Wendelstein 7-X franchit une première étape décisive

La fabrication du cœur de l'installation, à savoir des 50 aimants magnétiques supraconducteurs de quelque 3,5 m de hauteur, est pratiquement terminée. Leur forme bizarre résulte de calculs d'optimisation affinés: ils doivent produire une cage magnétique particulièrement stable et calorifuge pour le plasma. Refroidis par de l'hélium liquide à une température de supraconduction proche du point zéro absolu, ils ne nécessiteront guère d'énergie après le branchement. Le fabricant est un consortium germano-italien dirigé par Babcock Noell GmbH à Würzburg et l'ASG Superconductors S.p.A. à Gênes.

Pour pouvoir modifier le champ magnétique, un deuxième jeu de 20 bobines planes également supraconductrices sera apposé sur les bobines du stellarator. Ces 20 bobines ont été livrées par le fabricant, l'entreprise britannique Tesla. Une structure de soutien massive en forme d'anneau, achevée déjà pour moitié par l'entreprise espagnole Ensa, maintiendra les bobines dans leur position exacte malgré les forces magnétiques élevées.

La couronne de bobines se trouvera entièrement entourée par le cryostat, une enveloppe calorifuge de 16 m de diamètre. Deux de ses cinq éléments ont déjà été fabriqués par MAN DWE à Deggendorf (Bavière). Une installation frigorifique mettra ultérieurement à disposition 5 kW de froid par hélium afin de refroidir les bobines et leur support jusqu'à la température de supraconduction. A l'intérieur de la couronne d'aimants se trouve l'enceinte de plasma, dont la forme particulière est adaptée à la forme tordue du plasma central. Les 20 éléments de cette enceinte ont également été produits par MAN DWE. Plus de 250 ouvertures permettront plus tard d'observer et de chauffer le plasma, et aussi de refroidir l'enceinte. De nombreux machons, fabriqués et livrés par la société suisse Romabau Gerinox, relient ces ouvertures à la paroi extérieure du cryostat.

Première étape décisive

L'installation sera assemblée à partir de cinq modules de construction pratiquement identiques qui seront prémontés et ne seront composés en forme de couronne que dans la halle d'expérimentation. Le montage des deux premières moitiés de module a été achevé. La première étape de l'assemblage, qui comportera au total 29 phases, a ainsi été franchie avec succès: on a monté une partie de l'enceinte de plasma sur les deux bancs de pré-montage Ia et Ib, et chacune des deux bobines magnétiques de 6 tonnes a été apposée soigneusement avec un grappin spécial sur le segment de l'enceinte correspondant avec un interstice de quelques millimètres seulement. Ceci a alors permis de souder un deuxième segment de l'enceinte de plasma et de compléter l'isolation thermique des soudures. Cette isolation optimisée - des panneaux de matières artificielles renforcées par des fibres de verre et fabriqués avec une précision parfaite, doublés de plusieurs couches de feuilles de Kapton recouvertes d'aluminium et de soie de verre - assure une séparation entre le froid extrême des bobines magnétiques et la chaleur de leur environnement. Quatre autres aimants de stellarator et deux des aimants supplémentaires ont ensuite été apposés de l'extérieur et de l'intérieur sur le segment de l'enceinte et placés exactement sur les supports de montage. Il s'agissait ensuite de visser les aimants sur un segment de la couronne de support. Après de nombreux travaux supplémentaires et de multiples mesures de contrôle, les deux premiers demi-modules ont été achevés et transférés l'un après l'autre dans un harnais de charge spécial vers le deuxième banc de montage. La première étape de l'assemblage de l'installation s'est ainsi achevée avec succès le 28 février 2008.

