Les grands télescopes au sol ayant des miroirs supérieurs à 8 m de diamètre1 utilisent des montures azimutales pour pointer les astres. Pendant le suivi d’une étoile, la rotation de la Terre implique une rotation du champ observé sur le détecteur d’astrophysique créant ainsi des images « filées ». Pour corriger cet effet, les instruments montés sur ces télescopes emploient un « dérotateur de champ », mécanisme dont la fonction principale est de faire tourner des ensembles de miroirs à très basse vitesse et avec une très grande précision. Pour l’instrument METIS, l’Irfu a développé l’un des tous premiers2 dérotateurs au monde fonctionnant à -210 °C. Entièrement conçu, développé et testé par l’Irfu au sein du DIS (département d'ingénierie des systèmes), le dérotateur de METIS atteint des performances au-delà des spécifications attendues. En phase de tests, sa qualification s'achevera à la fin de 2023 à l'ESO, à Garching, Allemagne.
Si l’utilisation de mécanismes de dérotation de champ est relativement commune dans les instruments d’astrophysique au sol, la majorité des communautés scientifiques choisit de placer ce mécanisme en amont de l’instrument cryogénique, de manière à le faire fonctionner à température ambiante. Ainsi, les niveaux de précision demandés (de l’ordre de quelques millièmes de degrés) sont atteints en utilisant des composants « standards » comme des platines motorisées, des codeurs optiques, des roulements à billes et des réducteurs lubrifiés.
Pour diminuer le bruit de fond instrumental, l’instrument METIS du futur ELT sera entièrement refroidi à des températures voisines de -210°C et par conséquent, le mécanisme de dérotation du champ devra aussi fonctionner sous vide à ces températures.
Pour révéler l’influence des composantes sombres de l'Univers, Euclid va, au cours des six prochaines années observer les formes, les distances et les mouvements de milliards de galaxies. Cette cartographie s’étendra sur des époques remontant aux 10 derniers milliards d’années de l’histoire cosmique afin de mieux comprendre où, quand et comment agissent l'énergie et la matière sombres, deux composantes clefs de l'univers encore mystérieuses.
En prélude à la mission, il a été décidé d’illustrer les capacités scientifiques et instrumentales du satellite à travers une série d’images de l’Univers proche. Jean-Charles Cuillandre, astronome au département d’astrophysique du CEA-Irfu a mené cette campagne « ERO » (Early Release Observations) de plusieurs mois, avec un groupe de scientifiques de la collaboration Euclid et de l’ESA, depuis le choix des cinq sources astrophysiques jusqu’au traitement des images, des données brutes aux images analysées et combinant les réponses des instruments VIS (lumière visible) et NISP (en infrarouge proche).
Les matériaux supraconducteurs à basse température critique sont largement utilisés dans les aimants à haut-champ mais leur comportement est intimement lié aux déformations qu’ils subissent. Dès lors, des études sur les impacts des efforts sur les structures mécaniques sont indispensables. Le projet SUPRAMITEX participe à l’effort de recherche en utilisant le code parallèle AMITEX-FFTP développé dans le cadre du projet SIMU/MATIX pour réaliser des simulations mécaniques non-linéaires sur des microstructures hétérogènes. Ce travail réalisé a permis de montrer l’intérêt du code AMITEX pour simuler le comportement mécanique de ces composants, à différentes échelles, pour des comportements élastique et élasto-plastique des pour échelles de simulation jusqu’ici irréalisables.
Le PEPR Suprafusion (Programme d'équipement prioritaire de recherche exploratoire), proposé par le CEA et le CNRS, est lauréat de la troisième vague d'appel à projets du plan France 2030. Ce financement de 50 millions d'euros permettra le développement des supraconducteurs à haute température afin de répondre aux défis énergétiques et sociétaux de demain, notamment avec une application dans le domaine de la fusion. Le programme repose sur 3 axes : le développement des briques technologiques du HTS (supraconducteur haute température), la démonstration à grande échelle de la faisabilité technologique et l’exploration des applications de rupture.
