| Défi | Mettre au point une méthode plus sûre pour l'élimination des déchets radioactifs dangereux. |
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| Solution | Utiliser des modèles prédictifs, des plans d'expériences et d'autres applications statistiques de JMP afin de réaliser de puissantes analyses impliquant de nouvelles formulations du verre et fournissant des informations sur les processus de vitrification et les performances matérielles du verre. |
| Résultats | En adoptant des méthodes de recherche plus efficaces, les scientifiques du CEA sont en mesure de traiter davantage d'informations, plus vite et à moindre coût. Les ressources économisées grâce à la rationalisation des expériences peuvent être consacrées à d'autres initiatives pertinentes. |
Face aux effets de plus en plus tangibles du changement climatique mondial, il devient urgent de réduire les émissions de gaz à effet de serre et de trouver de meilleurs mécanismes à grande échelle pour les énergies renouvelables et bas carbone. En Europe, le gouvernement français ouvre la voie avec son Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). Ce fleuron de la recherche, qui compte 16 000 employés et a été désigné centre de recherche public le plus innovant d'Europe (et le deuxième dans le monde) en mars 2017 par Reuters incarne parfaitement l’idée selon laquelle il faut investir dans ce à quoi l’on croit.
« Dans les technologies de l'énergie, les enjeux sont de taille. C'est la raison pour laquelle notre travail de scientifique est si passionnant », déclare Damien Perret, ingénieur en R&D spécialisé dans le conditionnement des déchets nucléaires au CEA. Damien Perret travaille sur le site du CEA de Marcoule, un centre de recherche dédié à la préparation d'un avenir bas carbone à l'ère de l'énergie nucléaire. Les activités de R&D de ce site portent, entre autres, sur l'optimisation de l'industrie nucléaire, le recyclage des matières valorisables des combustibles usés (uranium et plutonium), le démantèlement des installations nucléaires et la gestion des déchets radioactifs.
C’est d’ailleurs dans cette dernière discipline que Damien Perret est spécialisé. Elle date du milieu des années 1960 en France, lorsque le CEA a commencé à utiliser du verre borosilicaté comme matériau de confinement des déchets issus du traitement des combustibles nucléaires usés. À ce jour, la transformation de la matière nucléaire en verre (vitrification) est la norme mondiale pour limiter au maximum l'impact environnemental de l'élimination des déchets. « La vitrification est le meilleur compromis en termes de confinement — durabilité chimique, stabilité thermique et résistance à l'irradiation —, de faisabilité technologique et de coût (via le facteur de réduction de volume) », souligne Damien Perret. « Depuis plus de 40 ans maintenant, des scientifiques, ingénieurs et experts du nucléaire français du CEA et d'Orano travaillent sur la vitrification afin d'apporter une solution complète aux problématiques de la gestion des déchets de haute activité. »
« Avec un même logiciel, je peux me connecter à notre base de données interne, extraire les données sélectionnées au moyen de filtres, combiner des tables de données, nettoyer mes données, les visualiser et les analyser à l'aide de puissantes techniques statistiques. »
– Damien Perret, ingénieur en R&D
Damien Perret cherche à créer des formulations de verre optimales spécialement adaptées aux caractéristiques des déchets. Entre autres qualités, une formulation optimale doit répondre aux contraintes technologiques du processus de fabrication et produire des résultats adéquats quant aux critères d'élimination des déchets. Pour lui, « ce travail consiste à mener des études expérimentales liées à l'élaboration et à la caractérisation matérielles du verre, d’effectuer des calculs avec une base de données interne et d'analyser les données pour créer des modèles prédictifs ».
Dans le domaine de la formulation matérielle, les chercheurs tentent de comprendre comment la modification du contenu d'un composé donné peut avoir une incidence sur les propriétés finales d'un matériau. Les plans d'expériences leur permettent d'ajuster tous les facteurs simultanément, au lieu d'exécuter une multitude de tests à un seul facteur. « Le nombre d'expériences que vous envisagez d'exécuter est déterminant. Dans notre domaine, un seul essai implique de nombreuses tâches liées aux étapes d'élaboration et de caractérisation du verre. Mais le coût final de chaque essai est significatif. » Les plans d’expériences permettent de définir avec un maximum de précision le nombre exact d'essais nécessaires pour parvenir au résultat souhaité.