Tandis que les deux prochains demi-modules sont en train d'être fabriqués sur les bancs de pré-montage Ia et Ib de manière presque routinière, de nouveaux défis sont posés au banc de pré-montage II: lorsque les deux parties de la couronne de support seront alignées et vissées, que les éléments de l'enceinte du plasma seront soudés et que l'isolation thermique des soudures sera achevée, la construction du premier des cinq modules sera terminée. Il s'agira ensuite de monter la connexion électrique des aimants - une phase de travail assez difficile. Les supraconducteurs inflexibles de 14 m de longueur fabriqués au Centre de recherche de Jülich sont déjà coudés dans la forme souhaitée. Chaque module nécessite 24 de ces conducteurs peu maniables et sensibles. Après le raccordement électrique et la soudure des supraconducteurs, les points de raccord seront isolés contre la haute tension et on contrôlera leur étanchéité à l'hélium. On procède parallèlement - sur un espace entre temps très réduit - au tubage nécessaire pour le refroidissement des aimants à l'hélium. Chaque élément doit être contrôlé sous l'angle de l'étanchéité. S'il ne reste qu'à monter des détecteurs et des câbles de mesure - selon le programme après 25 semaines environ de construction - le premier module pourra alors être transféré au banc de montage II.

Dans la halle d'expérimentation

Une fois achevé, le module passera dans la halle d'expérimentation sur le troisième banc de montage et sera levé dans la coque inférieure de l'enveloppe extérieure, où des connexions et supports sont apposés. Le composant, qui pèse entre temps 120 tonnes, sera apposé sur les fondations proprement dites de la machine et appuyé sur des étais auxiliaires. La coque supérieure de la cuve extérieure sera montée et soudée. Il s'agit maintenant d'installer une soixantaine de douilles qui relieront l'enceinte du plasma et la cuve extérieure à travers la zone froide des aimants, y compris leur isolation thermique.

Viendront ensuite les internes dans l'enceinte du plasma, en particulier les nombreux éléments du diverteur. Ses plaques de déviation permettront ultérieurement d'évacuer du plasma les impuretés et une partie de l'énergie calorifique. Le reste de l'énergie sera absorbé par la protection de la paroi, à savoir des panneaux en acier ou un écran thermique armé avec des briquettes de graphite. Une grande partie des composants, parmi lesquels les pompes, l'écran thermique et les modules du diverteur, sont en cours de fabrication auprès des Services Techniques Centraux de l'IPP de Garching; des entreprises industrielles produisent les plaques de déviation, les bobines de réglage et les panneaux en acier.

Toutes les phases des travaux devront être réalisées cinq fois jusqu'à ce que les cinq modules puissent se retrouver dans la halle d'expérimentation. Les cinq grands composants devront être encore reliés: les jonctions entre l'enceinte du plasma et la cuve extérieure devront être établies, les aimants devront être reliés avec l'alimentation en électricité et en hélium. Suivront les connections avec l'alimentation électrique principale, les tubages pour le refroidissement, ainsi que des mesures de contrôle et des essais d'étanchéité permanents: la machine de base sera alors prête.

On mettra en place parallèlement le système micro-onde de chauffage du plasma. Le Centre de recherche de Karlsruhe a pris l'entière responsabilité de ce domaine: des experts de l'Université de Stuttgart s'occuperont des lignes de transmission. Viendront s'ajouter les équipements d'alimentation pour l'énergie électrique et le refroidissement, le pilotage des machines, et enfin les multiples appareils de mesure qui devront diagnostiquer le comportement du plasma. Si tout se déroule selon le programme, Wendelstein 7-X devrait être mis en service dans six ans environ.

L'IPP

L'Institut Max-Planck de la physique du plasma (IPP) de Garching, près de Munich et de Greifswald (200 km au nord de Berlin), réalise des recherches sur les bases nécessaires à une centrale de fusion. Le but visé est de produire de l'énergie par la fusion de noyaux d'atomes légers, comme ce qui se passe dans le soleil. Avec ses 11000 collaborateurs, l'IPP est l'un des centres de recherche sur la fusion les plus importants en Europe.

Wendelstein 7-X

Le stellarator Wendelstein 7-X, en cours de construction à l'Institut IPP de Greifswald, va permettre de tester un champ magnétique optimisé qui surmontera les difficultés rencontrés par des concepts de stellarator antérieurs: la qualité de l'équilibre et du confinement du plasma sera équivalente à celle d'un tokamak. Wendelstein 7-AS, la première expérience de cette nouvelle génération, a soumis le concept à un premier essai jusqu'en 2002. Wendelstein 7-X, qui lui a succédé, doit maintenant démontrer l'aptitude des nouveaux stellarators à la maturité industrielle.