Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.1Présentation des Activités du BG R&S – Intervenant/réf. - 2 juillet 2014 - p.1Titre présentation – Intervenant/réf. - 2 juillet 2014 - p.1

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.2

Comment démontrer la conformité réglementaire?

Axel Verse

Directeur Qualité Stratégie Plan de Performance Produits et Technologie

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.3

Sommaire

Présentation d’AREVAQuelques caractéristiques de la sûreté nucléaire en FranceLa déclinaison sur un cas particulier : la conformité des pièces écrasées

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Introduction aux Activités du groupe AREVA1

Présentation du Business Group Réacteurs & Services2

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.5

Ambitions du groupe

Être un acteur incontournable de la transition énergétique

Bâtir le nucléaire de demain afin de consolider sa sûreté et sa compétitivité

Devenir un acteur majeur dans les énergies renouvelables

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.6

Des solutions pour produire de l’électricité avec moins de CO2

NUCLÉAIRE ET RENOUVELABLES

DEUX ÉNERGIES COMPLÉMENTAIRESpour fournir au plus grand nombre une énergie toujours

plus sûre avec moins de CO2.

NUCLÉAIREUN LEADER MONDIAL

Une offre intégrée qui couvre toutes les étapes du cycle du combustible, la conception et la construction de réacteurs nucléaires ainsi que les services pour leur exploitation.

ÉNERGIES RENOUVELABLES UN ACTEUR MAJEUR

Des solutions à fort contenu technologique développéesen partenariat.

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.7

AREVA dans le monde

AMÉRIQUES

11 % des effectifs

16 % du C.A.

41 % du C.A.

FRANCE

65 % des effectifs

EUROPE ET CEI (hors France)

14 % des effectifs

22 % du C.A.

AFRIQUE /MOYEN-ORIENT

6 % des effectifs

1 % du C.A.

ASIE / PACIFIQUE

20 % du C.A.

4 % des effectifs

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.8

ADN du groupe

Sûreté

Sécurité

Transparence

Promouvoir les plus hauts standards de sûreté nucléaire auprès de nos clients

Participer activement au débatsur l'énergie et nos activités

Montrer l'exemple en matière de sûreté et de sécurité sur nos propres installations partout dans le monde

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.9

BGMines

BGAmont

BGRéacteurs& Services

BGAval

BGÉnergies

Renouvelables

Ingénierie & Projets Dire

ctio

ns O

péra

tionn

elle

s

Organisation du groupe

Executive Management Board

Directions Fonctionnelles

Directions Régionales (Allemagne, Amérique du Nord et Asie)

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.10

Introduction aux Activités du groupe AREVA1

Présentation du Business Group Réacteurs & Services2

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.11

BASE INSTALLEE

Solutions et services pour les parcs nucléaires existants et futurs des clients

BG Réacteurs & ServicesActivités

GRANDS PROJETS

Gestion et exécution de grands projets de réacteurs nucléaires

MESURES NUCLEAIRES

Conception et fabrication d’équipements et de systèmes pour mesurer la radioactivité et surveiller les activités nucléaires

FABRICATION

Conception et fabrication de composants clés de l’îlot nucléaire : pièces forgées, composants lourds, composants mobiles et systèmes de contrôle-commande

PROPULSION & REACTEURS DE RECHERCHENucléaire de Défense, Nucléaire Civil, Intégration de Systèmes Complexes

PRODUITS & TECHNOLOGIE

Etudes conceptuelles, R&D, qualification et gestion des produits, autorité de conception et de licensing

BUSINESS DIVISIONS

DIVISIONS OPERATIONNELLES

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.12

QUELQUES CARACTERISTIQUES DE LA SURETE NUCLEAIRE EN FRANCE

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.13

La législation applicable au nucléaire en France

La législation (principales dispositions dans le cadre de cet exposé) • La loi de transparence nucléaire dite loi TSN du 13 juin 2006 constituant

le titre IX (la sécurité nucléaire et les installations nucléaires de base) du livre V (prévention des pollutions, des risques et des nuisances) du code de l’environnement.

• Le décret du 13 décembre 1999 relatif aux équipements sous pression• Le décret du 2 novembre 2007 relatif aux INB et au contrôle, en matière

de sûreté nucléaire, du transport des matières radioactives• L’arrêté du 21 décembre 1999 relatif à la classification et l’évaluation de

la conformité des équipements sous pression• L’arrêté du 22 décembre 2005 relatif aux équipements sous pression

nucléaires (dit « arrêté ESPN »)• L’arrêté du 7 février 2012 fixant les règles générales relatives aux

installations nucléaires de base

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.14

Quelques définitions

Sécurité nucléaire• La sécurité nucléaire comprend la sûreté nucléaire, la radioprotection, la prévention

et la lutte contre les actes de malveillance ainsi que les actions de sécurité civile en cas d'accident.

