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De nouvelles étapes franchies pour ITER

Cryogénie

La conception et la fabrication en ateliers vont laisser la place à l’installation des équipements cryogéniques du réacteur de fusion expérimental ITER sur le site de construction à  Saint-Paul-lez-Durance. Tour d’horizon des jalons franchis en 2016 et des avancées attendues en 2017, tant sur le site d’ITER qu’ailleurs dans le monde, dans le cadre du programme de recherche complémentaire “Approche élargie” entre l’Europe et le Japon.

En 2016, le projet ITER a traversé des étapes majeures. Les résultats obtenus grâce aux développements de l’accord “Approche élargie” ont en particulier été sensibles. À Naka, au Japon, le réacteur JT-60SA(1) a reçu son usine cryogénique fabriquée par Air Liquide. Les essais sur la station de compression et sur les deux boîtes froides(2) de l’unité ont validé les spécifications et les performances, dans différentes configurations, à 80 K et 4 K (soit - 190 °C et - 270 °C environ). Ces tests constituaient pour les équipes un défi, sachant que l’usine cryogénique de JT-60SA est un concentré d’innovations. En Italie aussi, Air Liquide contribue aux succès d’ITER. Le groupe a en effet signé un contrat pour fournir un réfrigérateur d’hélium avec une boîte de distribution, destinée à l’expérience Mitica. Celle-ci est hébergée au sein de l’installation Prima à Padoue, en vue de tester un injecteur de neutrons (Neutron Beam Injector NBI), semblable à celui qui sera utilisé sur le tokamak d’ITER.

“Dans le cadre du projet JT-60SA, l’efficacité du tandem Air Liquide-CEA a été particulièrement appréciée et a fait l’admiration de nos exigeants partenaires et clients Européen (F4E) et Japonais (QST).”
Dr Jean-Claude Vallet, Responsable du Programme JT-60 SA, CEA

« Air Liquide fournit l’unité cryogénique indispensable au confinement de la fusion dans le tokamak d’ITER. Objectif : contrôler la fusion pour qu’elle devienne une source d’énergie sûre, propre et sans limite à l’horizon 2050. »

Flot de livraisons

Revenons en France, sur le site d’ITER, où un convoi exceptionnel est arrivé fin 2016 après un périple de 500 km par route, fleuve et mer depuis les ateliers de Sassenage. Le convoi a transporté les boîtes froides hélium : trois mastodontes de 21 m de long, 4,20 m de diamètre et 135 tonnes chacun. En novembre, deux capacités de stockage d’hélium à 4K ont rejoint ITER livrées par les équipes Ingénierie d’Air Liquide de Champigny : des équipements encore plus imposants – 35 m de long, 4,50 m de diamètre et 160 tonnes chacune – pour évacuer l’hélium contenu dans le tokamak en cas de vaporisation accidentelle de l’hélium liquide. Air Liquide fournira en juin 2017 deux réfrigérateurs azote et deux boucles d’hélium qui apporteront une puissance frigorifique complémentaire à l’usine hélium et optimiseront la récupération du fluide. D’autres briques de réfrigération sont en cours de finalisation : un épurateur d’hélium, deux boîtes à vannes, un sécheur d’hélium - le plus gros jamais réalisé, un équipement d’essais ainsi que les réchauffeurs et les compresseurs servant à récupérer l’hélium. De même, les stations de compression des usines hélium sont en fin de fabrication.

Relier l’usine cryogénique au tokamak

Air Liquide a aussi été chargé de concevoir les 19 lignes cryogéniques d’une longueur totale de 1,6 kms véhiculant l’hélium de l’usine cryogénique au tokamak. En préambule, un prototype a été créé, il concentre les difficultés de l’ouvrage. Le design des lignes d’ITER est en effet complexe. De surcroît, le prototype devait pouvoir absorber les mouvements des matériaux selon les phases de refroidissement ou réchauffement. Sinon, attention à la casse ! Enfin, pour minimiser les variations de température de l’hélium dans les lignes, Air Liquide a installé un super-isolant semblable à ceux des satellites(3), constitué de couches de matériaux et de vide.

Lignes cryogéniques : conception validée !

Les tests ont suivi en novembre. Avant de le mettre à l’épreuve, le prototype a été bardé de capteurs. Les essais ont dépassé les attentes, avec 90 % de correspondance entre réel et simulations. Aujourd’hui, la fabrication du 1er lot de lignes cryogéniques a démarré dans les ateliers de Sassenage, avec une livraison prévue fin 2017. Le lot 1 correspond à la ligne partant du tokamak. Une nouvelle fois, cette fabrication constitue un challenge, car le tokamak n’est pas fixe, installé sur des plots sismiques. Les équipes doivent donc mettre au point un système de découplage sismique particulièrement complexe. Ce sera une première !

Après un périple de plus de 500 km par route et par voie fluviale et maritime, le convoi exceptionnel transportant 3 boîtes froides hélium conçues par Air Liquide a atteint le site d’ITER à Saint-Paul-lez-Durance (13), sa destination finale en décembre.

Retrouvez l’avancement du projet en images sur la visite virtuelle http://static.iter.org/com/360/

(1) Le réacteur JT-60SA vise à optimiser le mode de génération des plasmas de fusion.

(2) Refrigeration Cold Box et Auxiliary Cold Box.

(3) Air Liquide est également présent sur le marché des satellites, lire notre dossier à ce sujet.

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