Fabrication d’aimants supraconducteurs de plus de 350 tonnes

Chiffres clés

25m

Diamètre des plus gros aimants supraconducteurs

44
km

Longueur cumulée de câble supraconducteur enroulé par CNIM

50

Collaborateurs CNIM travaillent sur ce projet

Le programme international ITER, basé à Cadarache (Bouches du Rhône, France) est un projet scientifique international majeur qui a pour objectif de démontrer le pouvoir de la fusion comme source d’énergie à grande échelle, illimitée et sûre. CNIM contribue activement à ce projet à travers plusieurs contrats de conception, de fabrication et d’installation.

En 2015, F4E confie à CNIM le contrat Poloidal Field Coils Manufacturing, portant sur la fabrication de 4 des 6 aimants supraconducteurs Poloidal Field Coils (PF Coils), bobines de champ poloïdal, destinées à créer la « cage magnétique » qui contribuera à maintenir la forme et la stabilité du plasma à l’intérieur du réacteur. Ils mesurent entre 18 et 25 mètres de diamètre et pèsent jusqu’à 384 tonnes.

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7 stations de fabrication pour les PF Coils : un atelier dédié sur le site d'ITER © F4E, ITER ORG

Maintenir la forme et la stabilité du plasma

Les PF Coils sont des bobines de champ poloïdal ayant vocation à maintenir le plasma ultra chaud (150 millions de degrés Celsius) à l’écart des parois du réacteur et contribuent à sa forme et sa stabilité.

Six PF Coils au total seront positionnées à l’extérieur de la structure magnétique toroïdale : 2 sont fabriquées par des industriels chinois et russe, les 4 bobines centrales, les plus grosses sont fabriquées par CNIM.

Photo : 6 PF Coils (en bleu) positionnées horizontalement autour de l’enceinte à vide, les 4 bobines de plus grand diamètre sont fabriquées par CNIM et ASG © ITER Org

 

Un procédé de fabrication complexe

La fabrication des plus grandes bobines est effectuée par CNIM en lien avec ASG, entreprise italienne spécialisée dans la production d’aimants, sur le site d'ITER dans un bâtiment dédié de 250 m de long, le PF Building. Le PF Building est composé de 8 stations de fabrication, chaque station étant dédiée à une tâche bien spécifique.

Chaque aimant est constitué de 6 à 8 « double pancakes » composés de câbles supra conducteurs en niobium-titane bobinés.

Coupe du câble supra conducteur en niobium-titane © CNIM

Livré en bobines de 20 tonnes, le câble supra conducteur est d'abord dévidé et redressé, puis nettoyé et sablé afin de préparer la surface du conducteur à recevoir plusieurs épaisseurs de ruban isolant. Par une action de « cintrage » et enroulement successif, les opérateurs le font épouser le diamètre de la bobine à laquelle il est destiné. Un double pancake est ainsi formé.

 

Opération d’enroulement du câble supra conducteur pour la fabrication de l'aimant © CNIM

Le double pancake est ensuite transféré sur la station d’imprégnation où il est inséré dans un moule. De la résine est ensuite injectée à chaud et sous vide pendant plusieurs heures, selon des critères très stricts (température, imprégnation). La structure obtenue est rigide et homogène conférant d’excellentes isolation électrique et tenue mécanique. Le processus de fabrication d’une PF Coil - à partir des activités de bobinage et jusqu'à l'assemblage final - prendra environ deux ans par bobine.

 

Photo : Station d’imprégnation, une des 8 stations de fabrication des aimants © CNIM

Une capacité d’adaptation constante

CNIM a démontré sa capacité à monter un atelier de fabrication sur le site de son client à Cadarache et à travailler dans un environnement multi contrats.

CNIM travaille aussi très en amont du produit à la fabrication très haute précision des « double pancakes » sur les 4 premières stations composant le bâtiment. Les équipes doivent faire preuve d’une adaptabilité constante compte tenu du caractère ultra innovant du projet. CNIM est également en charge de la production et de l’approvisionnement des pièces nécessaires à la fabrication et au montage des PF Coils : achat et/ou soudage et/ou pré-assemblage.

En effet, CNIM travaille sur le site d’ITER depuis de nombreuses années déjà et intervient sur de nombreux contrats dont celui relatif à la fabrication des plaques radiales. Innovation et capacité d’adaptation font partie de notre ADN.

Afin de valider les procédés et vérifier le bon fonctionnement des machines, des tests ont été effectués à différentes échelles.

Photo : Atelier PF Coils sur le site d'ITER © ITER Org, F4E

Une équipe dédiée sur le site de Cadarache

Plus de 50 collaborateurs CNIM travaillent sur Cadarache à la réussite de l’ambitieux projet PF Coil en 2/8.

CNIM a mis en place une équipe complète d’experts dédiée à la réussite du projet : opérateurs de stations, superviseurs, soudeurs, contrôleurs qualité, chef d’atelier, planificateur, ordonnancement, méthodes, chef de projet, etc. Les compétences clés des équipes CNIM sont mobilisées pour la réussite de ce projet ambitieux. Le management de projet est au cœur de l’ADN de CNIM, nos équipes ont la capacité de concevoir et industrialiser vos projets de A à Z pour la réalisation de systèmes ou équipements à haute valeur ajoutée.

 

Photo : Bobinage d’un aimant supraconducteur © CNIM

Un projet qui avance

A l’été 2020, CNIM et ASG ont finalisé la fabrication des doubles pancakes permettant de constituer deux PF Coils et mi-juillet CNIM va lancer la fabrication du troisième Poloidal Field Coil.

La PF Coil n°5, première PF Coil déjà fabriquée par CNIM et ASG fait 18 mètres de diamètre. En Septembre 2020, elle passera en phase de test cryogénique (essais à froid permettant de reproduire certaines des contraintes thermiques que connaîtra la machine en phase opérationnelle et de mettre ainsi leur performance à l'épreuve avant l'installation définitive).

Representatives of F4E, ITER Organization welcoming the sixth Poloidal Field coil on-site, ITER site, Cadarache, June 2020 (c) F4E_ITER ORG.jpg

Photo : Représentants d'ITER Org et de F4E devant le 6ème PF Coil, Juin 2020 © F4E

La fabrication de la dernière PF Coil aura lieu à l’automne 2023. Les 6 PF Coils seront installées dans le tokamak grâce au palonnier conçu et fabriqué par CNIM dans le cadre du contrat Purpose Built Tool, outillage spécifique de manutention de colis pouvant aller jusqu’à 700 tonnes et 17m de haut.