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Les
outils « omiques » accélèrent la recherche en
radioprotection |
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Mieux comprendre les effets biologiques
d'expositions chroniques aux faibles doses de rayonnements
ionisants pour mieux évaluer l'éventuel risque
sanitaire ; développer des techniques de thérapie
régénérative après une irradiation : ces deux objectifs
majeurs de recherche de l'IRSN visent à améliorer le système
de radioprotection en repoussant les limites de la
connaissance scientifique.
Relever ces défis nécessite
de nouvelles approches stratégiques. Parmi celles qui
paraissent prometteuses, l'IRSN a choisi de recourir aux
méthodes « omiques », techniques à large spectre
récentes en biologie. Comme l'illustrent deux articles de ce
numéro, les « omiques » permettent d'identifier
l'ensemble des signaux biologiques caractérisant la réponse
d'un organisme à une sollicitation. Les vastes quantités de
données ainsi recueillies sont à travailler pour identifier
des corrélations, confronter des hypothèses. La métabolomique
ou la protéomique fournissent d'ores et déjà des pistes
intéressantes.
Pour mettre en oeuvre ces techniques au
carrefour de la biologie, des mathématiques et des
statistiques, l'IRSN s'appuie sur un laboratoire et une
plateforme universitaire, qui bénéficient d'ores et déjà d'une
solide expérience acquise à travers d'autres applications. Les
premiers résultats obtenus illustrent combien la
pluridisciplinarité est nécessaire pour progresser dans la
compréhension des mécanismes à l'oeuvre dans toute la
complexité des régulations du vivant.
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Matthieu
Schuler, Directeur de la stratégie, du développement
et des partenariats
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Radioécologie
Les
diatomées, un bioindicateur aquatique de la pollution autour des
mines d'uranium
Autour des anciennes mines d'uranium, l'IRSN a exploré la
possibilité d'utiliser des microalgues, les diatomées, comme
indicateur biologique de la qualité des eaux. En effet, suivre la
qualité des milieux et quantifier l'impact éventuel des substances
radioactives et chimiques dans le contexte de
« l'après-mines » fait partie des missions de
l'IRSN.
En France, l'industrie minière de l'uranium a concerné jusqu'en
2001 plus de 210 sites, aujourd'hui réaménagés, sécurisés, et
surveillés. En effet, les eaux de pluie et de ruissellement, ainsi
que les eaux transitant dans la mine, entrainent une partie des
substances présentes dans les résidus miniers ou utilisées pour
traiter ces eaux, vers les écosystèmes aquatiques récepteurs. L'IRSN
a étudié le potentiel de microalgues benthiques (fond de cours
d'eau), principalement des diatoméesGLO,
pour rendre compte de l'état écologique des hydrosystèmes autour de
ces anciennes mines(1), en complément des mesures
réalisées pour la surveillance de l'environnement.
L'espèce Cymbella aspera,
inventoriée dans le cadre de ce travail, grossie 1000
fois. |
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Préparation des plaques de
verre qui ont été immergées dans la rivière pendant plusieurs
semaines. Elles ont été ensuite grattées et rincées pour
collecter toutes les diatomées. |
[ Petit cours
d'eau du Limousin ]
Durant son
post-doctorat, Olivier Herlory a mené une étude de terrain pendant
sept mois sur un cours d'eau du Limousin : le Ritord, situé
sous l'influence d'anciennes mines d'uranium. L'analyse de la
qualité physico-chimique de ses eaux montre qu'il n'y a pas de
pollution organique mais un marquage caractéristique par des
éléments issus des eaux de drainage des mines et du traitement
chimique(2) qui leur est appliqué. Le suivi en parallèle
de la communauté de diatomées a permis d'examiner si le marquage des
eaux en lien avec l'impact minier était également répercuté sur les
diatomées, afin d'examiner leur potentiel de bioindication de la
qualité des milieux.
