CMS, l’expérience de physique des particules à la recherche du boson de Higgs auprès du LHC au Cern, est constituée de plusieurs détecteurs imbriqués les uns dans les autres, dont le calorimètre électromagnétique. La construction de ce calorimètre, constitué d’assemblages de plusieurs tonnes de cristaux, nécessite des outils géants d’une précision millimétrique. Le Dapnia a été chargé de la conception et de la réalisation de cet appareillage appelé Enfourneur. Grâce à lui, les deux premiers éléments du calorimètre électromagnétique ont été mis en place avec succès le 27 avril dernier.
Les principaux éléments de CMS sont actuellement pré-assemblés sous un gigantesque hangar. D’ici un an, ils seront descendus à 100 mètres sous terre afin d’être assemblés pour former le détecteur complet. CMS est basé sur le principe des poupées russes, plusieurs détecteurs concentriques sont emboîtés les uns dans les autres. Le calorimètre électromagnétique est un de ces détecteurs, il enveloppe le « tracker central » et vient s’insérer dans le calorimètre hadronique, lui-même est à l’intérieur du solénoïde de CMS (voir Le plus grand solénoïde supraconducteur au monde est en place).
CMS en cours de pré-assemblage
400 barreaux de cristal de tungstate de plomb sont contenus dans chaque module, eux même assemblés par 4 en supermodule.
Le calorimètre électromagnétique, «Ecal » pour les initiés, est destiné à la mesure de l’énergie des photons issus des collisions proton-proton. L’Ecal est constitué d'environ 75 000 barreaux taillés dans des cristaux de tungstate de plomb, un matériau plus transparent que le verre, plus lourd que le fer, mais d’une extrême fragilité.
Les 75 000 barreaux de l’Ecal sont assemblés de façon à former une sorte de tonneau de 4 mètres de diamètre et de 6 mètres de long. Cependant, il serait trop compliqué de construire un tel ensemble en une seule opération. C’est pourquoi les ingénieurs et physiciens de CMS ont choisi de le segmenter en 36 « supermodules », contenant chacun 4 modules de 400 barreaux.
Aujourd’hui, l’assemblage de ces supermodules, auquel le Dapnia participe et dont plusieurs pays ont la charge, est à moitié achevé. Ils vont maintenant recouvrir la paroi interne du calorimètre hadronique qui vient lui-même d’être terminé.
Manipuler des boîtes remplies de cristaux, longues de 3 mètres, pesant 3 tonnes, d’une valeur de l’ordre de 1,3 M€ chacune, en les disposant sur 360° au millimètre près, est loin d’être une chose aisée. De telles opérations exigent des instruments colossaux qui soient aussi précis et agiles que les doigts d’un bijoutier.
Pour cela, les mécaniciens du service d’ingénierie des systèmes du Dapnia ont conçu et réalisé l’Enfourneur. Il s’agit d’un ensemble composé d’une grande cage cylindrique posée un berceau, mais aussi d’une poutre de transport, de bâtis, de systèmes de réglage, de systèmes hydrauliques, le tout utilisé dans une série d’opérations nécessitant une extrême méticulosité (positionnement, levage, rotation, translation, alignement, glissement).
L'Enfourneur positionné devant CMS.
Les mécaniciens et physiciens responsables du montage du calorimètre électromagnétique.
Fin février l’enfourneur rejoignait le site d’assemblage de CMS. Le 27 avril dernier, la cage rouge vif et le berceau vert de l’Enfourneur ont été positionnés devant le solénoïde et les deux premiers module étaient mis en place.
Les ingénieurs et techniciens du Dapnia ont pu savourer leur réussite lorsqu’ils ont constaté que le cahier des charges qui leur avait été imposé avait été mieux que respecté. En effet, les supermodules ne devaient pas se déformer de plus d’un millimètre durant toutes les manipulations nécessaires à leur mise en place. L’enfourneur du Dapnia a réussi à contenir cette déformation en dessous de 0,3 millimètre. Un vrai succès …
• Constituants élémentaires et symétries fondamentales › Physique des particules auprès des collisionneurs
• Le Département d'Ingénierie des Systèmes (DIS)
• CMS • CMS calorimètre
