L’IA Redéfinit le Nucléaire : Optimisation Stratégique et Nouveaux Paradigmes

Introduction

L’intégration de l’intelligence artificielle (IA) dans le secteur nucléaire connaît une accélération marquée, qui redéfinit les paradigmes opérationnels, sécuritaires et économiques de cette industrie clé. Sous l’impulsion d’organismes comme l’AIEA organisera son premier International Symposium on Artificial Intelligence and Nuclear Energy les 3–4 décembre 2025 à Vienne, et de l’OCDE/AEN, qui développe le projet AIxpertise, cette transition technologique touche désormais l’ensemble de la chaîne nucléaire, de la fission à la fusion. Qu’il s’agisse d’algorithmes prédictifs pour anticiper les pannes, de surrogate models capables de simuler des scénarios complexes en quelques secondes, ou de systèmes de contrôle autonome du plasma dans les tokamaks, l’IA devient un levier majeur de modernisation. Cette transformation s’étend également aux applications militaires et à la gestion des déchets radioactifs. Parallèlement, la demande énergétique croissante des centres de données d’IA (prévue à environ 945 TWh d’ici 2030 selon l’AIE) pousse des géants technologiques comme Microsoft, Google et Meta à nouer des partenariats stratégiques avec des opérateurs nucléaires, créant une interdépendance inédite entre ces deux secteurs. Cet article explore comment l’IA transforme le nucléaire, en optimisant sa sécurité, sa rentabilité et son rôle dans la transition énergétique.

Sécurité et Maintenance des Centrales Nucléaires

L’IA modifie la maintenance des réacteurs en passant d’une logique préventive à une approche prédictive. En analysant des téraoctets de données de capteurs, les modèles de machine learning anticipent les défaillances avant qu’elles ne surviennent. EDF illustre cette évolution : l’entreprise teste des systèmes d’IA sur ses générateurs de vapeur afin d’optimiser la maintenance et d’améliorer la disponibilité des réacteurs. Ces technologies pourraient contribuer à réduire les indisponibilités des réacteurs et générer des économies de plusieurs millions d’euros par site d’ici 2030. Aux États-Unis, Blue Wave AI Labs, partenaire de Constellation Energy, a permis d’économiser plus de 1,6 million de dollars par an par réacteur en réduisant les coûts de combustible, minimisant les temps d’arrêt des réacteurs et réduisant le temps passé par le personnel sur l’analyse et la planification

La surveillance continue bénéficie également de l’IA. Des systèmes de vision par ordinateur analysent les flux vidéo pour identifier des fuites ou des comportements à risque. Ces outils sont déjà testés dans plusieurs centrales européennes pour renforcer la sûreté. La robotique intelligente inspecte les zones irradiées, limitant l’exposition humaine, tandis que l’IA renforce la cybersécurité en accélérant la détection d’intrusions. Ces avancées positionnent l’IA comme un pilier incontournable pour une exploitation plus sûre et proactive.

Optimisation de la Production Énergétique

L’IA maximise le rendement des réacteurs en ajustant en temps réel des paramètres critiques (débit de refroidissement, position des barres de contrôle). Aux États-Unis, Blue Wave AI Labs, partenaire de Constellation Energy, a permis d’économiser plus de 1,6 million de dollars par an par réacteur grâce à une optimisation du combustible et des opérations.

Le cycle du combustible profite aussi de l’IA. Westinghouse a expérimenté l’usage de l’IA pour optimiser le cycle du combustible et réduire le volume de déchets produits. Ces optimisations, couplées à des modèles prédictifs pour le rechargement, améliorent le facteur de charge et soutiennent les objectifs climatiques via une production décarbonée accrue.

Détection d’Anomalies et Systèmes d’Alerte Précoce

L’IA excelle dans l’identification « d’anomalies subtiles » avant qu’elles ne deviennent des pannes majeures. Framatome a signé en 2020 un partenariat avec la startup Adagos pour développer une technologie d’IA permettant de réduire les temps de calcul, pouvant passer de plusieurs jours à quelques minutes. Ceci renforce la capacité de détection des anomalies dans les centrales nucléaires. De leur côté, des chercheurs de l’Université de l’Illinois ont développé un système nettement plus rapide que les méthodes traditionnelles de calcul de dynamique des fluides, permettant une évaluation quasi instantanée de l’état des réacteurs. L’IA traite également des données non structurées (images thermiques, acoustiques) pour détecter des défauts matériels invisibles aux capteurs classiques. Ces capacités, intégrées à des drones ou robots, renforcent la culture de sûreté en offrant un temps d’avance pour les corrections.