[ Communautés de
diatomées ]
Le chercheur a ainsi comparé,
en amont et en aval des rejets, les communautés des 166 espèces de
diatomées qu'il a identifiées dans le Ritord. Conformément aux
résultats connus pour d'autres types de mines, les rejets des mines
d'uranium favorisent la dominance de diatomées acidophiles et
tolérantes aux métaux, alors que d'autres espèces plus sensibles
deviennent nettement moins abondantes, voire absentes. En revanche,
il n'a noté aucun impact sur la biomasse ou l'activité
photosynthétique des microalgues.
En menant une analyse
statistique de l'abondance et de la diversité des espèces de
diatomées en fonction de 22 variables physico-chimiques, il a
ensuite corrélé les changements de communauté aux éléments
caractéristiques des effluents miniers et de leur traitement, en
particulier l'uranium et le baryum.
Ces premiers résultats,
très encourageants, montrent la pertinence des diatomées en tant
qu'indicateur biologique de la qualité des eaux en aval des sites
uranifères. La même étude doit maintenant être réalisée sur d'autres
sites et cours d'eau afin de les confirmer, et de pouvoir utiliser
les diatomées comme bioindicateurs de la qualité environnementale
près des mines.
Unité de recherche réseaux, épuration et qualité
des eaux, Irstea, Cestas ; Institut méditerranéen de
biodiversité et d'écologie marine et continentale, Université
Aix-Marseille.
Contacts :
Jean-Marc Bonzom (Laboratoire d'écotoxicologie des
radionucléides - Leco)
Rodolphe
Gilbin (Laboratoire de biogéochimie, biodisponibilité et
transfert des radionucléides - L2BT)
(1)
Les diatomées sont déjà couramment utilisées comme indicateur
biologique de la qualité des eaux vis-à-vis d'autres types de
polluants.
(2)
Les eaux de drainage des sites uranifères sont traitées au chlorure
de baryum et/ou au sulfate d'alumine avant rejet dans le milieu
naturel.
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CELLULES
ENDOTHÉLIALES
Elles constituent l'endothélium vasculaire, c'est-à-dire la
paroi interne des vaisseaux sanguins, en contact avec le sang.
CONTAMINATION
INTERNE
On parle de contamination interne lorsque des radioéléments
entrent dans un corps vivant, que ce soit par inhalation
(poussières, gaz, nanoparticules...), ingestion, ou lorsqu'une
plaie cutanée est souillée par des produits radioactifs.
DIATOMÉES
Algues unicellulaires (100 000 espèces connues à ce
jour) d'eaux salées et douces qui peuvent vivre isolées ou en
colonies. De formes très variées, elles mesurent de
quelques micromètres à un millimètre de long. Elles jouent un
rôle capital dans le bon fonctionnement de plusieurs
écosystèmes.
FAIBLES
DOSES
On parle de faible dose de rayonnements ionisants lorsque
la dose reçue par un organisme est inférieure à
100 mSv. Cette limite a été définie par les études
épidémiologiques menées chez les survivants des bombardements
d'Hiroshima et de Nagasaki, études qui ont corrélé avec
certitude la dose reçue au risque de développer un cancer.
En-dessous de 100 mSv, les recherches n'ont pas encore
permis de conclure sur l'existence ou la nature du lien entre
la dose de rayonnements et le risque de pathologie.
KRIGEAGE
Mot traduit de l'anglais « kriging », issu du nom
de l'ingénieur minier sud-africain Daniel Gerhardus Krige qui
a inventé la méthode. Le krigeage se base sur le calcul,
l'interprétation et la modélisation du variogramme, qui est
une appréciation de la variance en fonction de la distance
entre données (ici, d'origine numérique).
MÉTABOLOME
Ensemble des métabolites, molécules organiques de petite
taille (masse < 1000g.mol-1) produites par
des voies métaboliques ou cascades enzymatiques (glucose,
acides aminées acides gras...) contenus dans un
organisme.
MÉTABOLOMIQUE
Analyse globale de l'ensemble des métabolites mesurables
dans un milieu biologique.
PCR
QUANTITATIVE EN TEMPS RÉEL
Technique qui utilise une amplification cyclique d'un
fragment d'ADN, basée sur une réaction enzymologique, où
l'amplification est mesurée tout au long de la réaction, donc
en temps réel.
