Intelligence artificielle : un levier d’amélioration de la sûreté et de la radioprotection

Increased : automatiser la dosimétrie biologique

Le projet Increased, financé par le programme Astrid², étudie comment améliorer la dosimétrie biologique cytogénétique. Cette technique consiste à estimer les doses d’irradiation des personnes exposées lors d’un accident nucléaire, par exemple, par l’analyse des anomalies chromosomiques dans leurs cellules immunitaires. Jusqu’ici, cette méthode reposait sur un comptage à l’œil nu, au microscope, par un biologiste formé. Une tâche fastidieuse pouvant prendre huit heures par individu, une durée incompatible avec les situations de crise impliquant de nombreuses victimes. Deux thèses³, fruits d’une collaboration entre l’ASNR et l'Institut national de recherche en sciences et technologies du numérique , ont abouti au développement d’algorithmes capables de détecter automatiquement ces anomalies chromosomiques dans des images de microscopie. Ces algorithmes de type « réseaux de neurones » sont constitués de blocs élémentaires de calcul dont l’architecture de connexions s’inspire des synapses cérébrales. Ils sont particulièrement performants dans des tâches de reconnaissance visuelle. C’est le cas ici pour la détection des chromosomes dicentriques – composés de deux régions centrales au lieu d’une – et des translocations chromosomiques – caractérisées par des échanges de matériel génétique entre chromosomes.  « Le temps d’analyse passe de plusieurs heures à quelques minutes. Et elle peut être déployée sur des images issues de plusieurs échantillons de sang en parallèle », s’enthousiasme Mohamed Amine Benadjaoud, responsable du Laboratoire de radiobiologie des expositions accidentelles, à Fontenay-aux-Roses (Hauts-de-Seine). Ces travaux relient également la fréquence de ces anomalies à une dose d’irradiation, tout en intégrant une évaluation des incertitudes. Les résultats obtenus par cette approche montrent une sensibilité comparable à la limite « manuelle » de la technologie, détectant des doses de l’ordre de 300 milligrays – un seuil pertinent pour les missions d’expertise et de recherche en dosimétrie biologique. 

NaTech : vers de meilleures décisions pour les accidents multirisques

Le projet NaTech – pour « naturel » et « technologique » – développé dans le cadre du PEPR Risques (Irima), un programme de recherche France 2030, vise à améliorer des modèles et méthodes pour anticiper les impacts de risques multiples. En particulier, les modèles de dispersion atmosphérique utilisés en cas de rejet accidentel de radionucléides pour calculer les conséquences sanitaires et environnementales. « Depuis Fukushima, nous intensifions nos recherches sur l’intégration de l’évaluation de l’incertitude dans ces simulations, un aspect indispensable pour optimiser les décisions de protection des populations », souligne Irène Korsakissok, copilote du projet et cheffe du Laboratoire de modélisation en dispersion atmosphérique à Fontenay-aux-Roses. De fait, une sous-évaluation de l’incertitude ferait courir un risque, tandis qu’une surévaluation des conséquences de l’accident mènerait à des décisions inutilement contraignantes et coûteuses. Pour mener à bien ces évaluations, des modèles d’apprentissage statistique basés sur l’IA et entraînés sur des milliers de simulations physiques permettent d’en pratiquer très rapidement de nombreuses. « Les calculs passent de quelques minutes pour un modèle physique à moins d’une seconde avec ces modèles d’apprentissage statistique », souligne la chercheuse.

Une autre avancée repose sur une méthode statistique de partitionnement pour regrouper automatiquement les simulations similaires et en extraire les scénarios les plus représentatifs, facilitant l’interprétation des résultats. Cette approche a fait l’objet d’une thèse⁴ coencadrée par Irène Korsakissok et Laure Raynaud, chercheuse en météorologie à Météo-France.
Le projet NaTech prévoit la poursuite de ces travaux pour produire des scénarios multirisques, prenant en compte les interactions entre risques industriels et naturels. L’objectif : intégrer des critères opérationnels dans la sélection des scénarios représentatifs, tels que la population ou les enjeux agricoles, mais aussi étudier l’influence de la représentation et de la communication des incertitudes sur la prise de décision.

Prométhée : optimiser la sûreté

Basée également à Fontenay-aux-Roses, l’équipe du Laboratoire de neutronique a quant à elle intégré un module d’apprentissage automatique au logiciel Prométhée, une interface ergonomique consacrée à la modélisation physique et à la simulation numérique pour la sûreté nucléaire. Ce module génère de nombreuses simulations pour identifier les scénarios limites, au-delà desquels la sûreté est menacée. Et cela dans des situations variées : emballement de la réaction en chaîne au sein de la matière fissile, inondations près d’une centrale…

« Notre algorithme peut déterminer les paramètres physiques extrêmes – la masse de plutonium et la densité d’eau dans un stockage de combustible par exemple – à ne pas dépasser pour garantir que le système reste toujours dans des conditions sûres », explique Yann Richet, chercheur à l’ASNR. En se fondant sur quelques simulations initiales produites à partir de modèles physiques, l’algorithme complète progressivement son apprentissage du comportement physique par un procédé d’interpolation par « processus gaussiens ». Celui-ci réduit le recours à des simulations numériques coûteuses en temps de calcul et en énergie. Il offre un double avantage : explorer rapidement un éventail large de scénarios et évaluer les incertitudes de ces prédictions. « Cette propriété est inhérente aux algorithmes que nous utilisons, fondés sur des modèles statistiques. Or connaître cette incertitude est primordial dans un contexte de prise de décisions », précise le chercheur. Déjà utilisé par l’ASNR et d’autres acteurs nationaux, le projet Prométhée publie ses algorithmes en open source. Ceci renforce sa diffusion, améliore sa robustesse et permet de promouvoir les techniques innovantes qui améliorent la sûreté.

1. L’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN) et l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) sont réunis dans une nouvelle entité, l’Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR) depuis le 1^er janvier 2025.

2. Le programme Astrid soutient des projets de recherche aux retombées potentielles bénéfiques pour les domaines civil et militaire. Financé par l’Agence Innovation Défense, il est mis en œuvre par l’Agence nationale de la recherche (ANR)

3. https://theses.fr/2023URENS104 et https://theses.fr/s299057 

4. https://theses.fr/2023TOU30295 

INFOGRAPHIE - L’intelligence artificielle contribue à estimer la pollution future au césium 137

Le projet de recherche Trajectoire établit les parcours des contaminants dans sept fleuves français. Un algorithme prédit les grandes tendances de cette contamination jusqu’en 2100. Cet outil évalue les impacts de décisions des pouvoirs publics – augmentation du nombre de centrales par exemple – et l’influence du changement climatique sur cette contamination.