Importance de la métrologie dans l'exploitation de l'énergie solaire

Nous avons récemment eu l'occasion de nous entretenir avec Dave Wilson, chef de l'équipe de métrologie au centre ITER, et de découvrir comment cette équipe applique les solutions de mesure Hexagon pour garantir une construction précise dans l'un des projets de recherche d'énergie les plus passionnants au monde

Merci d'avoir accepté cet entretien, Dave. Pouvez-vous nous expliquer ce qu'est ITER ?

ITER est une machine expérimentale construite à Saint Paul Lez Durance, dans le sud de la France, pour tester et valider la viabilité de la fusion nucléaire comme source d'énergie. La fusion nucléaire est le processus qui se produit dans les étoiles tout autour du système solaire. Il s'agit d'un processus de fusion d'isotopes d'hydrogène, qui permet de créer de l'énergie.

Nous essayons en fait de créer une mini-étoile sur la Terre. La machine ITER opère pratiquement de la même façon que les étoiles. La réaction de fusion s'effectue à l'intérieur d'un vide, comme dans l'espace. Nous avons une chambre à dépression dans laquelle nous injectons un combustible hydrogène formé des isotopes deutérium et tritium. Ensuite nous fusionnons ces particulers pour créer de l'hélium et générer une immense quantité d'énergie.

Le Soleil subit une énorme pression due à la force gravitationnelle. Nous ne pouvons pas atteindre cette pression. C'est la raison pour laquelle nous devons augmenter la température. La température de réaction dans l'ITER est dix fois plus grande que celle du Soleil, qui se situe autour de 15 millions de degrés. Elle avoisine donc 150 millions degrés.

C'est vraiment une température astronomique. Elle forme un gaz surchauffé appelé plasma, et ce plasma doit être contrôlé parce que nous ne voulons pas que cette température affecte des éléments à l'intérieur de la machine ITER. Pour le contrôler, nous ionisons le gaz, puis utilisons des aimants très puissants pour confiner, modeler et positionner le plasma là où nous en avons besoin.

Le centre ITER dispose d'aimants supraconducteurs très puissants qui nous permettent d'effectuer ce contrôle. Lorsque la réaction se produit, d'immenses quantités d'énergie sont libérées et nous essayons de les exploiter.

Quel est le rôle de la métrologie dans le projet ITER ?

Ces aimants doivent être alignés avec une très haute précision pour que la machine fonctionne dans les conditions parfaitement maitrisées. Les aimants ont une hauteur de 17 mètres et une tolérance d'alignement de 1 millimètre. Pour obtenir cette précision, nous avons besoin du meilleur équipement possible, et c'est là qu'Hexagon intervient.

Pouvez-vous nous en dire un peu plus sur l'équipement spécifique d'Hexagon utilisé dans le centre ITER ?

J'ai commencé à travailler sur le site ITER en 2008, peu de temps après la réalisation de la plate-forme de 1 km sur laquelle les bâtiments et infrastructures ITER ont été construits.  Il a d'abord fallu établir les systèmes de référentiel pour la construction des bâtiments, transférés ensuite dans les bâtiments eux-mêmes.

Les premiers systèmes Hexagon utilisés au centre ITER étaient des stations totales Hexagon très précises, qui ont une portée de quelques kilomètres et peuvent mesurer avec des codeurs angulaires de très haute précision. Le réseau a été mesuré avec cet équipement combiné à la technologie GPS et de nivellement numérique. Nous avons regroupé ces données et établi un réseau avec une incertitude de moins de deux millimètres sur cette très grande étendue.

À partir de là, nous avons réalisé la machine ITER. Comme nos besoins sont très précis, nous devons utiliser le meilleur équipement possible. Nous nous servons de laser trackers classiques, effectuant des mesures sur des réflecteurs, mais aussi d'instruments de pointe, comme l'ATS600, capables de mesurer sans cible.

Si vous devez exécuter une mesure sur un réflecteur, vous devez positionner ce réflecteur, le viser et le déplacer avec l'instrument. Cela peut prendre beaucoup de temps si le composant à relever est grand. L'ATS600, doté d'une fonctionnalité de numérisation directe, permet de mesurer directement une surface sans réflecteur et évite donc dans de nombreux cas la mise en place de tels accessoires. Vous pouvez mesurer la surface directement et obtenir un résultat immédiat. La vitesse de mesure est également très élevée. Bien que le nuage de points créé représente un très grand volume, les données sont disponibles en peu de temps.

Nous avons besoin d'un système rapide parce que nous devons effectuer des rétro-conceptions, des analyses de collisions, afin de vérifier d'une étape à l'autre l'assemblage possible des composants. Ces éléments sont très coûteux. Ils ont souvent des revêtements formés de matériaux très fragiles, par exemple l'écran thermique plaqué argent et enveloppé de bobines TF. Nous devons donc être absolument sûrs de pouvoir assembler les composants d'une manière parfaite, sans endommagement, lorsque nous définissons la trajectoire de ces bobines

Pouvez-vous nous en dire un peu plus sur les différentes tâches et responsabilités de l'équipe qualité sur le site ITER ?

Je suis responsable d'une équipe de quatre personnes et nous faisons aussi appel à des sous-traitants. Les fonctions de l'équipe sont variées. Nos tâches ne se limitent pas aux mesures. Nous sommes aussi responsables de la qualité tout au long de la chaîne logistique et de celle fournie par les prestataires qui construisent la machine.

Une grande partie de notre travail consiste à proposer des méthodes d'alignement et de contrôle, à qualifier ces processus, évaluer et valider des procédures, de même que les données venant des fournisseurs et de nos partenaires, pour avoir une bonne vue d'ensemble de la qualité du projet ITER.

Il y a 13 ans, lorsque le projet ITER a démarré, la technologie métrologique était assez différente. Pouvez-vous nous parler de vos activités au début et comment vous avez suivi les développements métrologiques jusqu'à aujourd'hui ?

Mon expérience avec la métrologie a démarré il y a 25 ans. À l'époque, nous avons utilisé des supports et fixations pour les alignements, mais nous avons rapidement constaté que les exigences d'alignement devenaient plus élevées et qu'un système perfectionné était nécessaire.

Les premiers systèmes d'Hexagon étaient des théodolites à intersection. Ils ont fourni la tolérance exigée, mais étaient très, très lents. Le logiciel n'était pas non plus très abouti. Il nous a donné ce dont nous avions besoin, mais ce n'était pas suffisant pour le stade actuel.

Lorsque j'ai commencé à travailler dans le centre ITER, nous avons utilisé des théodolites et des systèmes GPS, mais aujourd'hui nous avons atteint une étape où la précision est une nécessité absolue et où la vitesse d'acquisition et l'utilisation de l'équipement dans le cadre du processus jouent un rôle vital. Le temps est un facteur de productivité dans tout secteur. Dans le projet ITER, c'est un paramètre primordial.

La nécessité de détecter les non-conformités à un stade précoce est cruciale, parce que les problèmes qui surviennent dans les opérations de construction en aval sont plus difficiles à résoudre. Il est extrêmement important de comprendre la variation des composants à un stade précoce.

Sur le site ITER, nous suivons étroitement le processus, évaluons les données reçues, les processus intégrés, les risques, puis élaborons, à l'appui de toutes ces informations, un processus efficace, à faible risque, qui nous donne, à nous et à nos partenaires, le résultat nécessaire. La métrologie a une place très importante dans ce processus.