La plateforme logicielle PLEIADES, développée en collaboration avec les industriels français du nucléaire EDF et FRAMATOME est dédiée à la simulation numérique de l’élément combustible lors de ses différentes phases de vie (de sa fabrication, à son comportement sous irradiation jusqu’à son entreposage). L’élément combustible est de façon générale constitué de matière fissile sous forme de pastille, de plaquette, de « bille »… conditionnée dans une enveloppe étanche (gaine métallique par exemple) ou encapsulé dans un matériau, qui constitue la première barrière de confinement de la matière nucléaire. L’objectif de cette plateforme est de prédire le comportement de l’élément combustible en réacteur en prenant en compte les caractéristiques initiales des matériaux ainsi que leur évolution sous irradiation et ainsi s’assurer du maintien de l’intégrité de la première barrière de confinement, la gaine, en fonction des conditions de service. Au-delà des problématiques d’exploitation du parc électronucléaire français, les expériences numériques permettent d’explorer des domaines de fonctionnement difficilement accessibles à l’expérience en terme de durée (phase d’entreposage des combustibles usés) ou de sollicitations extrêmes (situations accidentelles). La capitalisation des connaissances au sein d’outils de calculs scientifiques permet de guider les chercheurs pour la conception de combustible optimisé ou innovant plus sûr et plus performant.
Le comportement du combustible sous irradiation est une phénoménologie complexe multiphysique (mécanique, thermique, chimique) traitée par les outils de calcul dans un large domaine de sollicitations : nominales, incidentelles (rampe de puissance) et accidentelles (Accident Perte de Réfrigérant Primaire, APRP et Accident de réactivité, RIA qui sont deux critères de sûreté) pour différentes filières de combustible. Même si chaque filière de réacteur bénéficie d’une application logicielle dédiée (ALCYONE (Réacteur à Eau Pressurisée), GERMINAL (Réacteur à Neutrons rapides), MAIA (Réacteurs expérimentaux à plaques), LICOS (Elément combustible à géométrie particulière)), l’ensemble de ces applications partage au sein de la plateforme PLEIADES des composants, des lois et des modèles communs de comportement des matériaux (combustible et gaine), des méthodes numériques de résolution, des outils de pré et post traitement ainsi qu’une même architecture. La plateforme PLEIADES met en œuvre une approche multidimensionnelle (1D, 2D et 3D) et multiéchelle (du grain de la céramique (~ 10 µm) combustible au crayon combustible ( ~ 4m)) nous permettant d’obtenir des résultats au plus proche de la réalité. Au-delà du combustible nucléaire, des modèles ou des outils de la plateforme sont utilisés pour des applications dans le domaine de l’énergie (moteurs, batteries, …) afin de simuler le comportement des matériaux.
La plateforme PLEIADES intègre des bases de données expérimentales permettant de comparer les résultats de calculs à l’expérience : expériences analytiques qui permettent de confronter un phénomène particulier à sa modélisation dans l’outil de calcul ou expériences intégrales (irradiations réalisées en réacteur de recherche ou en réacteur de puissance du parc EDF) dans lesquelles les différents phénomènes physiques couplés interviennent. La large gamme des données issues des laboratoires du CEA mais aussi de programmes internationaux permet de garantir la qualité de la représentation physique mise en œuvre dans les applications.