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Pièce à pièce, la machine...

Au mois de mai 2020, une pièce d'acier de 30 mètres de diamètre, aussi lourde que trois Airbus A380, était délicatement déposée au fond du vaste puits d'assemblage du tokamak ITER. Avec l'installation de ce premier élément — la base du cryostat — ITER abordait un chapitre nouveau de sa longue histoire. Patiemment, pièce à pièce, l'assemblage de la machine pouvait commencer.

Dans le puits d'assemblage, profond de plus de 30 mètres, la machine prend forme. Ici, un test de mise en place d'une des neuf « poutres radiales » qui soutiendront les sous assemblages (un secteur de chambre à vide associé à deux bobines verticales) pendant la phase soudage. (Click to view larger version...)
Dans le puits d'assemblage, profond de plus de 30 mètres, la machine prend forme. Ici, un test de mise en place d'une des neuf « poutres radiales » qui soutiendront les sous assemblages (un secteur de chambre à vide associé à deux bobines verticales) pendant la phase soudage.
Au fil des mois, d'autres éléments ont emprunté le même chemin : le cylindre inférieur du cryostat le 31 août 2020 ; la partie inférieure de l'écran thermique au mois de janvier 2021 ; la première des six bobines annulaires au mois d'avril suivant. À ces pièces, dont la masse oscille entre plusieurs dizaines et plusieurs centaines de tonnes, se sont ajoutés des éléments plus légers mais non moins stratégiques : les « feeders » qui alimenteront les bobines de correction latérales en électricité et en fluides cryogéniques ; la base de la colonne centrale, un colossal outil d'assemblage et d'alignement haut de 25 mètres et pesant quelque 600 tonnes ainsi que trois anneaux de pré-compression de réserve.

Tandis que ces éléments aux intitulés exotiques prennent place dans le puits d'assemblage, d'autres activités, tout aussi cruciales, se déploient dans le hall adjacent. Là, dans cet immense volume de quelque 300 000 mètres cubes (comparable à celui de la cathédrale de Chartres), le premier des « sous-assemblages » de la machine est en cours de préparation.

Un sous-assemblage associe trois pièces particulièrement spectaculaires : un secteur de chambre à vide de 40° (~ 440 tonnes), deux bobines verticales (~ 350 tonnes chacune) et des éléments plus légers, les boucliers thermiques. Le poids de cet ensemble frôle les 1 500 tonnes et il faut en réaliser neuf pour refermer sur lui-même le tore de la machine.

Le 6 avril 2021 le premier des neuf secteurs de la chambre à vide a été positionné dans un des portiques du Hall d'assemblage pour être associé à deux bobines verticales et former un « sous-assemblage » d'une masse de l'ordre de 1 250 tonnes. (Click to view larger version...)
Le 6 avril 2021 le premier des neuf secteurs de la chambre à vide a été positionné dans un des portiques du Hall d'assemblage pour être associé à deux bobines verticales et former un « sous-assemblage » d'une masse de l'ordre de 1 250 tonnes.
Des outils très particuliers, d'une puissance et d'une précision exceptionnelles, ont été conçus pour mener à bien ces opérations. Hauts d'une vingtaine de mètres, les deux « portiques de sous-assemblage » sont les plus formidables d'entre eux.

Fournis par la Corée, ces deux Titans sont capables d'aligner avec une précision quasi millimétrique des pièces de plus de 15 mètres de haut, pesant plusieurs centaines de tonnes.

Réaliser un sous-assemblage, ou mettre en place une pièce dans l'espace qui lui est dévolu au sein de l'assemblage final, c'est conjuguer les contraintes de l'horlogerie aux dimensions de la construction navale.

La plupart des mouvements sont « répétés » en utilisant des charges fantômes — blocs de bétons de masse et centre de gravité équivalents à ceux des charges réelles — qui permettent de prérégler les systèmes de levage, de valider les cheminements et d'anticiper les difficultés éventuelles.

La bobine annulaire n°6 (10 mètres de diamètre, 330 tonnes) a été positionné dans la fosse d'assemblage le 21 avril 2021. (Click to view larger version...)
La bobine annulaire n°6 (10 mètres de diamètre, 330 tonnes) a été positionné dans la fosse d'assemblage le 21 avril 2021.
Tout au long de la séquence d'installation, la métrologie joue un rôle essentiel : le basculement, le levage, le transfert, la mise en place s'effectuent sous la surveillance de faisceaux laser qui s'assurent que les déformations que subit la pièce demeurent dans les étroites limites des tolérances—ce qui, jusqu'ici, a toujours été le cas.

Ces opérations qui se succèdent depuis plus d'un an génèrent un précieux retour d'expérience. « Nous ne cessons d'apprendre et d'améliorer nos procédures, expliquait Jens Reich, l'un des responsables de l'assemblage de la machine, à l'issue de l'installation de la première bobine, le 21 avril dernier. La coordination entre les différents intervenants s'affine et tout ce qui passe depuis un an confirme l'importance des tests et des 'répétitions' systématiques. »

Les mois qui viennent ne seront pas moins intenses que les mois écoulés. Septembre verra la mise en place d'une deuxième bobine annulaire dans la fosse d'assemblage (PF5, 17 mètres de diamètre) et le premier pré-assemblage devrait être finalisé à la fin du mois d'octobre.

ITER, pourquoi et comment ?

L'enjeu: démontrer la faisabilité technique et scientifique de la « fusion de l'hydrogène» à l'œuvre dans le Soleil et les étoiles et ouvrir la voie à une source d'énergie nouvelle, sûre, propre et virtuellement inépuisable.

Les moyens : une machine de fusion — un « tokamak » — au sein de laquelle un plasma d'hydrogène est porté à la température (150 millions de degrés Celsius) à laquelle les réactions de fusion peuvent se produire.

Les acteurs : la Chine, l'Union européenne avec le Royaume-Uni et la Suisse, l'Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis. La France participe à ITER à la fois dans le cadre de l'Union européenne et au titre de « pays hôte » de l'installation.

Le calendrier : le Tokamak ITER doit être opérationnel d'ici cinq ans, et monter progressivement en puissance pour aborder les opérations à pleine puissance à l'horizon 2035.

Les défis :  la phase d'assemblage de la machine, qui a débuté au printemps 2020, est une des plus délicates de tout le programme ITER. Des pièces pesant plusieurs centaines de tonnes doivent être assemblées avec des tolérances de l'ordre du 10e de millimètre.

ITER et au-delà : ITER (en latin « le chemin ») ouvre la voie à la maîtrise industrielle de la fusion de l'hydrogène. Déjà, les membres du programme ont engagé les études conceptuelles de la « machine d'après », collectivement baptisée DEMO. Proche du prototype industriel, DEMO fonctionnera de manière continue et sera raccordé au réseau de distribution de l'électricité.

L'avenir : les premières centrales de fusion pourraient voir le jour dès 2045. Les années 2055-2060 seraient celles du déploiement industriel et commercial. A partir de 2060, en complément des énergies renouvelables, la « filière fusion » pourrait contribuer de manière significative à l'alimentation en électricité des populations de la planète.