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Réparation de la chambre à vide

Où en sommes-nous ?


  12 Fevr, 2024

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Du point de vue strictement industriel, la réparation des non-conformités dimensionnelles qui affectent les secteurs de la chambre à vide du tokamak ITER n'a rien d'insurmontable. Il s'agit simplement de combler les creux et d'araser les « bosses » des interfaces entre secteurs de manière à rétablir leur profil nominal et de pouvoir procéder à leur soudage. Mais les secteurs ne sont pas de simples pièces d'acier. Leur géométrie est complexe et ils sont aussi lourds (près de 440 tonnes) qu'un avion gros porteur. Une fois assemblés et soudés pour former la chambre toroïdale où se produiront les réactions de fusion, ils constitueront la première barrière de protection nucléaire de l'installation et devront à ce titre se plier à une réglementation très stricte. Alors que deux des trois secteurs présents sur le chantier sont déjà positionnés dans les portiques de sous-assemblage où ils seront réparés (secteurs 6 et 7), il faudra adapter ou fabriquer des outillages lourds spécifiques pour manipuler et positionner le troisième d'entre eux, le secteur 8.

Dans le Hall d'assemblage, les métrologues du consortium SIMANN (SIMIC-Ansaldo) réalisent des mesures ultraprécises des interfaces du secteur 7 de la chambre à vide. (Click to view larger version...)
Dans le Hall d'assemblage, les métrologues du consortium SIMANN (SIMIC-Ansaldo) réalisent des mesures ultraprécises des interfaces du secteur 7 de la chambre à vide.
Avant d'entamer les opérations de réparation proprement dites, il est nécessaire de valider les différentes procédures qui seront mises en œuvre. En Italie, le bénéficiaire du contrat de réparation, le consortium SIMANN (SIMIC-Ansaldo Nucleare), fabrique des maquettes de 1,4 mètre de long en utilisant une qualité d'acier et un profil identiques à ceux des interfaces des secteurs de la chambre à vide. Ces « échantillons représentatifs » seront soumis aux mêmes interventions que les interfaces des secteurs de chambre à vide : dépôt de métal, usinage et soudage, puis vérification des propriétés mécaniques lors d'une série de tests de traction et de flexion. Les échantillons seront ensuite transmis à ENSA, la société espagnole chargée de l'assemblage final et du soudage des neuf secteurs.

Les opérations sur les secteurs 6 et 7 débuteront plus ou moins en parallèle d'ici fin février/début mars, une fois que l'ensemble des tests et des procédures de qualification seront parachevés. Il s'agira d'abord de meuler les zones défectueuses des interfaces, de réaliser un dépôt de métal qui sera ensuite précisément usiné de manière rétablir les dimensions nominales de chaque zone. L'usinage est une opération assez simple, sans impact sur les propriétés mécaniques, ce qui permettra de minimiser la quantité de métal déposée. Les optimisations sont toujours en cours d'évaluation mais on estime que, pour chacun des secteurs 6 et 7, près de 24 kilos de métal seront nécessaires pour combler les zones creuses des interfaces. Le meulage, le dépôt de métal et l'usinage seront réalisés avec un système de protection local afin d'éviter toute altération de l'environnement contrôlé du Hall d'assemblage. Les secteurs 6 et 7 demeureront positionnés dans les portiques de sous-assemblage géants pendant toute la durée des réparations.

Deux des trois secteurs présents sur le site (secteurs 6 et 7) sont déjà positionnés dans les portiques de sous-assemblage. Au mois de décembre 2023, le secteur 8 a été transféré du Hall d'assemblage vers l'Atelier du cryostat désormais inoccupé. Pour sa manutention, il faudra adapter ou fabriquer des outillages lourds spécifiques. (Click to view larger version...)
Deux des trois secteurs présents sur le site (secteurs 6 et 7) sont déjà positionnés dans les portiques de sous-assemblage. Au mois de décembre 2023, le secteur 8 a été transféré du Hall d'assemblage vers l'Atelier du cryostat désormais inoccupé. Pour sa manutention, il faudra adapter ou fabriquer des outillages lourds spécifiques.
La situation est différente pour le secteur 8. Livré au mois d'avril 2022, cet élément n'avait été ni équipé, ni installé dans le puits d'assemblage. Après avoir passé à peu près un an dans le portique de sous-assemblage, il avait été basculé en position horizontale puis, au mois de décembre 2023, transféré du Hall d'assemblage vers l'Atelier du cryostat désormais inoccupé. Des trois secteurs déjà livrés, le secteur 8 est celui qui est le plus sérieusement affecté par les non-conformités dimensionnelles et un apport de métal de l'ordre de 400 kilos sera nécessaire pour rétablir la géométrie de ses interfaces. Compte tenu des quantités requises, la procédure sera partiellement automatisée. La principale difficulté toutefois ne résidera pas dans l'opération de réparation elle-même mais dans la manutention de cet élément exceptionnellement massif.

