Pleine intensité pour le LHC

L'alimentation électrique d'un huitième du LHC a été testée avec succès sur une période de 24 heures.


Des membres des différents groupes ayant participé à la mise en service des convertisseurs de puissance sur un secteur du LHC, les 12 et 13 octobre derniers.

Le LHC prend peu à peu forme. Tandis que les aimants poursuivent leur grande descente souterraine, les multiples équipements de la machine sont tour à tour installés et mis en service. Le 13 octobre dernier, l'alimentation électrique pour un secteur de l'accélérateur était testée avec succès sur une période de 24 heures. C'était la première fois que tous les convertisseurs de puissance fournissant le courant électrique pour un huitième de la machine fonctionnaient ensemble et in situ.

L'accélérateur disposera d'une puissance électrique installée d'environ 200 mégawatts (MW), soit l'équivalent de celle du LEP. A titre de comparaison, la consommation de pointe du canton de Genève est de 400 MW. Toutefois, la grande particularité du LHC tient à l'utilisation de la supraconductivité. Les aimants du LHC ne perdront ainsi pas d'énergie par échauffements lorsqu'ils seront traversés par de forts courants. Mais pour produire les champs magnétiques jusqu'à 9 teslas, permettant de contrôler la trajectoire des protons, ils doivent être alimentés par d'intenses courants.

Ainsi, si la consommation des aimants est relativement modérée (50 MW en pointe durant l'accélération et 25 MW en régime permanent durant la physique comparés aux 200 MW de l'ensemble de la machine), leur spécificité a nécessité une installation et une conception totalement différente de celle du LEP. « Le besoin de très forts courants avec des tensions modérées a obligé à placer les convertisseurs au plus proche de la machine, à développer de nouvelles topologies pour réduire leur volume et à augmenter leurs performances », explique Frédérick Bordry, chef du groupe Convertisseur de puissance du département AB. Comme la place est limitée en souterrain, les convertisseurs choisis sont les plus compacts possibles.

Plus de 1600 convertisseurs équipent le LHC, soit environ 200 par secteur. Ils sont placés principalement dans des tunnels secondaires, de part et d'autre des points pairs de la machine. Mais un certain nombre équipe également les points impairs et de petits convertisseurs sont installés directement sous les aimants dipôles.

Leur rôle est de convertir le courant alternatif du réseau (18 kilovolts ou 400 volts) en courant continu de forte intensité, jusqu'à 13000 ampères, le plus stable possible. « Nous sommes capables de parvenir à une précision de quelques millionièmes sur l'intensité délivrée aux aimants», explique Frédérick Bordry. De nombreux capteurs et systèmes de sécurité permettent de contrôler le bon fonctionnement et d'assurer l'évacuation de l'énergie. D'énormes résistances absorberont l'énergie en cas de transition résistive (ou « quench ») d'un aimant. L'énergie stockée dans les 1232 dipôles du LHC sera supérieure à 10 gigajoules, soit l'énergie d'un airbus A380 à 700 km/h.

Evidemment, ces courants intenses induisent beaucoup d'échauffements dans les câbles non supraconducteurs. Car contrairement à l'accélérateur, cette partie des circuits électriques est résistive. Un important dispositif de refroidissement par eau et de ventilation assure donc le refroidissement des convertisseurs et des énormes câbles électriques. « Au cours de cette première mise en service, nous nous intéressons particulièrement à la vérification du bon fonctionnement des infrastructures autour des convertisseurs », souligne Roberto Saban, qui dirige la coordination de la mise en service du LHC.

De nombreux groupes des départements AB, AT et TS ont participé à l'opération, en plus du groupe Convertisseur de puissance (AB/PO) chargé de la conception et du fonctionnement des convertisseurs de puissance. Le groupe Refroidissement et ventilation (TS/CV) a vérifié les performances des installations de ventilation et refroidissement. Le groupe Ingénierie électrique (TS/EL) a suivi l'échauffement des câbles, la consommation électrique et les perturbations du réseau. Le groupe Aimants et systèmes électriques (AT/MEL) a suivi le comportement thermique du système d'extraction énergie. Le groupe Contrôle (AB/CO) a fourni les infrastructures informatiques ainsi que les logiciels de contrôle-commande et a suivi l'opération conjointement avec le groupe Opération (AB/OP).

Après cette première période de fonctionnement à plein régime, l'étape suivante sera la mise en service l'année prochaine des convertisseurs de puissance connectés cette fois-ci aux aimants. Le fonctionnement d'un autre élément critique, la boîte de distribution électrique qui réalise l'interface entre le système d'alimentation et l'accélérateur, sera par exemple testé. Cette boîte doit assurer la transition, dans le transport du courant vers les aimants, de la température ambiante à celle de la machine, proche du zéro absolu (environ -270°C).


Contrôle des paramètres de fonctionnement des convertisseurs de puissance, lors de leur mise en service sur un secteur de l'accélérateur.