et Développement, propriété intellectuelle et marques
4.14. Politique de Recherche et Développement, propriété intellectuelle et marquesE – RÉSULTATS
Pour assurer ses missions, l’organisation de la fonction Recherche et Innovation a mis en place une forme de décentralisation contrôlée : la diversité des activités du Groupe implique une incitation et un contrôle au plus proche possible du terrain pour l’ensemble des actions de Recherche et Développement avec un nombre volontairement limité d’organes de décision “corporate”.
Pour autant, ces instances sont conçues pour être directement en prise avec les orientations stratégiques et technologiques des entités et des pôles d’AREVA.
4.14.1.3. Partenariats
Sur la base des succès technologiques acquis depuis 30 ans et des succès commerciaux au-delà du cadre national, AREVA se positionne comme un Groupe international, leader mondial dans le secteur des activités nucléaires. AREVA possède aujourd’hui une forte implantation sur les trois grands continents.
Le développement du Groupe passe en conséquence par une politique de partenariats scientifiques et techniques prenant en compte cette dimension.
AREVA possède ainsi un important réseau de partenariats avec des laboratoires de recherche internationalement reconnus :
•en France : le CEA à Saclay, Cadarache et Marcoule ; les laboratoires Études et Recherches d’EDF ; le CNRS ; l’École de Chimie de Paris.
•en Allemagne : l’université de Zittau ; le centre de recherche de Karlsruhe…
•aux États-Unis : le MIT ; les universités de Floride, du Texas et de l’Idaho…
•en Chine : Tsinghua-Beijing University…
•en Russie : l’institut de recherche Kurchatov…
L’implication d’AREVA dans l’initiative Generation IV participe à ce mouvement. L'accord intergouvernemental portant sur cette initiative internationale a été signé par plusieurs pays en 2005 pour donner un cadre aux collaborations portant sur les technologies clés nécessaires aux concepts de réacteurs nucléaires de quatrième génération. AREVA s'intéresse à cette initiative auprès de ses partenaires français, européens et étrangers, en particulier pour la filière de réacteurs à haute température ainsi que celles des réacteurs à spectre rapide dans une perspective de développement durable accrue.
En ce qui concerne les accords de partenariat les plus importants, l’accord tripartite de 2002 entre AREVA, le CEA et EDF est en cours de renégociation. Ces accords permettent aux trois partenaires de coordonner leurs efforts et leurs ressources sur les besoins de R&D pour l'amélioration des performances du parc de réacteurs actuels et des combustibles, ainsi que sur la préparation du long terme en développant les technologies clés nécessaires notamment aux futures générations de réacteurs.
Dans le cadre d’applications industrielles à moyen terme (2015), l’effort particulier que mène AREVA sur la filière de réacteur à gaz à haute température (HTR) avec le développement du projet ANTARES bénéficie d’une coopération avec le CEA et EDF dans le cadre de l’accord tripartite et d’un soutien européen dans le cadre du programme RAPHAEL (6ePCRD) lancé en avril 2005.
Par ailleurs, un accord de collaboration existe entre AREVA et le CEA dans le domaine du cycle du combustible nucléaire pour une période de dix ans à compter du 1erjanvier 2004. Cet accord a été établi dans le même contexte et avec les mêmes objectifs que l’accord tripartite.
Par ailleurs, les partenariats dans le domaine de la R&D ne se limitent pas aux seules activités nucléaires, mais portent également sur les autres activités du Groupe. L’année 2005 a vu en particulier la montée en puissance de la collaboration entre AREVA T&D et l’université de Tsinghua à travers leur centre de recherche commun. Cette collaboration se traduit par de nombreuses publications au niveau international.
Pour chacun de ces partenariats, la répartition des droits sur les résultats de la recherche se fait en fonction de la part financée par les industriels ou le CEA. Le paiement partiel de l’une ou l’autre des parties peut entraîner un droit d’utilisation pour son propre compte.
4.14.1.4. Principales orientations technologiques
Nucléaire
Les programmes de Recherche et Développement du groupe AREVA visent à répondre aux besoins de ses clients. Ils mettent l’accent sur la sûreté, la réduction des coûts, la minimisation des déchets ultimes, l’économie des ressources naturelles et la préparation des futures générations de systèmes nucléaires.
