Les centrales nucléaires fournissent de grandes quantités d'électricité sans émettre de pollution qui réchauffe la planète. Mais les frais de fonctionnement de ces usines ont rendu difficile leur maintien en activité. Si le nucléaire doit jouer un rôle dans l'économie de l'énergie propre aux États-Unis, les coûts doivent baisser. Des scientifiques du Laboratoire national d'Argonne du Département américain de l'énergie (DOE) conçoivent des systèmes qui pourraient rendre l'énergie nucléaire plus compétitive en utilisant l'intelligence artificielle.

Les centrales nucléaires sont coûteuses en partie parce qu'elles exigent une surveillance et une maintenance constantes pour assurer un flux d'énergie et une sécurité constants. Argonne est à mi-parcours d'un projet de 1 million de dollars sur trois ans visant à explorer comment des systèmes informatisés intelligents pourraient changer l'économie.

"Les coûts d'exploitation et de maintenance sont assez importants pour les tranches nucléaires, qui nécessitent actuellement de grandes équipes de chantier et un entretien important", a déclaré Roberto Ponciroli, ingénieur nucléaire principal à Argonne. "Nous pensons qu'un fonctionnement autonome peut contribuer à améliorer leur rentabilité et également bénéficier au déploiement de concepts de réacteurs avancés."

Le projet vise à créer une architecture informatique capable de détecter précocement les problèmes et de recommander les actions appropriées aux opérateurs humains. Cette technologie pourrait permettre à l'industrie nucléaire d'économiser plus de 500 millions de dollars par an, estiment Ponciroli et ses collègues.

Une centrale nucléaire typique peut contenir des centaines de capteurs, chacun d'entre eux surveillant différentes parties pour s'assurer qu'ils fonctionnent correctement.

"Dans un monde où les décisions sont prises en fonction des données, il est important de savoir que vous pouvez faire confiance à vos données", a déclaré Ponciroli. "Les capteurs, comme tout autre composant, peuvent se dégrader. Savoir que vos capteurs fonctionnent est crucial."

La tâche d'inspecter chaque capteur, ainsi que les performances des composants du système tels que les vannes, les pompes, les échangeurs de chaleur, incombe actuellement au personnel qui se déplace dans l'usine. Au lieu de cela, les algorithmes pourraient vérifier les données en apprenant comment fonctionne un capteur normal et en recherchant les anomalies.

Après avoir validé les capteurs d'une plante, un système d'intelligence artificielle interpréterait alors les signaux de ceux-ci et recommanderait des actions spécifiques.

Ponciroli propose un exemple :Disons que le tableau de bord de votre voiture vous avertit d'un pneu dont la pression d'air est basse. Vous savez que vous n'avez pas besoin de vous garer tout de suite, mais vous pourriez décider de ralentir un peu pour éviter une crevaison jusqu'à ce que vous puissiez gonfler le pneu avec de l'air.

Les humains font ces types d'appels de jugement tout le temps. Nous évaluons les informations, prenons une décision et prenons des mesures, comme modifier les commandes (dans le scénario ci-dessus, ralentir la voiture) et effectuer des réparations. Une méthode d'intelligence artificielle appelée apprentissage par renforcement reproduit la logique du cerveau en apprenant au système à prendre des décisions en évaluant les résultats potentiels. Dans une centrale nucléaire, les ordinateurs pourraient détecter les problèmes et les signaler aux opérateurs de la centrale le plus tôt possible, aidant ainsi à optimiser les contrôles et à éviter des réparations plus coûteuses plus tard. Dans le même temps, les ordinateurs pourraient empêcher la maintenance inutile d'équipements qui n'en ont pas besoin.

"Les tâches de niveau inférieur que les gens effectuent maintenant peuvent être confiées à des algorithmes", a déclaré Richard Vilim, ingénieur nucléaire principal à Argonne. "Nous essayons d'élever les humains à un degré supérieur de conscience de la situation afin qu'ils soient des observateurs prenant des décisions."

En partenariat avec l'industrie pour développer des scénarios de test, les ingénieurs d'Argonne ont construit une simulation informatique, ou "jumeau numérique", d'un réacteur nucléaire avancé. Bien que le système soit conçu pour servir les nouvelles technologies de réacteurs, a déclaré Vilim, il est également suffisamment flexible pour être appliqué dans les centrales nucléaires existantes.

L'équipe valide son concept d'intelligence artificielle sur le réacteur simulé, et jusqu'à présent, ils ont terminé les systèmes pour contrôler et diagnostiquer ses pièces virtuelles. Le reste du projet se concentrera sur la capacité de prise de décision du système, c'est-à-dire ce qu'il fait avec les données de diagnostic.

Parce qu'une centrale nucléaire autonome nécessite ces fonctions variées, le produit final des travaux de l'équipe d'Argonne est une architecture système qui assemble plusieurs algorithmes. Par exemple, les ingénieurs adaptent le code, y compris le module d'analyse système (SAM) d'Argonne, un outil d'analyse pour les réacteurs avancés. SAM, qui a été développé en collaboration avec la société d'ingénierie Kairos Power, a remporté un prix R&D 100 en 2019.

"Argonne est bien adaptée à ce projet, car nous avons déjà toutes les capacités dont nous avons besoin en interne", a déclaré Ponciroli. "C'est juste une question de les combiner pour en tirer encore plus." + Explorer plus loin

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