QART : le service d’assurance qualité du CERN

Comment votre détecteur se comporterait-il dans un champ magnétique très élevé ? Ou à 60 °C avec un fort taux d’humidité ? Pourra-t-il fonctionner pendant 10 ans ou plus ? Répondre à ces questions nécessite des tests approfondis et spécifiques. Ces tests peuvent être effectués au QART, le laboratoire d’assurance qualité et d’essais de fiabilité, une installation de pointe située au CERN, qui fournit un appui précieux aux projets du CERN. En 2011, le laboratoire QART propose désormais ses services à tous les projets du CERN, qui pourront faire appel à son équipement et ses compétences.

 

Une caméra thermographique infrarouge ultra-sensible (en haut à gauche) est utilisée pour observer le profil thermique d’un capteur à rubans de silicium (en haut à droite). Les images thermiques prises avant (en bas à gauche) et après (en bas à droite) mise sous tension du dispositif montrent clairement un point chaud qui apparaît sur le capteur, signe d’une grave défaillance. La caméra infrarouge est un exemple de l’équipement pointu mis à disposition par le QART pour l’analyse des problèmes et les tests climatiques.

« Lorsqu’un plan d’assurance qualité est intégré dans un projet dès le départ, cela permet de gagner du temps et de l’argent », explique Alan Honma, physicien au laboratoire QART. À l’origine, en 2008, le QART avait été conçu pour les mises à niveau du LHC ainsi que pour l’assurance qualité des améliorations apportées aux détecteurs au silicium des expériences LHC. Ces aspects restent prioritaires, mais l’équipement sophistiqué et le savoir-faire du QART ont été mis à la disposition de tous les projets du CERN, qui disposent ainsi d’un service de test gratuit.

Pour son laboratoire, le groupe QART s’est équipé de matériel volumineux et spécialisé dont les différents groupes ne disposent pas habituellement. « Beaucoup de projets développent des plans d’assurance qualité, mais ces derniers nécessiteraient des ressources ou un équipement supplémentaires, indique Alan Honma. Nous pouvons également appuyer des projets de petite envergure qui ne savent pas forcément comment élaborer un plan d’assurance qualité ; nous les aidons à toutes les étapes, de la création au produit fini ».

Un prototype pour un module de trajectographe au silicium est fixé au support du testeur de vibrations (le dispositif cylindrique blanc monté sur une base rouge). Plusieurs accéléromètres mesurent les accélérations réelles exercées sur les capteurs en silicium en fonction de la fréquence. Sur l’image en haut à droite, on observe un pic prononcé d’une forte résonance de vibration à presque 100 Hz.

Ce petit électroaimant de laboratoire est capable de produire un champ de 2 T, soit la valeur du champ magnétique produit dans l’aimant solénoïde d’ATLAS, et environ 50% de celui produit dans l’aimant de CMS. Il s’agit ici d’analyser le risque de rupture des microconnexions électroniques utilisées dans un circuit réel d’une expérience LHC. Un petit courant alternatif qui circule dans les fils dans un champ magnétique très élevé peut créer des vibrations (voir vidéo). Si cela arrive à la fréquence de résonance des microconnexions, la fatigue du métal due au mouvement vibratoire peut casser les fils.


Le savoir-faire propre à QART consiste à concevoir des essais de fiabilité répondant aux besoins spécifiques d’un projet. Si un dispositif doit être en mesure de fonctionner pendant un temps donné dans des conditions très particulières, le groupe QART élabore une stratégie d’essais afin de le vérifier. Ce type d’essais de fiabilité est particulièrement bienvenu lorsque les dispositifs doivent fonctionner en continu durant une longue période (10 ou 20 ans pour certains détecteurs du LHC) dans un environnement extrême, avec un accès limité, voire impossible, rendant la réparation très difficile. Ces essais peuvent s’effectuer dans l’industrie, mais souvent à un coût élevé et dans des conditions qui ne correspondent pas toujours au milieu opérationnel des dispositifs en question.

Le groupe QART a également mené des recherches afin d’étudier différents facteurs susceptibles d’avoir un effet sur les expériences. « Par exemple, nous étudions les effets des champs magnétiques de haute intensité sur les microconnexions utilisées dans l’électronique et plusieurs détecteurs du LHC, indique Alan Honma, car elles pourraient se casser à cause des vibrations résonnantes (voir vidéo). Une fois que les développeurs ont pris conscience du problème, celui-ci peut se résoudre facilement ». Actuellement, le groupe élabore et met à disposition des directives concernant ces questions, afin d’éviter une perte de temps et de ressources.

Si vous avez besoin d’un appui ou d’un conseil pour la conception de votre plan d’assurance qualité ou votre programme d’essais de fiabilité, n’hésitez pas à contacter le groupe QART, ou à vous rendre sur le site web du QART pour plus d’informations.


Le QART est un service gratuit de PH/DT ; il est assuré par deux membres à plein temps du personnel technique. Il se situe au Laboratoire silicium du département PH (DSF) dans le bâtiment 186, qui abrite également le laboratoire de microconnexions.

L’équipement du QART est disponible pour les projets du CERN, à utiliser sur place ou à emprunter gratuitement. Il contient notamment : une chambre climatique à cycles rapides, grand volume et avec contrôle de l’humidité ; une petite chambre climatique ; une caméra thermographique infrarouge portative (image 1) ; un testeur de vibrations (image 2) ; un microscope stéréoscopique à fort grossissement (320x) avec caméra vidéo ; un électroaimant à petite ouverture avec un champ magnétique allant jusqu’à 2 T (image 3 et vidéo) et un appareil d’essai de traction des fils de microconnexion.






par Katarina Anthony