Développement et modernisation des outils industriels dans l’amont du cycle
La relance d’un nucléaire durable dans de nombreux pays dans le monde va engendrer une demande accrue en uranium, elle est de plus couplée avec la fin des déstockages de HEU. C’est pourquoi 2005 marque une augmentation significative des dépenses de prospection minière. En particulier, des projets d’extraction d’uranium se développent au Kazakhstan, un des pays les plus prometteurs en réserves d’uranium. Des études de modernisation des outils de conversion de concentrés avant enrichissement et d’augmentation des capacités ont démarré afin de faire face à l’augmentation des besoins du marché.
Dans le cadre de la modernisation de Comurhex-Pierrelatte, un nouveau traitement d’effluents a fait l’objet d’essais pilote concluants. Il permettra de diminuer les rejets à l’environnement et de récupérer l’uranium des effluents de lavage des conteneurs d’hexafluorure d’uranium et des résidus de la fluoration.
Il permettra également de traiter des résidus de l’ancien procédé de traitement d’effluents. Les spécifications de l’uranium récupéré autorisent sa valorisation sous forme de combustible après enrichissement. L’implantation de ce procédé interviendra vers 2010.
Optimiser les performances économiques des réacteurs et des combustibles
• Accroître les performances des combustibles nucléaires Au-delà des succès de ses produits actuels, le Pôle Amont mène des programmes de recherche et d’innovation ambitieux pour améliorer encore les performances (thermohydrauliques, mécaniques et en terme de taux de combustion) et la fiabilité de ses combustibles. Ces programmes concernent le développement de nouveaux matériaux de gainage (nouveaux alliages quaternaires pour une meilleure résistance à la corrosion et des caractéristiques mécaniques accrues) ou de combustible (pastilles dopées au Chrome pour s’affranchir de l’interaction pastille-gaine et réduire le relâchement des gaz de fission) ainsi que le développement de nouvelles conceptions de crayons, de grilles ou d’assemblage. Deux projets ambitieux, sont actuellement en cours de réalisation avec l’objectif de développer les prochaines générations d’assemblages combustibles PWR et BWR respectivement, par une optimisation des solutions existantes associée à l’introduction de concepts innovants.
Dans ce même objectif et de manière plus spécifique au combustible MOX, à l'issue des travaux d'aménagement, les premières campagnes d'essais ont débuté au Centre de Développement Appliqué. Cette unité, implantée dans l'établissement de AREVA NC /Cadarache, regroupe la plupart des équipements du procédé MOX à taille industrielle en environnement UO2et permet :
• de développer et valider, à l'échelle industrielle, les améliorations technologiques du procédé de fabrication du MOX,
• de qualifier de nouveaux fournisseurs pour les approvision-nements stratégiques,
• de tester le matériel mécanique avant sa mise en application industrielle,
• d'aider les fabricants à optimiser les coûts et les techniques d'exploitation,
• Améliorer les outils de conception des réacteurs et du combustible AREVA fournit un effort très important sur ses outils et codes de calculs. L’optimisation de ceux-ci porte notamment sur l’introduction de modèles physiques avancés tirant parti des capacités croissantes des ordinateurs, la mise en place d’architectures logicielles modulaires, et le développement d’interfaces graphiques ergonomiques. Ces développements permettent d’améliorer la qualité de prédiction des codes mais également les temps de réalisation et la qualité des études. Il est ainsi possible d’envisager et de justifier des conceptions de combustibles et de réacteurs toujours plus performantes et innovantes.
• Mieux comprendre et anticiper les phénomènes de vieillissement D’importants programmes de Recherche et Développement sont menés en collaboration avec le CEA et EDF. Le but est de mieux comprendre et maîtriser les phénomènes de vieillissement des matériaux en environnement réacteur (irradiation, pression, température, sollicitations mécaniques) afin d’une part d’améliorer notre capacité à prédire et justifier la durée de vie des structures et des équipements et d’autre part de proposer des solutions pour étendre la durée de vie des réacteurs et de leurs composants. Toute année gagnée représente en effet des gains substantiels pour les clients électriciens.
