Froid imminent !

La météo est au beau fixe au CERN alors que le LHC est froid ! Une performance cryogénique qui précède le bouillonnement d’activités en vue du démarrage.

L’une des unités cryogéniques du LHC.

Au moment où cette édition partait sous presse, le LHC était pratiquement entièrement refroidi à sa température d’exploitation de 1,9 kelvin (-271ºC).

Le refroidissement des 1700 aimants principaux a commencé en janvier 2007, avec le secteur 7-8. Deux mois plus tard, la température descendait en dessous de 2 K, faisant de cette section longue de 3,3 km, la plus grande installation supraconductrice du monde refroidie à l’hélium superfluide. Le refroidissement des autres secteurs s’est poursuivi par le secteur 4-5 en juillet 2007.

En tout, plus de 10000 tonnes d’azote liquide ont été nécessaires pour refroidir les huit secteurs, suivies par 130 tonnes d’hélium pour les remplir. «Cette quantité d’hélium correspond à environ 1 % de la production annuelle mondiale», précise Laurent Tavian, chef du groupe Cryogénie. «L’hélium est livré au CERN à travers deux contrats de fourniture et provient principalement de deux sources, l’une en Algérie et l’autre en Russie. Le remplissage du LHC a demandé d’augmenter les cadences de livraison au CERN d’un facteur 5 pour atteindre un pic de 40 tonnes par mois!»

Pendant le processus de refroidissement, de nombreuses opérations ont été effectuées. «Par exemple, la phase finale de refroidissement à 1,9 K a demandé la mise en service de systèmes de pompage complexes combinant plusieurs étages de compresseurs froids centrifuges», confirme Laurent Tavian. Ces opérations, d’une difficulté technique élevée, furent plus longues à exécuter dans les premiers secteurs, le temps que les équipes en charge acquièrent de l’habileté. En fait, alors que le refroidissement et le test des secteurs 7-8 et 4-5 se sont étalés sur des périodes d’environ 8 mois, ces deux opérations ont été effectuées en l’espace de 3 mois sur les derniers secteurs.

Maintenant que tout l’accélérateur est froid, le processus de mise en service continuera avec des tests électriques (voir Bulletin n° 30-31/2008) qui permettront de vérifier la fonctionnalité des aimants. Après ces derniers tests, la machine sera prête pour le démarrage. Un premier faisceau devrait circuler dans l’accélérateur pendant la première semaine du mois de septembre.

Le processus de refroidissement

Le refroidissement des secteurs a lieu en trois étapes. La première entraîne l’utilisation de 1250 tonnes d’azote liquide en surface pour pré-refroidir l’hélium, qui est acheminé ensuite dans les secteurs souterrains. La température de l’hélium descend ainsi à 80 K, alors que l’azote vaporisé s’échappe dans l’atmosphère en créant un panache de condensation. Alors que la seconde étape amène les dipôles à 4,5 K, la troisième fait intervenir un système de pompage qui abaisse la pression sur l’hélium liquide pour atteindre les 1,9 K requis (environ -271°C). À cette température, l’hélium est superfluide et s’écoule sans viscosité, ce qui accroît sa capacité de transfert de chaleur et de mouillage des supraconducteurs.