Parole d'experts

La qualification des matériels : un enjeu majeur du Nouveau Nucléaire et du Grand Carénage

Conformité Nucléaire

La qualification des matériels est un enjeu majeur du Nouveau Nucléaire, mais également des grandes opérations de maintenance des installations en exploitation (appelées Grand Carénage). Une excellente maîtrise du processus de qualification est essentielle pour mener à bien la qualification d’un équipement en optimisant les délais et les coûts.

Dans toute installation nucléaire en exploitation, certains matériels et équipements sont classés « IPS » (« Important Pour la Sûreté »). Il est donc essentiel de s’assurer de leur bon fonctionnement, dans toutes les conditions d’ambiance et environnementales dans lesquelles ils sont requis. Ils doivent ainsi être qualifiés (par essais, analyse, calcul…) avant leur installation, afin d’apporter la garantie qu’ils fonctionneront correctement durant toute leur durée de vie.

L’exploitant nucléaire est responsable de cette qualification, un processus qui peut être réalisé soit par l’exploitant lui-même, soit en sous-traitance par les fournisseurs d’équipements ou par des prestataires externes comme Assystem. Tout dépend de la façon dont l’exploitant nucléaire passe les contrats pour mener son projet.

Les deux grands types de qualification

La qualification initiale des matériels concerne principalement les projets de nouvelle installation nucléaire, par exemple l’EPR de Flamanville, l’EPR Hinkley Point au Royaume-Uni ou encore le projet ITER à Cadarache.

La qualification progressive se rapporte à l’extension de la durée de vie des centrales (Grand Carénage) au-delà des 4ème visites décennales (environ 40 ans). « Comment prouve-t-on que les matériels importants pour la sûreté déjà installés, souvent depuis la mise en service des tranches, restent qualifiés ? Faut-il les remplacer ? Il y a donc un enjeu de sûreté, mais aussi un enjeu financier, car si on les remplace tous, cela sera très coûteux. »

Le processus de qualification progressive va permettre de justifier la possibilité de conserver certains équipements au-delà de 40 ans

La mauvaise maîtrise du processus et/ou l’échec d’un essai a un impact majeur sur le planning pour le nouveau nucléaire et un impact financier pour le Grand Carénage.

Les leçons tirées du méga-projet de construction FA3

L’EPR Flamanville 3 (FA3), en cours de construction dans la Manche par EDF, illustre parfaitement les enjeux du métier de la qualification et son impact sur un projet industriel majeur. En tant que méga-projet neuf, sans antécédent ou référence récente, dès le départ, la difficulté a résidé dans :

  • La quantité et la longueur du travail de qualification (près de 400 matériels)
  • Le manque d’expérience de certains fournisseurs à qui la charge a été confiée

Il en a résulté que certains dossiers de qualification ont pris du retard et se sont avérés incomplets. Il a fallu les revoir, or la reprise d’un dossier de qualification peut décaler d’au moins un an la qualification de l’équipement surtout si des essais doivent être réalisés à nouveau ; donc on comprend l’impact délai assez rapidement.

« On se rend bien compte qu’il est indispensable que l’ensemble des fournisseurs maîtrise parfaitement le processus de qualification, ou à défaut, qu’ils soient accompagnés pour le dérouler » analyse l’expert.

Une approche gagnante : à chacun son métier

Dans le cas client EDF/DIPDE, l’approche choisie a été de regrouper l’ensemble des métiers concernés pour développer et qualifier un nouveau matériel. Ainsi, en 2018, EDF/DIPDE a lancé un appel d’offre portant sur l’étude, la conception, la qualification, la fourniture et l’installation clé en main d’un inverseur de source pour l’alimentation de la pompe d’aspersion pour le palier 900 MW.

Possédant une forte expérience sur ce type d’équipement grâce notamment à un pôle R&D reconnu, la société AMC ETEC, basée à Saint Raphaël, s’est portée candidate en s’associant à la société SPIE. Afin de compléter son offre, AMC ETEC a aussi sollicité Assystem pour son expertise nucléaire sur la partie qualification des matériels.