PROTÉOMIQUE
Étude de l'ensemble des protéines d'un organisme, d'un
fluide biologique, d'un organe, d'une cellule ou même d'un
compartiment cellulaire.
ROBUSTESSE
D'UN LOGICIEL OU D'UN OUTIL
Capacité à fonctionner correctement au-delà de son domaine
de conception.
TRANSCRIPTOMIQUE
Étude quantitative de l'ensemble des ARN messagers produits
lors du processus de transcription d'un génome.
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PUBLICATIONS
La
recherche sur les accidents de fusion L'IRSN
vient de publier un ouvrage rassemblant les connaissances dans
le domaine des accidents de fusion de coeur de réacteurs
nucléaires de puissance, acquises par l'Institut notamment
grâce à la réalisation de programmes expérimentaux importants
ou la coordination du réseau Sarnet. Le livre tire également
les enseignements des accidents graves survenus dans le monde
pour la prévention et la réduction des conséquences de tels
accidents, sans aborder ceux encore trop partiels de
l'accident de Fukushima. Coordonné par Didier Jacquemain, le
livre a été rédigé par des experts de l'IRSN, du CEA et d'EDF.
+++
Télécharger le livre Les accidents de fusion du coeur des
réacteurs nucléaires de puissance : état de
connaissances.
Mémoires de HDR
Deux
nouveaux ouvrages sont venus enrichir la collection IRSN des
mémoires d'habilitation à diriger des recherches : celui
de Yann Monerie, intitulé Micromécanique du
combustible : homogénéisation, fissuration, milieux
granulaires, et celui de Denis Maro, intitulé
Transfert des radionucléides sous forme de gaz et
d'aérosols dans les environnements complexes : études
expérimentales de dispersion atmosphérique et d'échanges aux
interfaces.
+++
Télécharger les mémoires.
COLLABORATIONS
Roadmap
Nugenia parue en octobre 2013 Nugenia, la
plateforme européenne de recherche sur les réacteurs
nucléaires de 2 ème et 3 ème génération,
vient de publier sa « roadmap » : ce document
de référence définit, à partir de l'agenda stratégique,
l'échelonnement des priorités de recherche et développement.
Élaborée avec une forte participation de l'IRSN, elle
constitue la référence pour le premier appel à projets du
volet d'Horizon 2020 Euratom.
+++
Téléchargeable sur www.nugenia.org
Réunions de lancement pour deux projets ANR au
titre des investissements d'avenir
Sélectionné avec ses partenaires dans le cadre de
l'appel à projets piloté par l'ANR, « Recherches en
sûreté nucléaire et radioprotection », l'IRSN a organisé
le lancement de deux projets dont il assure le pilotage :
le 7 novembre 2013, il a lancé le projet Mithygène
(Amélioration de la connaissance du risque hydrogène et de sa
gestion en situation d'accident grave), et le 17 janvier 2014,
le projet Amorad (Amélioration des modèles de prévision de la
dispersion et d'évaluation de l'impact des radionucléides au
sein de l'environnement).
+++ En
savoir plus.
SOUTENANCES
HDR
Pascal Bailly-du-Bois a
soutenu le 11 octobre 2013 son habilitation à diriger des
recherches sur le thème suivant : Dispersion des
radionucléides dans les mers du nord-ouest de l'Europe :
observations et modélisation.
+++ En
savoir plus.
Thèses
20 doctorants de l'IRSN
ont soutenu leur thèse depuis l'été.
En sûreté :
Nawfal Blal (12/09/2013), Clément Chevalier (18/09/2013), Xuan
Dung Vu (27/09/2013), Loïc Coquelin (04/10/2013), Marina
Lasserre (17/12/2013), Adrien Cartonnet (17/12/2013), Romain
Vandeputte (18/12/2013).
En radioprotection de
l'homme : Julien Taforeau (39/09/2013), Morgane Dos
Santos (02/10/2013), Adrien Cheminet (10/10/2013), Ingrid
Nosel (21/11/2013), Clémentine Poisson (20/12/2013).