Gestion des Déchets Radioactifs

La gestion des déchets, défi majeur du nucléaire, bénéficie de la robotique intelligente et de l’optimisation algorithmique. L’ANDRA développe et teste la robotique pour la gestion des déchets, notamment avec le robot Spot de Boston Dynamics dans son laboratoire souterrain de Bure, afin d’améliorer la sécurité et l’efficacité du processus. Des modèles IA peuvent aussi optimiser le stockage géologique, ce qui pourrait permettre des milliards d’euros d’économie sur des projets comme Cigéo (Centre Industriel de stockage GÉOlogique). La surveillance continue via des capteurs intelligents assure une vigilance durable, tandis que l’IA améliore les procédés de retraitement pour valoriser davantage de matières.

Modélisation Prédictive et Simulation Avancée

En R&D, les digital twins, combinant modèles 3D et IA, testent virtuellement des modifications avant application physique, réduisant les risques et coûts. L’OCDE/AEN, via son projet AIxpertise, harmonise ces outils à l’échelle internationale, visant à en faire un standard pour l’ingénierie nucléaire. 

Tout particulièrement, l’IA permet la construction de surrogate models (modèles de substitution en français). Ce sont des modèles mathématiques simplifiés qui remplacent des simulations complexes et coûteuses en temps de calcul. Un surrogate est un « raccourci intelligent » qui apprend à partir d’un nombre limité de simulations complètes (c’est-à-dire physiques). Le surrogate prédit les résultats pour de nouvelles conditions, en quelques secondes au lieu de plusieurs jours. Ainsi le framework PORTALS du MIT se base sur des  simulations haute-fidélité basées sur les équations de la physique des plasmas pour construire des modèles rapides capables d’imiter les résultats complexes de fusion nucléaire. Les gains de temps sont tels que des milliers de scénarios peuvent être explorés en quelques semaines.  Toujours dans le domaine de la fusion, DeepMind et l’EPFL ont démontré un contrôle autonome de plasma dans un tokamak via reinforcement learning. Sur les tokamaks JET et DIII-D, des réseaux neuronaux prédisent les disruptions avec des centaines de millisecondes d’avance, protégeant les infrastructures. Ces avancées pourraient avancer l’échéance de réacteurs à fusion opérationnels dès les années 2040.

Applications Militaires et Défense

Dans le domaine militaire, l’IA participe à la gestion des arsenaux. La NNSA américaine développe des digital twins d’ogives pour prédire leur performance avec le vieillissement. De son côté, l’AIEA analyse IA des images satellite de précision pour détecter des activités suspectes. D’une façon générale, si l’IA peut améliorer la réactivité en détectant des lancements de missiles, elle peut soulever des enjeux éthiques si les décisions sont automatisées, comme pour toutes les autres armes léthales autonomes (autonomous lethal weapons).

Autres Applications et Interdépendances Énergétiques

L’IA assiste la gestion documentaire technique (knowledge management), la formation des opérateurs via des assistants virtuels, et l’optimisation de chantiers nucléaires. Inversement, la demande énergétique des data centers d’IA (prévue à environ 945 TWh d’ici 2030 selon l’AIE) revitalise l’intérêt pour le nucléaire comme source stable et décarbonée. Microsoft et Google nouent des alliances avec des opérateurs nucléaires, illustrant une synergie stratégique entre ces secteurs.

Perspectives et Défis

Malgré des perspectives prometteuses, certains analystes envisagent l’émergence d’un marché des SMR spécifiquement destinés aux data centers dans la prochaine décennie, des défis importants persistent : adaptation des réglementations, coûts d’investissement élevés, délais de construction, et acceptation publique. L’AIEA organisera les 3-4 décembre 2025 son premier Symposium International sur l’IA et l’Énergie Nucléaire, soulignant l’importance d’une collaboration mondiale. En conjuguant expertise nucléaire et data science, l’IA pourrait catalyser une renaissance du secteur qui serait plus sûr, efficace et aligné avec les impératifs climatiques, avec une capacité nucléaire mondiale qui pourrait passer d’environ 372 GW en 2024 à 686 GW d’ici 2040 selon le scénario de référence de la World Nuclear Association.

