informatique. Il s‟agissait
de faciliter l‟accès à nos ressources
de calcul avec un ordonnancement
juste entre les besoins des
utilisateurs.
97
Résultats
Un résultat est le développement d‟un
système d‟ordonnancement des
applications sur nos ressources HPC
utilisant l‟idée d‟un marché des
ressources avec chaque utilisateur
libre de choisir leur priorisation sur
leurs applications. Ce système
d‟ordonnancement a été validé sur
une plate-forme réel montrant la
capacité du système à adapter aux
changements sur la demande des
ressources et de remplir les
expectations de temps d‟exécution de
plus d‟utilisateurs que des systèmes
existants.
Contacts
Doctorant :
Stéfania COSTACHE
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteur : Samuel KORTAS
Laboratoire : INRIA
Ecole doctorale :
Université de Rennes 1
Directeur de thèse :
Christine MORIN
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Gestion autonome des
ressources et des
applications dans un nuage
informatique selon une
approche fondée sur un
marché
Améliorer la gestion des ressources des infrastructures de
calcul à haute performance
Photo : supercalculateur ZUMBROTA
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 12/12/2013
Le captage et stockage du CO2
(CSC) est identifié comme une
solution nécessaire pour limiter les
émissions de CO2 liées à la
combustion d‟énergies fossiles et
ainsi atteindre les objectifs
internationaux de réduction
d‟émissions de gaz à effet de serre.
Le captage dit "par absorption
chimique", technologie actuellement
la plus mature, repose sur la
séparation du CO2 des fumées par
action d'un solvant chimique puis sur
la restitution du CO2 par apport de
chaleur.
La consommation énergétique des
procédés disponibles ainsi que le coût
du CO2 ainsi évité constituent
toutefois des freins au déploiement
des technologies de captage du CO2
émis par les centrales thermiques.
Afin de se préparer aux choix à venir,
EDF souhaite disposer d‟une maîtrise
des filières technologiques
envisagées et d‟une vision claire des
coûts. Il s‟agissait alors, dans le cadre
de cette thèse, d‟évaluer et de
proposer, via la simulation
numérique, les procédés
énergétiquement et économiquement
les plus efficients.
98
Résultats
Une méthodologie générique
d‟évaluation de procédés a été
établie, reposant sur une modélisation
fine de la physicochimie complexe du
procédé, couplée à un algorithme
d'optimisation.
Par rapport aux simulateurs
conventionnels, l‟originalité repose
sur la détermination systématique du
dimensionnement même du procédé
et des paramètres opératoires,
utilisant la technico-économie comme
critère d‟optimisation.
Le choix du solvant, des architectures
du procédé et de l‟intégration
thermique avec la centrale ont été
étudiés, permettant de réduire de
38 % la pénalité énergétique du
procédé et de 25 % du coût du CO2
évité par rapport à la référence.
L‟approche technico-économique
retenue, couplée à une optimisation
automatique du design et de
l‟opération d‟un procédé s‟est révélée
un outil d‟aide à la conception
pertinent, capable de proposer des
solutions non-intuitives prometteuses.
Contacts
Doctorant : Thibaut NEVEUX
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Yann LE MOULLEC
Laboratoire Réactions et Génie
des Procédés (LRGP) de
l'Université de Lorraine à Nancy
Ecole doctorale : Ressources
Procédés Produits
Environnement (RP2E)
Directeur de thèse : Eric FAVRE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Modélisation et optimisation
des procédés de captage de
CO2 par absorption chimique
Évaluer le potentiel énergétique et économique d'une
filière de captage de CO2
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 28/10/2013
Dans certains de nos codes de
physique des champs (Code_Aster,
Code_Carmel…), une étape très
coûteuse concerne les résolutions de
systèmes linéaires. A tel point que
cette étape est souvent
dimensionnante pour l‟étude globale.
Pour l‟effectuer on utilise
généralement une méthode directe de
type multifrontale, soit pour résoudre
directement le système, soit pour
fournir un préconditionneur robuste à
une méthode itérative. Par souci
d‟efficacité, on confie de plus en plus
cette étape à la multifrontale du
package externe MUMPS.