Grace à cette approche multi-métiers associée à des compétences clefs, EDF a retenu AMC ETEC pour la réalisation de son projet.

La mission d’Assystem comprend les études liées à la qualification de l’inverseur, les études de fiabilité de l’inverseur, la recherche de matériels de contrôle-commande et de fournisseurs associés tout en assurant l’accompagnement transverse associé.

Une première phase a eu pour objectif de limiter les risques d’échec de la campagne d’essais de qualification proprement dite. Pour cela, des essais d’investigation de tenue au séisme ont été réalisés avec succès permettant ainsi de valider le design retenu pour l’équipement. Viendra ensuite la campagne complète d’essais de qualification, sur laquelle reposera la Note de Synthèse de Qualification (NSQ).

L’objectif commun est de disposer fin 2021 d’un prototype ayant passé avec succès tous les essais intrinsèques au fonctionnement à fortes contraintes dans une centrale nucléaire.

Cet exemple illustre bien l’apport d’un « pôle » Qualification auprès d’un industriel expert de son domaine technique mais sans expérience du nucléaire, pour le développement d’un équipement au bénéfice de l’exploitant nucléaire.

Un industriel sans expérience du nucléaire, a pu développer et qualifier avec succès un équipement

Un autre exemple de qualification réussie est celui du mélangeur industriel pour le CEA.

Pour son installation STEMA, le CEA devait remplacer le procédé de blocage des boues actives de la STEL (Station d’Effluents Liquides) de Marcoule dans du bitume par un blocage dans une matrice de béton. Le CEA avait choisi la société EIRICH spécialisée dans les mélangeurs industriels mais sans expérience dans le domaine Nucléaire. Ils ont fait naturellement appel à Assystem pour accompagner le fournisseur à nucléariser le mélangeur STEMA et être en conformité avec les exigences de l’ANDRA. Nous avons ainsi défini les exigences pour lesquelles le mélangeur devait être conçu comme par exemple : respect des exigences de sûreté (tenue sismique, ventilation dynamique du mélangeur, risque d’incendie lié au moteur du mélangeur), choix ou protection contre l’irradiation des composants du mélangeur, moyen pour éviter la dispersion de matière hors du fût de conditionnement via un accostage étanche, faisabilité de la maintenance du mélangeur.

Ensuite, Assystem a déployé plusieurs méthodologies de qualification complémentaires : par le calcul pour le dimensionnement statique / dynamique et au séisme, par le calcul pour le système d’extinction incendie, par les spécifications d’approvisionnement / fabrication / montage / essais des composants du mélangeur, par la réalisation d’essais sur le site, etc.

Ainsi, grâce aux compétences en ingénierie d’Assystem, un industriel sans expérience du nucléaire, a pu développer et qualifier avec succès un équipement répondant au besoin spécifique du CEA.

La qualification des matériels, un métier à part entière

Une fois les requis de qualification déterminés et le matériel à qualifier choisi, la démarche consiste, dans un premier temps, à déterminer la stratégie de qualification, la démonstration pouvant être apportée soit par analyse, soit par essais, soit par une méthode mixte (analyse et essais). La stratégie retenue est détaillée et justifiée dans la note de stratégie de qualification (rédigée par le fournisseur si c’est à lui que la tâche incombe), que l’exploitant doit valider. « L’importance de bien maîtriser le processus permet de ne pas perdre de temps à ce stade, sachant que tout temps perdu lors de l’élaboration de la stratégie de qualification ne pourra être rattrapé ultérieurement, notamment lors des essais », insiste-t-il, tout en préconisant de prioriser dès le départ les matériels qui présentent le plus de risques d’échec en essais. En effet, une « non-conformité » majeure observée lors des derniers essais de la file d’essais peut conduire à une modification de la conception du matériel puis à une reprise d’une nouvelle campagne d’essais complète ; ce cas de figure allonge considérablement les délais de qualification du matériel, étant donné qu’il faut généralement environ un an pour la réalisation d’une campagne d’essais complète.