Sûreté nucléaire• Ensemble des dispositions techniques et des mesures d’organisation relatives à la

conception, à la construction, au fonctionnement, à la mise à l’arrêt et au démantèlement des installations nucléaires de base ainsi qu’au transport des matières radioactives prises en vue de limiter les accidents ou d’en limiter les effets

Radioprotection• La radioprotection est la protection contre les rayonnements ionisants, c'est-à-dire

l'ensemble des règles, des procédures et des moyens de prévention et de surveillance visant à empêcher ou à réduire les effets nocifs des rayonnements ionisants produits sur les personnes, directement ou indirectement, y compris par les atteintes portées à l'environnement.

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.15

La gouvernance

Gouvernement• Réglementation

générale, décisions majeures

ASN• Contrôle des

installations, Précisions sur décisions majeures, Délivrance des autres autorisations

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.16

Organisation de l'ASN

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.17

Principales missions de l'ASN

Réglementation • Avis au Gouvernement sur la réglementation générale en matière nucléaire

« au sens large » Avis de l’ASN du 24 janvier 2007 sur le projet de décret relatif aux INB et aux contrôles au

titre de la sûreté nucléaire du transports de substances radioactives• Avis sur les projets de décrets portant autorisation ou modification d’INB

Avis de l’ASN sur les projets de décrets EPR, MELOX, Georges BESSE II…• Décisions de l’ASN en propre

Prescriptions techniques Mise en service

Contrôle• Vérification du respect des règles et des prescriptions des INB• Mise en demeure, sanctions administratives

Information du public

Synthèse de la structure documentaire

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.18

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.19

Les obligations de l'exploitant

Rappel formel dans la loi que l’exploitant est responsable de la sûreté de son installation

Met en œuvre les dispositions approuvées

L’ASN L’EXPLOITANT

Définit les objectifs générauxde sûreté et de radioprotection

Propose les modalités pouratteindre ces objectifs

Vérifie que ces modalités permettent d’atteindre ces objectifs

Contrôle la mise en œuvre de ces dispositions

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.20

La démonstration de sûreté (arrêté INB)

L’exploitant applique le principe de défense en profondeur, consistant en la mise en œuvre de niveaux de défense successifs et suffisamment indépendants…La démonstration de sûreté nucléaire est réalisée selon une démarche déterministe prudente (…) et prend en compte l’ensemble des états possibles…La démonstration de sûreté nucléaire comporte en outre (…) des analyses probabilistes des accidents et de leurs conséquences…La démonstration de sûreté nucléaire présente la manière dont les fonctions suivantes sont assurées :

• La maîtrise des réactions nucléaires en chaine• L’évacuation de la puissance thermique • Le confinement des substances radioactives• La protection des personnes et de l’environnement contre les rayonnements

ionisantsLa fonction de confinement est assurée par l’interposition d’une ou plusieurs barrières successives suffisamment indépendantes…

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.21

Le cas particuliers des ESPN

L’arrêté de décembre 2005 dit « arrêté ESPN » définit plusieurs catégories dont celle de niveau le plus élevé (niveau 1) se définit comme :

• Equipement dont la défaillance n’est pas couverte par le rapport de sûreté

• Comprend les circuits primaires et secondaires principaux pour les REPUn ESPN de niveau 1 dont la conformité à la réglementation est établie :

• Participe à la validation des hypothèses prises dans le rapport de sureté• Constitue un élément essentiel de la défense en profondeur dans la

mesure où il participe à la deuxième barrière de confinement des REP

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.22

Les interfaces avec l’ASN pour les ESPN

L’exploitant d’une installation nucléaire de base dresse la liste des équipements sous pression nucléaires utilisés dans l’installation. Il détermine et justifie le niveau et la catégorie qu’il confère à ces équipementsLe fabricant introduit auprès de l’ASN une demande de vérification à l’unitéL’ASN au vu des résultats des examens et essais réalisés et des résultats de l’évaluation et de la surveillance du système de management de la qualité du fabricant établit un procès verbal d’évaluation de la conformitéFabricant : celui qui assume la responsabilité de la conception et de la fabrication d’un équipement en vue de la mise sur le marché en son nom

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LA DECLINAISON PRATIQUE SUR UN CAS PARTICULIER : LA CONFORMITE

DES PIECES ECRASEES

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.24

ELABORATION• Elaboration au four électrique• Affinage en poches chauffantes• Coulée sous vide de deux poches

SOLIDIFICATION• Lingot conventionnel plein• Lingotière de type 2550• Poids de lingot : 170 t environ

Rappel du cycle de fabricationEx: Plaque tubulaire

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.25

BLOOMAGE• Première opération d’étirage

du lingot pour compacter les défauts dus à la solidification

CHUTAGE• Tête : 13% mini• Pied : 7% mini

Ex: Plaque tubulaire

Rappel du cycle de fabrication

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.26

Ecrasement entre plaques

Ecrasement en passes parallèles

Ex: Plaque tubulaire

Diamètre : 4000 environ

Hauteur : 1300

environ

Pied

Tête

Rappel du cycle de fabrication

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.27

Ebauchage

Profil proche des cotes finales

Secondaire / Tête

Ex: Plaque tubulaire

Rappel du cycle de fabrication

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.28

1 - Chalumage(si pourtour de plaque non entièrement usiné)

2 - Austénitisation

3 - Trempe

4 - Revenu

1

2

3

4

1 thermocouple représentatif de la zone la plus fine

1 thermocouple représentatif de la zone la plus épaisse

Ex: Plaque tubulaire

Rappel du cycle de fabrication

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.29

Problématique des Pièces écrasées

Application de l’arrêté ESPN

• §3.2 : réalisation d’une qualification technique pour « les composants qui présentent un risque d’hétérogénéité de leurs caractéristiques lié à l’élaboration des matériaux ou à la complexité des opérations de fabrication prévues ».

