Les Lauréats 2023

Le Grand Prix Sfen

qui récompense une contribution scientifique, individuelle ou collective destinée au développement de l’énergie nucléaire, a été attribué cette année à « la plateforme logicielle PLEIADES : 20 ans d’activité au service de la simulation des combustibles pour le développement de l’énergie nucléaire », porté par Bruno COLLARD (CEA), Rodrigue LARGENTON (EDF) et Jérôme ROLAND (Framatome). La plateforme de simulation des combustibles PLEIADES qui veut dire Plateforme Logicielle pour les Eléments Irradiés dans les Assemblages, en Démonstration, en Expérimentation ou en Service fête ses 20 ans cette année.
La plateforme logicielle PLEIADES est développée au CEA au Département d’Etudes des Combustibles à Cadarache en collaboration avec les industriels français du nucléaire, EDF et FRAMATOME, et plus récemment avec TechnicAtome et ORANO. Plus de 50 chercheurs de Cadarache et de Saclay développent PLEIADES dont 5 chercheurs EDF détachés à Cadarache.
Initialement, dans les années 2000 PLEIADES a été développé pour simuler le comportement des combustibles REP en conditions nominales. La plateforme a fortement évolué. Elle simule maintenant les combustibles lors de leurs différentes phases de vie : des procédés de fabrication au comportement sous irradiation en réacteur en conditions nominale, incidentelle et accidentelle. Elle intègre également la description de l’évolution des combustibles sur des temps longs de refroidissement.
PLEIADES met en œuvre une approche multi-dimensionnelle (1D, 2D ou 3D), multi-physique : thermique, mécanique, thermochimique, neutronique et thermohydraulique
PLEIADES bénéficie également d’une approche multi-échelle ayant pour but d’identifier les mécanismes pertinents à prendre en compte et de déterminer les lois de comportement pour les Outils de Calcul Scientifique. PLEIADES intègre ainsi les avancées scientifiques validées comme par exemple les travaux de Mme ONOFRI qui vient d’obtenir le prix Jacques GAUSSENS. PLEIADES s’appuie également sur de nombreuses collaborations académiques avec le CNRS et les universités françaises. Ceci permet à PLEIADES de rendre les simulations du comportement de l’élément combustible, de la fabrication, … plus performantes et plus prédictives.
La plateforme est également multifilière. Elle héberge les Outils de Calcul Scientifique (OCS) pour les REP : ALCYONE du CEA, CYRANO3 d’EDF et GALILEE de Framatome. Elle héberge également les OCS GERMINAL pour les réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium, MAIA pour les réacteurs à plaques ou encore ATLAS pour les réacteurs à hautes températures.
Il n’est pas possible de lister ici tous les résultats récents obtenus par PLEIADES. Je voudrai seulement signaler 2 études qui ont apporté un soutien direct à EDF dans les analyses de sûreté :
– Les simulations 3D pour évaluer le risque de dispersion de combustible dans le circuit primaire en situation d’éjection de grappe
– Les simulations 3D de l’état thermomécanique de la partie basse d’un crayon AFA 3G MOX et de la cale en Zircaloy-4 en situation de transitoire
La plateforme PLEIADES a engagé son évolution numérique vers le calcul haute performance pour ouvrir à l’horizon 2030 de nouvelles capacités de modélisation plus riche, plus physique avec des résolutions accrues. PLEIADES sera ainsi en capacité d’aborder de nouvelles problématiques et d’apporter sa contribution aux enjeux du nucléaire de demain : EPR2, SMR et accompagnement des startups émergentes.

