Ivan Bénilan devant la maquette d'ITER à F4E Barcelone ©Ivan Bénilan

Bonjour à tous. Fusion for Energy (F4E) est l’agence de l’Union Européenne créée en 2007 pour apporter la contribution européenne au projet de réacteur de fusion ITER ; honorer les engagements de l’Europe vis-à-vis du Japon dans le cadre de l’Approche Élargie définie en 2007 ; préparer le premier prototype de réacteur de fusion électrogène DEMO, et pour développer une culture de fusion en Europe.

F4E supporte également la conception et la construction de IFMIF-DONES (International Fusion Material Irradiation Facility - DEMO Oriented Neutron Source), une source de neutrons basée à Grenade dans le sud de l’Espagne destinée à explorer le comportement des matériaux sous haut flux neutronique.

Quant au projet ITER, il consiste à concevoir, construire, opérer et démanteler un réacteur de fusion expérimental Deutérium-Tritium capable de produire 500 MW d’énergie de fusion en injectant 50 MW d’énergie de chauffage pendant 450 secondes. Dans un autre scénario plasma, ITER doit être capable de produire 400 MW d’énergie de fusion pendant 3000 secondes. ITER doit également démontrer la faisabilité de l’autosuffisance en Tritium en testant différents types de couvertures tritigènes.

Le tokamak ITER mesurera près de 30 mètres de haut et pèsera 23 000 tonnes. Le tout petit homme vêtu de bleu (en bas à gauche) nous donne une idée de l'ampleur de la machine. Le tokamak ITER est composé d'environ un million de pièces. ©US ITER

Sur ITER, F4E interagit essentiellement avec ITER Organization à Cadarache, dont les employés viennent des 7 partenaires, et avec la Korean Domestic Agency sur la coopération coréano-européenne dans les couvertures tritigènes.

Dans le cadre de l’Approche Élargie, c’est l’antenne de F4E à Munich qui coopère avec le Japon, notamment sur le tokamak JT-60SA à Naka et le prototype d’accélérateur de deutons LiPAc à Rokkasho, une brique de base nécessaire à IFMIF-DONES.

Enfin, F4E a pour membres l'Euratom, représenté par la Commission Européenne, les États membres de l'Euratom, c'est-à-dire les 27 de l’Union Européenne, et des pays tiers qui ont conclu, dans le domaine de la fusion nucléaire contrôlée, un accord de coopération avec l'Euratom, comme la Suisse.

Achèvement en août 2024 du secteur 5 de la chambre à vide d'ITER fourni par F4E en collaboration avec le consortium Ansaldo, Westinghouse, Walter Tosto (AMW), Monfalcone ©F4E

Je suis responsable du process de gestion des exigences et de l’infrastructure outil qui supporte ce process. J’ai défini que cette infrastructure serait basée sur l’outil du commerce IBM Engineering Requirements Management DOORS 9.7, IRDRMFAO 6.1, notre personnalisation MIR (Manage ITER Requirements) et TRC SES (The Reuse Company Systems Engineering Suite) pour l’analyse de la qualité des exigences.

J’anime une équipe de 14 personnes sous-traitants : 12  Systems Engineering Support Officers et 2 development engineers expert en DXL.

Chaque vendredi j’anime la réunion « MIR Configuration Control Board & Transversal Projects » avec l’équipe des développeurs de MIR et des Systems Engineering Support Officers (utilisateurs avancés de DOORS en front office, au contact avec chaque équipe projet sur les Procurement Arrangements). On revoit dans le tableau Kanban la liste des tickets créés dans l'application Atlassian Jira et je décide à quelle future version de MIR les affecter. Je demande aux développeurs comment se déroule le traitement des tickets Jira  Accepted et In Progress. Je demande aux validateurs comment va la validation des tickets Jira Resolved.

Quand l’ensemble des tickets Jira d’une version sont validés, je passe avec mon développeur principal à l'étiquetage SVN (tag) de la version, à son export, à son cryptage, à son enregistrement et à son déploiement en production. 

Chaque mercredi, un Systems Engineering Support Officer présente l’état d’avancement des Procurement Arrangements qu’il supporte. Nous regardons l’évolution des indicateurs de gestion des exigences, quand sont prévues les prochaines revues, si des bugs ont été détectés ou des améliorations envisagées dans l’usage de l’infrastructure, que l’on pourrait traduire en nouveaux tickets Jira.