• Fournir des systèmes modernes de contrôle-commande numérique Les produits et les programmes sur les systèmes de conduite à haut niveau de sûreté sont intégrés aux nouveaux réacteurs du Groupe (comme l’EPR) et proposés (et mis en œuvre) pour le remplacement des anciens systèmes sur les réacteurs existants.
Ces systèmes de contrôle-commande avancés permettent d’améliorer l’exploitation et la disponibilité des réacteurs, de réduire les coûts de maintenance ainsi que d’augmenter leur puissance et leur capacité à mieux répondre aux variations de demande du réseau.
Développer les solutions de fin du cycle du combustible les plus performantes :
La plateforme industrielle de La Hague est l’aboutissement de plus de 30 années de recherche et de développement industriels.
À ce titre, elle est l’usine de traitement de référence. Elle constitue la “troisième génération” dans une chronologie parallèle au développement des réacteurs. Cette plateforme fait l’objet d’études et d’un retour d’expérience qui permet d’orienter les principaux programmes de recherche.
• Le soutien à l’outil industriel
L’enjeu est d’une part d’optimiser le fonctionnement actuel des usines et d’en assurer la pérennité et d’autre part de s’adapter à l’évolution du marché afin de prendre en compte les nouveaux combustibles à traiter (combustibles UOX à hauts TC, combustibles MOX, combustibles issus de réacteurs de recherche…). Mention doit également être faite des programmes menés pour minimiser l’impact sur l’environnement de l’usine de La Hague dans le cadre de la révision des autorisations de rejet prévue début 2007.
• Optimiser le traitement des combustibles et diminuer le volume de déchets ultimes
Un ambitieux programme de développement est mis en oeuvre pour rénover l’installation de vitrification et permettre une augmentation de productivité et de capacité. Ce programme consistera en une implantation de la technologie du creuset froid, mise au point en partenariat avec le CEA, et qui permettra aussi un traitement d’une gamme plus large de solutions, dont des effluents de rinçage d’ateliers anciens à démanteler. Il s’accompagne d’une formulation spécifique de matrice de confinements pour ces solutions. Il est prévu à court terme de
qualifier d'ici fin 2006, sur le pilote de vitrification échelle 1 disponible au CEA sur le site de Marcoule les équipements (calcinateur, dépoussiéreur, ensemble creuset froid) qui seront implantés sur UP3 en 2007 et UP2 en 2009. Ces programmes permettent également d’étendre l’offre d’AREVA en matière de traitement de nouveaux produits.
• Améliorer le transport et l’entreposage des combustibles usés Le Pôle Aval développe de nouveaux matériaux (résines, protections biologiques, amortisseurs de choc) pour la conception d’emballages de transport innovants et de solutions intégrées d’entreposage encore plus performantes. Ces nouveaux produits tiennent compte de l’évolution des caractéristiques des combustibles usés. Le dernier en date, le TN 106 pour transporter les RTR, premier emballage modulaire licencié, peut être fabriqué avec des longueurs adaptables à la taille des différents RTR.
Accompagner le déploiement des réacteurs de nouvelle génération (EPR)
• Qualifier les modèles et méthodes pour les projets OL3 et FL3 et valider la conception détaillée de l’EPR
Le rapport de qualification neutronique du modèle de réflecteur lourd a été émis, les méthodes “best estimate” APRP grande brèche sont disponibles pour une utilisation industrielle et la conception des équipements internes de cœur est validée.
• Certifier la conception de l’EPR aux États-Unis
Une équipe projet dédiée a été créée et le travail de certification progresse rapidement. Un programme intensif de soumission de rapports et de réunions techniques avec l’autorité de sûreté américaine (US NRC) est prévu jusqu’à la soumission fin 2007 de la demande de certification de la conception EPR.
Préparer les prochaines générations de réacteurs et usines du cycle associées
Il s’agit de recherches à long terme qui sont indispensables afin de conserver une avance technologique et qui doivent être étudiées comme un système global, réacteur-cycle, c'est-à-dire en prenant en compte une optimisation des critères du développement durable, soit un système économique qui préserve les ressources naturelles, qui minimise l’impact sur l’environnement tout en prenant en compte l’impact sociétal. Il est entre autre indispensable de progresser dans l’apport de l’énergie au plus grand nombre de personnes dans le monde.
