A quelques dixièmes de micron près…

Infinity : tel est le nom de la nouvelle machine ultra-précise utilisée par le Service de métrologie du CERN pour mesurer les pièces en cuivre constituant les structures accélératrices de CLIC. Ce projet est le fruit d’une collaboration entre CLIC et le département EN. Cela suscite-t-il votre curiosité ? Poursuivez donc votre lecture, car vous aurez l’opportunité de voir Infinity de très près !

Infinity, la nouvelle machine de mesure ultra-précise, actuellement en opération au Service de métrologie du CERN.

Les structures à radiofréquence du projet CLIC (Compact LInear Collider) fonctionnent avec des champs électriques très élevés (100 MV/m). Elles doivent être fabriquées en respectant de très fortes contraintes mécaniques. Pour contrôler la qualité de ces pièces, celles-ci doivent donc pouvoir être mesurées avec une précision bien supérieure à la tolérance d’usinage, à savoir 0,3 microns. Aucune machine de mesure « ordinaire » ne peut atteindre cette précision… contrairement à Infinity, la toute nouvelle machine de mesure tridimensionnelle ultra-précise en service au CERN depuis le mois de janvier. 

Spécialement adaptée par Leitz pour répondre aux exigences du CERN, cette machine peut compter sur plusieurs atouts. Pour pallier aux vibrations transmises par le sol, les 7,5 tonnes d’Infinity sont posées sur trois amortisseurs de vibrations. « Toute la structure de la machine a été conçue dans le but de minimiser les déformations : la base est en granite, le portique en acier et l’axe de mesure en céramique, explique Ahmed Cherif, responsable du service de métrologie au sein du groupe MME du département EN. Et les différentes pièces mécaniques se déplacent sans contact. »

Une fois placée sur un support adapté à sa géométrie, la pièce est mesurée par une tige surmontée d’une bille (en saphir, en nitrure de silicium ou en diamant) appelée « palpeur » suivant une série de contrôles propre à chaque type de pièce. Fixé sur la tête de mesure de la machine, le palpeur se déplace dans les trois dimensions de l’espace. « Lorsqu’il touche la pièce, il envoie les coordonnées exactes du point de contact grâce à des règles optiques », indique Ahmed Cherif. Ces règles optiques sont en vitrocéramique et possèdent un coefficient de dilatation proche de zéro et une résolution de 4 nanomètres. Elles contribuent grandement aux performances exceptionnelles d’Infinity.

Si la machine est produite en série par Leitz, sa tête, elle, est unique en son genre, et est le fruit d’un étroit travail de collaboration entre le CERN et le constructeur. « Quand le palpeur est en contact avec la pièce, il exerce une pression sur celle-ci. Or, ces pressions laissent des marques qui peuvent abîmer la pièce et en réduire la performance une fois installée dans le futur accélérateur », explique Germana Riddone, responsable de la fabrication des structures à radiofréquence du projet CLIC. Pour minimiser ces marques – de l’ordre de quelques nanomètres - le noyau de la tête trempe dans un bain d’huile visqueuse, ce qui amortit ses moindres mouvements. Ainsi, la pression de contact de cette nouvelle tête est en moyenne 50 fois moindre que celle d’une tête de mesure « ordinaire ».

Une des pièces en cuivre de CLIC mesurée par Infinity.

Afin de protéger Infinity de toute perturbation externe, le département EN a conçu un environnement très spécial. Elle a en effet été installée dans une salle dans laquelle l’humidité et la température sont sous haute surveillance. Comme le précise Ahmed Cherif : « Dans cet environnement, les variations de température ne dépassent pas 0.2 degré par heure, 0.4 degré par jour et 0.1 degré par mètre. » Bien installée dans son environnement ultra-contrôlé, Infinity ne s’arrêtera presque jamais ces prochaines années, car elle va devoir mesurer plusieurs centaines de pièces fabriquées par différentes usines en Europe. « Grâce à cette machine, nous pourrons éprouver différentes techniques d’usinage de ultra-haute précision, et poursuivre la collaboration entre le CERN, CLIC et l’industrie », ajoute Said Atieh, responsable de l’usinage de ces pièces.

En souhaitant une belle carrière à cette machine à record, nous invitons les Cernois à faire sa connaissance et à visiter le laboratoire de métrologie (voir ci-dessous). Le Bulletin remercie le Service de métrologie pour sa disponibilité.

par Anaïs Schaeffer