Un programme de développement et d’essais de plusieurs années a été nécessaire pour concevoir des appuis sphériques répondant aux exigences de performance du générateur expérimental de fusion nucléaire. Couverture-ITER-Reactor-Cryostat_Bearings-Credit-ITER-organisation

  • Nom du propriétaire
    ITER
  • Nom du client
    F4E
  • Date de livraison du projet
    Décembre 2017
  • Partenaires du projet
    Nuvia / VINCI Construction Grands Projets
Chiffres clés

Appuis sphériques spécifiques pour le cryostat du réacteur ITER

Ce projet d’envergure mondiale, qui vise à produire de l’énergie à partir de la fusion nucléaire, est principalement axé sur l’assemblage d’une machine tokamak dans laquelle se déroulera le processus de fusion. La machine elle-même est encapsulée dans une structure de cryostat conçue pour la maintenir aux températures exceptionnellement basses qui sont nécessaires. Le cryostat est une cuve cylindrique en acier inoxydable ; il repose sur une « couronne » en béton d’un diamètre interne d’environ 20 m et est lui-même entouré d’un mur de bio-bouclier de 2 m d’épaisseur. La cuve repose sur 18 paliers sphériques situés au sommet de la couronne ; ces éléments de haute technologie sont spécialement conçus pour permettre au cryostat de se dilater et de se contracter sous l’effet des actions thermiques, mais aussi pour filtrer toute force sismique horizontale en cas de tremblement de terre. Les paliers constituent essentiellement l’interface-clé entre la machine et la structure qui la protège et la contient.

  • 0,25
    Coefficient de frottement maximal
  • 18
    Roulements en acier inoxydable pour cryostat
  • 2100
    Tonnes de charge verticale sur chaque palier
ITER-Crysostat-Exacting requirements-Credit-ITER-organisation1

Des exigences élevées

La division Industrie de Freyssinet a travaillé pendant plusieurs années avec Nuvia (spécialiste du nucléaire au sein de Soletanche Freyssinet) pour développer et tester ces appuis sphériques en acier inoxydable. Chacun doit supporter une charge allant jusqu’à 1200 t et une dilatation thermique de ±40 mm, résultant de la plage de température prévue entre -100 °C et +35 °C dans un environnement hautement radioactif. En plus des charges et des déplacements nécessaires, Freyssinet & Nuvia devaient également garantir un coefficient de frottement maximal de 0,25. Cela a nécessité un important travail d’étude et de validation des relations entre les différents matériaux et surfaces de glissement des composants qui constituent les paliers. Il n’a pas été possible d’utiliser les matériaux de glissement existants sur le marché, car ils ne répondaient pas aux critères en termes de fluage, de résistance aux radiations et de fragilité à froid. Crédit : ITER organisation

Nouvelle qualification

La qualification d’un nouveau matériau pour un tel usage a également constitué un défi, étant donné qu’aucune installation existante n’était capable de tester la gamme de mouvements et de conditions nécessaires sur des prototypes à l’échelle réelle. Le développement des appuis a donc dû se faire dans cette optique, en utilisant un processus de qualification étape par étape. Un échantillon du matériau proposé a d’abord été testé pour ses qualités de glissement, en tenant compte de sa résistance aux radiations, au vieillissement, à l’usure, etc. Différents essais à l’échelle ont ensuite été effectués sur des prototypes d’appuis : 1:4, 1:2, puis en taille réelle, en testant les charges combinées sur chaque modèle, dans la mesure où cela était physiquement possible. Crédit : Jean-Marie Huron

ITER-Crysostat-New-qualification-Credit- Jean-marie HURON
ITER-Crysostat-Test-Track-Credit- Jean-marie HURON1

Piste d’essai

La stratégie de conception et d’essai des roulements a été menée par Nuvia, qui était responsable des aspects industriels du projet, afin de garantir la faisabilité de la production des roulements. Un banc d’essai de frottement spécialement conçu a été conçu et construit par Nuvia dans les installations de Freyssinet en France, afin de permettre aux prototypes d’être testés sous différentes séquences de chargement, en faisant varier la charge verticale, la température et ainsi de suite, le coefficient de frottement étant contrôlé tout au long du processus. Crédit : Jean-Marie Huron