En radioprotection de
l'environnement : Céline Roux (18/10/2013),
Alexandre Devos (05/11/2013), Guillaume Bucher (22/11/2013),
Benoît Goussen (27/11/2013), Névénick Calec (02/12/2013),
Camille Chautard (04/12/2013), Guillaume Depuydt (09/12/2013),
Nicolas Theodorakopoulos (20/12/2013).
+++ En
savoir plus sur les soutenances de thèses
récentes. | | |
Radioécologie
Modèles
de courants et de dispersion en Manche
L'une des missions de l'IRSN est d'évaluer les conséquences de rejets
contrôlés de substances radioactives dans l'environnement, notamment en
mer. Pour cela, les modèles de dispersion des radionucléides doivent avoir
une résolution spatio-temporelle adaptée. Les recherches de l'IRSN ont
pour objectif d'améliorer ces modèles et d'en assurer la
validation.
Pour reconstituer et prévoir les concentrations de substances
radioactives dans tous les compartiments de l'écosystème marin (eaux,
sédiments et espèces vivantes), l'IRSN dispose d'outils associant des
modèles de courants et de dispersion des radionucléides à des modèles de
transfert. Ils fournissent des estimations précises qui permettent de
connaître l'évolution en mer de rejets chroniques ou accidentels venant
d'usines ou de navires, dans les heures, les jours ou les mois qui
suivent.
[ Résolutions
adaptées ]
Développés initialement par
l'Ifremer, ces modèles ont été modifiés par l'Institut pour ses propres
besoins. Ainsi, celui réalisé pour la Manche a été décliné avec des
résolutions de 50 à 1500 mètres. Les modèles adaptés ont ensuite été
validés à l'aide de prélèvements effectués au large de l'émissaire de
l'usine Areva-NC de La Hague. Les rejets de l'usine contiennent en effet
du tritium, un radionucléide dont l'IRSN maitrise la mesure en routine.
Associé à la molécule d'eau sous la forme HTO, il a servi de traceur des
courants et de la dispersion.
[ Fréquence de 30
s ]
Près de 15 000 prélèvements ont été
effectués en surface dans le panache des rejets de l'usine lors de huit
campagnes en mer, avec une haute fréquence d'échantillonnage (de 30
secondes) et un quadrillage d'une centaine de mètres. Confrontée à ces
données, la simulation des rejets par les modèles a montré une bonne
cohérence avec les mesures de la dispersion des radionucléides au-delà de
deux kilomètres de l'émissaire.
Le laboratoire a rassemblé ces
mesures de tritium dans une base de données, qui a été mise à la
disposition de la communauté scientifique. Elle permet de valider des
modèles de dispersion pour une mer dite mégatidale, c'est-à-dire peu
profonde avec de forts courants de marées.
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En haut, représentation des
mesures de concentration du tritium (en Bq/L) selon le chemin
suivi par le bateau (image carrée encadrée) à la perpendiculaire de
l'axe de propagation du panache. En ordonnées : la
profondeur ; en abscisse : la distance à l'axe de
propagation. Chaque coupe correspond à un ensemble d'échantillons
prélevés à une heure donnée. En bas, le résultat des simulations
correspondantes avec un modèle à 50 m de résolution, et un
modèle à 10 m de résolution. L'échelle
verticale = 3 X l'échelle
horizontale | [ Mers
mégatidales ] Après cette première amélioration
du modèle en deux dimensions (les concentrations sont moyennées sur la
verticale), les travaux se sont poursuivis pour prendre en compte les
gradients en profondeur. Un nouveau système a permis d'effectuer des
prélèvements à haute fréquence (également toutes les 30 s)
simultanément à dix profondeurs différentes. La description du modèle peut
être affinée en tenant compte de la dispersion verticale du panache, en
particulier des turbulences locales mesurées près du fond. Une fois
validés par les mesures de tritium, ces modèles peuvent être appliqués à
l'ensemble de la Manche et dans les autres mers mégatidales de faible
profondeur (côtes du golfe de Gascogne, mer du Nord). Ils contribuent à
améliorer la capacité d'évaluation et d'analyse de l'IRSN utile pour gérer
des situations de crise qui auraient une emprise sur l'espace marin.
Ifremer/Dyneco/Physed.
