20 décembre 2022
La réalité virtuelle au service des modules de couverture tritigène d’ITER

Les futures centrales de fusion devront produire in situ le tritium qui alimentera la réaction grâce au bombardement des neutrons de fusion sur du lithium. L'un des objectifs d’ITER est de tester différentes solutions technologiques avec des modules de couverture tritigènes contenant du lithium. Plusieurs maquettes, appelés TBS (Test Blanket System), seront ainsi testées tout au long de la vie d’ITER, pour recueillir des données expérimentales sur leur fonctionnement en environnement de fusion nucléaire. Le CEA participe à leur conception en proposant des réponses aux contraintes d’intégration et de maintenance dans une approche minimisant les doses reçues par les travailleurs.

 
La réalité virtuelle au service des modules de couverture tritigène d’ITER

Figue 1 : système TBS dans l’environnement d’ITER

Les différents Test Blanket System (TBS) seront installés et utilisés à l'intérieur de la machine ITER et remplacés régulièrement après les campagnes de tests (environ tous les 2 ans). Coordonné par l’IRFM, le CEA a mobilisé trois de ses directions opérationnelles (DRF, DES et DRT) pour concevoir et valider les scénarios d’intégration et de remplacement dans le cadre d’un accord contractuel avec ITER Organization. Une première série d’études[1] achevée mi-2022 a permis d’adapter la conception des TBS aux contraintes d’intégration et de maintenance et en particulier au principe de minimisation des doses auxquelles seront soumises les travailleurs.

Les opérations d’intégration et de remplacement des TBS (Test Blanket System) nécessitent la dépose/réinstallation de nombreux équipements (figure 1) dans un environnement contraint et radiologiquement contrôlé pour lequel l'exposition professionnelle aux rayonnements doit être aussi faible qu'il est raisonnablement possible d'atteindre (ALARA[2]). Le processus ALARA doit être abordé très tôt dans les activités de conception pour identifier et mettre en œuvre les moyens appropriés, incluant des adaptations de conception, qui minimisent l'exposition des travailleurs aux rayonnements

 
La réalité virtuelle au service des modules de couverture tritigène d’ITER

Figure 2 : Illustration d’une session au sein du XR-lab de l’IRFM pour vérifier la faisabilité d’une intervention de ressuage.

A cette fin, le CEA met à profit ses compétences d’ingénierie des systèmes complexes nucléaires pour prendre en compte les différents éléments pilotant la conception: exigences, architecture, options techniques, configurations, environnement et opérations. Afin de valider certaines options, plusieurs évaluations de faisabilité individuelles appuient l'étude d'ingénierie système du TBS. A Pierrelatte on étudie les options de jonction à brides pour les différentes configurations de tuyauterie nucléaire comme opportunité de réduction substantielle de l'exposition professionnelle aux rayonnements. Au sein de Nano-INNOV-Saclay on étudie l'assistance numérique et la robotique pour réduire le temps d'occupation des travailleurs en zone contrôlée. A Cadarache un « eXtented Reality XR-Lab » a été développé pour valider par simulation la faisabilité de certaines interventions et étudier les facteurs humains sur maquette numérique à l'échelle 1. Cette plateforme permet de vérifier la faisabilité de la séquence de remplacement du TBS et fournit les justifications des options de conception du TBS dans une approche intégrée sur maquette numérique (figure 2).

 
La réalité virtuelle au service des modules de couverture tritigène d’ITER

Figure 3 : Simulation de l’implantation d’une maquette TBS échelle 1 dans un hall de DRF/IRFM. Au premier plan, une antenne de chauffage du tokamak WEST et ses auxiliaires permet d’apprécier le facteur d’échelle entre un composant pour WEST et pour ITER.

Les investigations pour mettre en œuvre le processus d'optimisation ALARA avec des modèles numériques dans la première phase d'ingénierie d'un composant TBS ont été couronnées de succès. Le processus d'optimisation a été testé sur un cas pertinent et les résultats ont été intégrés dans la conception du composant TBS par ITER Organization. A l'avenir, les modèles numériques intégreront les résultats des bancs d'essais physiques en cours dans plusieurs laboratoires du CEA (Robotique @ CEA-LIST, Techniques d'étanchéité @ CEA-DES).

L'installation XR-Lab, largement utilisée pendant la phase de conception de TBS, offre une capacité complète pour gérer un large ensemble de contraintes (ALARA, facteurs humains, environnement de travail, options de conception du système, …). L'utilisation de la maquette numérique aide également à définir la future maquette physique TBS échelle 1 qui sera en outre requise par ITER Organization pour valider certaines opérations de remplacement du TBS (figure 3).

 

[1] Voir par exemple : J.P. Friconneau et al. Transactions on Plasma Science, 50(2022)4481.

[2] ALARA signifie As Low As Reasonably Achievable ou aussi faible que raisonnablement possible

 

Maj : 20/12/2022 (886)