Chaque mois j’ai une réunion avec le commercial et les financiers de mon contrat cadre et de mes deux contrats spécifiques. Nous regardons si une facture fournisseur est attendue, si le paiement associé est dans les temps, s’il y a un changement d’External Service Provider, s’il y des déviations, des release d’option, des demandes d’indexation.

Avec les Systems Engineering Support Officers, nous mettons régulièrement à jour les manuels.

Mon expérience chez Thales Alenia Space (Alcatel Space Industries à l’époque) a été clé. Sur le projet Herschel/Planck pour le client ESA, j’étais responsable de la traçabilité et de la vérification des exigences système. Je devais préparer une dizaine de matrices de vérification (Verification Control Documents selon le standard ECSS-E-ST-10-02C) sur environ 1500 exigences pour mes premières Revue de Conception Préliminaire PDR et Revue de Conception Critique CDR en 2002 et 2004. Comme je ne savais pas quelles analyses ou quels tests étaient prévus, j’ai classé les exigences par domaine d’ingénierie mécanique, thermique, électronique, contrôle d’attitude,… et j’allais voir l’architecte mécanique, l’architecte thermique,… pour recueillir son avis. Tout le monde était content ! C’est ainsi que je suis entré dans la gestion des exigences et dans la maîtrise de l’outil logiciel IBM Engineering Requirements Management DOORS.

Le service méthodes ingénierie système m’a ensuite proposé de les rejoindre pour déployer au sein de Thales Alenia Space les pratiques de gestion des exigences développées sur Herschel/Planck et animer les formations de gestion des exigences.

Enfin mes 4 années aux Achats de Thales Alenia Space m'ont permis de découvrir l'organisation d'un appel d'offre, l'évaluation des offres, la sélection d'un fournisseur, une expérience précieuse dans une organisation comme F4E qui au final est une agence d'achat.

Mettre un soleil dix fois plus chaud que le nôtre dans une boîte sur Terre pour l’étudier et en extraire de l’énergie électrique m’a toujours fasciné. En arrivant sur ITER, le vocabulaire paraissait de la science-fiction : chauffage par rayon neutre, chauffage cyclotronique électronique, chauffage cyclotronique ionique ! Plus fort que Blake & Mortimer !

De plus, l’environnement international rend le projet encore plus attractif. Au sein de F4E, c’est déjà la découverte de l’Europe dans toute sa diversité. Et avec ITER Organization, les États-Unis, la Russie et l’Asie s’ajoutent à la richesse culturelle.

Les gyrotrons (non visibles sur l'illustration) génèrent un faisceau de rayonnement électromagnétique de haute intensité (170 GHz) guidé par des guides d'ondes sur des centaines de mètres jusqu'à un port supérieur de la chambre à vide pour chauffer les électrons du plasma par résonance cyclotronique électronique ©IDOM

La contribution de F4E au réacteur de fusion ITER se matérialise par la signature de contrats entre F4E et ITER Organization (IO) appelés Procurement Arrangement (PA). F4E implémente chaque PA à travers un ou plusieurs contrats avec l’industrie ou des laboratoires de fusion européen.

Le premier besoin est de garantir que 100% des exigences IO soient bien transmises vers les contractants de F4E. Nous l’appelons « propagation ». Chaque équipe projet doit fournir une matrice RPM (Requirements Propagation Matrix) par spécification IO pour démontrer et documenter que toutes les exigences IO sont bien propagées.

Le deuxième besoin est de collecter les preuves que les exigences sont effectivement vérifiées, ce que nous appelons « vérification ». Chaque équipe projet doit obtenir de ses contractants une matrice VCD (Verification Control Document) par spécification F4E et fournir une matrice VCD par spécification IO. Les matrices VCD de F4E sur les spécifications IO réutilisent la traçabilité « IO requirement satisfied by F4E requirement ». F4E gère actuellement 58 Procurement Arrangements et 214 contrats sous DOORS.

La base de données DOORS contient 65,000 exigences IO, 140,000 exigences F4E, 32,000 efforts de verification, mais aussi 10,000 déviations et 5,800 fiches d’anomalie (Nonconformity Report NCR).

En effet, contractuellement, une non-compliance doit être traitée par une déviation avant fabrication, par une NCR après fabrication.

