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Laboratoire de modélisation et d’analyse de la performance des structures (LMAPS)

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​Dernière mise à jour en octobre 2018

 

Le Laboratoire de modélisation et d’analyse de la performance des structures (LMAPS) est situé sur le site de Fontenay-aux-Roses (Hauts-de-Seine). Il est rattaché au Service d’expertise des équipements et des structures (SES) au sein de la Direction de l’expertise de sûreté du Pôle Sûreté Nucléaire (PSN-EXP). Son objectif est de mieux comprendre et de quantifier la performance des structures ou d’équipements des installations nucléaires, que ces installations soient en phase de conception ou existantes.

 

 

 

Contexte et thématiques de recherche

 

L’analyse de sûreté intègre continuellement le retour d’expérience et se fonde sur le meilleur état des connaissances. Elle peut conduire à identifier des études à mener et des recherches à réaliser pour mieux assoir certaines analyses ou compléter la base de connaissances sur laquelle elles s’appuient et ainsi contribuer à améliorer la sûreté des installations. Cette identification passe par la définition claire des améliorations de sûreté à apporter, des verrous scientifiques à lever pour ce faire et des échéances associées.

 

Tout au long de sa durée de vie, une structure subit l’effet de l’environnement dans lequel elle est placée. Selon la nature de l’environnement considéré, un ouvrage vivra différents types d’événements qui induiront un certain nombre d’effets sur lui. Ces événements peuvent être classés selon une constante de temps caractéristique, qui leur est propre.

 

Dans le cas des constantes de temps élevées (plusieurs dizaines d’années), on peut citer les pathologies qui se caractérisent par un ensemble de processus physico-chimiques et qui vont avoir pour effet de modifier les propriétés structurales (résistance et ductilité) de l’ouvrage. Dans le cas des constantes de temps faibles (quelques secondes ou moins), on peut citer les séismes, les explosions ou encore les impacts de projectiles. Ces actions sont susceptibles d’induire une dégradation importante de la structure jusqu’à altérer son intégrité. 

 

Évaluer la performance d’un ouvrage à un instant donné ou encore son évolution au cours du temps passe par la détermination d’un ensemble d’indicateurs. Ces indicateurs sont le résultat de simulations ou d’essais, généralement menés sur des prélèvements ou sur des maquettes représentatives et sont donc, par nature, entachés d’incertitudes. Ces incertitudes peuvent être liées d’une part à l’écart entre une prédiction et une observation – on parle d’incertitudes aléatoires – et d’autre part, à un manque de connaissances – on parle d’incertitudes épistémiques. La prise en compte de ces incertitudes dans l’évaluation de la performance d’un ouvrage doit être appréhendée afin d’être en mesure de fournir une évaluation de la performance qui intègre l’ensemble des connaissances disponibles.

 

 LMAPS-Figure 1.png

Figure 1. Démarche thématique du LMAPS © IRSN

 

Lorsque l’évaluation de sûreté repose sur la modélisation, ce qui est par exemple le cas dans le domaine des accidents graves, l’un des enjeux majeurs est l’estimation et la maîtrise des incertitudes associées à la prévision de la performance par simulations numériques. Dans ce contexte, la vérification et la validation des modèles de calcul, ainsi que les estimateurs d’erreur, revêtent une importance toute particulière.

 

Pour quantifier et vérifier la performance en fonction du temps d’ouvrages, dont il convient d’assurer un niveau de sûreté optimal, le LMAPS porte des thématiques variées et complémentaires sur lesquelles des travaux expérimentaux ou des développements numériques sont en cours. À titre d’exemple, on peut citer les thèmes suivants :

 

Mieux comprendre le vieillissement des structures

  • Pathologies du béton
  • Pathologies du béton armé

 

Collaboration avec les unités IRSN : Service des déchets radioactifs et des transferts dans la géosphère (PSE-ENV/SEDRE), Service d'étude et de recherche expérimentale (PSN-RES/SEREX) et Service de maîtrise des incidents et accidents (PSN-RES/SEMIA)

 

Mieux comprendre le comportement des structures sous chargement complexe

  • Mécanique de l’endommagement, approches à discontinuités cinématiques
  • Approches multi-physiques, multi-échelles (mésoscopique, macroscopique)
  • Interaction sol/structure sous séisme

 