Les axes techniques majeurs étudiés à ce jour sont exposés ci-après.
• Développer les réacteurs à caloporteur à gaz
Au-delà du portefeuille des produits avancés actuels (palier N4 et EPR pour la filière réacteur pressurisé, SWR1000 pour la filière bouillante), AREVA en coopération notamment avec EDF et le CEA étudie une nouvelle famille de réacteurs visant la coproduction d’électricité et de chaleur industrielle : les réacteurs à haute température refroidis à l’hélium (HTR). Dans la continuité des efforts de R&D et des études préliminaires des années passées, un projet visant à définir un “preconceptual design”
a été lancé 2004. Cet avant-projet sera bouclé en 2006 et débouchera, si les conclusions sont positives, sur des recherches à visée industrielle.
En parallèle, le programme de R&D se poursuit : la ligne de fabrication du combustible à l’échelle laboratoire a récemment été finalisée et les premiers tests de la ligne pilote ont été réalisés en 2005. Le développement des codes de calcul spécifiques HTR se poursuit dans le cadre de l’accord tripartite. AREVA NP est également coordinateur du nouveau projet européen RAPHAEL (ReActor for Process heat, Hydrogen And ELectricity generation) lancé en 2005 dans le cadre du 6ePCRD.
• Participer au développement de systèmes de quatrième génération D’autres filières de réacteurs font l’objet d’études prospectives de la part du Pôle Réacteurs et Services. Ces concepts concernent des réacteurs faisant pour la plupart appel à des spectres de neutrons rapides, qui garantissent l’accès à des ressources énergétiques pour plusieurs siècles et qui ouvre la voie à une réduction accrue des déchets radioactifs ultimes. Ces concepts constituent des réponses efficaces et durables face aux défis énergétiques et environnementaux à venir et pourraient être déployés l’horizon 2040.
• Concevoir les nouvelles générations d’usines du cycle du combustible
Les futurs combustibles (HTR par exemple) pourraient être très différents des produits actuels. Le Pôle Amont étudie donc leurs procédés d’élaboration dans une approche de fabrication industrielle à grande échelle et à coût compétitif. Afin d’optimiser la fin de cycle, AREVA réfléchit au devenir de ces combustibles usés, qui utilisent des matériaux réfractaires non métalliques (graphite, SiC carbure de silicium).
D’autre part, AREVA mène des programmes avec le CEA, dans le cadre de la recherche liée à la loi “Bataille” de 1991. L’objectif est de préparer les usines du cycle devant accompagner le déploiement des réacteurs de quatrième génération. Bien entendu, le retour d’expérience des installations du Groupe est tout à fait primordial dans l’identification de ces programmes de recherche.
Technologies émergentes
Quelques exemples significatifs de technologies émergentes qui contribuent à des enjeux cruciaux tels que les technologies sécuritaires ou de l’énergie.
AREVA TA a montré, à travers le projet ECORAIL, dont les essais se sont terminés fin 2005, que des technologies sécuritaires utilisées dans le contrôle commande des chaufferies embarquées pouvaient avoir des applications en dehors du nucléaire car il s’agissait d’optimiser le fonctionnement de passages à niveau.
Ce projet dont elle assurait la maîtrise d’œuvre et fournissait le système de localisation embarqué, rassemblait aux côtés de l’ESA, quelques grandes entreprises du transport ferroviaire ainsi qu’un opérateur autrichien.
L’objectif du projet était de coupler une localisation par satellite, une cartographie de la voie ferrée et une odométrie embarquées pour localiser en sécurité et avec un minimum de matériel à la voie,
4.14. Politique de Recherche et Développement, propriété intellectuelle et marquesE – RÉSULTATS
la position d’un train de façon à déclencher par radio et en sécurité la fermeture d’un passage à niveau. Les essais du système se sont déroulés de façon satisfaisante et en conditions réelles sur une ligne de chemin de fer en exploitation commerciale.