Cependant, pour résoudre les très
gros systèmes (> 5 millions
d‟inconnues) requis par les futures
études d‟ingénierie, ce produit atteint
ses limites. Notamment, son
parallélisme distribué et ses
déchargements disque ne permettent
plus d‟endiguer ses besoins en
mémoire. L‟objectif de cette thèse est
de réduire ses consommations en
temps et en mémoire sans restreindre
son champ d‟applications, sa
robustesse et sa précision.
99
Résultats
Cette thèse propose une approche
novatrice pour réduire le volume de
données et de tâches générées par
l‟approche multifrontale. Ainsi, via des
techniques de compression low-rank,
elle « simplifie » les fronts matriciels
denses de la méthode. Les gains
estimés, en temps et en pic mémoire
RAM, sont alors très appréciables :
souvent entre 50% et 80%. Cette
stratégie en cours d‟industrialisation
dans le package externe MUMPS, doit
nous permettre, à terme, de résoudre
couramment de très gros problèmes
(entre 5 et 20 millions d‟inconnues)
sans même changer de machine ou
augmenter son nombre de
processeurs. D‟autre part, ces travaux
ne perturbent en rien les procédures
actuelles. Ils vont « booster » les
performances de l‟algorithme
multifrontal sans modifier son
interface, son comportement
numérique, son périmètre et avec une
précision de résultats contrôlable.
Contacts
Doctorant :
Clément WEISBECKER
Département EDF R&D :
SINETICS
Tuteur : Olivier BOITEAU
Laboratoire : INP (ENSEEIHT)-
IRIT-UMR5505
Ecole doctorale Mathématiques
Informatique
Télécommunications de
Toulouse (EDMITT)
Directeurs de thèse : Patrick
AMESTOY (INPT-ENSEEIHT-
IRIT), A.BUTTARI (CNRS-IRIT).
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Amélioration des solveurs
multifrontaux à l‟aide de
représentations algébriques
rang-faible par blocs
Réduire drastiquement les coûts de résolution des grands
systèmes linéaires par une approche multifrontale
HPC
Prix de thèseProposée par le jury de thèse pour concourir au « Prix Léopold Escande 2013 » de
l‟Institut National Polytechnique de Toulouse (INPT).
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 30/01/2013
Les études de CFD (computational
fluid dynamics ou mécanique des
fluides numérique) sont
consommatrices non seulement en
ressources de calcul, mais aussi en
temps ingénieur, notamment pour la
phase de préparation de maillages
qui peut durer jusqu‟à plusieurs mois.
La nécessité d‟itérer entre le calcul et
la réalisation du maillage pour
d‟éventuelles retouches allonge
encore les délais. Un des leviers
possibles pour diminuer le temps
destiné à la réalisation du maillage
est de développer des méthodes
numériques ne nécessitant pas de
générer un maillage volumique
respectant la géométrie mais
permettant de « plonger » la
géométrie 2D dans un maillage
volumique généré de manière
automatique. Ces méthodes doivent
être adaptées pour convenir aux
modèles numériques de
Code_Saturne, outil de calcul CFD
d‟EDF, afin d‟être utilisable dans un
contexte d‟études de recherche ou
d‟ingénierie, et ce notamment dans le
cadre des études d‟écoulements
autour de crayons combustibles dont
la géométrie est difficile à mailler.
100
Résultats
Après un examen des méthodes de
domaines fictives pré-existantes et de
leurs adéquations avec les
méthodologies développées dans
Code_Saturne, la méthode dite de
pénalisation sous-maille (SMP, Sub-
Mesh Penalty) s‟est révélée la plus
pertinente. Son développement et son
adaptation dans l‟outil de calcul
scientifique Code_Saturne a permis,
d‟une part de conserver dans la
plupart des configurations la précision
numérique des schémas du code
(ordre 2 en espace), et d‟autre part
d‟appliquer cette méthode au cas
industriel de l‟écoulement autour de
crayons combustibles. Il reste à l‟issue
de la thèse à généraliser à certaines
configurations numériquement
délicates et à industrialiser la méthode
dans Code_Saturne.