Collaboration avec les unités IRSN : Service de caractérisation des sites et des aléas naturels (PSE-ENV/SCAN), Service des systèmes et des risques (PSN-SRDS/SSyR), Service des accidents graves (PSN-RES/SAG) et Service de maîtrise des incidents et accidents (PSN-RES/SEMIA)

 

Maîtrise des incertitudes

  • Courbes/surfaces de fragilité
  • Méthodes de propagations d’incertitudes
  • Études probabilistes de sûreté

 

Collaboration avec les unités IRSN : Service des accidents graves (PSN-RES/SAG) et Service de maîtrise des incidents et accidents (PSN-RES/SEMIA), Service des systèmes et des risques (PSN-SRDS/SSyR)

 

 

 

Afin d’améliorer les approches d’évaluation de la performance d’ouvrages complexes, le LMAPS est associé et contribue à des recherches selon plusieurs axes qui portent sur l’ensemble des étapes de la chaîne d’analyse de la performance, décrite sur la figure 1 :

 

1. Interaction ouvrage/environnement à grande constante de temps : maîtriser le vieillissement des ouvrages

 

  • Pathologies du béton : identification, compréhension des mécanismes et des conséquences mécaniques du développement des réactions de gonflement interne dans les matériaux cimentaires, telles que la réaction alkali-granulat (RAG) et la réaction sulfatique interne (RSI).
     Projet ASCET (OCDE/NEA), projet ODOBA (IRSN), projet CONCRETE

 

  • Pathologie du béton armé : identification, compréhension des mécanismes et identification des conséquences mécaniques en lien avec le phénomène de corrosion des armatures présentes dans le béton armé, qui se manifeste sous l’action d’agents agressifs, tels que les chlorures ou le dioxyde de carbone.
     Projet VERCORS (EDF), projet CONCRETE

 

2. Interaction ouvrage/environnement à petite constante de temps : évaluer la capacité à confiner d’un ouvrage sous chargement extrême

 

  • Incendie : appréhension du comportement d’éléments de structures sollicités par un incendie et identification de la possibilité de perte de confinement, notamment concernant la troisième barrière.
     Projet VULCAIN (CSTB), projet MACUMBA (IRSN)

 

  • Impact : contribution à des programmes expérimentaux et développement de modèles non linéaires pour prédire de manière satisfaisante l’évolution locale des propriétés mécaniques d’éléments de structures en béton armé suite à un impact.
     Projet IRIS (OCDE/NEA)

 

  • Séisme : contribution à des programmes expérimentaux et développement de modèles, éventuellement non linéaires, pour prédire de manière satisfaisante le comportement d’éléments de structures ou de structures en béton armé sujets à un séisme.
     Projet MACUMBA (IRSN), Actions collaboratives IRSN-CEA

 

3. Interaction ouvrage/environnement à deux constantes de temps : évaluer la capacité à confiner d’un ouvrage sous chargement extrême au-delà de sa durée de vie initiale

 

  • Pathologie/aléa naturel : contribution à des programmes expérimentaux et développement de modèles non linéaires multi-physiques visant à mieux appréhender le comportement d’éléments de structures ou de structures sujets à des sollicitations, dont les constantes temps, de natures différentes.
     Actions collaboratives IRSN-CEA

 

4. Estimation de la performance

 

  • Fragilité sismique : contribution à la détermination du risque de défaillance en cas de séisme, prise en compte de la corrélation entre plusieurs mesures d’intensité sismique à travers la construction de surfaces de fragilité.

 

  • Accident grave : comportement thermomécanique des structures sous sollicitations extrêmes (température, pression).

 

  • Quantités d’intérêt locales et globales : contribution à l’estimation d’indicateurs spécifiques (débit de fuite, capacité, ouverture de fissures, etc.).
     Projet CONCRETE, projet MACUMBA (IRSN)

 

Les axes de recherche sur lesquels est impliqué le LMAPS sont clairement complémentaires. On peut distinguer deux axes élémentaires (Axes 1 et 2), un axe intégrateur (Axe 3) et enfin, un axe à finalité applicative (Axe 4).