Contact :
Pascal Bailly du Bois (Laboratoire de radioécologie de
Cherbourg-Octeville - LRC)
Irradiation
- Modélisation
Modéliser
l'expression des gènes et des protéines après irradiation
thérapeutique
Une radiothérapie dans la zone abdomino-pelvienne peut générer une
altération durable des tissus sains du tractus digestif présents dans le
champ de l'irradiation. Mettre au point un traitement de ces effets
secondaires indésirables nécessite de comprendre les processus qui
président à cette altération. Comme en radiotoxicologie (voir
Focus), l'IRSN utilise des techniques « omiques » pour
décrypter les réseaux moléculaires mis en jeu.
|
Liste des gènes qui ont évolué à
une période donnée après l'irradiation à 2 Grays des cellules
endothéliales (en abscisse le nombre de jours). Les couleurs
représentent leur degré de sur-expression (dégradé de rouge) ou de
sous-expression (dégradé de vert). |
Plusieurs études, notamment de l'IRSN, ont montré que les cellules
endothélialesGLO
jouent un rôle central dans la réponse des tissus après une radiothérapie.
Il est probable que la réaction à l'irradiation est le résultat d'un
réseau d'interactions entre différents acteurs(1) moléculaires
(gènes et protéines) de l'endothélium. Pour les identifier, l'IRSN a
choisi d'utiliser la protéomiqueGLO
et la transcriptomiqueGLO,
techniques globales qui permettent de quantifier respectivement un grand
nombre de protéines et de gènes dans un échantillon. Associées à une
modélisation mathématique, elles conduisent à identifier les gènes et les
protéines dont les quantités ont été modifiées après l'irradiation.
Aujourd'hui, un premier modèle concernant les gènes a été établi par un
post-doctorant mathématicien du laboratoire Ibisc en collaboration avec
l'IRSN, travail qui lui a valu un « Best presentation award » à
la conférence ISMB'2013.
[ 500 gènes
mesurés ]
Pour la partie expérimentale, l'IRSN
a cultivé trois boites de cellules endothéliales humaines non irradiées,
trois boites irradiées à 2 Grays et trois autres à 20 Grays pour chacun
des 8 temps d'étude compris entre 12 heures et 21 jours(2) afin
d'évaluer la réponse précoce et la réponse tardive à l'irradiation. Dans
ces cellules, l'expression de quelque 500 gènes identifiés a ensuite été
quantifiée grâce à la PCR quantitative en temps réelGLO.
Le post-doctorant a développé un algorithme(3) qui permet de
relier pour chaque gène les points de mesure obtenus entre 12h et 21
jours. Le modèle ainsi établi fournit pour chaque gène une courbe
d'évolution de son expression après l'irradiation, associée à des
intervalles d'incertitude. Une analyse statistique complète l'algorithme
pour identifier les périodes où l'expression de ce gène a changé et où,
compte tenu des incertitudes, elle peut être attribuée à l'irradiation.
Cet algorithme fournit ainsi une liste des gènes sous-exprimés ou
sur-exprimés dans la cellule endothéliale après l'irradiation.
[ Nouvelles
cibles thérapeutiques ]
Un travail similaire
est prévu sur les protéines. En exploitant la littérature scientifique à
l'aide de logiciels dédiés de fouille de textes (text mining),
l'IRSN pourra établir des liens entre les acteurs moléculaires identifiés.
L'objectif est de pouvoir de cette façon décrire le réseau d'interactions
entre les gènes et les protéines impliqués dans le processus de réponse à
l'irradiation. D'où de nouvelles cibles thérapeutiques possibles pour
prévenir ou guérir les lésions générées par la radiothérapie et améliorer
la compréhension du lien entre la dose et les effets biologiques.
Laboratoire Informatique de biologie intégrative des
systèmes complexes (Ibisc) EA 4526, équipe Arobas (Algorithmique,
recherche opérationnelle, bioinformatique et apprentissage statistique) de
l'Université d'Évry-Val d'Essonne.
Contact :
Olivier Guipaud (Laboratoire de recherche en radiobiologie et en
radiopathologie - L3R)
(1)
Certains ont déjà été identifiés, notamment à l'IRSN.