Le projet MADMAX, dont le lancement a eu lieu en novembre 2016, est mené par le Max Planck Institut für Physik en collaboration avec plusieurs instituts européens. Le projet a pour objectif la découverte d’axions d’une masse d’environ 100 µeV, candidats potentiels à la matière noire. Pour détecter ces axions, il est nécessaire de développer un détecteur spécifique composé d’un amplificateur de signal électromagnétique et d’un aimant proportionnel à la taille de l’amplificateur et délivrant un fort champ magnétique. Afin de valider les innovations dans la fabrication du conducteur de l’aimant, son concept de refroidissement et la détection du quench, un démonstrateur a été conçu, fabriqué, intégré et testé entre mars 2020 et août 2021. Il est dénommé MACQU pour MADMAX Coil for Quench Understanding. L’ensemble du design, allant du conducteur à la structure de supportage en passant par l’aimant MACQU, son écran thermique et les busbars, a été réalisé au CEA. Le démonstrateur, fabriqué par l’industriel Bilfinger Noell GmbH, est arrivé en mars 2021 et fut testé avec succès entre le 18 mai et le 27 août 2021. L’analyse des données maintenant terminée apporte les réponses souhaitées et ouvre de nouvelles pistes de travail inattendues. La preuve de faisabilité du concept de câble, de son refroidissement ainsi que de la détection du quench pour l’aimant MADMAX a été démontrée lors de ces essais.
Le projet MADMAX, dont le lancement a eu lieu en novembre 2016, est mené par le Max Planck Institut für Physik en collaboration avec plusieurs instituts européens. Le projet a pour objectif la découverte d’axions d’une masse d’environ 100 µeV, candidats potentiels à la matière noire. Pour détecter ces axions, il est nécessaire de développer un détecteur spécifique composé d’un amplificateur de signal électromagnétique et d’un aimant proportionnel à la taille de l’amplificateur et délivrant un fort champ magnétique. Afin de valider les innovations dans la fabrication du conducteur de l’aimant, son concept de refroidissement et la détection du quench, un démonstrateur a été conçu, fabriqué, intégré et testé entre mars 2020 et août 2021. Il est dénommé MACQU pour MADMAX Coil for Quench Understanding. L’ensemble du design, allant du conducteur à la structure de supportage en passant par l’aimant MACQU, son écran thermique et les busbars, a été réalisé au CEA. Le démonstrateur, fabriqué par l’industriel Bilfinger Noell GmbH, est arrivé en mars 2021 et fut testé avec succès entre le 18 mai et le 27 août 2021. L’analyse des données maintenant terminée apporte les réponses souhaitées et ouvre de nouvelles pistes de travail inattendues. La preuve de faisabilité du concept de câble, de son refroidissement ainsi que de la détection du quench pour l’aimant MADMAX a été démontrée lors de ces essais.
Pour révéler l’influence des composantes sombres de l'Univers, Euclid va, au cours des six prochaines années observer les formes, les distances et les mouvements de milliards de galaxies. Cette cartographie s’étendra sur des époques remontant aux 10 derniers milliards d’années de l’histoire cosmique afin de mieux comprendre où, quand et comment agissent l'énergie et la matière sombres, deux composantes clefs de l'univers encore mystérieuses.
En prélude à la mission, il a été décidé d’illustrer les capacités scientifiques et instrumentales du satellite à travers une série d’images de l’Univers proche. Jean-Charles Cuillandre, astronome au département d’astrophysique du CEA-Irfu a mené cette campagne « ERO » (Early Release Observations) de plusieurs mois, avec un groupe de scientifiques de la collaboration Euclid et de l’ESA, depuis le choix des cinq sources astrophysiques jusqu’au traitement des images, des données brutes aux images analysées et combinant les réponses des instruments VIS (lumière visible) et NISP (en infrarouge proche).