Nécessité de justifier les propriétés métallurgiques et mécaniques des pièces et en particulier :

• Pièces forgées écrasées: Pièces pleines issues de lingot plein

• Fort tonnage ~ 160-190 T

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PRINCIPE DE QUALIFICATION

Démontrer le respect des critères de conformité sur une pièce dite de qualification et définir des paramètres dits essentiels dont la mesure sur les pièces de série permet de s’assurer de la reproductibilité du processus de fabrication

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.31

Stratégie AREVA

Pour les pièces actuelles : Sacrifier une première pièce pour mesurer précisément la nature et la position des ségrégations et déterminer les caractéristiques mécaniques hors des zones de recette puis s’assurer de la reproductibilité du processus d’élaborationPour des pièces futures à géométrie différente voire plus complexes : Proposer une stratégie de qualification technique alternative au sacrifice de pièce, basée sur la simulation du forgeageOptimiser les deux démarches en utilisant la première pour constituer une base de données expérimentales pouvant alimenter la seconde.

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.32

DéclinaisonModèle de prévision des propriétés mécaniques : démarche envisagée

• Reprise des travaux achevés en 2000 (PT165) Programme de caractérisation Variables à expliquer et Variables explicatives Structure des corrélations établies en 2000

• Évolutions des corrélations en 2010 Données produites à l’aide de nouveaux outils de simulation numérique Validation des outils

• Définition d’une démarche d’application du modèle Intervalle d’applicabilité Définition des incertitudes

• Qualification et validation Pièces de production (qualification et/ou série) Et/ou Pièce(s) de démonstration / maquette(s) représentative(s) Et/ou analyse du retour d’expérience

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Programme de caractérisationPT 165

PT 165 : Caractérisation métallurgique• Analyse chimique du carbone

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.34

Programme de caractérisationPT 165

PT 165 : Caractérisation métallurgique• Tracé des iso-taux de ségrégation : +10%, +20%, +30%, +40%, +50%, -5%

Zone de ségrégation fortement positive (>30%) dans la région axiale tête Zone de ségrégation négative en pied Extension des iso-taux +20% et +10% vers la périphérie de la pièce, au delà du mi-

rayon en passant de la tête au pied Large zone périphérique peu / pas impactée

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.35

Module 1Description des iso-ségrégations

Objectif : Démontrer le caractère prédictif du modèle sur le périmètre de composants étudié

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.36

Module 2 : Prédiction des caractéristiques mécaniques

Objectif : Démontrer le caractère prédictif du modèle sur le périmètre de composants étudié

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.37

RésultatsValidation des corrélations acquiseUtilisation du mode relatif sur les zones critiques

• Rm : l’approche est valable• KV : la méthode est conservative mais peut être appliquée. Le résultat

est garanti pourvu que la ségrégation en tête soit faible et que la valeur de KV en tête soit élevé

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.38

Analyse probabiliste SCM SA

Demande initiale

• « Auditer » la démarche ayant conduit à l’établissement des corrélations sur la base du jeu de données issu de la PT 165

• Utiliser les outils mathématiques probabilistes pour : Hiérarchiser les variables explicatives influent les caractéristiques mécaniques Renforcer l’intervalle de confiance des données de sorties calculées Proposer une démarche alternative plus robuste si possible

Colloque sur la validation d’un process industriel 3 juillet 2014 - p.39

Analyse probabiliste SCM SA

Critique des corrélations AREVA• Verbatim rapport SCM SA

Hiérarchisation des variables explicatives• Analyse de la réponse probabiliste de chaque variable dans le jeu de données

fourni (84 lignes de données des PT RP)

1. Influence du revenu de remaniement2. Température minimale de revenu3. Température maximale d’austénitisation4. Localisation de la donnée par rapport à l’axe de la pièce5. Paramètres de chutage / poids de lingot6. Temps de revenu7. Température maximale de revenu8. Localisation de la donnée par rapport à la tête de la pièce9. Temps d’austénitisation10.Localisation de la donnée par rapport aux peaux de trempe

On peut conclure que le procédé est "robuste"

Conclusions

La démonstration de la conformité réglementaire sur ce cas précis est établie sur la base d’une analyse des prélèvements et des résultats mécaniques observés sur les échantillons de la pièce sacrificielle puis sur les zones de recette des pièces de sérieLa piste de la simulation reste à consolider

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