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Les activités de métrologie contribueront de façon décisive à la réussite des opérations d'assemblage du tokamak ITER.
Des contrôles dimensionnels précis sont réalisés tout au long de la phase de fabrication. Ils sont renouvelés pendant l'enchaînement des séquences jusqu'à l'assemblage final sur site de manière à assurer le positionnement précis de chaque pièce, de chaque sous-assemblage et de chaque système.
Au terme de la première phase d'assemblage, les métrologues disposeront d'un profil précis de la machine finalisée et de sa géométrie exacte — des données indispensables pour les opérations d'entretien à venir, pour d'autres phases d'assemblages, ou pour d'éventuelles modifications ou révisions.
Toutes les opérations de métrologie exigent une base de référence fixe à partir de laquelle les mesures sont réalisées. Pour les « objets » de très grande dimension, la base de référence se présente généralement sous la forme d'un maillage composé d'un ensemble de « cibles » et/ou de stations instrumentées dont la géométrie et la marge d'incertitude sont connues.
Le maillage primaire d'ITER a été mis en place et calibré en 2010. Il constitue aujourd'hui un système de référence fiable et précis pour la construction des bâtiments et pour la création ultérieure de maillages supplémentaires à l'intérieur même de ces bâtiments. Les exigences de précision de chaque maillage dépendent des exigences d'alignement requises pour chaque type de tâche.
Des systèmes métrologiques très divers seront utilisés au cours du montage de la machine ITER, notamment des systèmes de poursuite laser, des « stations totales » de télémétrie et des systèmes de photogrammétrie, qui seront couplés à des progiciels dédiés et à des programmes de mesure adaptés aux exigences d'ITER.
Le volume de données qui sera généré tout au long du montage de la machine sera considérable.
Pour obtenir la meilleure configuration opérationnelle possible, on utilisera des algorithmes d'optimisation qui analyseront, à chaque étape de l'assemblage, la géométrie de « récolement » (la comparaison entre positionnement effectif et positionnement prévu) des différents éléments de la machine. Le cas échant, on modifiera les critères d'alignement. Ces opérations sont particulièrement importantes pendant la phase de récolement de l'axe magnétique de la machine et l'alignement ultérieur des composants alignés sur celui-ci.
Pendant et après la phase d'assemblage, les procédures de métrologie garantiront la conformité dimensionnelle de la machine et de ses systèmes externes en vue de permettre son fonctionnement optimal.
Le maillage primaire d'ITER
Ce premier maillage, mis en place en 2010, fournit le système de coordonnées global pour les travaux de génie civil et le positionnement des bâtiments. Il est matérialisé par 11 piliers géodésiques dont la position—les uns par rapport aux autres et par rapport au système GPS plus largement—est identifiée. Ces piliers peuvent recevoir une antenne GPS ou un théodolite.
Le système de coordonnées global du tokamak (TGCS)
A l'intérieur du Complexe tokamak, un vaste réseau de « cibles », ou points fixes identifiés, fournit la base de référence fixe pour l'assemblage de la machine. En mesurant quelques points seulement, depuis n'importe quel endroit du bâtiment, les métrologues accèdent au maillage TGCS global, dont la précision a été mesuré avec une dispersion de seulement 0,2 à 0,4 millimètres. Ce système de coordonnées permettra d'aligner les composants avec une précision de l'ordre d'une fraction de millimètre.
Le maillage de la fosse
A l'intérieur du « puits » d'assemblage, des cibles installées sur la totalité des surfaces fourniront le système de coordonnées global pour le positionnement vertical de la machine. Au fur et à mesure que l'assemblage de la machine avancera—et que certaines cibles ne seront plus visuellement accessibles—les métrologues s'appuieront sur des cibles installées dans les grandes ouvertures autour de la fosse (les « galeries ») pour maintenir les lignes de visée des instruments de mesure.
D'autres référentiels
Au fil de la progression de l'assemblage, la position exacte des grands éléments servira de référence pour d'autres activités d'assemblage et d'alignement. La base du cryostat—première pièce massive installée—sera alignée à partir des nombreux points de référence du maillage de la fosse. L'alignement des grandes bobines verticales et du cylindre inférieur du cryostat sera ajusté par rapport à la position « tel que construit » de la base. Enfin la position installée des 18 bobines de champ toroïdal sera la référence pour l'alignement final de la chambre à vide, les autres systèmes magnétiques et les composants internes du tokamak.
La seconde phase d'assemblage
Les activités de métrologie continueront à jouer un rôle décisif lors de la seconde phase d'assemblage et l'installation des composants internes de la chambre à vide. Plusieurs milliers de pièces fabriquées dans les usines des membres d'ITER devront être ajustées sur place afin de respecter les tolérances—très strictes—appliquées aux pièces positionnées sur les parois intérieures de la machine. Un exemple : l'installation précise des 440 modules de couverture requerra un relevé topographique et photogrammétrique, puis l'usinage individuel d'environ 4 400 pièces d'interface.