(2) 0,5
jour, 1 j, 2 j, 3 j, 4 j, 7j, 14j, et 21j.
(3)
Régression sur les processus gaussiens pour l'analyse des données
temporelles discrètes et espacées.
Criticité
Un
calcul robuste et plus efficace de l'espace sur-critique
Dans les installations nucléaires et les emballages de transport de
combustible nucléaire, les matières fissiles présentent le risque
d'amorcer une réaction de fission en chaîne auto-entretenue et non
contrôlée. Pour mieux évaluer ce risque, dit de criticité, l'IRSN améliore
ses outils de simulation numérique par des recherches, telles que celles
réalisées par Alexis Jinaphanh et Clément Chevalier (voir article
suivant) durant leurs thèses.
Le coefficient de multiplication effectif des neutrons (ou
Keff), qui caractérise l'écart à l'atteinte de l'état critique
(criticité), est calculé à l'aide d'un logiciel de simulation numérique
tel que le code Monte Carlo Moret développé par l'IRSN.
Pour
éviter d'atteindre l'état critique (caractérisé par Keff =1),
une des dispositions consiste à garantir que les paramètres
pertinents(1) ne peuvent en aucun cas, y compris dans des
situations accidentelles, prendre des valeurs qui conduiraient à un
Keff supérieur ou égal à 1.
[ Inversion et
méta-modèles ]
Pour prévenir ce risque, il est
nécessaire de déterminer les valeurs pour lesquelles ces paramètres
conduisent à un Keff supérieur à 1. Définir numériquement cet
espace « sur-critique » est, au sens mathématique, un problème
inverse. Pour le résoudre, une méthode consiste à construire un
méta-modèle, c'est-à-dire une surface de réponse donnant de manière
approchée la valeur du Keff pour l'ensemble des valeurs
possibles des paramètres considérés. Ce méta-modèle se construit sur la
base d'un « plan d'expériences » (ensemble de jeux de paramètres
pour lesquels le logiciel Moret estime les valeurs du Keff) et
à l'aide de techniques d'interpolation(2). Ce plan d'expérience
est progressivement amélioré, par ajouts de nouveaux points de calcul,
choisis de manière à réduire l'incertitude sur les zones à risque
(i.e. : où le Keff dépasse 1).
[ Efficacité et
robustesse ]
La thèse de Clément Chevalier a
notamment consisté à améliorer l'efficacité de ce type de méthode. Ainsi,
au lieu de suggérer l'ajout point par point dans le plan d'expériences,
l'algorithme dit SUR (Stepwise Uncertainty Reduction) a été adapté et mis
au point afin de pouvoir proposer simultanément plusieurs points de
calculs devant minimiser l'incertitude sur la définition de l'espace
sur-critique. Ceci permet de paralléliser les calculs et rend la méthode
de résolution inverse plus efficace pour répondre aux besoins
opérationnels des évaluations de sûreté concernées.
|
Identification de l'espace
sur-critique en fonction de la masse d'U235 dans un
cylindre, sous humidité non contrôlée. |
Cette problématique d'inversion peut dans la pratique être compliquée
par des variables non contrôlées influençant la criticité, par exemple les
produits hydrogénés utilisés en cas d'incendie. La méthode mise au point
prend en compte cette éventualité : les valeurs pénalisantes (valeurs
enveloppes au regard du risque de criticité) de ces variables sont
identifiées et intégrées dans le méta-modèle, ce qui lui donne un
caractère original et « robuste »GLO.
Cette méthode est intégrée dans l'interface Prométhée(3),
couramment utilisée par les experts de l'IRSN.
Consortium ReDice, qui regroupe l'IRSN, EDF, le CEA,
Renault, l'Ifpen, l'Inria, les Universités de Berne, Grenoble, Nice,
Toulouse, et l'École des Mines de Saint-Étienne.
Contact :
Yann Richet (Service de neutronique et des risques de criticité -
SNC)
(1)
L'occurrence d'un tel accident dépend notamment des caractéristiques de la
matière fissile (masse, concentration, géométrie) et de la présence de
produits hydrogénés qui influencent les réactions de fission.