Dans le domaine de l’énergie, Hélion, filiale de AREVA TA, a mis au point le premier cœur de pile à combustible français, deux ans après la présentation du groupe de secours Helps de 5 kWe et à peine un an après le démarrage de sa pile de 20 kWe, Hélion réussit une nouvelle percée technologique avec sa ligne de produits Syspac.
Ce système intégré à base de pile à combustible de type PEM (Proton Exchange Membrane), qui est capable de délivrer une puissance électrique de 20 kWe aujourd’hui, à 50 kWe prochainement, fonctionne de façon automatique en mode hydrogène-oxygène purs et dispose d’un très haut niveau de fiabilité et de disponibilité.
Syspac vise des applications où la continuité de la fourniture électrique est un impératif vital ou de sûreté.
Transmission & Distribution
La recherche dans ce Pôle est également un domaine très important avec des cycles courts en comparaison des activités du nucléaire. C’est un élément clé du positionnement concurrentiel.
Le Pôle a consacré 3,6 % de son chiffre d’affaires à la R&D en 2005. Les grands domaines de recherche concernent :
• Les équipements et systèmes de puissance y compris la transformation et l’interruption du courant électrique (courant alternatif)
Aujourd’hui le marché exige des transformateurs disposant à la fois d’une capacité de surcharge accrue et d’une aptitude à supporter les régimes transitoires en termes de courts-circuits et de surtensions, ainsi qu’une fiabilité de service et un positionnement technico-économique optimum. Dans l’interruption de courant, les clés du succès résident dans la mise en œuvre d’une plate-forme commune de technologie de coupure dans le cadre de la rationalisation des produits. Le développement des produits et solutions pour les nouveaux marchés est déjà bien avancé.
L’expansion géographique aux États-Unis exige une conformité aux standards ANSI, quant au marché chinois et aux autres marchés à forte croissance (Inde, Russie…), les spécifications locales tant techniques que climatiques doivent être respectées.
• Électronique de puissance en courant continu
Il s’agit certainement de la technologie la plus porteuse pour l’avenir des applications de T&D. Cette technologie évolue à un rythme élevé tant dans la technologie offerte que dans la performance économique.
L’optimisation des réseaux existants via l’accroissement de leurs capacités d’une part et l’amélioration des possibilités de partage et répartition d’autre part sont autant d’applications nouvelles qui apparaissent pour les FACTS (Flexible Alternating Current Transmission Systems) dans de nombreuses configurations en place. En outre, AREVA T&D est impliqué dans plusieurs programmes européens de recherche sur les matériaux qui seront utilisés dans le
• Contrôle numérique et systèmes d’information
Le traitement des données est devenu une fonction essentielle pour l’optimisation de l’exploitation et la croissance du marché de l’électricité actuellement en pleine mutation. Les logiciels de SCADA (Supervisory Control And Data Acquisition), ainsi que de gestion des actifs et du négoce de l’énergie peuvent traiter en temps réel tant les capacités totales et disponibles de production et de transmission, que la livraison et la tarification des transactions d’énergie lors des pics de consommation sur les
“spot markets”. Il est indispensable que les systèmes d’information et de télécommunication intégrés soient aptes à gérer ces fonctions ainsi que leurs futures évolutions.
L’évolution considérable des technologies en électronique au cours des dix dernières années a permis la généralisation de la digitalisation pour les composants électroniques intelligents (IED) ainsi que pour les échanges de données. Une installation pilote impliquant différents IED existe déjà. Elle démontre ainsi grandeur nature la parfaite communication et intégration entre tous les équipements d’automatisme du poste via la norme IEC 61 850.
Parmi les développements de l’année 2005, les plus significatifs sont :
• le système de dégivrage développé pour Hydro-Québec : En janvier 1998, le réseau de Hydro-Québec a été rendu totalement inopérant suite à une période de gel particulièrement longue et sévère. L’approvisionnement en électricité a été
• le système de dégivrage développé pour Hydro-Québec : En janvier 1998, le réseau de Hydro-Québec a été rendu totalement inopérant suite à une période de gel particulièrement longue et sévère. L’approvisionnement en électricité a été