L'Université Purdue aux États-Unis réalise le premier essai national de contrôle de puissance à distance, en temps réel et autonome d'un réacteur nucléaire, établissant une boucle fermée de jumeau numérique inter-États

fr.wedoany.com Rapport : L'Université Purdue, en collaboration avec le Laboratoire national de l'Idaho (Idaho National Laboratory, INL) et l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC), a réalisé pour la première fois aux États-Unis un réglage expérimental à distance, automatique et en temps réel de la puissance d'un réacteur nucléaire. Cette démonstration a permis de construire une boucle de contrôle fermée reliant trois sites situés dans l'Indiana, l'Idaho et la Virginie, offrant un paradigme d'ingénierie de pointe pour la surveillance à distance centralisée et la répartition automatisée des futurs réacteurs avancés, depuis des centaines voire des milliers de kilomètres.

L'essai a été mené sur le réacteur de recherche n° 1 de l'Université Purdue (Purdue University Reactor Number One, PUR-1), vieux de 64 ans. Ce réacteur de recherche de type piscine d'une puissance nominale d'environ 10 kilowatts (kW) a été numérisé en 2019, devenant le premier réacteur aux États-Unis doté d'une instrumentation et contrôle (Instrumentation and Control, I&C) entièrement numériques à obtenir une licence d'exploitation de la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (Nuclear Regulatory Commission, NRC). Sur cette base numérique, l'équipe dirigée par Stylianos Chatzidakis, professeur adjoint à l'Université Purdue et directeur adjoint du PUR-1, a développé en 2023 un jumeau numérique vivant à haute fidélité (Live digital twin), puis y a intégré en 2025 une couche de communication cryptée résistante aux attaques quantiques (Quantum-secure layer), fournissant le support essentiel à cet essai de contrôle en boucle fermée.

Dans cette démonstration en boucle fermée interrégionale, le Laboratoire national de l'Idaho a exécuté les modèles d'analyse et de prédiction essentiels sur son cluster de calcul haute performance situé dans l'Idaho, Microsoft Azure a fourni la connexion de communication en nuage depuis la Virginie, et l'Université de l'Illinois a facilité la circulation des données entre les multiples nœuds. Le système de contrôle distribué, via la plateforme avancée de données et de contrôle DeepLynx de l'INL, le système de jumeau numérique du PUR-1 et le centre de supercalcul, a calculé à distance et transmis sur site dans l'Indiana des instructions de déplacement de la barre de contrôle auxiliaire (Auxiliary control rod), atténuant ainsi les micro-perturbations de puissance et maintenant le réacteur en fonctionnement stable, sans aucune intervention manuelle du personnel sur place pour manipuler les barres de contrôle.

Cet essai a spécifiquement porté sur la simulation de réponse dynamique aux fluctuations de charge sévères (telles qu'une demande de transition de puissance de l'ordre de 100 mégawatts en une seule fois) que pourrait engendrer l'alimentation directe de grands centres de données d'IA (Data centers) par l'énergie nucléaire à l'avenir. L'équipe de recherche a déployé un modèle d'apprentissage par renforcement (Reinforcement-learning model) côté algorithme afin de vérifier si le système pouvait accomplir de manière autonome un ajustement rapide de suivi de puissance, sous la contrainte stricte du système de protection matérielle indépendant propre au PUR-1 ; pendant l'essai, le système de protection à verrouillage physique d'origine du réacteur a toujours conservé l'autorité de contrôle finale et la priorité absolue d'arrêt d'urgence.

Chatzidakis souligne que l'application à court terme de cette technologie se concentre actuellement sur la surveillance à distance au niveau d'une flotte (Remote monitoring), par exemple la supervision unifiée de plusieurs petits réacteurs modulaires (SMR) sur un même site depuis une salle de contrôle centralisée unique, ou la coordination depuis le siège d'un service public de l'état de fonctionnement et des données de maintenance prédictive de centaines d'unités de petits réacteurs à l'échelle nationale, permettant ainsi de réduire considérablement les coûts d'exploitation et de maintenance. Quant à l'exploitation hautement autonome (Autonomous operation), sur les réacteurs conventionnels et les SMR commerciaux, la présence permanente d'opérateurs sur site restera nécessaire à long terme ; les réserves technologiques associées sont principalement destinées à des environnements extrêmes tels que les microréacteurs sur la Lune (Microreactors on the moon) ou à des scénarios d'application spéciaux où aucun personnel ne peut séjourner durablement.

Les résultats de cet essai font non seulement progresser la « Mission Genesis » (Genesis Mission) du Département de l'Énergie des États-Unis (DOE), qui explore l'accélération par l'intelligence artificielle de l'innovation sur tout le cycle de vie de l'énergie nucléaire, mais l'expérience pratique acquise sera également profondément intégrée au programme national de recherche et développement nucléaire de phase II « Prometheus » (Prometheus), dirigé par l'INL et doté d'un budget total de 60 millions de dollars.