programmation dynamique des systÈmes et Énergie …
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PROGRAMMATION DYNAMIQUE
DES SYSTÈMES
ET
ÉNERGIE NUCLÉAIRE
Anne Baschwitz
Journée I-tésé
17 juin 2014
Journée I-tésé 17 juin 2014
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
Sommaire
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Journée I-tésé 17 juin 2014
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
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Journée I-tésé 17 juin 2014
LA BOUCLE DE RÉTROACTION
Facteur de
Mouvement Etat
Relation positive X Y
Relation négative X Y
+
_
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Journée I-tésé 17 juin 2014
LES BOUCLES STABILISATRICES
Elles tendent vers un équilibre
Prix
Consommation
Stocks
Stocks
Production
+
_
Population
Décès +
_
_ _
_
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Journée I-tésé 17 juin 2014
LES BOUCLES EXPLOSIVES
Capital
Intérêts
+
+
Population
Naissances +
+
Ce type de boucle a une croissance exponentielle
ou une décroissance de plus en plus rapide
Stocks
Prix
Prix
anticipés
Achats
spéculatifs
_
+
+
_
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Boucle
des achats spéculatifs
Journée I-tésé 17 juin 2014
COMBINAISONS ENTRE BOUCLES
Source: Michel Karsky Techniques de l’Ingénieur
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Journée I-tésé 17 juin 2014
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
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Journée I-tésé 17 juin 2014
LE PROCESSUS ET LES ÉTAPES DE LA MODÉLISATION
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Représentation
d’une RÉALITÉ
ANALYSE CAUSALE
Modèle quantitatif
Représentation
ordonnée des
connaissances
Prospective
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DIAGRAMME CAUSAL
Gestion de production
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Source: Michel Karsky Techniques de l’Ingénieur
Journée I-tésé 17 juin 2014
LE PROCESSUS ET LES ÉTAPES DE LA MODÉLISATION
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Représentation
d’une RÉALITÉ
ANALYSE CAUSALE
Modèle quantitatif
MODÉLISATION
Représentation
ordonnée des
connaissances
Formalisation
Quantification
Prospective
Journée I-tésé 17 juin 2014
DÉTERMINATION DES VARIABLES D’ACCUMULATION
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Source: Michel Karsky Techniques de l’Ingénieur
Journée I-tésé 17 juin 2014
MODÉLISATION DE LA GESTION DE PRODUCTION :
DYNAMIQUE D’ÉVOLUTION
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Source: Michel Karsky Techniques de l’Ingénieur
Journée I-tésé 17 juin 2014
LE PROCESSUS ET LES ÉTAPES DE LA MODÉLISATION
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Représentation
d’une RÉALITÉ
ANALYSE CAUSALE
Modèle quantitatif
MODÉLISATION
SIMULATION
Etudes de
scénarios
Test du
modèle
Représentation
ordonnée des
connaissances
Formalisation
Quantification
Introduction du temps
Prospective
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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
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Journée I-tésé 17 juin 2014
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
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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
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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
Sommaire
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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.
3 NIVEAUX DANS L’ENVIRONNEMENT STELLA
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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
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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
Sommaire
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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
Sommaire
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Journée I-tésé 17 juin 2014
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…)
Objectifs du modèle GRUS
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Journée I-tésé 17 juin 2014
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
LES BRIQUES DU MODÈLE
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Journée I-tésé 17 juin 2014
SCHÉMA DES FLUX PRINCIPAUX DU MODÈLE
Ressources
Naturelles
d’Uranium
Conversion et
enrichissement
Comb.
UOx Passage en
Réacteurs
Thermiques
Stock de
Combustibles
retraitables
Passage en
Réacteurs
rapides
Stock U
enrichi
Stock U
appauvri Stock
U
militaire
Retraitement
Stock
URT
Stock
Pu Déchets
Couv.
Rapides
Comb
MOX
Comb
Rapides
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Journée I-tésé 17 juin 2014
PRINCIPE DE LA SIMULATION DANS GRUS
Chaque année:
Puissance
déjà
installée
Demande en
énergie
Coût anticipé
de la matière
Choix de la filière
la moins chère
Construction de
nouveaux réacteurs
Demande de
combustible
Demande
d’uranium,
de plutonium.
Coût du kWh
pour chaque
filière
Puissance à
installer
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Journée I-tésé 17 juin 2014
RÉSULTATS OBTENUS AVEC GRUS
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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
Journée I-tésé 17 juin 2014
CONCLUSION
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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.
Journée I-tésé 17 juin 2014
MERCI DE VOTRE ATTENTION
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