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Les lignes cryogéniques

Comment transporter et distribuer de l’hydrogène ou de l’hélium liquide sur des centaines de mètres, voire des kilomètres ?

Cette question essentielle pour apporter aux lanceurs spatiaux leurs carburants sur les pas de tir, pour faire fonctionner les aimants et cavités supraconducteurs des accélérateurs de particules et maîtriser la fusion nucléaire, a suscité des années de recherches intensives. Elle a abouti au développement par Air Liquide de lignes de distribution cryogéniques, super-isolées sous vide, à haute performance énergétique.

Air Liquide a fourni les lignes cryogéniques sur ces 2 projets majeurs :

Le LHC au CERN : découvrir l’origine de la matière

L’objectif de l’accélérateur de particules LHC, au CERN : reproduire les conditions qui ont suivi le big-bang originel. Des collisions géantes entre protons sont ainsi créées à l’aide de champs magnétiques intenses générés par des aimants supraconducteurs. Air Liquide a réalisé une première mondiale en concevant une ligne cryogénique, qui distribue 100 tonnes d’hélium superfluide à 1,9 Kelvin nécessaires au fonctionnement des 17 000 aimants du LHC. Sur le même tracé que l’accélérateur, la ligne est constituée d’un anneau de 27 km divisé en huit secteurs. Chacun d’eux étant relié à un réfrigérateur 18 kW et un système de compression froide via des boîtes de distribution, également développés par Air Liquide.

  • 27 km de lignes cryogéniques multi-tubes à 100 m sous terre
  • Des champs magnétiques 100 000 fois plus intenses que le champ magnétique terrestre
  • Des entrées thermiques inférieures à 0,07 W par mètre

Le réacteur expérimental ITER : maîtriser la fusion thermo-nucléaire

La fusion contrôlée compte parmi les pistes de production d’énergie décarbonée les plus prometteuses. Le projet ITER vise à maîtriser cette énergie sûre et inépuisable. Des électro-aimants contrôlent le confinement du plasma de fusion dans le réacteur. Comme dans le cas du LHC, les lignes cryogéniques acheminent le froid jusqu’aux aimants. Elles font circuler l’hélium liquide froid de l’usine de production cryogénique au réacteur puis assure le retour de l’hélium réchauffé jusqu’à l’usine. Les lignes d’ITER sont 10 fois moins longues que celles du LHC mais plus techniques : on compte 19 types de lignes cryogéniques sous vide, à différentes températures d’alimentation, sous des pressions jusqu’à 20 bar.

  • 1,6 km de lignes cryogéniques
  • 4,5 à 80 K : les températures des fluides cryogéniques distribués
  • 19 lignes cryogéniques différentes 

Repères chronologiques

  • 1986 – Mise en service des 650 m de lignes de transfert hydrogène de Kourou pour le lanceur Ariane
  • 1988 – Démarrage des lignes de distribution du tokamak Tore Supra à Cadarache
  • 1992 – Mise en service du pas de tir ELA3 à Kourou
  • 1995 – Etude préliminaire sur la ligne QRL du LHC
  • 2001 – Prototype de 100 m de la ligne QRL
  • 2002 – Obtention du contrat LHC à Genève
  • 2008 – Démarrage de l’usine cryogénique et de la distribution hélium du réacteur pilote de fusion nucléaire civil sud-coréen KSTAR
  • 2014 – Réception des lignes cryogéniques du LHC au CERN