L'université Purdue aux États-Unis a réalisé le premier essai national de contrôle autonome de puissance en temps réel à distance d'un réacteur nucléaire, établissant une boucle fermée de jumeau numérique inter-États

L'université Purdue (Purdue University), en collaboration avec le Laboratoire national de l'Idaho (Idaho National Laboratory, INL) et l'université de l'Illinois à Urbana-Champaign (UIUC), a réalisé pour la première fois aux États-Unis un réglage expérimental à distance, automatique et en temps réel de la puissance d'un réacteur nucléaire. Cette démonstration a permis de construire une boucle de contrôle fermée à trois sites couvrant les États de l'Indiana, de l'Idaho et de Virginie, offrant un paradigme d'ingénierie de pointe pour la surveillance à distance centralisée et la répartition automatisée des futurs réacteurs avancés depuis des centaines, voire des milliers de kilomètres.

L'essai s'appuie sur le réacteur de recherche n° 1 de l'université Purdue (Purdue University Reactor Number One, PUR-1), vieux de 64 ans. Ce réacteur de recherche de type piscine d'une puissance nominale d'environ 10 kilowatts (kW) a été numérisé en 2019, devenant le premier réacteur aux États-Unis doté d'une instrumentation et contrôle (Instrumentation and Control, I&C) entièrement numériques numériques à avoir obtenu une licence d'exploitation de la Commission de réglementation nucléaire des États-Unis (Nuclear Regulatory Commission, NRC). Sur cette base numérique, Stylianos Chatzidakis, professeur adjoint à l'université Purdue et directeur adjoint du PUR-1, a dirigé une équipe qui a développé en 2023 un jumeau numérique vivant à haute fidélité (Live digital twin), puis y a intégré en 2025 une couche de communication cryptographique post-quantique (Quantum-secure layer), fournissant le support essentiel à cet essai de contrôle en boucle fermée.

Dans cette démonstration en boucle fermée interrégionale, le Laboratoire national de l'Idaho a exécuté les modèles d'analyse et de prédiction essentiels sur son cluster de calcul haute performance situé dans l'Idaho, Microsoft Azure a fourni la connectivité cloud depuis la Virginie, et l'université de l'Illinois a facilité la circulation des données entre les multiples nœuds. Le système de contrôle distribué, via la plateforme avancée de données et de contrôle DeepLynx de l'INL, le système de jumeau numérique du PUR-1 et le centre de supercalcul, a calculé à distance et transmis sur site dans l'Indiana des instructions de déplacement de la barre de contrôle auxiliaire (Auxiliary control rod), afin d'atténuer les petites perturbations de puissance et de maintenir le fonctionnement stable du réacteur, sans aucune intervention manuelle sur les barres de contrôle sur site.

Cet essai a spécifiquement porté sur la simulation de réponse dynamique aux fluctuations de charge sévères (telles qu'une demande de transition de puissance de l'ordre de 100 mégawatts en une seule fois) que pourrait entraîner l'alimentation directe de grands centres de données d'IA (Data centers) par l'énergie nucléaire à l'avenir. L'équipe de développement a déployé un modèle d'apprentissage par renforcement (Reinforcement-learning model) côté algorithme pour vérifier si le système peut accomplir de manière autonome un ajustement rapide de suivi de puissance, sous la contrainte stricte du système de protection matérielle indépendant propre au PUR-1 ; pendant l'essai, le système de protection par interverrouillage physique original du réacteur a toujours conservé l'autorité de contrôle finale et la priorité absolue d'arrêt d'urgence.

Chatzidakis a souligné que l'application à court terme de cette technologie se concentre actuellement sur la surveillance à distance au niveau d'une flotte (Remote monitoring), par exemple la supervision unifiée de plusieurs petits réacteurs modulaires (SMR) sur un même site depuis une salle de contrôle centralisée unique, ou la coordination par le siège d'un service public de l'état de fonctionnement et des données de maintenance prédictive de centaines d'unités de petits réacteurs à l'échelle nationale, permettant ainsi de réduire considérablement les coûts d'exploitation et de maintenance. Quant à l'exploitation hautement autonome (Autonomous operation), elle nécessitera encore à long terme le maintien d'opérateurs sur site pour les réacteurs conventionnels et les SMR commerciaux, les réserves technologiques correspondantes étant principalement destinées aux micro-réacteurs sur la surface lunaire (Microreactors on the moon) et à d'autres environnements extrêmes de l'espace lointain ou à des scénarios d'application spéciaux où aucun personnel ne peut séjourner à long terme.

Les résultats de cet essai font non seulement progresser la « Mission Genesis » (Genesis Mission) du Département de l'énergie des États-Unis (DOE), qui explore l'accélération de l'innovation sur l'ensemble du cycle de vie de l'énergie nucléaire par l'intelligence artificielle, mais l'expérience pratique acquise sera également profondément intégrée au programme national de R&D nucléaire de phase II « Prometheus » (Prometheus), d'un montant total de 60 millions de dollars, dirigé par l'INL.