Recrutement

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Thèse : Construction d’un jumeau numérique générique des procédés de vitrification pour la production d’essais virtuels

Type de recrutement
Thèse
Durée
Urgent
oui
Rattachement
CEA / IMT mines Alès
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Depuis 1968, le CEA travaille sur le développement des procédés de vitrification permettant de conditionner des produits de fission et actinides issus du retraitement des combustibles usés.

Parmi toutes les technologies émergentes de l’industrie 4.0, le Jumeau Numérique (JN) est une technologie qui vise à développer une réplique numérique la plus fidèle possible d'un objet, d'un processus ou d'un système au regard d’un objectif donné et d’un niveau de détail nécessaire et jugé suffisant pour un usage donné, par exemple, supervision, pilotage, optimisation et prédiction, apprentissage et entraînement d’un opérateur, ou encore maintenance préventive.

Ce double numérique doit s’approprier l’ensemble des composants, des fonctions et des comportements et des propriétés de système réel en regard de ces usages attendus. Il repose donc sur l’exploitation de modèles de différentes natures (fonctionnels, organiques et comportementaux) de procédé et de données de diverses natures selon son état comme, par exemple, des données d’exploitation si ce système est effectivement utilisé. Sur la base de cette modélisation, le JN intègre ensuite la remontée d’informations venant de différents capteurs instrumentant le système étudié et connectés via des mécanismes d’IoT qui en mesurent en temps-réel des paramètres physiques jugés là aussi pertinents. Enfin, le JN est à même d’intégrer des algorithmes d’intelligence artificielle qui peuvent analyser certaines de ces données remontantes et des bases de données par exemple issues des utilisations passées.

L’objectif des travaux de thèse est de construire un premier prototype qui préfigurera le JN générique des procédés de vitrification.  En utilisant les données acquises durant les essais déjà réalisés, d’une part, et les connaissances du procédé d’autre part, l’idée est de concevoir un jumeau numérique, fidèle et représentatif du système complet, qui une fois élaboré et validé, sera assez précis et réaliste pour permettre le pilotage du procédé, ceci notamment dans l’objectif d’optimiser voire de réduire les coûts des futurs essais. Ce projet de recherche vise à étudier l’apport et à démontrer l’intérêt de cette technologie appliquée aux procédés de vitrification, à un niveau exploratoire, au travers d’une Preuve de Concept (Proof of Concept ou PoC). 

Les travaux essentiels à mener à bien au cours de cette thèse consisteront à :

  • Mener à bien une revue de la littérature académique et industrielle sur différents sujets : la modélisation systémique, la position du jumeau numérique et sa contribution à l’échelle industrielle (thématique, valeur ajoutée, originalité, principes, …), les standards de fait et les normes sur la fédération et l’alignement de modèles,  les méthodes de  modélisation et d’identification des procédés complexes, la simulation et l’émulation de modèles, les outils afférents, le domaine nucléaire et plus particulièrement la vitrification de déchets, ... ;
  • Cartographier les données de référence sur les différents procédés existants : modélisations existantes, données issues d’essais précédents, configurations des procédés soumis aux essais, scénarios testés, etc. Les données alimentant les différents modèles du JN doivent être pertinentes en termes de volume, variabilité et vélocité en particulier. Cet état des lieux des données donnera lieu à l'analyse du travail à réaliser (qualitatif et quantitatif) pour créer le JN voire de morceler le JN du procédé en un JN propre à chacun des trois sous-systèmes. Cela aboutira à la définition du périmètre d’intérêt pour les développements du JN dans le cadre de cette thèse et permettra de déterminer le procédé cible des travaux, appelé « procédé fil rouge ».
  • Développer et outiller la méthode de construction de d’exécution du JN en combinant approche système basée modèles et basée données. Cela nécessite de proposer les concepts, les langages de modélisation (syntaxe abstraite, syntaxes concrètes principale et alternative métier, sémantique opérationnelle), la démarche de modélisation devant être suivie (générique et sa déclinaison spécifique sur le procédé fil rouge) et le ou les outils support de modélisation et de fédération / alignement de modèles puis de mise en œuvre (exécution) d’un JN opérationnel ;
  • Développer et outiller les moyens et techniques visant alors la remontée des donnés terrain en temps-réel, en tout cas au regard des constantes de temps du « Procédé fil rouge » ; 
  • Intégrer techniquement les outils et moyens développés ci-avant pour faire émerger une preuve de concept (POC) sur le « Procédé fil rouge » ;
  • Vérifier et valider le POC dans un contexte général pour des utilisations d'aide au pilotage ;
  • S’impliquer dans une campagne de publication et de diffusion vers les communautés académiques et industrielles.