PROGRAMMATION DYNAMIQUE DES SYSTÈMES ET ÉNERGIE NUCLÉAIRE. Anne Baschwitz

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1 PROGRAMMATION DYNAMIQUE DES SYSTÈMES ET ÉNERGIE NUCLÉAIRE Anne Baschwitz Journée I-tésé 17 juin 2014

2 Sommaire La Dynamique des Systèmes Complexes Présentation du logiciel STELLA Principes Un exemple: la dynamique du couple proie-prédateur GRUS: Le modèle de Gestion des Ressources en Uranium développé sous environnement STELLA PAGE 2

3 LA DYNAMIQUE DES SYSTÈMES COMPLEXES Science du changement, de l évolution Connaissance du mouvement Analyse des facteurs qui créent le changement ou s y opposent Compréhension des phénomènes et de leurs causes Modélisation nécessaire PAGE 3

4 LA BOUCLE DE RÉTROACTION Facteur de Mouvement Etat Relation positive X Y Relation négative X Y + _ PAGE 4

5 LES BOUCLES STABILISATRICES Elles tendent vers un équilibre + Stocks Production Population Décès + _ Prix Stocks Consommation PAGE 5

6 LES BOUCLES EXPLOSIVES Ce type de boucle a une croissance exponentielle ou une décroissance de plus en plus rapide + Capital Intérêts + Stocks Prix + Prix anticipés + Population + Naissances Achats spéculatifs + Boucle des achats spéculatifs PAGE 6

7 COMBINAISONS ENTRE BOUCLES Source: Michel Karsky Techniques de l Ingénieur PAGE 7

8 La dynamique des systèmes complexes = Une démarche de perception et d analyse des structures bouclées Caractère non intuitif des effets lorsque de nombreuses boucles sont en présence et que des délais et retards interviennent Modélisation PAGE 8

9 LE PROCESSUS ET LES ÉTAPES DE LA MODÉLISATION Représentation ordonnée des connaissances Représentation d une RÉALITÉ ANALYSE CAUSALE Modèle quantitatif Prospective PAGE 9

10 DIAGRAMME CAUSAL Gestion de production Source: Michel Karsky Techniques de l Ingénieur PAGE 10

11 LE PROCESSUS ET LES ÉTAPES DE LA MODÉLISATION Représentation ordonnée des connaissances Représentation d une RÉALITÉ Formalisation Quantification ANALYSE CAUSALE Modèle quantitatif MODÉLISATION Prospective PAGE 11

12 DÉTERMINATION DES VARIABLES D ACCUMULATION Source: Michel Karsky Techniques de l Ingénieur PAGE 12

13 MODÉLISATION DE LA GESTION DE PRODUCTION : DYNAMIQUE D ÉVOLUTION Source: Michel Karsky Techniques de l Ingénieur PAGE 13

14 LE PROCESSUS ET LES ÉTAPES DE LA MODÉLISATION Représentation ordonnée des connaissances Représentation d une RÉALITÉ Formalisation Quantification ANALYSE CAUSALE Modèle quantitatif MODÉLISATION Prospective Introduction du temps SIMULATION Test du modèle Etudes de scénarios PAGE 14

15 EXEMPLES Ensembles d éléments en interrelation dynamique: La régulation de la glycémie L effet de serre et le cycle du carbone L érosion et la couverture végétale Réactions chimiques réversibles Politique de prévention du tabac Politique d intéressement du personnel PAGE 15

16 EXEMPLE: «HALTE À LA CROISSANCE» Limits to growth ou rapport Meadows Publié en 1972 par le MIT suite à une demande du club de Rome, actualisé en 2004 Repose sur un modèle informatique de type dynamique des systèmes appelé World3 Première étude importante soulignant les dangers écologiques de la croissance économique et démographique que connaît le monde à cette époque. A l'origine de l'émergence du concept de développement durable PAGE 16

17 Sommaire La Dynamique des Systèmes Complexes Présentation du logiciel STELLA Principes Un exemple: la dynamique du couple proie-prédateur GRUS: Le modèle de Gestion des Ressources en Uranium développé sous environnement STELLA PAGE 17