Tout temps perdu lors de l’élaboration de la stratégie de qualification ne pourra être rattrapé ultérieurement, notamment lors des essais

Une fois les essais terminés avec succès et les rapports d’essais validés, le fournisseur (ou l’exploitant) rédige la note dite « NSQ » (Note de Synthèse de Qualification) qui prononce la qualification du matériel, puis la « FMQ » (Fiche de pérennité des Matériels Qualifiés) qui donne les prescriptions permettant le maintien de la qualification du matériel concerné en phase montage et en exploitation. En toute logique, ce n’est qu’une fois toutes ces étapes franchies que le montage sur site des matériels doit normalement commencer.

Assystem considère ainsi la qualification comme un métier à part entière. La réalisation de cette activité en bureau d’études favorise les synergies entre les différents ingénieurs et les différentes affaires traitées et permet de gagner en efficacité. « Cela permet d’optimiser globalement le processus, d’où l’intérêt de solliciter des spécialistes de la qualification. Ces ingénieurs peuvent alors répondre soit aux besoins de l’exploitant nucléaire en manque de ressources (pour l’aider à superviser les qualifications ou à les réaliser si elles sont faites en propre) ; soit aux besoins des fournisseurs d’équipements. Mais bien sûr jamais aux deux pour un projet donné et un même équipement. »

Par rapport à FA3, on voit toute la pertinence de l’existence d’un tel pôle de compétences. « Sur le marché, Assystem souhaite ainsi s’inscrire dans l’organisation définie notamment par EDF, et en cela, s’est constitué un pôle de compétences en qualification de nature à améliorer ce qui s’est passé jusqu’à présent. »

L’apport du digital pour travailler plus efficacement : vers une qualification augmentée

Les phases de qualification se traduisent par une forte connaissance multi-métier couplée au traitement d’un volume de données hétérogènes et à un ordonnancement des activités très complexes liée à une multiplicité d’acteurs et d’interfaces.

Cette complexité métier/données/exécution du projet est prise en compte par la nouvelle organisation qui a été présentée dans les paragraphes précédents, couplée à de la modélisation système et à une approche centrée sur les documents, qui va permettre d’améliorer les processus de qualification et de réduire les délais de réalisation ainsi que les impacts sur la livraison des projets.

Assystem imagine la possibilité de traiter les NSQ et les rapports d’essais de manière automatique pour rechercher les conditions de qualification d’un matériel donné et aider ainsi les exploitants nucléaires à la constitution de bases de données des matériels qualifiés. « Dans cette base de données documentaire, on retrouverait tous les matériels qualifiés avec leurs conditions de qualification… L’idéal serait d’aller jusqu’à un niveau de détail élevé, comme par exemple le type de joint utilisé dans tel modèle de matériel… »

Un moteur de recherche par mots clés permettrait ensuite de rechercher facilement un matériel de remplacement (en cas d’obsolescence par exemple) ou des matériels similaires lors de la réalisation de qualifications par analyse notamment.

On peut enfin imaginer aller jusqu’à modéliser les processus complets de qualification de matériels lors de la construction d’une nouvelle unité, en s’inspirant de ce qui se fait dans le domaine spatial… « Et, dans ce cas, le digital apporterait une nouvelle façon de gérer un projet en termes de coûts et délais en mettant en évidence les points bloquants lors de l’exécution du processus de qualification et en permettant de les anticiper », conclut-il.

 

Franck Laroudie, expert qualification matériels Assystem

A propos de l'expert

Franck LAROUDIE

Expert en qualification des matériels

Docteur-ingénieur en science et génie des matériaux, Franck a 20 ans d’expérience dans le domaine de la qualification des matériels pour les installations nucléaires.

Patrice Sauze commercial ingénierie Assystem

A propos de l'expert

Patrice SAUZE

Responsable Commercial Ingénierie

Ingénieur de formation, Patrice a plus de 20 ans d’expérience dans le nucléaire. Après 15 ans dans l’opérationnel, Patrice a créé et porte l’offre Qualification d’Assystem au niveau national.

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