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Propreté des installations à vide

Des solutions spatiales contre la poussière terrestre



  09 Sept, 2024

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Les techniques de propreté des satellites contribueront à protéger le tokamak ITER contre la contamination générée par les travaux de construction.

Dans le cadre d'un projet « d'ingénierie de la propreté », l'équipe installe des bâches textiles de protection dans le puits d'assemblage du tokamak. (Click to view larger version...)
Dans le cadre d'un projet « d'ingénierie de la propreté », l'équipe installe des bâches textiles de protection dans le puits d'assemblage du tokamak.
Lorsque l'équipe « vide » d'ITER a compris que les débris de construction et la poussière de béton présents dans le Bâtiment tokamak encrassaient certains éléments essentiels au point que la machine pourrait ne jamais fonctionner conformément au cahier des charges, elle s'est tournée vers un secteur inattendu pour trouver de l'aide : l'espace.

« Le vide poussé tel qu'il existera dans la machine ITER exige un haut degré de propreté, ce qui n'était pas toujours respecté par tous nos composants, explique Liam Worth, le responsable du programme Installations à vide d'ITER. Alors que nous recherchions une solution, nous avons découvert que nous avions des points communs avec le secteur aérospatial. En effet, les satellites doivent être maintenus dans un bon état de propreté pendant leur fabrication et avant le lancement, mais aussi rester opérationnels une fois arrivés dans l'espace, où il n'est plus possible d'intervenir. » Dans l'idéal, l'assemblage d'un réacteur de fusion devrait être réalisé dans une salle blanche afin d'éviter toute contamination susceptible de fragiliser ou même de mettre hors service le tokamak. Mais en raison des contraintes de calendrier, la réalité d'ITER est très différente et le tokamak est aujourd'hui en cours d'assemblage alors que les travaux de construction ne sont pas terminés. Selon toute probabilité, les futurs réacteurs de fusion commerciaux seront eux aussi assemblés dans des bâtiments en construction. Les protocoles de propreté élaborés par ITER pourront donc servir de référence à toute l'industrie de la fusion.

L'équipe « vide » d'ITER savait que les activités de construction généraient de la pollution dans le Bâtiment tokamak, mais elle n'a véritablement compris l'étendue du problème que le jour où un rapport de propreté obligatoire lui a été demandé, lorsque le secteur 6 de la chambre à vide a été descendu dans le puits d'assemblage, en 2022. Ce rapport a mis en évidence une contamination des surfaces du puits par de la poussière de béton et par une grande quantité de copeaux métalliques issus des opérations de fraisage. 

« Dans un premier temps, nous avons utilisé des méthodes de nettoyage classiques comme l'essuyage chimique mais, alors que l'assemblage progressait, il est devenu évident que nous ne pourrions pas accéder à certaines zones en raison du manque d'espace, indique Liam Worth. Il fallait revoir nos techniques et notre approche afin que les équipes comprennent qu'il est essentiel de veiller à la propreté dès le départ car il ne sera pas possible de procéder à un nettoyage plus tard. » 

Afin de se faire aider pour définir les nouveaux protocoles de propreté, l'équipe « vide » s'est tournée vers OHB, un intégrateur de systèmes allemand spécialisé dans l'industrie aérospatiale, notamment dans l'assemblage et l'exploitation de satellites pour divers clients tels que l'Agence spatiale européenne. OHB, qui utilise des techniques de propreté rigoureuses pour ses opérations spatiales, a créé son propre pôle de compétences interne. En fonction de l'objectif de performance, les experts en propreté définissent les niveaux de contamination acceptables puis développent des concepts de réduction et de prévention de la contamination, de nettoyage standard et d'urgence et de « maintien de la propreté ». Cette approche est aussi proposée à des clients externes tels que les fabricants de semi-conducteurs ou les hôpitaux qui souhaitent réduire les contaminations et les risques d'infection associés en chirurgie.

Il se trouve que le principal expert en lutte contre les contaminations d'OHB, Axel Müller, est un passionné de fusion qui a étudié la physique des plasmas à l'université technique de Munich et même travaillé pour le tokamak ASDEX Upgrade de Garching. Il a immédiatement compris comment les techniques de nettoyage spatiales pouvaient s'appliquer à ITER.

« Nos deux programmes sont très spécifiques et utilisent des conceptions uniques, auxquelles les normes existantes ne sont pas applicables, souligne Axel Müller. Dans le cas des satellites, nous commençons par élaborer l'ensemble des méthodes et outils dont nous avons besoin pour réaliser chaque tâche de nettoyage. Le système que nous développons pour ITER est un peu plus important mais repose sur le même principe : travailler sur les méthodes et outils puis élargir le concept. » 

Exemple de contamination par les travaux de construction lors de l'assemblage de la machine : on voit ici des particules métalliques sur la bobine de champ poloïdal 5. (Click to view larger version...)
Exemple de contamination par les travaux de construction lors de l'assemblage de la machine : on voit ici des particules métalliques sur la bobine de champ poloïdal 5.
Axel Müller a relevé deux autres points communs importants entre l'espace et la fusion. Tout d'abord, les deux programmes s'appuient sur une coopération internationale et un système d'approvisionnement qui partageait les contrats entre les différents membres. Lorsque OHB a contribué aux techniques de propreté de l'Agence spatiale européenne, la chaîne logistique couvrait l'ensemble de l'Union européenne, tout comme la chaîne logistique d'ITER s'étend sur l'ensemble de la planète. Il est donc nécessaire d'adapter les protocoles de nettoyage afin que les disparités entre les prestations des différents fournisseurs puissent être traitées lorsque les éléments arrivent sur le site.

Le deuxième grand point commun est la durée des deux programmes. L'assemblage du tokamak s'étend sur des années, si bien que de nombreux éléments doivent être maintenus propres pendant des périodes prolongées avant d'être installés et protégés, in situ, avant la mise en service de la machine.

« Le domaine de l'espace est très similaire à ITER, dit Axel Müller. Une fois construit, un satellite pourra demeurer au sol un certain temps avant son lancement, il faut donc le maintenir dans un bon état de propreté. »

Vers la fin de l'année 2022, OHB et ITER ont démarré conjointement deux projets de rétablissement de la propreté, tous deux baptisés CRIUS, d'après le nom du dieu grec des constellations, qui évoque la notion de synergie entre des éléments différents. Durant la phase CRIUS I, OHB a évalué une approche de nettoyage in situ et de vérification de la propreté pour les modules de secteur de la chambre à vide installés dans le puits d'assemblage. Puis, lors de la phase CRIUS II, la société a défini des concepts de nettoyage et des plans de développement utilisables pour la mise en œuvre de prototypes d'outils de nettoyage spécifiques et de bâches textiles de protection destinés aux éléments d'ITER.

Dans le cadre des programmes en cours d'élaboration pour la phase CRIUS III, plusieurs étapes clés de la chaîne de propreté sont actuellement évaluées, notamment le transport, la réception des marchandises et l'installation. Un contrat de conformité aux critères de propreté sera établi pour chacune de ces étapes et les deux entreprises, ainsi que le personnel d'ITER, devront confirmer que les critères sont remplis avant de pouvoir passer à l'étape suivante. Pour le stockage sur site, OHB prévoit d'adopter des bâches textiles sur mesure inspirées des protections utilisées pour les satellites. 

« Nous disposons aujourd'hui d'un concept raisonnablement au point pour la méthodologie de nettoyage, explique Liam Worth. L'étape suivante consistera à développer un système pleinement opérationnel sur la base de ce concept puis à réaliser le nettoyage sur le terrain. »

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