Key Takeaways : L’IA et le Nucléaire

• Maintenance prédictive : réduction significative des coûts et baisse des indisponibilités prévues d’ici 2030.
• Sécurité accrue : vision par ordinateur testée en centrale, cybersécurité renforcée grâce à une détection plus rapide des intrusions.
• Production optimisée : économies de 1,6 M$/an par réacteur aux États-Unis grâce à l’optimisation du combustible et des opérations.
• Détection d’anomalies : simulations beaucoup plus rapides que les méthodes traditionnelles, analyse multimodale (thermique, acoustique).
• Déchets nucléaires : robots, stockage optimisé = milliards d’économies.
  Fusion & R&D : surrogate models (MIT), contrôle plasma autonome (DeepMind), fusion possible dès 2040.
  Interdépendance IA-nucléaire : data centers (945 TWh d’ici 2030 selon l’AIE) → alliances Microsoft, Google, Meta.
  Défis : coûts élevés, régulation, acceptation publique, éthique des applications militaires.

Conclusion

L’IA s’impose comme un levier transformationnel pour le nucléaire, optimisant les opérations existantes et accélérant l’innovation (SMR, fusion). Cette synergie, renforcée par l’appétit énergétique de l’IA elle-même, dessine un futur où nucléaire et intelligence artificielle s’entrelacent pour répondre aux défis de la transition énergétique et de la sécurité globale. Les prochaines années seront décisives pour concrétiser ce potentiel, sous réserve d’un cadre éthique robuste et d’une coopération internationale accrue.

FAQ: L’intelligence artificielle et le nucléaire

• À quoi sert l’intelligence artificielle dans les centrales nucléaires ?
  • L’IA dans les centrales aide à surveiller les équipements, anticiper les pannes et optimiser la production d’énergie. Les systèmes d’IA permettent la maintenance prédictive en analysant des données de capteurs pour détecter des anomalies avant qu’elles ne deviennent critiques. L’IA améliore également la cybersécurité et optimise les paramètres des réacteurs en temps réel. Ces technologies permettent de réduire les arrêts imprévus et d’améliorer la sûreté, tout en gardant un contrôle humain permanent sur les décisions critiques.

• Comment l’IA répond-elle aux besoins énergétiques croissants des États-Unis et du monde ?
  • Selon l’Agence Internationale de l’Énergie (AIE), la demande électrique des centres de données devrait plus que doubler d’ici 2030, atteignant environ 945 térawattheures selon l’Agence Internationale de l’Énergie. Pour répondre à ces besoins, des entreprises technologiques comme Microsoft et Google ont signé des accords avec des opérateurs nucléaires. Microsoft a notamment conclu un accord avec Constellation Energy pour redémarrer Three Mile Island, et Google a signé avec Kairos Power pour développer des petits réacteurs modulaires. Le nucléaire offre une source d’énergie stable et décarbonée, essentielle pour alimenter les centres de données 24h/24.

• Est-ce que l’IA rend les centrales nucléaires plus sûres ?
  • Oui. L’IA améliore la sûreté nucléaire en permettant la détection précoce d’anomalies et en analysant en temps réel de multiples sources de données. Les systèmes d’IA peuvent identifier des patterns inhabituels dans le fonctionnement des réacteurs et alerter les opérateurs avant qu’un problème ne devienne critique. L’AIEA souligne que l’IA peut traiter des volumes massifs de données de surveillance bien plus rapidement qu’un analyste humain, améliorant ainsi la réactivité face aux incidents potentiels.
• Quels projets associent l’IA et l’énergie nucléaire aujourd’hui ?
  • Plusieurs projets majeurs sont en cours. Le MIT utilise des modèles d’IA appelés « surrogate models » pour accélérer les simulations de plasma dans les réacteurs de fusion. DeepMind et l’EPFL ont publié dans Nature en 2022 leur système de contrôle du plasma par apprentissage par renforcement dans le tokamak TCV. L’OCDE/AEN développe le projet AIxpertise, une plateforme collaborative pour l’application de l’IA dans le nucléaire, qui débutera officiellement en 2026. Des entreprises comme Framatome utilisent l’IA pour réduire les temps de calcul dans les simulations complexes.
• Quelle place pour l’IA dans les prochaines années ?
  • L’AIEA organisera le premier Symposium International sur l’IA et l’Énergie Nucléaire en décembre 2025 à Vienne, soulignant l’importance croissante de cette synergie. Les applications futures incluent l’optimisation accrue de la production, le développement de petits réacteurs modulaires (SMR), et l’amélioration de la gestion des déchets radioactifs. Selon la World Nuclear Association, la capacité nucléaire mondiale pourrait passer d’environ 372 GW aujourd’hui à 686 GW d’ici 2040. Les défis restent l’adaptation réglementaire, les coûts d’investissement élevés, et le maintien du contrôle humain sur les décisions critiques, particulièrement dans le contexte de la sécurité nucléaire.