Toute cette personnalisation de DOORS s’appelle MIR (Manage ITER Requirements) et s’appuie sur deux piliers essentiels : le MIR Data Model, qui définit les attributs, vues et relations comme « satisfies » et « verifies » que l’on rencontre dans la base, et le MIR Toolkit qui apparaît comme un menu supplémentaire dans l’application DOORS. Cette personnalisation MIR est dans l'esprit IRDRMFAO (IBM Rational DOORS Requirements Management Framework Add-On), le nom donné par IBM à la surcouche TREK (Telelogic Thales Requirements Engineering Kit).

Le schéma de liens MIR, notamment avec les liens "satisfies" pour la propagation des exigences
et les liens "verifies" pour la vérification des exigences ©Ivan Bénilan

Le premier challenge est la coopération en gestion des exigences avec IO. Bien qu’IO utilise DOORS 9 aussi jusqu’à maintenant, ils l’utilisent différemment et nous ne sommes jamais parvenu à converger sur la terminologie. C’est mon plus gros échec jusqu’à présent, cette absence d’optimisation des échanges de données d’exigences avec IO.

Le deuxième challenge est le turnover des équipes. Tout nouvel arrivant sur le projet doit être formé au process de gestion des exigences chez F4E et aux outils qui le supportent, soit DOORS et MIR.

J’ai mis en place une formation en 5 modules, 4 en distanciel et un en présentiel, que je délivre avec 2 collègues chaque année.

Le troisième challenge est d’offrir aux utilisateurs des manuels utilisateur pour qu’ils puissent se débrouiller un maximum seul. Nos manuels utilisateurs sont des pdf, mais ça ne plait plus. Les utilisateurs ne lisent plus, ils veulent des vidéos. On a introduit des vidéos l’an dernier, et on va le développer, mais je ne veux pas abandonner l’écrit. Dans le spatial et dans le nucléaire, je crois qu’il est bon de garder quelques traditions.

Le quatrième challenge est administratif. Je suis responsable d’un framework contract et de deux specific contracts. Je dois suivre au centime d’euro près la valeur du travail accompli chaque année et les montants payés, et prendre en compte l’indexation sur l’inflation.

ITER n’est que le 3ème tokamak à fusionner Deutérium et Tritium, après le JET d’Oxford, UK, fermé en 2023, et le TFTR de Princeton, USA, fermé en 1997. Il faut donc apprendre à manipuler le Tritium.

Bien qu’on ait construit plus de 200 réacteurs de fusion de type tokamak dans le monde depuis 60 ans, aucun n’a encore franchi le breakeven, c’est-à-dire un gain de 1 (énergie de fusion / énergie de chauffage injectée = 1) !

ITER sera le premier tokamak vers la fin des années 2030 avec un gain supérieur à 1 (la valeur de 10 est visée), sauf s’il est dépassé par des tokamaks privés comme SPARC.

En janvier 2025, le tokamak EAST à Hefei, Chine, établissait un nouveau record de durée de maintien d’un plasma, 1066 secondes. Le 12 février, le tokamak WEST du CEA à Cadarache le dépassait et atteignait 1337 secondes ! ITER visera 3000 secondes. Il y a encore du chemin avant d’avoir un réacteur de fusion commercialement rentable, capable de fonctionner des jours, des semaines ou des mois. 

Le divertor, c’est-à-dire la zone plancher du réacteur, va subir des flux thermiques intenses, jusqu’à 20 MW/m2, comparables voire supérieurs à la rentrée atmosphérique d’un véhicule spatial.

Enfin, la fusion du Deutérium et du Tritium va produire des neutrons à 14 MeV qui vont activer les parois internes d'ITER. Cette activation créera des déchets radioactifs, certes à faible durée de vie, sans commune mesure avec les déchets radioactifs d'une centrale nucléaire de fission, mais qui nécessitent tout de même un important développement de télémaintenance et une cellule chaude à proximité du réacteur. La perspective de l'Hélium-3 lunaire ne doit pas être oubliée pour potentiellement réduire la quantité de déchets radioactifs et simplifier les besoins de télémaintenance.

