LA QUALIFICATION DES MATÉRIELS : UN ENJEU MAJEUR DU NOUVEAU NUCLÉAIRE ET DU GRAND CARÉNAGE

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, les EPR de Jaitapur en Inde, EPR2 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 4^ème visites décennales (environ 40 ans). « L’exercice consiste à mettre en place une stratégie, le plus souvent à partir de matériels prélevés sur site (en fin de vie qualifiée), afin d’établir une file de qualification représentative du prolongement de durée de vie souhaitée ; le plus souvent 10 ans. Les conclusions vont permettre d’indiquer les composants à remplacer ainsi que des points d’attention à prendre en compte pour prolonger la durée de vie sans risque pour la sureté »

Le processus de qualification progressive va permettre de justifier la possibilité de conserver certains équipements au-delà de leur durée de vie qualifiée initiale

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 ; tous ces éléments expliquent l’impact délai..

« On se rend bien compte que la qualification n’est pas à prendre à la légère et qu’il est indispensable que tous les fournisseurs maîtrisent parfaitement le processus de qualification, ou à défaut, qu’ils soient accompagnés pour le dérouler » analyse le référent technique.

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’une armoire inverseur de source haute tension pour l’alimentation de la pompe d’aspersion pour le palier 900 MW.

EDF souhaitait la conception d’un nouvel équipement par un industriel expert de son domaine technique. Dans ce contexte, la société AMC ETEC, PME spécialisée dans la conception et la production de circuits électro intensifs mais sans expérience du nucléaire, s'est associée avec SPIE, acteur historique du nucléaire et a fait appel à Assystem pour l’aider à dérouler le processus de qualification de son armoire inverseur de source.

La mission d’Assystem comprend les études liées à la qualification de l’inverseur (de la définition de la stratégie de qualification à la validation des essais laboratoires), les études de fiabilité et de maintenabilité de l’inverseur, tout en assurant l’accompagnement transverse associé (rédaction des fiches de non-conformités d’essai, contractualisation des essais avec les laboratoires...).

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 et de tenue aux court-circuit 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 2022 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. Suite la proposition technique d’Assystem, ils ont décidé de faire confiance à l’expertise d’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 défini, la démarche consiste, dans un premier temps, à déterminer la stratégie de qualification, la démonstration pouvant être apportée soit par analyse, soit par essais (sur matériel modèle à déterminer), soit par la méthode mixte (analyse et essais). La stratégie retenue est détaillée et justifiée dans le programme de qualification (rédigée par le fournisseur si c’est à lui que la tâche incombe), que l’exploitant doit valider. « Confier la qualification, dès l’établissement de de la stratégie au pôle de qualification permet de réduire les risques d’échecs liées à une mauvaise représentativité du matériel modèle ou à éviter des qualifications par analyse qui s’avèrent finalement impossibles.», 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’une campagne de qualification complète peut durer de 6 à 18 mois.

Le but de la stratégie de qualification est de définir au plus juste la campagne de qualification avant son lancement, afin d’optimiser sa durée et de réduire les risques liés à un échec ou une absence d’analyse préalable. 

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. « Le pôle qualification d’Assystem réunit toutes ses compétences et son retour d’expérience nécessaires pour mener à bien toute qualification depuis la réalisation de la stratégie de qualification, pour la représentativité du matériel modèle, jusqu’à la rédaction de la Note de Synthèse de Qualification (NSQ) qui prononce la qualification. »

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.

L’automatisation des taches est difficile dans le domaine de la qualification. Cette difficulté provient principalement du fait que les données d’entrées définies pour la réalisation d’une qualification sont parfois incomplètes, seule une équipe avec un regard aguerri pourra délimiter de façon exhaustive le périmètre du processus de qualification.

L’équipe qualification d’Assystem cherche néanmoins à automatiser le travail là où c’est possible ; c’est le cas dans le cadre de la réévaluation sismique Noyau Dur. Grâce à notre expertise dans la tenue au séisme, nous avons mis en place des algorithmes permettant des comparaisons de spectres sismiques selon des bases de données fournis par EDF et complétée par Assystem. Cette automatisation permet d’améliorer les coûts et délais des projets de réévaluations sismiques ainsi de faciliter et de fiabiliser les analyses de spectres sismiques.