9 anneaux en composite de 5m de diamètre pour le cœur d’ITER

Chiffres clés

3, 4
t

Poids d'un anneau

4
K

Température d’opération (- 270°C)

164

Tours de matériau composite par anneau

En 2016, F4E* a contracté CNIM pour le développement du procédé de fabrication et la production de trois Pre-Compression Rings (PCRs), des anneaux en composite verre/epoxy situé au cœur du réacteur de fusion ITER. Début 2019, CNIM se voit confier la fabrication de six PCRs additionnels. De véritables éléments structurels du tokamak qui seront soumis notamment à de très fortes charges (~500 MPa en tension annulaire) et à une température de 4K (-270°C) lorsque qu’ITER sera en opération.

*F4E est l’organisation de l’UE gérant la contribution Européenne au projet ITER https://www.fusionforenergy.europa.eu/


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Un procédé innovant, unique au monde, de mise en forme des composites

Les équipes de CNIM ont mis au point un procédé très innovant pour fabriquer au millimètre près les Pre-Compression Rings (PCR) en composite mesurant 5m de diamètre. Chaque anneau est fabriqué par enroulement d’un profilé pultrudé* de 2 mm d’épaisseur et 2 800 m de long fournit par la société finlandaise EXEL; une bande adhésive de 0,12 mm d’épaisseur étant insérée entre chaque couche pour figer la structure. Une 1ère mondiale sur des équipements de cette taille.

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Usinage à sec de grande dimension

Par la suite, les anneaux sont usinés afin de respecter les tolérances requises. Doté d’une forte expérience dans la fabrication grande dimension et haute précision, comme ce fût le cas pour les plaques radiales d’ITER, CNIM a développé l’usinage à sec de composites grande dimension.

 

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Un banc de test hors-normes

Les anneaux ont pour fonction de réduire la fatigue et la déformation des bobines de champs toroïdal (aimants supraconducteurs confinant le plasma de 150 millions °C). Durant leurs 20 ans de vie, les Pre-Compression Rings seront donc soumis à d’énormes contraintes physiques.

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CNIM, en collaboration avec Douce Hydro – expert en hydraulique haute pression, a mis en place un banc de test spécifique pour valider les performances des neuf anneaux. Ce banc de test (PCR Test Facility) génère 36 000 tonnes d’effort radial grâce à 36 vérins hydrauliques synchronisés au millimètre près générant 700 bars. Les anneaux en composite subissent des efforts équivalent à la force qu’il faudrait pour soulever 4 Tour Eiffel !

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C. Legros (CNIM), L. Semeraro (F4E), R. Besson (CNIM), A. Hernandez Sanchez (F4E), V. Lecuyer (Douce Hydro) devant le banc de test des PCRs, chez CNIM à La Seyne-sur-Mer, France.