Les réfrigérateurs 4,5 K du LHC au complet !

Le dernier des réfrigérateurs à 4,5 K du LHC a été réceptionné au point 6. Il reste maintenant à adapter les réfrigérateurs récupérés du LEP et à installer les systèmes de refroidissement à 1,8 K, pour que fin 2005, le frigo du LHC soit prêt.

Vous connaissez désormais la règle pour les aimants supraconducteurs du LHC : sans refroidissement à 1,8 K (-271°C) pas de fonctionnement possible (voir Bulletin 13-14/2002). Huit réfrigérateurs à 4,5 K - un par secteur du LHC - seront nécessaires pour l'amorcer. En décembre 2003, le dernier exemplaire spécialement conçu pour le LHC a été réceptionné au point 6. «C'est un grand pas pour le système de réfrigération du LHC, puisque sa capacité de refroidissement à 4,5 K est désormais portée à la valeur jamais égalée de 140 kW, soit près de 40'000 litres d'hélium liquide à l'heure. Les progrès réalisés depuis le LEP sont remarquables, sachant qu'en parallèle, beaucoup d'infrastructures ont été nécessaires» (voir graphe), souligne Serge Claudet, responsable de l'équipe de réfrigération cryogénique du LHC.


La puissance cryogénique à 4,5 K installée au CERN est passée de 19 kW en 1992 à 162 kW en 2003 !

Tout a démarré en 1998 lorsque les contrats ont été signés avec les sociétés Air Liquide en France et Linde en Suisse. Les phases de conception et d'ingénierie industrielle qui ont suivi, ont rendu possibles les premières livraisons dès la mi-2000, alors que le LEP était encore en fonctionnement. Et après une période de tests intensifs, le premier réfrigérateur construit par Air Liquide a été réceptionné en mars 2002 au point 1.8 o il sert depuis à alimenter la station de tests des aimants supraconducteurs. En décembre 2002, le second était validé au point 4, suivi des deux réfrigérateurs construits par Linde en ao t et décembre 2003 aux points 8 et 6.
Chaque réfrigérateur est constitué d'une station de compression et d'une boîte froide. La station de compression délivre de l'hélium gazeux comprimé à 20 bar et à température ambiante. La boîte froide abrite les échangeurs de chaleur et les turbines de détente qui produisent le refroidissement nécessaire à la liquéfaction de l'hélium à 4.5 K. Voilà pour le principe.
Plus concrètement, pour chaque station de compression : «cela représente 100 tonnes de matériel posées sur 120 tonnes de béton, pour une puissance installée de 4.2 MW, ce qui signifie 6000 CHF de coût d'électricité par jour de fonctionnement à plein régime», explique Serge Claudet. Quant aux boîtes froides, il faut vous les imaginer chacune pesant 100 tonnes et occupant un volume de plus de 100 m3 (voir les photographies). Leur fonctionnement automatique nécessite la gestion de 850 signaux par réfrigérateur !


Le dernier réfrigérateur à 4,5 K est désormais en place au point 6. Chacun des huit réfrigérateurs du LHC est constitué d'une station de compression et d'une boîte froide. La station de compression d'un réfrigérateur 18kW du LHC.


La boîte froide d'un réfrigérateur 18kW du LHC.

Pour Udo Wagner et Henning Gruehagen, les deux ingénieur-projets du CERN en liaison respectivement avec Air Liquide et Linde, c'est une «étape importante» qui vient d'être franchie et aussi la fin d'une «épopée intéressante et intensive» pour eux-mêmes et leurs collègues.
Mais l'histoire du frigo du LHC ne s'arrête pas avec l'installation du dernier réfrigérateur à 4,5 K. L'équipe de réfrigération cryogénique du LHC s'attache désormais à adapter les quatre réfrigérateurs du LEP, déjà en place aux points 2, 4, 6 et 8. En parallèle, elle terminera les infrastructures cryogéniques - lignes de transfert verticales, tuyauteries, stockage des fluides, etc. - et le système de refroidissement à 1,8 K qui complètera celui à 4,5 K. Tous ces équipements seront progressivement mis en service pour tester les autres ensembles du système cryogénique, ce qui devrait permettre d'affiner les réglages et d'acquérir l'expérience nécessaire pour le prochain défi : le refroidissement du premier secteur de la machine en 2005.