Schéma du stellarator W7X
La dernière bobine du Wendelstein W7X a quitté le CEA-Saclay la semaine dernière, le mercredi 9 septembre 2009. Ce départ marque la fin de la période d’essais des 70 bobines de ce réacteur de fusion et le succès d’un grand projet commencé en 1998 qui a mobilisé de nombreuses équipes de l’Irfu (initalement appelé DAPNIA) . Cette 70ème bobine vient d’être testée et validée dans la station d’essais W7x et rejoint ses 69 congénères ; des bobines supraconductrices en cours d’assemblage sur la machine de recherche du programme européen de fusion thermonucléaire par confinement magnétique : le Stellarator Wendelstein 7-X.
Réalisés dans le cadre d'un accord de collaboration franco-allemand avec le Max Planck Institut - IPP Greifswald, ces tests ont été l'occasion de très nombreux contacts internationaux et constituent une contribution essentielle du CEA au programme de fusion.
L'accord de collaboration entre l'Institut de Physique du Plasma de Garching et le CEA a été signé en juin 1998 et de nombreuses équipes de l'Irfu ont été mobilisées et plus particulièrement au sein du SACM et du SIS. En 2003, après les phases d'étude, de réalisation et de validation de la station d'essais, la phase de test des aimants a alors débuté.....
Les premières bobines planaires et non-planaires ayant rencontré des difficultés techniques et ce sont en réalité 91 tests cryogéniques qu'il a fallu effectuer pour valider les 70 aimants. L'efficacité des tests n'a fait qu'augmenter au fil des ans pour atteindre une moyenne de 2,5 bobines testées par mois en 2008.
Ce projet a permis à l'institut de renforcer ses compétences dans les domaines de la cryogénie, de la supraconductivité, des « câbles in conduit » et de l'instrumentation.
Plus particulièrement, c'est la première fois que des aimants supraconducteurs multicouches utilisant comme conducteur un « cable in conduit » ont été testés.
Dans ce type de câble, l'hélium supercritique passe au centre du conducteur afin de le stabiliser en température. Ceci signifie qu'il est nécessaire d'isoler électriquement tout organe directement connecté à l'aimant (tubes d'alimentation d'hélium, amenées de courant, instrumentation...). Nous avons donc dû concevoir une station d'essais pouvant tenir des tensions d'isolement de l'ordre de 10 kV à une température de 5K.
Une autre difficulté a été la réalisation des boîtes jonction électriques permettant de connecter l'aimant à tester à la station d'essais. Ces boîtes devaient être réutilisables (70 aimants à tester soit 140 boîtes) faciles à assembler et ne nécessitant pas de soudure ou de meulage lors de la fermeture ou de l'ouverture de celles-ci. De plus, elles devaient être parfaitement étanches sous une pression de 40 bars à une température de 5K.
Après la réalisation de plusieurs prototypes, nous sommes arrivé au design suivant:
- Une semelle en cuivre soudée au corps de la boîte de jonction par explosion.
- Une plaque d'inox servant à presser le câble tout en permettant le passage de l'hélium.
- Des joints métalliques (type hélicoflex) assurant l'étanchéité de la boîte.
Ce sont environ 200 jonctions qui ont été réalisées et qui ont démontré leur parfaite fiabilité tout au long des tests.
Bien sûr, tout au cours de ces années, nous avons rencontré de nombreuses difficultés techniques mais la solidarité de l'équipe, la participation de chacun et le travail dans la joie et la bonne humeur nous ont permis de surmonter ces problèmes et de renforcer les liens qui unissaient l'équipe.
Un grand merci à toutes les personnes qui ont contribué à la réalisation de ce projet.
Contact:
• Physique et technologie des aimants supraconducteurs
• Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS) • Le Département des accélérateurs, de cryogénie et de magnétisme (DACM)
• W7X
