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30 janvier 2004

ITER : un défi technologique pour la robotique de maintenance

par Christophe Jacquemin


On devrait connaître fin février, si la date n'est pas encore repousée, le lieu final d'implantation d'ITER, décision encore sujette aujourd'hui à d'âpres négociations entre les pays partenaires (voir notre article du 21/12/2003. Alors qui hébergera ce projet visant à démontrer la faisabilité scientifique et technologique de la production d'énergie par la fusion des atomes ? La France, dont le site de Cadarache a reçu le soutien de l'Europe, de la Chine et de la Russie, ou bien le Japon, dont le site japonais de Rokkasho-Mura est soutenu bien sûr par ce pays, mais aussi par l'Amérique et la Corée du Sud ?
S'en tiendra-t-on à choisir entre les deux sites (ce qui semble un peu difficile actuellement sachant que la décision doit intervenir à l'unanimité) ou va-t-on finalement procéder à un arrangement bancal en répartissant le projet ça et là, l'affaiblissant d'autant ? A moins que l'on assiste au revirement d'une Europe qui, forte de son expérience déjà acquise en matière de fusion et consciente de l'enjeu fondamental et économique - à long terme - que représente ITER, décide finalement de claquer la porte des négociations et de réaliser le projet chez-elle à Cadarache, aidée en cela par la Chine et la Russie...

Quoi qu'il en soit, ITER est un véritable défi technologique. Il s'agit en effet de réaliser les bases scientifiques et technologiques d'un futur réacteur à fusion, offrant un rapport supérieur à 10 entre la puissance thermonucléaire produite et celle injectée pour le chauffage(1). Au final, ce prototype doit servir de base à la construction d'un réacteur industriel. Même s'il s'agit d'une machine expérimentale, on comprend que de nombreuses sociétés seront impliquées dans la fabrication des ses composants, débouchant sur des avancées technologiques, qu'il s'agisse de la fabrication de matériaux à forte durée de vie résistants aux contraintes thermiques et à l'irradiation (qualités assurées par une superposition de matériaux, impliquant des méthodes inédites d'assemblage) ou qu'il s'agisse du développement de bobines supraconductrices à faible consommation électrique, supportant des champs magnétiques très élevés (problème notamment de tenue mécanique à de tels champs), avec un câblage pouvant encaisser plusieurs dizaines de kiloampères...

Mais un autre défi technologique est également à considérer, assez peu souvent évoqué : celui de la robotique de maintenance.
La machine ITER, soumise à rude épreuve, nécessitera le remplacement de composants internes. Si, au départ, les hommes pourront intervenir directement (pas d'utilisation de tritium ni d'énergies trop élevées au début des essais), il n'en sera plus de même après plusieurs années de fonctionnement. Et là, il n'y aura que les robots pour intervenir au sein d'un milieu hostile constitué de matériaux chargés des neutrons issus de la réaction de fusion. Ainsi, certains de ces robots - dont les composants mécaniques et électroniques devront être capables de résister à la température et aux radiations - seront spécialement conçus pour réaliser des inspections(2), d'autres pour assurer la maintenance en manipulant des pièces (quelquefois très lourdes) à l'intérieur de l'enceinte - voire intervenir à l'intérieur de la tuyauterie pour assurer la maintenance des circuits de refroidissement - avec opérations de découpe ou de soudage si nécessaire... Robots qui par ailleurs ne devront laisser aucune impureté dans les endroits où ils seront allés, sous peine de diminuer les performances du plasma à cause d'un amoindrissement de la pureté de l'atmosphère dans l'enceinte.

Outre la fiabilité à toute épreuve des robots, on imagine aussi l'importance à apporter à la conception de l'interface homme/machine permettant aux opérateurs de les manier... Comment assurer de la télémanipulation dans certaines zones de la chambre du réacteur qui ne permettront pas le retour d'images vidéos à cause d'un niveau élevé de radiations ? La solution consistera à recréer l'image en réalité virtuelle de l'espace où intervient le robot, et donc une interface spécifique pour la supervision de l'ensemble des opérations. On imagine alors aussi l'importance des développements à réaliser en matière d'haptique, gage de mouvements les plus précis de manipulation pour les opérateurs humains.

Notes
(1) La puissance thermonucléaire prévue est de 500 MW pendant 400 secondes. Seront aussi mis en oeuvre des temps plus longs, mais avec un rapport de 5 entre puissance produite et puissance injectée.
(2) Un prototype modulaire, baptisé IVP (In-Vessel Penetrator) est à l'étude. Propulsé par des moteurs électriques, il mesure quelque 8 mètres de long et 15 cm de diamètre. Ses cartes embarquées utilisent la technologie HCmos développée par les militaires. La lubrification mécanique fait appel à des solutions à base de téflon (résistante aux radiations et non polluante). Les essais devraient être réalisés au Japon.