LMAPS-Figure 2.png 

Figure 2. Axes de recherche impliquant le LMAPS © IRSN

 

 

 

Le LMAPS a vocation à apporter des éléments de réponse aux besoins issus de l’analyse de sûreté, notamment dans les domaines du génie civil et des études probabilistes de sûreté (EPS) de niveaux 1 et 2. Pour cela, le LMAPS réalise des études supports ciblées et dont les durées sont généralement de quelques mois. Pour pouvoir réaliser ces études, le LMAPS dispose de modèles de bâtiments de sites nucléaires français, de modèles de certains équipements sensibles et s’assure qu’ils prennent en compte les connaissances disponibles. Ces modèles fournissent au LMAPS les outils indispensables à la réalisation d’études ou contre études en support aux analyses de sûreté. Les thèmes de ces études supports peuvent être variés puisqu’ils dépendent des besoins identifiés. À titre d’exemple, le LMAPS s’intéresse aux sujets suivants :

  • Interaction corium/béton ;
  • Comportement des enceintes de confinement (simple et double paroi) ;
  • Comportement du bâtiment réacteur en conditions d’accidents graves ;
  • Comportement du tampon d’accès matériels (TAM).

 

 

Équipe de recherche

 

Dr Benjamin Richard, chef de laboratoire : lois de comportement non-linéaires, description de la fissuration par enrichissement cinématique, dynamique sismique

Julien Clément, ingénieur d'étude : interaction sol/structure, dynamique sismique, fragilité

Dr Jacques Jabbour, ingénieur-chercheur : pathologie du béton, conception de campagnes expérimentales complexes

Dr Sandrine Kevorkian, ingénieure-chercheuse : dynamique rapide, comportement sous impact

Dr Georges Nahas, ingénieur-chercheur : pathologie du béton et béton armé, méthodes accélérées, modèles avancés pour le vieillissement

Abdelatif Ammar, doctorant (2017-2020, collaboration Université de Sherbrooke, Ifsttar)

Chaymaa Lejouad, doctorant (2016-2019, collaboration CEA, ENS Paris Saclay)

Arnaud Montabert, doctorant (2017-2020, collaboration ENS, BERSSIN)

Arthur Pichelin, doctorant (2017-2020, collaboration LMDC, Université Paul Sabatier)

Aya Rima, doctorante (2018-2021, collaboration ENS Paris Saclay, CSTB)

 

 

 

Le LMAPS s'appuie sur des ressources, des compétences et des équipements du Pôle Sûreté Nucléaire (PSN) sur les sites de Fontenay-aux-Roses, Cadarache et de Saclay.

 

Pour les activités nécessitant des ressources informatiques :

  • Cluster de calcul mutualisé du Pôle Sûreté nucléaire

 

Certaines recherches d'intérêt pour le LMAPS menées en externe IRSN utilisent les moyens d'essais suivants :

 

     
    Le LMAPS s'appuie sur un solide réseau, à visibilité nationale et internationale. En interne IRSN, la plupart des unités du Pôle Sûreté nucélaire - Recherche travaillent en collaboration avec le LMAPS sur les thématiques d'intérêt de ce laboratoire.
     
    Les partenaires nationaux du LMAPS sont :
  • l’ENS Paris Saclay, Cachan
  • l’ENS Ulm, Paris
  • le Laboratoire Matériaux et durabilité des constructions (LMDC), Toulouse
  • le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Saclay
  • l’Institut français des sciences et technologies des transports, de l’aménagement et des réseaux (Ifsttar), Champs-sur-Marne    
  • le Laboratoire de mécanique et acoustique (LMA), Marseille   
  • l’Université de Pau et des Pays de l’Adour, Pau
  • l'École Centrale de Nantes (ECN), Nantes
  • Électricité de France (EDF), Framatome

 

Les partenaires internationaux du LMAPS sont : 

  • l'Université de Sherbrooke, Canada
  • la Commission canadienne de sûreté nucléaire (CNSC)
 
Le LMAPS est membre fondateur et pilote du la structure collaborative CONCRETE, rassemblant l'Ifsttar, le LMDC, le LMA, le LMT Cachan et plusieurs unités de l'IRSN (PSN-RES/SEREX, PSN-RES/SEMIA/LPTM, PSE-ENV/SEDRE/LETIS et PSN-EXP/SES/LMAPS).
 
Le LMAPS est également très impliqué dans différentes sociétés savantes et organisations internationales :
  • OCDE/AEN
  • AFPS
  • RF2B

Publications et thèses

Programme de recherche

Logiciels

 CAST3M

 LsDyna

 Outils développés par le LMAPS

Contact

​Dr Benjamin Richard, chef du laboratoire

 

IRSN/PSN-EXP/SES 

Laboratoire de modélisation et d'analyse de la performance des structures

31 avenue de la Division Leclerc

BP 17

92260 Fontenay-aux-Roses