Cylindre inférieur du cryostat
L'assemblage franchit une nouvelle étape
7 sep 2020
L'atmosphère était la même, mais les défis sensiblement différents. La base du cryostat, mise en place dans le puits d'assemblage le 26 mai, était un élément exceptionnellement lourd (1 250 tonnes), rigide et homogène. Le cylindre inférieur, par comparaison, était beaucoup plus léger (375 tonnes) et, du fait de ses nombreuses ouvertures, plus « flexible » et susceptible de se déformer. Sa masse, en outre, n'était pas uniformément répartie : un des côtés, fortement renforcé pour accommoder la connexion au système d'injection de neutres, était sensiblement plus lourd que l'autre et nécessitait une adaptation du système de levage.
Une autre image digne d'un film de science-fiction : le cylindre inférieur du cryostat s'élève lentement avant d'être transféré vers dans le puits d'assemblage.
Depuis le mois d'avril 2019, le cylindre patientait dans son berceau d'acier, soigneusement enveloppé d'un cocon protecteur. Le 22 août 2020, chargé sur une remorque modulaire, il entrait par la grande porte dans le Hall d'assemblage.
Se préparer pour soulever, transférer et insérer le cylindre inférieur du cryostat dans le puits d'assemblage aura nécessité plus d'une semaine de travail, depuis les opérations de métrologie jusqu'à l'installation des systèmes de levage et d'accrochage, la connexion au double pont roulant, et enfin un essai de levage pour évaluer l'amplitude des déformations subies par la pièce.
Près de 15 heures après le début des opérations, le cylindre inférieur du cryostat a presque atteint sa position finale, au-dessus de la base. Avant d'entreprendre les opérations de soudage, des semaines d'ajustement seront nécessaires.
Le 31 août, les préparatifs étaient achevés et l'opération de levage et de transfert de l'anneau—dont le diamètre est le même que celui du cercle de pierres de Stonehenge—pouvait être engagée.
À la mi-journée, le cylindre semblait planer, immobile, à la verticale de l'ouverture du puits d'assemblage (voir la vidéo ci-dessous). Le puits d'assemblage, vide avant l'insertion de la base du cryostat, avait accueilli, entre temps un grand nombre d'éléments—à certains endroits, l'espace entre le cryostat et les parois se trouvait réduit à moins de dix centimètres.
Outre ces contraintes d'espace, l'alignement avec la base du cryostat et avec les ouvertures du cylindre de béton devait tenir compte des légers mouvements rotatifs que la production de plasmas imprimerait au cryostat.
Le spectacle était unique : un anneau de métal ajouré et presque frêle en dépit de ses 10 mètres de haut et ses 30 mètres de diamètre, glissant à l'intérieur d'un puits immense tout en alignant parfaitement ses ouvertures avec celles du cylindre de béton.
Alors que le cylindre inférieur parvenait au terme de sa descente pour reposer, temporairement, sur des vérins hydrauliques positionnés sur la base, chacun pouvait prendre la mesure de l'extraordinaire précision avec laquelle l'opération avait été réalisée.
Une semaine plus tard, le cylindre inférieur du cryostat reposait sur ses appuis définitifs. L'espace entre les deux sections du cryostat avait été réduit à six millimètres.
Bientôt, les opérations de soudage automatique pouvaient débuter. Prévues pour durer quatre à cinq mois, elles seront réalisées par les spécialistes de MAN Energy Solutions, la société spécialisée à laquelle l'Agence domestique indienne avait déjà confié l'assemblage et le soudage, sur site, des différents segments du cryostat.
Regardez une vidéo de la journée du 31 août (en anglais) ici.
Le jour du transfert
Le 22 août, le cylindre inférieur du cryostat est transféré de l'Atelier cryostat, où il a été débarrassé de son cocon protecteur, jusqu'au bâtiment de nettoyage.
De justesse
Sur le plateau de la remorque, le cylindre, haut de dix mètres, passe la porte grande ouverte du bâtiment de nettoyage. Une fois la porte close, cette espace servira de sas entre le Hall d'assemblage « propre » et l'environnement extérieur.
Bienvenue !
L'anneau pénètre dans le Hall d'assemblage. Pour lui faire place, on a déplacé le premier secteur de chambre à vide récemment livré.
Sans commune mesure
Dix mètres de haut, 30 mètres de diamètre, 375 tonnes... le cylindre inférieur est l'élément le plus imposant (mais pas le plus lourd) installé à ce jour dans le puits d'assemblage. La pièce compte de multiples ouvertures qui doivent s'aligner parfaitement avec les interfaces correspondantes sur les parois du puits.
A l'épreuve de la réalité
De par sa forme cylindrique, la pièce peut subir de légères déformations lors de l'opération de levage. Il est donc indispensable de réaliser un levage d'essai afin de vérifier que les déformations effectives demeurent dans les tolérances prévues.
Dans les airs
Lundi 31 août, le cylindre inférieur du cryostat ITER s'élève dans les airs et entame son transfert vers le puits du tokamak. L'opération durera une quinzaine d'heures.
Prêt pour la descente
Alors que l'on aperçoit la base du cryostat au fond du puits, le cylindre inférieur est positionné de manière à aborder la phase de descente. Les systèmes de levage et d'accrochage jouent un rôle essentiel pour assurer la stabilité du composant lors de cette opération.
Opération de précision
A certains endroits, l'espace entre l'anneau d'acier et le bouclier biologique ne dépasse pas dix centimètres, ce qui constitue une des difficultés de l'opération.
Coopération de haut vol
Le succès de l'opération de levage repose sur la coopération entre de nombreux acteurs : les équipes d'ITER Organization responsables de l'assemblage, le consortium CNPE à qui incombe l'assemblage de la machine, MOMENTUM qui supervise la construction d'ITER, REEL à la manœuvre pour le pont-roulant, et APAVE pour les questions de sûreté et de sécurité. Chaque acteur a un rôle essentiel et la coopération de tous est capitale.
Pas de place pour l'approximation
Chaque ouverture dans le cylindre du cryostat doit être précisément positionnée face aux ouvertures correspondantes dans le bouclier biologique. À droite de l'image, les ouvertures ovales prévues pour les injecteurs de neutres. Le renforcement des « ports » correspondants induit une différence de poids non négligeable sur ce côté de la pièce, que les opérateurs compensent par un réglage fin du système de levage.
Plus que quatre mètres
Il reste environ quatre mètres avant que la partie inférieure du cylindre entre en contact avec la base du cryostat. Lorsque la distance ne sera plus que de quelques centimètres, l'élément reposera sur des vérins hydrauliques le temps que les calculs métrologiques confirment l'alignement.
Un volume colossal
Inséré dans le puits du tokamak, profond de 30 mètres, le rôle du cryostat est de garantir un environnement sous vide pour la chambre à vide et les aimants. Son volume total est de 16 000 m³ et son volume de pompage, une fois tous les composants installés, atteint 8 500 m³. Avec leur forme ovale, les « ports » dédiés à l'injection de neutres et leurs structures de renfort sont bien visibles sur la droite.
Presque en place
Après d'ultimes mesures et vérifications, le cylindre inférieur du cryostat atteint la base avant d'être détaché du pont roulant. La phase de soudage des deux éléments, réalisée par MAN Energy Solutions pour le compte de l'agence domestique indienne, interviendra au début du mois d'octobre et devrait durer cinq mois.