Les coûts d'expérimentation dans le domaine de la formulation du verre nucléaire sont particulièrement élevés. C'est l'une des raisons pour lesquelles, selon Damien Perret, il est indispensable de mettre à profit les décennies de données historiques importantes. « Il faut donc, dans un premier temps, procéder à une analyse statistique des données existantes et, dans un deuxième temps, obtenir un maximum d'informations en un minimum d'essais pour les expérimentations futures. L'objectif — et l'intérêt — d'une stratégie DOE est généralement de trouver le bon ratio coût/nombre d'essais », ajoute-t-il. « En fait, nombre de problématiques requièrent chez nous le recours aux statistiques, que ce soit pour développer la meilleure méthodologie statistique afin d'évaluer des défauts ou pour étudier les résultats d'une analyse chimique et les comparer aux données de composition théoriques.
« Actuellement au CEA, les scientifiques se servent de différents outils pour la visualisation de leurs données, la conception d’expériences, ou la préparation et l'analyse statistique des données. Mais je ne me lasse jamais de leur expliquer qu'il existe un logiciel capable de réaliser toutes ces tâches. »
Damien Perret a trouvé en JMP la solution tout-en-un. « J'apprécie vraiment qu'un logiciel me permette de me connecter à notre base de données interne, d'extraire les données sélectionnées au moyen de filtres, de combiner des tables de données, de nettoyer mes données, de les visualiser et de les analyser à l'aide de puissantes techniques statistiques », confie-t-il. « Je suis un grand fan de la plate-forme Constructeur de graphiques. Je n'ai jamais rien vu de tel dans les autres progiciels. À mes yeux, cette plate-forme est extrêmement novatrice. »
Damien Perret déclare qu'il utilise également au quotidien la plate-forme Plans de mélanges de JMP, qui prend notamment en charge les plans composés multifactoriels. En définissant un ensemble de contraintes d'inégalités linéaires, les chercheurs peuvent limiter la géométrie de l'espace factoriel d'un mélange. Dans son travail sur la vitrification, il explique que la plate-forme Plans de mélanges l'« aide à définir les domaines de composition du verre et à créer des modèles prédictifs propriété-composition ». Certains collaborateurs de Damien Perret utilisent les outils de programmation JMP pour écrire leurs propres scripts. Grâce au langage de script de JMP (JSL), les utilisateurs « peuvent quasiment tout faire », précise-t-il.
Bien que nombre de ses collègues et lui-même fassent régulièrement appel à JMP, Damien Perret reconnaît qu'ils n'utilisent qu'une infime partie des multiples applications du logiciel. Heureusement, grâce à un réseau mondial actif d'utilisateurs de JMP, qui encourage le partage de connaissances, les personnes moins à l'aise en statistique, comme Damien Perret, peuvent apprendre avec les meilleurs statisticiens au monde. « Je suis chimiste de métier et je n'ai pratiquement eu aucune formation en statistique, mais j'ai acquis un solide bagage dans cette discipline rien qu'en utilisant JMP », se félicite-t-il. « Le processus d'apprentissage est infini, c'est évident… mais nous avons la communauté d'utilisateurs et de développeurs JMP, ce qui est d'une grande aide pour progresser. »
Pour terminer, Damien Perret évoque l'engagement réflexif de l'équipe de développement de JMP : « il ne fait aucun doute que l'objectif premier des développeurs JMP est de simplifier la vie des utilisateurs, en les aidant à prendre les meilleures décisions lorsqu’ils font des statistiques avec JMP. » La réactivité du logiciel face aux nouveaux défis est l'une des principales raisons pour lesquelles les chercheurs comme Damien Perret sont prêts à tester des méthodologies et des processus inédits. « Nous démarrons un nouveau projet pour lequel nous recherchons des méthodes innovantes afin de créer des modèles prédictifs encore plus performants. Il est donc nécessaire de créer une nouvelle base de données et de nouveaux types de modèles, mais aussi d'écrire des scripts. C'est un projet très ambitieux pour lequel nous envisageons d'utiliser JMP », explique-t-il.
Le CEA tient à remercier ses partenaires Orano et EDF pour leur participation à ce projet.