Calculs mécaniques, thermiques, thermomécaniques et fluidiques

L’accord-cadre porte sur des études de dimensionnement, de justification et de vérification d’équipements neufs ou existants, ainsi que sur le complément ou la reprise de notes de calcul. Les analyses doivent tenir compte, lorsque nécessaire, de l’état résiduel des équipements et des conditions réelles d’exploitation.

Les prestations comprennent le recueil des données d’entrée — entretiens, visites de site, relevés sur installation, collecte et analyse documentaire —, la définition des méthodes et hypothèses, la réalisation des calculs, l’analyse des résultats et la formulation de recommandations. Le titulaire peut également proposer des solutions de modification, réparation, renforcement ou optimisation.

Domaines et équipements

Les calculs peuvent concerner notamment :

• équipements chaudronnés, bacs de stockage, équipements mécaniques et équipements sous pression ;
• structures métalliques, équipements et moyens de levage, génie civil, supports d’équipements, assemblages, ancrages et tuyauteries ;
• réseaux fluidiques, transfert thermique, échangeurs, fours, enceintes thermiques, systèmes de chauffage ou de refroidissement et dispositifs d’isolation.

Les problématiques mécaniques comprennent la résistance des matériaux, les éléments finis linéaires ou non linéaires, les contacts, le flambement, les grands déplacements, la thermomécanique, le fluage, la fatigue, l’endommagement et l’aptitude au service. Les analyses dynamiques peuvent couvrir les vibrations, réponses spectrales sismiques, analyses temporelles, interactions sol-structure, chocs, chutes et explosions.

Les études thermiques comprennent les bilans thermiques, transferts par conduction, convection et rayonnement, régimes permanents et transitoires, propriétés thermophysiques, résistances de contact, cartographies de températures, flux et gradients, dimensionnement de systèmes thermiques et calculs couplés thermo-hydrauliques ou thermomécaniques. Les études fluidiques comprennent les bilans de débit, masse et pression, calculs hydrauliques et aérauliques, pertes de charge, écoulements stationnaires ou transitoires, écoulements monophasiques ou diphasiques, phénomènes de coups de bélier et simulations CFD.

Méthodes, logiciels et exigences de calcul

Les logiciels doivent être qualifiés et leur version ainsi que la référence du dossier de qualification doivent figurer dans chaque document. Les outils préconisés comprennent notamment ANSYS APDL et Workbench, LS-DYNA, COMSOL Multiphysics, THERMICA, ANSYS Fluent, FEMAP, BEAMSTRESS, CAESAR, PIPE STRESS, ROBOT Structural Analysis, AFT IMPULSE et Bentley AutoPipeVessel.

Les calculs peuvent être réalisés en unités SI ou US Customary Units. Le système utilisé doit être identifié dans les livrables et les facteurs de conversion explicités lorsqu’ils sont nécessaires. Les codes, normes et règles applicables peuvent inclure les directives européennes, CODAP, COVAP, CODETI, RCC-M, RCC-MRx, Eurocodes et normes NF ou NF EN.

Chaque prestation mobilise au minimum un chargé d’affaires, un ingénieur calcul mécanique et un spécialiste ou ingénieur calcul senior compétent dans le domaine étudié. Chaque note ou document est supervisé et vérifié en interne par un spécialiste compétent. Une vérification de second niveau par un organisme indépendant reconnu — notamment APAVE, Bureau Veritas, SOCOTEC ou équivalent — peut être demandée, en particulier pour les équipements sous pression ; elle est alors financée et pilotée par le titulaire.

Déroulement et livrables

Une réunion d’enclenchement fixe le T0 et examine les points techniques, qualité et le plan de prévention. Pour chaque marché subséquent, le titulaire vérifie l’expression de besoin et les données d’entrée, puis établit un devis détaillant l’objet, le périmètre, les méthodes, hypothèses, codes, logiciels et versions qualifiées, données d’entrée, livrables, délais et travaux exclus.

Les livrables comprennent, selon le besoin, un plan de management qualité particulier, une note de calcul illustrée et détaillée, une note de méthodologie et d’hypothèses, des présentations de restitution et les comptes rendus de réunion. Un point d’avancement hebdomadaire par courriel est prévu. Les notes ASNR doivent notamment présenter le contexte, les documents applicables, le logiciel, les unités et le repère géométrique, les données matériaux, hypothèses, critères d’acceptation, situations de calcul, géométrie, bilan matière, maillage, conditions limites, chargements, résultats, marges, conclusions et annexes de calcul.

Les maillages doivent notamment justifier leur acceptabilité ; le taux de distorsion doit être inférieur à 5 % et les éléments distordus ne doivent pas se trouver dans une zone critique. Les hypothèses doivent expliciter les limites de modélisation, les simplifications, les écarts de masse et de centre de gravité, les sollicitations négligées, les contacts, les conditions thermiques et les symétries.

Exemples de prestations

Les exemples de référence incluent :

• une étude thermique d’un dispositif tubulaire concentrique destiné à atteindre environ 1 200 °C au niveau d’un échantillon de combustible, avec préchauffage à 300 °C, circulation de vapeur en boucle fermée, cartographies de température, flux échangés et analyse comparative des architectures ;
• la vérification thermomécanique statique d’un réservoir d’irradiation de catégorie 1 selon la directive 2014/68/UE, sous 7 bar en service et 11 bar à l’épreuve, avec une température maximale de 160 °C en service, en inox 316L, selon le CODAP 2022 division 2 ;
• le calcul aéraulique de 24 plaques de 500 × 500 × 9 mm, comportant chacune 5 canaux de refroidissement de 74 × 4 mm, raccordés à un tube de diamètre intérieur 31 mm, afin d’obtenir une vitesse d’air de 2 m/s dans chaque canal et de déterminer les pertes de charge ;
• l’étude de réparation du tube de force CABRI CEP01, comprenant le calcul initial, trois cas de chargement jusqu’à 200 bar interne, 190 bar externe ou 235 bar externe, le renforcement par demi-coquille avec épaisseurs de 2,5 mm, 3,37 mm et 4,21 mm, puis une vérification externe agréée ;
• la descente de charges de la plateforme métallique ALCINA de 14 m de hauteur, 6 m de largeur et 12 m de longueur, intégrant un monte-charge de 250 kg, des charges d’exploitation de 500 daN/m² sur la plateforme et 250 daN/m² dans les escaliers, avec vérification des profilés et d’une flèche inférieure à L/200. Cette étude exclut les assemblages, platelages, garde-corps et chargements thermiques, de neige, de vent ou sismiques.