Le Prix Jacques Gaussens

du jeune chercheur a récompensé Claire ONOFRI MARRONCLE, ingénieure-chercheure au département d’études des Combustibles du CEA Cadarache (DEC), pour ses travaux sur « L’évolution des défauts étendus au cours de l’irradiation du combustible UO2 ». Mme ONOFRI a commencé sa carrière il y a un peu plus de 10 ans au département d’études du combustible du CEA Cadarache par un stage de 6 mois dans le cadre de sa formation d’ingénieur sur l’optimisation du procédé de fabrication du combustible nucléaire : incorporation des rebuts. Après l’obtention de son diplôme de l’école PHELMA Grenoble, elle a poursuivi par une thèse dans le même département sur l’Etude des défauts étendus induits par irradiation dans le combustible UO2 par microscopie électronique en transmission. Mme ONOFRI a alors étudié la formation et l’évolution des boucles et des lignes de dislocations sous irradiation en couplant irradiations par particules chargées et microscopie électronique en transmission (JANNUS Orsay). Mme ONOFRI a établi le rôle de la température et de la présence de Xénon, atome représentant les produits de fission, sur la création des dislocations et a ainsi permis d’améliorer la compréhension du durcissement sous irradiation du combustible UO2 et la prise en compte de façon plus réaliste des mécanismes élémentaires dans les lois de comportement viscoplastique de la plateforme PLEIADES, la rendant ainsi plus performantes.
Après sa thèse, Mme ONOFRI a poursuivi ses travaux de thèse en s’intéressant aussi aux autres types de défauts créés par l’irradiation dans le combustible UO2, bulles et cavités avec la même méthodologie, microscopie électronique en transmission et irradiation par particules chargées. Mme ONIFRI s’est intéressée en parallèle aux effets d’une sollicitation mécanique sur le combustible UO2 irradié aux ions. Pour cela, Mme ONIFRI a initié plusieurs études en collaboration avec le CEMES (Centre d’Elaboration de Matériaux et d’Etudes Structurales) Toulouse et l’Institut Clément Ader Albi-Carmaux. Après des essais malheureusement infructueux de traction in-situ jusqu’à 1400°C dans un microscope électronique en transmission, Mme ONIFRI s’est tournée avec succès sur des observations microstructurales après des essais de compression et de nano-indentation. Cela lui a permis de déterminer le mode de déplacement des dislocations à très hautes températures.
Mme ONOFRI est l’auteure ou co-auteure de 24 publications dans des journaux avec comités de lecture. Elle a présenté ses travaux lors de 7 conférences internationales. Elle co-encadre 4 thèses dont 2 soutenues en 2019 et 2020. Elle a proposé 2 sujets de thèses devant démarrer en octobre 2023.
L’expertise de Claire Onofri est reconnue au niveau national et international. Elle a été sollicitée pour reviewer des articles pour Acta Materialia, APL Materials, Journal of Nuclear Materials et Journal of Applied Physics. Mme ONOFRI a obtenu 2 prix lors de conférences internationales, l’Award of the best student presentation à la conférence MMSNF & NuFuel 2015 (Karlsruhe) et le prix du meilleur poster à la conférence SHIM-ICACS 2018 (Caen).
Mme ONOFRI s’est vue confier la responsabilité d’une tâche dans le projet Européen OPERA-HPC (2022-2027) et a été invitée à la grande conférence internationale dans le domaine (MRS Spring Meeting en 2022).

Le Prix Jean Bourgeois

qui récompense la meilleure thèse, a été remis à Manon DELARUE pour sa thèse « Contribution au développement d’une méthode de caractérisation pour des colis de déchets bétonnés et volumineux par photofission ». Mme Manon DELARUE a soutenu sa thèse le 20 octobre 2022 à l’Université Grenoble Alpes. Elle a été réalisée au laboratoire des Mesures Nucléaires du CEA Cadarache sous la direction de M. Johann Collot, professeur de l’Université Grenoble Alpes et de M. Bertrand Perot, expert international CEA.
Les travaux de thèse de Mme DELARUE concernent le développement d’une méthode de caractérisation de colis de déchets par Interrogation Photonique Active (IPA). Ils visent, en particulier, à caractériser les gros colis, 870L, de déchets fissiles bétonnés « historiques » du CEA. Compte tenu de la nature de ces colis de déchets (grand volume et matrice béton), les techniques nucléaires non destructives habituellement utilisées ne peuvent être mises en œuvre pour la caractérisation de ce type de déchets.
Les enjeux sont de localiser, quantifier et différencier la matière nucléaire présents à l’intérieur du colis afin d’orienter les colis vers les filières de stockage adéquates dans un objectif de réduction des coûts. La première étape du travail de thèse de Mme DELARUE a consisté à caractériser, expérimentalement et par la modélisation, le faisceau de photons incident de l’accélérateur LINAC du CEA Cadarache et le flux de neutrons produits, étapes indispensables en vue de modéliser l’ensemble du dispositif de mesure. Les travaux ont ensuite été consacrés à l’acquisition de données expérimentales sur les taux de production des produits de fission issus de la photofission de 3 isotopes, l’uranium 235, de l’uranium 238 et du plutonium 239. Cette étude a conduit à la publication de ces données dans la base de données de l’AIEA EXFOR (Experimental Nuclear Reaction Data). Certaines de ces données étaient publiées pour la première fois.
Pour identifier les isotopes des actinides contenus dans le colis de déchets, Mme DELARUE a ensuite développé une méthode fondée sur la mesure des rapports de surface de raies d’émission gamma des produits de fission induits. Pour cela Mme DELARUE a dû développer au préalable une méthode de localisation des actinides au sein du colis afin de pouvoir tenir compte des effets de matrice sur les flux de neutrons et les flux d’émission gamma. Les capacités de détection de la méthode en termes de masse de matière fissile et fertile minimale mesurable ont été étudiées par modélisation.
Bien que l’objectif initial, l’identification et la quantification de la matière nucléaire contenue dans le colis de déchets historique du CEA n’ait été que partiellement atteint, les résultats publiés dans cette thèse sont très importants et démontrent l’intérêt pour la caractérisation des colis de déchets de cette « nouvelle » technique, l’Interrogation Photonique Active. C’est actuellement la seule méthode non destructive qui puisse fournir un signal mesurable dû à la matière nucléaire des colis bétonnés hétérogènes et volumineux.
Mme Manon DELARUE est auteure de 3 publications et co-auteure de 2 autres publications. Elle est également co-auteure d’un livre.

