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Réparation de l'écran thermique : Où en sommes-nous ?

26 fév 2024
Les panneaux d'écran thermique, qui enveloppent les secteurs de la chambre à vide, tapissent la paroi interne du cryostat et recouvrent les faces latérales des supports des bobines verticales, forment une barrière qui empêche les transferts de chaleur vers les aimants supraconducteurs ultra-froids du tokamak. Ces panneaux, qui couvrent une surface d'environ 4 000 m², sont activement refroidis par un réseau de tubulures de petit diamètre soudées à leur surface. Au mois de novembre 2021, de microscopiques fissures ont été détectées dans les tubulures de trois panneaux d'écran thermique de la chambre à vide non encore installés. Considérant qu'il pouvait s'agir d'un problème générique, les ingénieurs d'ITER ont pris la décision de déposer et de remplacer l'ensemble des tubulures de refroidissement (23 kilomètres au total) et, dans certains cas, d'adopter une nouvelle méthode de fixation.
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Dans l'installation de bobinage des aimants de champ poloïdal les panneaux d'écran thermique de la chambre à vide sont inspectés (ici à l'aide d'un dispositif d'endoscopie) et testés afin d'identifier d'éventuelles fissures.
Deux ans et quelques mois plus tard, les opérations de réparation ont déjà bien progressé. Deux des 9 « unités d'assemblage » de l'écran thermique de la chambre à vide (comprenant chacune un segment interne et deux segments externes) ont été expédiées en Inde pour être réparées par INOX-CVA, un sous-traitant d'ITER Organization. Les premiers panneaux sont sur le chemin du retour et, au mois de décembre, un contrat a été signé, portant sur la réparation de trois autres unités. « INOX-CVA dépose les tubulures, procède à l'usinage de la surface des panneaux et soude de nouvelles tubulures, explique Chang Hyun Noh, le responsable par intérim du programme de réparation de l'écran thermique de la chambre à vide et du cryostat. La procédure d'usinage permet d'éliminer la fine couche d'argent qui se trouvait sous les tubulures, si bien que le rinçage au chlore, qui est en partie responsable du problème de fissuration, par corrosion sous contrainte, n'est plus nécessaire. »

Compte tenu des risques de déformation des panneaux d'écran thermique lors de la dépose et du re-soudage des tubulures de refroidissement, ITER Organization a demandé, à une entreprise coréenne, SamHong Heavy Machinery, de fabriquer deux unités d'assemblage supplémentaires. Le polissage fin de la surface des panneaux, en remplacement du placage argent, simplifiera le processus de fabrication tout en garantissant des « performances similaires » en termes d'émissivité thermique.

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Les panneaux d'écran thermique, qui forment une barrière empêchant les transferts de chaleur vers les aimants supraconducteurs ultra-froids du tokamak, couvrent une surface d'environ 4 000 m². En fonction de la nature et de l'accessibilité des différents éléments de l'écran thermique, plusieurs stratégies sont mises en œuvre pour remplacer les 23 kilomètres de tubulures de refroidissement qui les parcourent.
En parallèle, les panneaux d'écran thermique restants sont inspectés et testés dans l'installation de bobinage des aimants de champ poloïdal, partiellement inoccupée, afin de rechercher d'éventuelles fissures. « Seuls les panneaux exempts de fissuration évolutive, et qui ne présentent que des défauts de surface mineurs sont expédiés en Inde pour y être réparés », souligne Chang Hyun Noh.

L'année dernière, les panneaux d'écran thermique qui assurent la protection des piédestaux (gravity supports) des 18 bobines de champ toroïdal ont été extraits du puits d'assemblage de la machine. Du fait de leur poids relativement modeste (730 kg chacun) et de leur forme rectangulaire simple, ils sont plus faciles à manipuler. Les tubulures ont été retirées des panneaux qui ont été expédiés chez un sous-traitant, dans la région lyonnaise, pour être réusinés. Une fois l'usinage terminé (cette opération élimine environ 2 mm de matériau), les panneaux seront renvoyés à ITER et de nouvelles tubulures seront soudées sous la responsabilité de CNPE, le sous-traitant chargé du contrat d'assemblage TAC1.

L'intervention sur la partie basse de l'écran thermique du cryostat, installée au mois de janvier 2021, est plus délicate. En raison des contraintes d'espace et des exigences de propreté à l'intérieur du puits d'assemblage, il n'était pas envisageable de déposer puis de re-souder les tubulures de refroidissement. De nouvelles tubulures seront donc fixées à la surface des panneaux à l'aide d'attaches. Cependant, tant que les bobines de champ poloïdal numéros 5 et 6 se trouvent dans leur position temporaire actuelle, une partie de la zone basse de l'écran thermique du cryostat demeure inaccessible. Les réparations ne pourront être finalisées qu'une fois les bobines relevées et positionnées de manière définitive.

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Une fois réparés et, pour certains d'entre eux, refabriqués, les panneaux d'écran thermique seront réinstallés entre les secteurs de la chambre à vide et les bobines de champ toroïdal pour former les modules qui, une fois réunis, constitueront la chambre toroïdale où se produiront les réactions de fusion.
Des réparations préventives seront effectuées sur d'autres éléments de l'écran thermique de la machine, notamment sur les parties équatoriale et haute de l'écran thermique du cryostat, livrées en 2021 et actuellement stockées par DAHER, le prestataire logistique international d'ITER, dans un grand entrepôt proche du port industriel de Marseille. Fondées sur les enseignements tirés de la réparation de l'écran thermique de la chambre à vide, les spécifications techniques sont en cours d'élaboration et un appel d'offres sera lancé prochainement.

Chang Hyun Noh estime que les réparations des écrans thermiques des supports seront terminées début 2025 et celles de l'écran thermique de la chambre à vide d'ici le premier trimestre 2026. Quant à la partie basse de l'écran thermique du cryostat (cylindre inférieur), le calendrier est tributaire de la mise en place définitive des bobines de champ poloïdal 5 et 6 après que les 18 bobines de champ toroïdal auront été installées.

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