En Italie, SIMANN fabrique des « échantillons représentatifs » de 1,4 mètre de longueur sur lesquels des opérations de dépôt de métal, d'usinage et de soudage seront réalisées, ainsi que des tests mécaniques. Ces pièces seront par la suite confiées à ENSA, la société espagnole chargée de l'assemblage final et du soudage des neuf secteurs. (Click to view larger version...)
En Italie, SIMANN fabrique des « échantillons représentatifs » de 1,4 mètre de longueur sur lesquels des opérations de dépôt de métal, d'usinage et de soudage seront réalisées, ainsi que des tests mécaniques. Ces pièces seront par la suite confiées à ENSA, la société espagnole chargée de l'assemblage final et du soudage des neuf secteurs.
Les deux portiques de sous-assemblage étant mobilisés pour la réparation des secteurs 6 et 7, l'intervention sur le secteur 8 ne pourra se faire qu'en position horizontale. Les interfaces ne seront donc accessibles que d'un côté, ce qui posera une nouvelle difficulté : une fois les réparations réalisées sur un des côtés, comment procéder au retournement du secteur de manière à poursuivre les opérations sur l'autre ? Aucun des outils développés pour la manutention des éléments lourds d'ITER n'a été conçu pour ce type de mouvement. Utiliser un deuxième berceau de basculement permettrait toutefois de résoudre le problème. Avec deux châssis de ce type, le secteur pourrait être extrait du premier, retourné puis placé en position horizontale dans le deuxième de manière à ce que l'autre côté de l'interface soit accessible pour les réparations. La décision de fabriquer un deuxième châssis a été prise récemment et un appel d'offres a été lancé il y a quelques semaines, mais rien ne garantit que le berceau pourra être livré suffisamment tôt.

Si le deuxième berceau de basculement n'est pas disponible à temps, la seule solution consistera à transférer le secteur 8 vers le puits d'assemblage pendant que le berceau de basculement existant est modifié pour accueillir le secteur en position retournée. Il s'agirait là d'une opération beaucoup plus lourde et longue, mais ce sera peut-être la seule option disponible.

À l'épreuve de la réalité : réalisé à partir de données métrologiques, ce dessin représente les creux et les bosses présents sur les interfaces du secteur 6 (« As built sector »). Près de 24 kilos de métal seront nécessaires pour combler ces dépressions. L'usinage étant une opération assez simple, qui ne modifie pas les propriétés mécaniques, une quantité de métal d'apport beaucoup plus importante (environ 75 kg) sera déposée sur les interfaces, puis usinée pour restaurer la géométrie nominale. (Click to view larger version...)
À l'épreuve de la réalité : réalisé à partir de données métrologiques, ce dessin représente les creux et les bosses présents sur les interfaces du secteur 6 (« As built sector »). Près de 24 kilos de métal seront nécessaires pour combler ces dépressions. L'usinage étant une opération assez simple, qui ne modifie pas les propriétés mécaniques, une quantité de métal d'apport beaucoup plus importante (environ 75 kg) sera déposée sur les interfaces, puis usinée pour restaurer la géométrie nominale.
Des techniques de soudage identiques ayant été utilisées pour les neuf secteurs de la chambre à vide (quatre d'entre eux fournis par la Corée et les cinq autres par l'Europe), tous sont affectés de non-conformités dimensionnelles et sont en cours de réparation sur des sites de fabrication coréen et italien. Une fois que tous les secteurs auront été réparés et que le profil nominal de leurs interfaces aura été restitué, le processus d'assemblage des modules, interrompu au mois de septembre 2022, pourra reprendre. Les neuf modules seront alors positionnés un par un dans le puits d'assemblage du tokamak avant d'être soudés les uns aux autres selon une séquence qui reste à déterminer. 

Les réparations de l'écran thermique progressent elles aussi. Nous ferons le point sur leur avancement dans un prochain article.

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