Deux mentions ont été attribuées cette année à
Chih Ying HSU pour sa thèse « Analyse quantitative par STEM-EDX des ségrégations intergranulaires appliquée à l’étude de la fragilité de revenu réversible des microstructures bainitique et martensitique d’un acier faiblement allié »
et Hunter BELANGER pour sa thèse « Développement de méthodes numériques pour la neutronique en milieu continu »

Le Prix de l’Innovation technologique

a été créé il y a 8 ans pour mettre en évidence les innovations technologiques réalisées dans le domaine nucléaire. Il s’adresse non seulement aux équipes des grands donneurs d’ordre mais aussi aux très nombreuses entreprises et PME qui travaillent dans le domaine nucléaire, a été remis à Christophe CREMINON, Sébastien GARCIA-ARGOTE, Karen HINSINGER, Stéphane LEMONNIER, Florent LEMONT, Majdi MABROUK, Hélène NONNET et Karine POIZOT (CEA), Benjamin FRASCA (ANDRA), Mathieu SOLACROUP (INOVERTIS)) pour leur projet « Développement du procédé IDHOL pour le traitement de déchets organiques liquides sans filière ». Le procédé IDHOL, Installation de Destruction d’Organo-Halogènes Liquides fournit une solution pour le traitement de déchets liquides organiques radioactifs sans filière de traitement identifiée.
Le principe du procédé développé par le CEA avec le soutien de l’entreprise INOVERTIS repose sur l’introduction du liquide à traiter au cœur d’un plasma inductif d’air (i.e. sans électrode). La très haute température (10 000°C) détruit instantanément les composés organiques en les transformant en gaz tel que HCl, HF, H2O et CO2 comportant du tritium et du carbone 14. Les rendements de destruction sont supérieurs à 99,9% avec des cinétiques élevées. Les gaz sont ensuite lavés dans des colonnes par eau sodée permettant la neutralisation des différentes espèces. Le procédé est suffisamment flexible pour accepter des liquides chlorés, phosphorés, fluorés ou soufrés.
Le principe semble simple mais ce n’est qu’une impression. Les travaux de développement se sont étalés sur une période d’environ 20 ans, depuis la démonstration de la faisabilité du procédé au CEA Le Ripault jusqu’au fonctionnement en actif au CEA Saclay, avec comme étape intermédiaire la mise en place d’un réacteur pilote en inactif au CEA Marcoule qui a apporté des améliorations significatives du procédé initial qui ont conduit aux dépôts de 2 brevets protégeant ainsi le procédé IDHOL.
Son niveau de maturité, TRL 7-8 acquis avec la mise en actif, a été obtenu suite à un financement par le Programme Investissements d’Avenir piloté par l’ANDRA dans le cadre d’appels à projets dédiés à l’optimisation de la gestion des déchets radioactifs de démantèlement (projet MILOR – Minéralisation de déchets Liquides Organiques Radioactifs par voie plasma).
La première campagne « industrielle » a été réalisée en 2023 au CEA Saclay sur une durée supérieure à 500h. Elle a permis l’incinération de plus de 7 litres de liquides organiques radioactifs fortement chlorés et contenant des scintillants pour une activité globale de 12 GBq, majoritairement du tritium et du carbone 14.
Le procédé pourrait s’adresser à différents clients produisant des déchets liquides radioactifs chlorés, fluorés, soufrés ou phosphorés : l’industrie du nucléaire, les centres de recherche nucléaire, les universités, les hôpitaux…

