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Le programme Simulation

Simulation de la compression d’une cible laser. Crédit CEA
Simulation de la compression d’une cible laser. © CEA

Les essais nucléaires ayant été définitivement arrêtés par la France en 1996, le programme Simulation est désormais l’élément clé qui permet aux physiciens de la Direction des applications militaires du CEA de garantir la fiabilité, la sûreté et les performances des armes nucléaires. Le programme Simulation vise à reproduire par le calcul les différentes phases de fonctionnement d’une arme nucléaire pour garantir ses performances sans avoir à recourir à un nouvel essai nucléaire.

Le programme Simulation est une démarche scientifique appliquée aux armes nucléaires. Il repose d’une part sur des équipes scientifiques de haut niveau et, d’autre part, sur de grands équipements indispensables pour résoudre et valider les équations modélisant le fonctionnement des armes nucléaires : supercalculateurs, machine radiographique, laser Mégajoule.

Le programme Simulation. Crédit CEA
Le programme Simulation - © CEA

La physique des armes

L’outil de synthèse du programme Simulation est le « standard de garantie », constitué d’une chaîne de logiciels, chacun reproduisant par le calcul et la modélisation physique les différentes phases de fonctionnement d’une arme nucléaire.

Les accélérateurs de particules sont exploités pour les recherches en physique nucléaire. Les résultats contribuent à la mise au point de modèles prédictifs.Crédit CEA Essais mécaniques dynamiques, pour étudier l'endommagement sous choc. Crédit CEA
A GAUCHE - Accélérateurs de particules pour les recherches en physique nucléaire. A DROITE - Essais mécaniques dynamiques, pour étudier l’endommagement de matériaux sous chocs. © CEA

La mise au point du standard de garantie nécessite l’enchaînement de modèles physiques spécifiques (équations) ainsi que l’utilisation de puissants moyens de calculs pour résoudre ces équations.

La simulation numérique


Le supercalculateur Tera 100, conçu, fabriqué et installé par Bull, dispose d'une capacité de calcul de plus de 1 Péraflops. Il est notamment utilisé pour développer et exploiter les codes numériques permettant de reproduire les différentes étapes de fonctionnement d'une arme. Crédit CEA
Le supercalculateur Tera 100 installé à Bruyères-le-Châtel. © CEA

Les supercalculateurs sont dimensionnés pour répondre aux besoins de conception et de garantie des armes nucléaires, et à la précision requise qui en découle pour la simulation de leur fonctionnement.

Le supercalculateur Tera 100, installé sur le centre DAM Ile-de-France, est pleinement opérationnel au profit des concepteurs d’armes depuis début 2011. Il est capable de réaliser un million de milliards d’opérations par seconde (1 Petaflops = 1015 opérations par seconde). Depuis début 2011, Tera 100 est utilisé avec le standard de garantie au profit de travaux de garantie du fonctionnement des armes nucléaires françaises.

La machine Tera 100 a fait l’objet d’un développement en commun de la DAM avec l’industriel Bull permettant à ce dernier d’offrir à l’industrie des supercalculateurs au meilleur niveau mondial. Il en est de même pour la machine Tera 1000, successeur de Tera 100, qui sera totalement en service en 2017.

La validation expérimentale


Générateurs haute tension, Airix. Crédit CEA

Générateurs haute tension, Airix. © CEA

La garantie de l’énergie et de la sûreté d’une arme nucléaire nécessite d’avoir auparavant validé expérimentalement le « standard de garantie ». Cette validation est obtenue en confrontant les résultats des calculs aux mesures recueillies lors des essais nucléaires passés et aux expériences de validation réalisées sur les installations Epure et LMJ.

La première phase de l’installation Epure a été achevée en octobre 2014, date à laquelle la DAM y a effectué avec succès ses premières expériences. La conception de la phase 2 sera franco-britannique. Cette installation sera également exploitée par une équipe mixte.

Le laser Mégajoule est l’outil indispensable de validation expérimentale de la phase de fonctionnement nucléaire des armes. Sa mise en service, matérialisée par la réalisation des premières expériences, est effective depuis le 23 octobre 2014.

Le programme Simulation, tel que lancé en 1996, a été parfaitement réalisé en termes de délais, performances et coût au profit des programmes de têtes nucléaires aéroportée et océanique. Ce programme, réalisé presque exclusivement par l’industrie française, est désormais entré dans une phase d’exploitation et d’approfondissement en fonction des programmes futurs.

MàJ: 15/04/2015
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