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Une première bobine en place


  26 Apr, 2021

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Sur l'itinéraire ITER l'année dernière, ou lors des tests cryogéniques sur site, la bobine de champ poloïdal PF6 semblait plutôt imposante. En dépit de sa petite taille — 10 mètres de diamètre contre 24 mètres pour la plus grande des six aimants annulaires entourant la machine —, cette bobine de 330 tonnes est particulièrement épaisse et massive. Mais tout est relatif. Le 21 avril, lorsque la bobine a été extraite de son support et hissée à 25 mètres de hauteur pour être transférée vers le puits d'assemblage, la perception de sa taille a radicalement changé : perdue dans le vaste hall, elle paraissait soudain toute petite—un frisbee d'acier glissant dans l'immensité.

La bobine a désormais atteint son altitude de croisière, à 25 mètres au-dessus du sol. Malgré ses 10 mètres de diamètre et ses 330 tonnes, elle ressemble à un disque perdu dans l'immensité du Hall d'assemblage. (Click to view larger version...)
La bobine a désormais atteint son altitude de croisière, à 25 mètres au-dessus du sol. Malgré ses 10 mètres de diamètre et ses 330 tonnes, elle ressemble à un disque perdu dans l'immensité du Hall d'assemblage.
Si la bobine PF6 est particulièrement épaisse et lourde, c'est qu'elle compte plus de couches de conducteur que toute autre bobine de champ poloïdal, et plus de spires de conducteur dans chaque couche. Reposant sur le plancher de la machine, c'est la « bobine du divertor », dont la fonction est de créer un point de champ neutre permettant d'extraire les cendres d'hélium du plasma. « Pour avoir un champ magnétique nul au point de champ neutre, la bobine située dans la partie basse de la machine doit générer un champ magnétique d'intensité équivalente à celui créé par le courant du plasma, mais de polarité opposée, explique Nello Dolgetta de la division des systèmes magnétiques d'ITER. C'est pour cela que la PF6 est si lourde en dépit de son diamètre réduit. Le champ magnétique étant défini par l'intensité du courant électrique multiplié par le nombre de spires de conducteur, cette bobine compte 30 à 50 pour cent de spires de plus que les autres bobines de champ poloïdal. »

Fournie par l'Europe, la PF6 a été fabriquée en Chine par l'Institut de physique des plasmas de l'Académie des sciences chinoise (ASIPP) pour des raisons pratiques. « Notre problème était le suivant : les deux bobines qui devaient être installées les premières, PF6 et PF5 (plus grande) devaient être disponibles pratiquement en même temps, explique Alessandro Bonito-Oliva, le responsable du programme de fabrication des aimants au sein de l'Agence domestique européenne Fusion for Energy. « Or, il n'y avait pas assez de place dans l'installation sur site pour accueillir deux lignes de production parallèles. Nous avons donc discuté de ce problème avec les différentes agences domestiques et nous en avons conclu qu'ASIPP était potentiellement le fournisseur le mieux placé. »

La PF6 est attachée au double pont roulant grâce à un système d'arrimage complexe constitué d'un palonnier pivotant à double pont de 92 tonnes conçu pour le levage de charges lourdes (en jaune) et d'un berceau de levage de 42 tonnes (gris, trois pieds). (Click to view larger version...)
La PF6 est attachée au double pont roulant grâce à un système d'arrimage complexe constitué d'un palonnier pivotant à double pont de 92 tonnes conçu pour le levage de charges lourdes (en jaune) et d'un berceau de levage de 42 tonnes (gris, trois pieds).
Finalisée au mois de septembre 2019, la fabrication de la bobine a duré sept ans. Pour Alessandro, ce fut une « réussite collective de l'Europe et de la Chine, qui ont collaboré avec ITER Organization pour développer un composant unique présentant de nombreuses difficultés techniques et organisationnelles. »

Chargée sur une barge à Hefei au mois de mars 2020, la bobine a navigué sur le fleuve Yangzi Jiang jusqu'à Shanghai pour arriver au port de Fos-sur-Mer, en France, au mois de juin. Afin de permettre son transport jusqu'au site de construction, certaines sections de l'Itinéraire ITER ont dû être adaptées ou élargies.

Le 21 avril 2021, l'opération de levage, de manutention et d'installation de la PF6 a duré huit heures et a nécessité un système d'arrimage complexe permettant de faire pivoter la bobine et de la positionner avec une précision de l'ordre 4 millimètres. Composé d'un palonnier à double pont de 92 tonnes destiné au levage de charges lourdes (également utilisé pour l'installation du premier secteur de la chambre à vide) ; d'un berceau de levage de 42 tonnes et d'un ensemble d'adaptateurs, le système d'arrimage portait la charge totale à 480 tonnes environ, le troisième levage le plus lourd après la base du cryostat et le secteur 6 de la chambre à vide, respectivement levés aux mois de mai 2020 et d'avril 2021.

La veille de l'opération, l'équipe avait réalisé un essai de levage et évalué le risque représenté par la non-compensation d'un léger déséquilibre du centre de gravité du composant dû à une pièce d'interface d'une tonne, dépassant d'un des côtés de la bobine. « Le léger déséquilibre de la bobine au cours du levage n'a pas excédé un degré, ce qui était dans les limites de tolérance, explique Jens Reich, directeur de la division Assemblage, alors que la bobine reposait sur ses supports en fin d'après-midi. Tout s'est parfaitement déroulé. »

Alors que la PF6 descend lentement dans le puits d'assemblage, l'opération s'achève au terme de huit heures. La bobine reposera sur des supports temporaires pendant l'installation des sous-assemblages des neuf secteurs de la chambre à vide. (Click to view larger version...)
Alors que la PF6 descend lentement dans le puits d'assemblage, l'opération s'achève au terme de huit heures. La bobine reposera sur des supports temporaires pendant l'installation des sous-assemblages des neuf secteurs de la chambre à vide.
Après la base et le cylindre inférieur du cryostat, le bouclier thermique du cylindre inférieur du cryostat et le premier secteur de la chambre à vide, l'installation de la PF6 est le cinquième levage lourd dans la séquence d'assemblage de la machine. « Nous avons beaucoup appris, ajoute Jens Reich. Du point de vue de l'organisation, il était très important de définir avec précision les responsabilités de chacun à chaque étape de la séquence d'installation. Une forte interaction avec nos prestataires est indispensable pour éviter les malentendus. Mais surtout, l'expérience a confirmé la nécessité absolue de tester et de répéter l'opération, notamment lorsque nous devons réaliser un arrimage aussi complexe que celui qui a été utilisé pour la PF6 et que nous utiliserons à nouveau pour la PF1 ainsi que pour le solénoïde central de 1 000 tonnes. »

La PF6 reposera pendant plusieurs années sur des supports temporaires, en attendant l'installation et le soudage des neuf sous-assemblages de la chambre à vide. Une fois ces opérations réalisées, le système hydraulique des supports temporaires soulèvera légèrement la bobine pour l'ancrer à la superstructure de la bobine de champ toroïdal. Cette même séquence sera réalisée pour la bobine de champ poloïdal suivante (la PF5, 17 mètres de diamètre), dont l'installation dans la fosse est prévue cet été.

Consulter un compte-rendu (en anglais) sur le site Internet de Fusion for Energy.




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