Le tokamak ITER sera le plus grand dispositif de ce type au monde, avec un volume de plasma de 840 m³ ©US ITER

ITER est un système de systèmes. De nombreux systèmes sont maintenant livrés à Cadarache (secteurs de chambre à vide, bobines de champ toroïdal,…) et doivent être assemblés. Les équipes d’assemblage et d’intégration doivent être renforcées.

Pour les systèmes encore en développement, les interfaces doivent être affinées.

Les aimants supraconducteurs à haute température de type YBCO (Yttrium Barium Copper Oxide) ou REBCO (Rare Earth Barium Copper Oxide) peuvent simplifier la machinerie cryogénique autour d’un réacteur de fusion et permettre des réacteurs compacts. Le réacteur SPARC de Commonwealth Fusion Systems à Devens, Massachusetts, USA, est compact et annonce vouloir franchir le breakeven dès 2027. Mais la compacité entraîne des flux thermiques encore plus importants sur le plancher du réacteur, le divertor. ITER est peut-être le compromis idéal entre la taille et le flux thermique sur le divertor. 

Les cibles du divertor sont une technologie critique, soumises à des flux thermiques de 10 à 20 MW/m2, soit davantage que les protections thermiques d'un vaisseau spatial lors d'une rentrée atmosphérique ©RI

La fusion actuelle parie essentiellement sur le couple Deutérium/Tritium.Dans la prochaine décennie, avec l’établissement probable d’une base permanente sur la Lune, l’extraction de l’Hélium-3 lunaire pourrait rendre le couple Deutérium/Hélium-3 envisageable. Le couple D/3He ne produit pas de neutrons et donc l’activation de la machine serait moindre, simplifiant les opérations, les besoins de télémaintenance et la quantité de déchets radioactifs.

Récupération du Heavy Booster lors du vol d'essai N°7 de Starship en janvier 2025. Le lanceur lourd réutilisable est un maillon essentiel du développement d'une économie lunaire  ©SpaceX

ITER va permettre à ses 7 partenaires de développer ses propres prototypes de réacteur de fusion électrogène DEMO, avant les premières centrales commerciales. Le premier DEMO européen n’apparaîtra sans doute pas avant la deuxième moitié du siècle. En parallèle, IFMIF-DONES va permettre d’optimiser les matériaux qui serons soumis au flux neutronique d’un réaction de fusion Deutérium/Tritium.

Vers 2050 au plus tôt on aura donc des réacteurs de fusion électrogènes tirant pleinement partie des enseignements d’ITER à Cadarache et d’IFMIF-DONES à Grenade. Mais tout l’intérêt d’ITER est aussi de créer un écosystème dans lequel des initiatives privées vont jaillir. La Commission Européenne et F4E ont l’ambition de faire de F4E le hub européen de la fusion pour accélérer les applications commerciales de la fusion thermonucléaire contrôlée.

Jeunes centraliens, surveillez les opportunités auprès de Renaissance Fusion à Grenoble, Gauss Fusion à Bordeaux et Münich, Proxima Fusion à Münich, Novatron à Stockholm, et chez tous les industriels membres de la Fusion Industry Association !

Questionnaire express

- 3 adjectifs pour qualifier l’élève que vous étiez à Centrale Lyon ?

Émerveillé, passionné, engagé

- Un.e camarade de promo avec qui vous traîniez tout le temps ? 

Stéphane Girold, mon partenaire de double au tennis, mon témoin de mariage, le parrain de mon fils

- Votre matière préférée à Centrale Lyon ? 

Les cours de Robotique avec Monsieur Jean Rozinoer, et son approche rigoureuse par le calcul matriciel

- Celle que vous appréciez le moins ?

OOA (Object Oriented Analysis) avec Monsieur David, et pourtant DOORS signifie « Dynamic Object Oriented Requirements System »

- Ce que vous vouliez faire comme « métier » pendant votre formation à l’ECL ?

Travailler « dans le spatial », mais je ne savais pas la différence entre bureau d’étude, atelier de fabrication, moyens d’essais, campagne de lancement, exploitation en orbite

- Que penserait l’élève que vous étiez s’il découvrait votre parcours pro jusqu’à aujourd’hui ?

Le spatial à Cannes puis la fusion nucléaire à Barcelone, l'Europe est belle dans sa diversité !

- Un conseil que vous donneriez aux élèves actuellement à Centrale Lyon ?

S’investir dans les clubs du bureau des élèves, c’est la meilleure école de gestion de projet et de management.