Le Prix de l’Enseignement et de la Formation

qui récompense un ouvrage scientifique ou technique, a été remis à Nicolas THIOLLIERE, enseignant chercheur à l’École nationale supérieure Mines-Télécom Atlantique Bretagne Pays de la Loire et Jacques PERCEBOIS, professeur émérite de l’Université de Montpellier, pour l’ouvrage « Economie de l’Energie Nucléaire » dont ils sont les coordinateurs.
Cet ouvrage en 2 tomes est dédié à l’analyse économique du cycle électronucléaire. Il s’agit d’un ouvrage collectif rédigé par 20 personnes du monde académique et du monde industriel français et belges (4) sous la direction de MM PERCEBOIS et THIOLLIERE. Cet ouvrage très ambitieux vient combler un manque important dans les ouvrages universitaires portant sur l’économie du nucléaire puisque le dernier ouvrage français de référence date de 2004. Une de ses qualités est de repositionner les problématiques nucléaires dans le contexte énergétique actuel et futur.
Après un premier chapitre sur l’évolution du nucléaire dans le monde et en France, cet ouvrage traite sans partie pris avec l’ambition d’apporter des éléments factuels, précis et complets, l’ensemble du cout de la filière nucléaire : de l’extraction du minerai d’uranium à la gestion des déchets en passant évidement par la production du combustible et de l’électricité dans les réacteurs de 2ème génération, de l’EPR et également des RNR et SMR. Il traite également du positionnement du nucléaire dans le marché européen de l’électricité : le calcul du cout au niveau européen. On notera également la présence d’un chapitre dédié au cout d’un accident nucléaire en se basant notamment sur l’accident de Fukushima.
Un autre intérêt de cet ouvrage qui constitue une ressource scientifique inédite, est la mise en place de méthodologies spécifiques qui permettraient d’évaluer les couts de construction et de production des réacteurs de 4ème génération et des Small and Modular Reactors (SMR), en particulier dans le contexte actuel de développement de nombreux nouveaux concepts mis en avant par les start-up du nucléaire, suite à l’appel d’offres de la BPI en 2022. Ces méthodologies participeront nécessairement à la prise de décision à moyen long terme concernant ces prospects.
Cet ouvrage constitue un très bon travail de vulgarisation sur les aspects économiques de l’énergie nucléaire et sur les enjeux actuels de la transition énergétique et du contexte géopolitique. Cet ouvrage est destiné à un large public, mais plus particulièrement aux étudiants en économie sans connaissances particulières sur le nucléaire et l’énergie. Les scientifiques souhaitant se former aux aspects économiques de l’énergie nucléaire y trouveront de très nombreuses informations leur permettant de se forger une opinion bien étayée sur les enjeux économiques et stratégiques de l’énergie nucléaire.

Le Prix Bertrand Barré

Information du Public est attribué à Marianne ARAN BERNARD, Laura EL DEEL, Odile PIERROT, Catherine DALVERNY, Christophe NEUGNOT et  Jean-Baptiste GUILLERME  pour le dossier « Orano, the place to be ou comment déployer une campagne digitale pour donner envie aux jeunes de nous rejoindre ! ».
Orano a mis en place à partir de 2022 une nouvelle stratégie de communication afin d’apporter une vision prospective et attractive du nucléaire comme énergie d’avenir et lutter contre les idées reçues, développer la notoriété de la marque, lui adosser un capital sympathie et mieux faire connaitre les métiers du nucléaire.
Un des buts de cette nouvelle stratégie est d’attirer des techniciens et ingénieurs vers les métiers du nucléaire. Cette nouvelle communication disruptive pour toucher les jeunes, les jeunes diplômés d’Ecole d’ingénieurs, d’université, de DUT et BTS et aussi les collégiens de 3^ème en recherche de stage, s’est tourné vers les outils digitaux bien connus des jeunes : les réseaux sociaux. Sur 8 thématiques représentant le groupe Orano (recyclage/gestion des déchets, Nouveaux combustibles, sécurité/protection, climat,…), Orano a réalisé des vidéos, des stories Instagram, des déclinaisons sur TikTok et Linkedin, des vidéos avec des Youtubeurs comme Dr Nozman, QG et Ludovic B. dont l’audience est large et le sérieux généralement connu auprès des jeunes et des adolescents. Pour toucher les jeunes, Orano a réalisé avec humour et fun des vidéos sur Instagram et TikTok dans le but notamment de présenter les différents métiers d’Orano. Ainsi une vidéo présentant 2 personnes Orano sur un site minier du kazakhstan avec un extrait de Astérix et Cleopatre décrivant le site futur avec des palmiers, palais, … ou une personne courant dans un site nucléaire.
Orano a ainsi su toucher la jeune population via ces différents médias/réseaux sociaux. Plus de 4 millions de vues de l’entretien de M. Philippe Knoche avec QG, près d’un million de vues avec le Dr Nozman. Près de 280 000 vues de vidéos sur Instagram avec 1340 abonnées pour 112 publications. Sur TikTok, 102 vidéos ont été réalisées pour près de 6,5 millions de vues et près de 18 000 abonnées.
Cette démarche du « nucléaire décomplexé » est vraiment valorisante pour la filière et va dans le sens de nos besoins majeurs en recrutement. La démarche pour le recrutement sur le site Orano 1clic = 1 job est également très bien pensée.