La simulation pour les diagnostics infrarouges
Depuis 2010, Optis et le CEA travaillent conjointement sur la simulation des images infrarouges. L’enjeu de cette collaboration est notamment de pouvoir mesurer la température des parois des réac-teurs de fusion expérimentaux comme ITER, par le biais de la simulation. Grâce à Speos, logiciel de simulation spectrale (UV, infrarouge et visible), le CEA est en mesure de simuler et de mesurer la température des parois des machines de fusion en distinguant la température propre des parois de celle résultant de la réflexion du rayonnement infrarouge sur les matériaux.
« Compte tenu de l’environnement hautement réflectif des parois en tungstène de nos machines de fusion nu-cléaire, l’interprétation de la mesure de température par thermographie infrarouge (IR) est ardue. En effet, l’image n’est pas la réalité, comme l’exprime René Magritte dans sa célèbre peinture « La trahison des images », les couleurs vives d’une image IR ne sont pas forcément associées à un point chaud de la scène thermique observée mais peuvent résulter de réflexions. Or, la surveillance infrarouge (IR) est un outil de sécurité essentiel pour la machine. L’intégrité et le bon fonctionnement de la machine dépendent de l’interprétation des mesures IR. La simulation est aussi un outil complémentaire et incontournable pour modéliser le transport des photons dans l’environnement et ainsi différencier les zones de réflexion de vrais points chauds… Après avoir mis en concurrence plusieurs solutions, c’est la précision des résultats de simulation du logiciel Speos et ses puissants outils d’analyse, qui nous ont amenés à choisir Optis », commente Marie-Hélène Aumeunier, docteur à l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (CEA IRFM).
Anticiper le vieillissement des matériaux réacteurs et leur impact sur la mesure
Suite à ce premier succès, le CEA a donc décidé de poursuivre sa collaboration avec Optis pour relever de nouveaux défis. Afin de connaître précisément les matériaux envisagés pour les projets de réacteurs de fusion (tokamak) de type Iter et de les optimiser, le CEA a choisi d’utiliser le Virtual BSDF Bench (VBB) d’Optis. Ce laboratoire virtuel de mesure des matériaux permet de simuler la mise en oeuvre de matériaux dans des conditions d’utilisation réalistes. Il fournit au CEA des images précises et informatives, en modélisant les phénomènes physiques complexes en jeu lors des interactions des photons avec la matière. Le CEA peut ainsi effectuer un contrôle virtuel de la qualité des matériaux et anticiper l’influence de leur vieillissement dans les réacteurs, en particulier la dégradation de leur état de surface et les conséquences sur l’interprétation de la mesure infrarouge. Cet outil participe ainsi à une meilleure maîtrise des performances des mesures IR, indispensable pour optimiser l’opération des futurs réacteurs tout en assurant la sécurité de leur fonctionnement.
En parallèle, les équipes de l’IRFM du centre CEA de Cadarache peuvent désormais modéliser plus finement le rayonnement plasma, étudier les phénomènes de polarisation et leurs éventuels impacts sur les résultats de simula-tion. SPEOS leur permet d’étudier et d’analyser les résultats en fonction des propriétés de polarisation de ce plas-ma. Cette avancée est une grande première, rendue possible grâce à l’usage de la simulation numérique physiquement réaliste.
Réduire le temps de simulation
Ces simulations sont très gourmandes en temps de calcul : le CEA a donc opté pour Optis HPC qui garantit une plus grande efficacité de calcul. « Grâce à Optis HPC, nous pouvons réduire notre temps de simulation d’une journée à moins d’une heure, et donc augmenter significative-ment le nombre de simulations réalisées à l’année », explique Marie-Hélène Aumenier. « Un autre avantage majeur du logiciel Peos est de pouvoir réaliser toutes ces études dans un seul environne-ment - le logiciel de CAO Catia V5 de Dassault Systèmes - et avec le modèle numérique de l’ensemble du réacteur thermonucléaire. »
Dominique Chabaud, Expert Technique en Innovation chez Optis, conclut : « C’est avec beaucoup d’enthousiasme qu’Optis s’engage à accompagner le CEA dans ses nouveaux projets, et à fournir des applications performantes de conception numérique dans le domaine de la recherche nucléaire. »
(Left) IR Image of the Jet Iter-like wide angle thermography (digital level unit), (Right) IR image simulated with SPEOS CAA V5 based (radiometric unit) © DR