(2)
L'interpolation obtenue ici par la technique du krigeageGLO.
(3)
Prométhée est un environnement de calcul distribué, qui utilise des
algorithmes pour paramétrer les simulations numériques.
Criticité
Accélération
et maîtrise accrue de la convergence des calculs de criticité
L'IRSN développe le logiciel de simulation numérique Moret pour évaluer
le risque de criticité. Cet outil simule, en trois dimensions, la
propagation de neutrons dans un système donné. Il utilise une approche
probabiliste, dite de Monte Carlo, qui consiste à calculer, à partir d'une
répartition initiale de neutrons dans le système étudié, la propagation de
plusieurs générations successives de neutrons.
Ces générations
sont simulées jusqu'à ce que la convergence du coefficient(1)
de multiplication effectif des neutrons (ou Keff) – qui permet
de caractériser l'écart à l'atteinte de l'état critique – soit considérée
comme atteinte.
Si la convergence est insuffisante, la valeur
obtenue du Keff peut être sous-estimée, et le risque de
criticité sous-évalué. Pour améliorer la fiabilité des valeurs obtenues,
A. Jinaphanh a, durant sa thèse, mis au point une nouvelle méthode
d'initialisation de ces calculs, ainsi qu'un critère qui permet de définir
de manière fiable l'atteinte de la convergence.
[ Pré-calcul
déterministe ]
Différentes méthodes, qui ont
leurs avantages et leurs limites, existent déjà dans le logiciel Moret
pour améliorer la vitesse de convergence. A. Jinaphanh en a mis au point
une nouvelle, qui consiste à initialiser le calcul à partir de la
résolution (à l'aide du logiciel Dragon(2)) des équations
déterministes du problème, appliquées à une modélisation simplifiée du
système.
Cette méthode permet d'initialiser les calculs
probabilistes Moret avec une distribution plus réaliste de neutrons,
réduisant ainsi de manière significative le nombre de générations de
neutrons à calculer pour atteindre la convergence. La mise en oeuvre de
cette méthode novatrice reste cependant encore lourde en regard des
besoins opérationnels des évaluations de sûreté, et des améliorations
devront lui être apportées.
|
Taux de production de neutrons
dans le volume 1 (S1) rapporté au taux de production global (S1 +
S2) en fonction des générations.
En noir, une initialisation
uniforme de la répartition des neutrons ; en rouge, une
distribution initiale modifiée par un pré-calcul déterministe.
Cette figure montre clairement une réduction importante de
la phase de convergence avec le précalcul, où seules quelques étapes
sont nécessaires, alors qu'une initialisation uniforme nécessite une
centaine d'étapes avant d'atteindre la
convergence. | [ Détection
automatisée ] Il est crucial pour le calcul
probabiliste du K eff de bien estimer l'atteinte de la
convergence. À cette fin, A. Jinaphanh a mis au point un algorithme qui
permet de contrôler de manière fiable cette convergence. Dans son
principe, l'algorithme consiste à déterminer si les valeurs successives du
K eff et de l'entropie de Shannon (Hsrc (3)) calculées
à chaque génération restent statistiquement équivalentes. Si tel est le
cas, la série des K eff est considérée comme ayant convergé.
Cette méthode a été intégrée à la version de production du
logiciel Moret qui dispose ainsi d'une méthode de détection automatisée de
la convergence et d'un indicateur caractérisant la fiabilité du calcul de
la criticité. École polytechnique de Montréal.
Contact :
Alexis Jinaphanh (Laboratoire de recherche et de développement
en neutronique du cycle - LNC)
(1) Le
facteur de multiplication effectif Keff est défini comme le
rapport du nombre de neutrons produits au sein du système sur le nombre de
neutrons perdus (par fuite hors du système ou absorption). Un
Keff supérieur à 1 correspond à un emballement de la production
de neutrons.
(2) Le
code Dragon est un code de calcul déterministe développé à l'École
polytechnique de Montréal.
(3)
L'entropie de Shannon est une grandeur locale permettant de caractériser
la distribution des neutrons dans le système.
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