18 3 NIVEAUX DANS L ENVIRONNEMENT STELLA Niveau Map/Model Niveau de la structure logique du modèle étudié. Utilisation de trois composants de bases: 1. Les stocks 2. Les flux 3. Les variables Des connecteurs relient ces composants entre eux et permettent de déterminer les relations mathématiques. Niveau interface Zone d affichage et de dialogue dans laquelle on peut faire apparaître courbes, tableaux, choix de certaines variables. Niveau équation Les liens du modèle sont traduits en lignes de FORTRAN. PAGE 18

19 LE LOGICIEL STELLA Modéliser des systèmes complexes Regarder leur évolution au cours du temps Agir sur certains paramètres pour tester différents scénarios Avoir une approche semblable pour des objets a priori très différents PAGE 19

20 Sommaire La Dynamique des Systèmes Complexes Présentation du logiciel STELLA Principes Un exemple: la dynamique du couple proie-prédateur GRUS: Le modèle de Gestion des Ressources en Uranium développé sous environnement STELLA PAGE 20

21 Sommaire La Dynamique des Systèmes Complexes Présentation du logiciel STELLA Principes Un exemple: la dynamique du couple proie-prédateur GRUS: Le modèle de Gestion des Ressources en Uranium développé sous environnement STELLA PAGE 21

22 Objectifs du modèle GRUS Étudier comment répondre à différents scénarios de demande en électricité Déterminer la consommation en uranium en fonction de l évolution d un parc de réacteurs considérée Voir la part de RNR que l on peut installer en fonction de la disponibilité en plutonium En fonction d hypothèses d évolution du coût de l uranium, déterminer à quelle période les RNR seront compétitifs Réaliser des études de sensibilité sur de nombreuses variables: techniques (gain de régénération, taux de combustion, durée de refroidissement ) économiques (taux d actualisation, coûts d investissements ) PAGE 22

23 LES BRIQUES DU MODÈLE Des stocks 1. Des réservoirs: stocks de matière (Unat, UOx, Pu etc) Capacités d usines (enrichissement, retraitement ) 2. Des transporteurs Stocks de combustibles irradiés en cours de refroidissement Stocks de réacteurs (en construction, en fonctionnement, bientôt arrêtés) Des flux Toutes les étapes du cycle du combustible (enrichir, fabriquer du combustible, charger le combustible en réacteur) Faire varier les capacités des usines Des variables Les teneurs en uranium 235, les caractéristiques des réacteurs, les types de scénarios, les demandes d électricité, de combustibles Tous les coûts PAGE 23

24 SCHÉMA DES FLUX PRINCIPAUX DU MODÈLE Stock U militaire Ressources Naturelles d Uranium Conversion et enrichissement Stock U enrichi Stock U appauvri Comb. UOx Comb MOX Passage en Réacteurs Thermiques Stock de Combustibles retraitables Déchets Stock URT Stock Pu Comb Rapides Couv. Rapides Passage en Réacteurs rapides Retraitement PAGE 24

25 PRINCIPE DE LA SIMULATION DANS GRUS Demande en énergie Chaque année: Coût anticipé de la matière Puissance déjà installée Puissance à installer Choix de la filière la moins chère Coût du kwh pour chaque filière Demande d uranium, de plutonium. Construction de nouveaux réacteurs Demande de combustible PAGE 25

26 RÉSULTATS OBTENUS AVEC GRUS Les RNR sont indispensables à un déploiement durable du nucléaire La part de RNR que l on peut installer sera limitée par la disponibilité en plutonium importance - de la quantité de Pu dans le cœur - du gain de régénération - de la durée de refroidissement PAGE 26

27 CONCLUSION La dynamique des systèmes complexes: une démarche destinée à étudier le mouvement, le changement, l évolution et plus généralement le comportement de systèmes. Un processus de modélisation qui utilise largement le langage graphique et va de l'élaboration de modèles qualitatifs, en forme de "cartes", à la construction de modèles dynamiques et quantifiés. La possibilité de faire de la prospective et de décrire différents scénarios à partir de diverses hypothèses. PAGE 27

28 MERCI DE VOTRE ATTENTION PAGE 28

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