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Ligne cryogénique pour le LHC au CERN [ Retour vers  Références  ]

Air liquide a conçu et développé la ligne de distribution cryogénique, alimentant en hélium superfluide à une température de 1,9 K, l'ensemble des aimants supraconducteurs de l'accélérateur de particules LHC au CERN, à Genève.

Le projet QRL


© CERN

La puissance froide générée est acheminée jusqu’aux aimants supraconducteurs du LHC via une ligne cryogénique. Pour pouvoir l’alimenter, il faut tout d’abord recueillir les deux flux d’hélium (à 4,5 K et 1,8 K) issus des réfrigérateurs 18 kW et des systèmes de compression froide CCS. Cinq boîtes de distribution cryogénique sont installées dans les puits d’accès au tunnel du LHC. Constituées d’une enveloppe à vide, de vannes et connexions vers les dispositifs amont et aval, elles permettent de raccorder les équipements réfrigérants à l’accélérateur proprement dit.
Les cryo-aimants étant répartis sur 27 km, la ligne de distribution cryogénique QRL suit le même tracé. Le tunnel du LHC contient donc deux anneaux : le premier est constitué des aimants et des cavités accélératrices des protons : le LHC, le second dit “anneau cryogénique” ou QRL transmet la puissance froide nécessaire pour maintenir les aimants à 1,8 K. Tout comme le LHC, la ligne cryogénique est divisée en huit secteurs, chacun d’eux étant relié à un réfrigérateur 18 kW et un système de compression froide via les boîtes de distribution.

L'expertise Air Liquide

Pour réaliser cette première mondiale que représente cette ligne cryogénique permettant de faire circuler 100 tonnes d’hélium liquide sur 27 km, Air Liquide a agi en deux temps.
En 2001, après trois ans de développement, le groupe a fourni un prototype destiné à alimenter une première section longue de 100 mètres. Ses performances étant validées par le CERN, en 2002 Air Liquide a été sélectionné pour concevoir et industrialiser l’ensemble de l’anneau cryogénique.

Pour en élargir le principe du prototype aux cinq lignes cryogéniques installées sous vide sur les 27 km de l’anneau, les équipes Air Liquide ont réalisé de nouvelles études, ont précisé de nombreux paramètres, et ont pris en compte l’industrialisation inhérente à un tel projet. Elles se sont organiser pour produire sur 5 sites européens tous les éléments devant être livrés et montés au CERN et gérer des milliers de références et des quantités importantes pour chacune d’elles.
Pour la production en série proprement dite, il a fallu spécialiser chaque atelier (parfois même les créer et les équiper), mettre à disposition des outillages spécifiques, qualifier les opérateurs, constituer des stocks, approvisionner les sites en pièces et composants…

L'innovation Air Liquide

Le chantier QRL comptait plusieurs difficultés, auxquelles DTA a apporté des solutions.

L’étendue de l’ouvrage est considérable. La logistique a été pensée, avec l’aide du CERN, pour faciliter les échanges, les déplacements et l’acheminement du matériel. Sous le tunnel, les équipes communiquaient par GSM et circulaient à vélo. L’immensité du chantier a également exigé une cartographie précise des 2 600 pièces de la QRL, pour la traçabilité : 125 000 données traitées.

Le chantier est enterré, avec les inconvénients des interventions en atmosphère confinée. Les modes opératoires ont été définis avec la préoccupation constante de sécurité. Les équipes portaient le masque de secours Oxalair, qu'Air Liquide avait créé pour l'aéronautique. Air Liquide a même conçu certains outils technologiques spécifiques, comme une tête de machine à souder, unique au monde, qui se déplace automatiquement là où la main du soudeur ne passe pas.

La performance de la cryogénie dépend de la propreté des matériaux et de l’étanchéité. Air Liquide a développé une technique de recherche de fuites sur site, délicate dans un tunnel. Sur 12 000 soudures réalisées, seules dix fuites ont été décelées.

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