Plein gaz pour les expériences du LHC
Le système de gaz de la TPC d'ALICE est le premier de toutes les expériences du LHC à être mis en marche.
Avec une série d'équipements de distribution de gaz mis en service, la chambre à projection temporelle (TPC) d'ALICE est le premier détecteur des expériences LHC à avoir reçu le mélange nécessaire à l'étude des trajectoires des particules. Ce n'était pas une mince affaire: l'équipe chargée des systèmes de gaz du groupe DT1 du département PH avait entamé les travaux de mise en service en 2004 et il a fallu environ huit jours pour remplir le détecteur avec 90 m3 d'un mélange de néon, de dioxyde de carbone et d'une petite quantité d'azote.
«C'est le premier système que nous avons réalisé de A à Z», explique le physicien Stefan Haider (PH-DT1-GS), responsable des systèmes de contrôle des gaz et de leur mise en service. A l'époque du LEP, chaque expérience était responsable de ses systèmes de gaz. Le département PH a depuis rationalisé le travail et une seule équipe du groupe d'appui DT1 est chargée de construire et d'exploiter les systèmes de gaz des cinq expériences LHC. Ces systèmes s'appuient sur une technologie commune et se composent d'éléments homogènes. Ils seront donc d'une exploitation et d'un entretien plus efficaces à long terme.
La section GS fournit 23 mélanges de gaz différents contenant de l'argon, du dioxyde de carbone, du néon, du xénon, du méthane, de l'isobutène et les fréons C2H2F6 et SF6. Les expériences utilisent ces divers mélanges pour la trajectographie ou le déclenchement, ou tout simplement pour maintenir une atmosphère adéquate dans certaines parties du détecteur.
Les éléments de base des systèmes de distribution de gaz sont des baies de mélange des gaz ayant la taille d'un réfrigérateur. La section GS construit actuellement 220 baies de mélange et 40 baies de contrôle. Elles injectent le mélange dans l'un ou l'autre des types de systèmes: les systèmes en boucle ouverte remplacent le mélange après son utilisation par le détecteur, et les systèmes en boucle fermée réinjectent le gaz en ne remplaçant que 1 à 5% du mélange par du gaz nouveau. Le recyclage est utilisé pour les gaz trop chers pour être remplacés en continu, comme le xénon ou le néon. Contrairement aux systèmes en boucle ouverte, il exige des pompes et des systèmes de purification afin d'éliminer l'oxygène et l'humidité accumulés pendant la circulation du gaz.
Quelle que soit la technologie utilisée, les détecteurs à gaz doivent être maintenus à pression constante. «C'est comme un ballon, explique Stefan Haider. Si vous insufflez trop de gaz par un côté, le ballon gonfle.» Les techniciens du laboratoire veulent éviter à tout prix que le «ballon» n'éclate ou ne se dégonfle. Pour ce faire, une sorte de diaphragme est placé sur la ligne de sortie: il s'ouvre et se ferme en fonction de la pression à l'intérieur. Le logiciel qui régule ce processus et contrôle le fonctionnement de base du système a été développé par une équipe d'IT-CO, dirigée par Renaud Barillère.
La moindre trace de silicium dans le gaz pouvant détruire un détecteur, chaque élément des systèmes de gaz fait l'objet d'une série d'essais et de contrôles pour assurer sa propreté. De même, avant leur mise à disposition, les baies de distribution sont soumises à des essais approfondis pour vérifier qu'il n'y a pas de fuite.
Bien que le système de gaz de la TPC d'ALICE fonctionne actuellement, il se trouve encore en surface et sera descendu dans la caverne en septembre. Le projet suivant pour la section GS est la mise en service du système des chambres à plaques résistives d'ATLAS.