Le satellite Euclid, lancé de Cap Canaveral le 1er juillet, voyage pour atteindre son orbite au deuxième point de Lagrange qu’il devrait atteindre début août. Ce temps de transit a été mis à profit pour mettre Euclid en service, en vérifiant les services du satellite tels que les communications, l'alimentation et le pointage, puis les deux instruments VIS et NISP, ainsi que le réglage de la mise au point du télescope. Les équipes chargées des instruments viennent de publier les premières images "brutes" (sans traitement) pour marquer la réussite de la mise en service des instruments.
Marc Sauvage (astrophysicien au DAp/Irfu et un des deux représentants francais au conseil du consortium d'Euclid) :"Ces images correspondent parfaitement à ce que nous avions simulé, mais dans une simulation on sait que tout ce qu’on voit à été mis là exprès, donc d’une certaine façon c’est sans surprise. Là, tout ce qu’on voit est réel, rien de ce qu’on voit n’était connu à ce niveau de détail, ça nous donne envie de regarder dans tous les coins, d’agrandir tout pour voir le plus de détails possibles. Et comme il y a énormément de détails rien que sur ces deux images, ça en devient vertigineux!"
Michel Berthé (chef de projet Euclid au DAp/Irfu): « Je suis réellement émerveillé par la beauté de ces images et la quantité d’information que l’on peut y trouver. Nous ne sommes qu’au tout début de l’analyse de ces premiers résultats mais ceux-ci sont déjà très prometteurs.
Toutes les équipes du CEA qui ont travaillé depuis plus de 10 ans à le conception, la réalisation et aux essais des éléments que nous avons fournis pour les 2 instruments VIS et NISP sont particulièrement fières ce ces premiers résultats qui démontrent le fonctionnement nominal de nos fournitures ainsi que de l’ensemble du satellite »
Samedi 1er juillet 2023, le satellite Euclid a été lancé par une Falcon 9 de SpaceX depuis la base spatiale de Cap Canaveral en Floride. Euclid est maintenant en route pour le second point de Lagrange à 1,5 million de kilomètres de la Terre où il observera pendant 6 ans des milliers de galaxies.
Grâce à l’expertise développée par le CEA lors des projets Spiral2 et Ifmif, le CEA signe en 2014 un contrat avec le centre de recherche nucléaire de Soreq (SNRC, Israël) pour la réalisation d’un accélérateur linéaire supraconducteur nommé Saraf (Soreq Applied Research Accelerator Facility). Il s’agit de construire un accélérateur pouvant fournir des faisceaux de protons et de deutons d’énergie variable entre 5 et 40 MeV avec une intensité allant jusqu’à 5 mA. Cet équipement sera un outil important pour la recherche fondamentale notamment en physique nucléaire, en caractérisation de matériaux grâce aux neutrons ou production de radio-isotopes médicaux. Le CEA est responsable de la conception, la fabrication et la qualification de 5 sous-ensembles : la MEBT et les 4 cryomodules de l’accélérateur linéaire. En 2023, le CEA a qualifié la MEBT livrée en 2020 et a livré à Soreq le premier cryomodule.
Les matériaux supraconducteurs à basse température critique sont largement utilisés dans les aimants à haut-champ mais leur comportement est intimement lié aux déformations qu’ils subissent. Dès lors, des études sur les impacts des efforts sur les structures mécaniques sont indispensables. Le projet SUPRAMITEX participe à l’effort de recherche en utilisant le code parallèle AMITEX-FFTP développé dans le cadre du projet SIMU/MATIX pour réaliser des simulations mécaniques non-linéaires sur des microstructures hétérogènes. Ce travail réalisé a permis de montrer l’intérêt du code AMITEX pour simuler le comportement mécanique de ces composants, à différentes échelles, pour des comportements élastique et élasto-plastique des pour échelles de simulation jusqu’ici irréalisables.