Contacts
Doctorant :
Adrien ETCHEVERLEPO
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : David MONFORT
Laboratoire : Université de
Bordeaux 1 / Laboratoire
TREFLE
Ecole doctorale des sciences
physiques de l‟ingénieur -
Université Bordeaux 1
Directeur de thèse :
Jean-Paul CALTAGIRONE
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Développement de
méthodes de domaines
fictifs au second ordre
Des domaines fictifs pour diminuer le temps de réalisation
des maillages pour les calculs CFD
Figure 1. Assemblage combustible avec la méthode de pénalisation
Figure 2. Assemblage combustible avec la méthode standard
Résumé scientifique et thèse intégrale disponibles sur http://chercheurs.edf.com
Thèse soutenue le 26/11/2012
Les études de CFD (computational
fluid dynamics ou mécanique des
fluides numérique) sont
consommatrices non seulement en
ressources de calcul, mais aussi en
temps ingénieur, notamment pour la
phase de préparation de maillages
qui peut durer jusqu‟à plusieurs mois.
La nécessité d‟itérer entre le calcul et
la réalisation du maillage pour
d‟éventuelles retouches allonge
encore les délais. La possibilité
d‟intégrer dans la chaîne de calcul un
remaillage automatique de certaines
zones, dans le but d‟améliorer la
qualité d‟un maillage, et à terme
d‟adapter la résolution des zones
« proche paroi » aux options et
modèles de calcul utilisés pourrait
donc réduire considérablement le
temps de retour de certaines études.
La possibilité de remailler la zone de
« proche paroi » en adéquation avec
la modélisation de la couche limite
permettrait en outre d‟élargir la palette
des algorithmes de maillage
envisageables pour des calculs CFD
à des algorithmes ne proposant pas
de telles fonctionnalités, mais
présentant par ailleurs toutes les
autres qualités nécessaires.
101
Résultats
Plusieurs algorithmes parallèles ont
été développés et expérimentés dans
le but d‟améliorer la qualité de
maillages de calcul pour l‟outil de CFD
Code_Saturne. L‟objectif à moyen
terme est de pouvoir améliorer de
manière très automatique de gros
maillages de calcul, de manière ciblée
par rapport au code, et sur les mêmes
plateformes informatiques parallèles
que le calcul lui-même. Dans ce
contexte, de manière à ne pas
introduire d‟aléas dans les calculs, des
algorithmes déterministes ont été
privilégiés. Un lisseur innovant issu du
traitement du signal, ainsi qu‟un
remailleur basé sur un modèle de
crystal se sont révélés efficaces en
2D, mais coûteux en 3D. Enfin, un
algorithme de remaillage des zones
« proche-paroi » a été développé, qui
allie automatisme et préservation de la
qualité des mailles hors de ces zones.
Contacts
Doctorant :
Guillaume VIALANEIX
Département EDF R&D : MFEE
Tuteur : Yvan FOURNIER
Laboratoire : Télécom ParisTech
Ecole doctorale :
EDITE – ED 130
Directeur de thèse :
Tamy BOUBEKEUR
DÉVELOPPER LA SIMULATION NUMÉRIQUE
ASSOCIÉE À L‟EXPÉRIMENTATION
Algorithmes parallèles de
manipulation de maillages
Développer des algorithmes pour améliorer in-situ la
qualité de maillage avec le code Code_Saturne
EDF R&D EN CHIFFRES
LES THÈSES DE DOCTORAT
2012-2013
Crédits photos :
EDF - Philippe ERANIAN, EDF -
Rémy LE BERRE.
2100 personnes dont 200 chercheurs enseignants dans
des universités ou grandes écoles.
370 docteurs et 150 doctorants.
15 départements.
12 laboratoires communs.
Partenaire de 4 fonds de capital-risque dans le domaine
des technologies propres.
7 centres de R&D dans le monde.
Plus de 250 millions d’euros de budget annuel.
70 % de l’activité en appui à la performance des
métiers du groupe EDF.
30 % de l’activité pour anticiper les ruptures et préparer
l’avenir.
7 grands instituts dans le cadre des investissements
d‟avenir.
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F R
&D
Ch
iffr
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lés
EDF22-30, avenue de Wagram - 75382 Paris cedex 08SA au capital de 930 004 234 euros - 552 081 317 R.C.S. Paris
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Publication éditée et diffusée par EDF R&D
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Secrétaire de rédaction : Florence METGE-LAYMAJOUX
Conception, édition : Florence METGE-LAYMAJOUX
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