Le projet MADMAX, dont le lancement a eu lieu en novembre 2016, est mené par le Max Planck Institut für Physik en collaboration avec plusieurs instituts européens. Le projet a pour objectif la découverte d’axions d’une masse d’environ 100 µeV, candidats potentiels à la matière noire. Pour détecter ces axions, il est nécessaire de développer un détecteur spécifique composé d’un amplificateur de signal électromagnétique et d’un aimant proportionnel à la taille de l’amplificateur et délivrant un fort champ magnétique. Afin de valider les innovations dans la fabrication du conducteur de l’aimant, son concept de refroidissement et la détection du quench, un démonstrateur a été conçu, fabriqué, intégré et testé entre mars 2020 et août 2021. Il est dénommé MACQU pour MADMAX Coil for Quench Understanding. L’ensemble du design, allant du conducteur à la structure de supportage en passant par l’aimant MACQU, son écran thermique et les busbars, a été réalisé au CEA. Le démonstrateur, fabriqué par l’industriel Bilfinger Noell GmbH, est arrivé en mars 2021 et fut testé avec succès entre le 18 mai et le 27 août 2021. L’analyse des données maintenant terminée apporte les réponses souhaitées et ouvre de nouvelles pistes de travail inattendues. La preuve de faisabilité du concept de câble, de son refroidissement ainsi que de la détection du quench pour l’aimant MADMAX a été démontrée lors de ces essais.
JT-60SA, le plus grand tokamak au Japon, a été mis en fonctionnement le 1er décembre.
Les départements du DACM et du DIS de l'Irfu, sont des acteurs clés de ce projet qui a duré 10 ans, à travers leurs contributions sur les aimants supraconducteurs et les structures mécaniques pour les assembler en tokamak.
Walid ABDEL MAKSOUD, ancien chef de projet du projet JT60-SA pour les aimants témoigne:
« Ce premier plasma représente aujourd’hui l’aboutissement d’une aventure scientifique extraordinaire ayant duré plus de 10 ans. L’ensemble des équipes de l’Irfu ayant participé au projet JT-60SA sont très fières d’avoir contribuer à ce magnifique succès. En effet, les tests cryogéniques réalisés à Saclay ont d’abord permis de qualifier le fonctionnement nominal des 18 bobines TF à 25.7 kA et 5 K. Une fois testées, le pré-assemblage de leurs structures mécaniques (OIS) réalisé par nos équipes techniques avec d’excellentes tolérances a permis à QST d’assembler les 18 bobines TF dans le Tokamak avec succès »
Gaël Disset, ancien chef de projet du projet JT60-SA pour la partie mecanique témoigne:
« Au bout de plus de 10 ans d’une extraordinaire aventure, toutes les équipes de l’Irfu ayant contribué au projet JT-60SA sont très fières de voir ce premier plasma ! Les structures mécaniques tiennent bon et les bobines EF atteignent les performances qu’elles avaient atteintes lors des tests à Saclay ! »
La mise en exploitation de l’IRM 11,7 T Iseult en 2021 a couronné près de 20 ans de recherche et développement du CEA. Dans un article publié dans le journal Magnetic Resonance Materials in Physics, Biology and Medecine, Nicolas Boulant et Lionel Quettier, chefs du projet Iseult pour les instituts Joliot et Irfu du CEA, passent en revue les détails de cette mise en service.
Le CEA et le DOE entretiennent une longue et fructueuse collaboration dans de nombreux domaines, notamment la fusion, la physique des hautes énergies et la physique nucléaire avec des projets en cours réunissant les deux organismes sur ces différents domaines.
Lundi 13 novembre 2023, le CEA et le DOE ont signé une déclaration d'intention pour renforcer leur collaboration dans le domaine de la science et de la technologie des accélérateurs et des détecteurs, en vue de la construction du collisionneur électron-ion (EIC) basé au Brookhaven National Laboratory.
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Dernière mise à jour : 20-02-2024
