ITER : Connecteur fibres optiques hermétique multivoies HERMOPTIC®

ITER est un projet international de réacteur nucléaire de recherche civil à fusion de type tokamak*, situé à proximité immédiate du centre d’études nucléaires de Cadarache à Saint-Paul-lez-Durance, en France.

L’Union européenne, les États-Unis, le Japon, la Corée, la Chine, l’Inde et la Russie sont engagés dans la construction d’ITER, le plus grand tokamak jamais conçu : deux fois la taille de la plus grande machine en opération, avec un volume de plasma dix fois plus grand. L’ambition des membres d’ITER, au travers de ce projet titanesque, est d’arriver à reproduire sur Terre l’énergie illimitée qui alimente le Soleil et les étoiles.

Ainsi, le tokamak ITER est une machine expérimentale conçue pour démontrer scientifiquement et techniquement, que la fusion (la réaction nucléaire qui alimente le Soleil et les étoiles) peut être utilisée comme source d’énergie pérenne à grande échelle, non émettrice de CO2, pour produire de l’électricité.

ITER a pour objectif de maîtriser cette énergie. Les résultats du programme scientifique d’ITER seront décisifs pour ouvrir la voie aux centrales de fusion électrogènes de demain.

*Le mot « tokamak » est un acronyme russe qui signifie « chambre toroïdale avec bobines magnétiques » (тороидальная камера с магнитными катушками).

Le cryostat ITER est la plus grande enceinte à vide en acier inoxydable jamais construite (16,000 m³). Mesurant presque 30 mètres de haut et autant de diamètre, il a été dimensionné par rapport aux très grands éléments qu’il enveloppe comme la chambre à vide et les aimants supraconducteurs.

Le cryostat délimite un environnement sous vide extrêmement froid. En effet, la température de fonctionnement pour les aimants supraconducteurs est de 4K, soit -269 °C.

Sa structure comporte près de 280 ouvertures, dont certaines sont larges de 4 mètres, pour les opérations de maintenance et pour laisser accès, entre autres, aux systèmes de diagnostics.

Le cœur du tokamak est constitué d’une chambre à vide à l’intérieur de laquelle, sous l’influence d’une température et d’une pression extrêmes, le gaz d’hydrogène se mue en plasma (un gaz chaud électriquement chargé), tout comme dans le Soleil et les étoiles.

En tant que machine expérimentale, ITER sera équipé d’un grand nombre de systèmes de diagnostics pour contrôler, évaluer et optimiser le comportement du plasma, mais aussi pour transmettre des informations importantes sur l’état des composants exposés au plasma.

Dans la chambre à vide d’ITER, les systèmes de diagnostics seront exposés à des conditions extrêmes inédites et devront faire preuve de la plus grande précision. En effet, l’intensité des flux de particules neutres, des flux de neutrons ainsi que leur fluence seront respectivement cinq, dix et dix mille fois supérieurs aux niveaux les plus élevés enregistrés dans les machines de fusion actuelles. Quant à la durée des décharges (période durant laquelle la réaction se maintient), elle sera environ cent fois supérieure.

À l’intérieur du cryostat d’ITER, plusieurs capteurs à base de fibres optiques seront installés pour enregistrer la température, la déformation, le déplacement et l’accélération ; des données importantes pour évaluer l’état et la durée de vie résiduelle des composants situés près du plasma.

La technologie des fibres optiques est intéressante pour les applications de fusion, notamment grâce à son immunité aux variations rapides et importantes des champs électromagnétiques lors des perturbations du plasma, c’est-à-dire exactement au moment où les besoins de mesures sont les plus importants.

Ces systèmes de capteurs optiques reposent sur la technologie FBG (réseaux de Bragg sur fibre optique) et sur des interféromètres de Fabry-Pérot.

L’embase a passé avec succès, avant et après irradiation totale d’environ 6 MGy avec un taux de 10.5 kGy/h, une détection de fuite à l’Hélium de l’ordre de 1×10^-9 Pa.m³/s. Aucune atténuation induite par le rayonnement (RIA – Radiation Induced Attenuation) n’a été mesurée à l’issue de cet essai, considéré comme un franc succès. Un second test d’irradiation a permis de confirmer la robustesse de ce démonstrateur.

De plus, ce démonstrateur a été soumis début janvier 2024 par CONESYS Europe à deux essais d’immersion successifs, d’abord dans de la neige carbonique (-78°C), puis dans de l’azote liquide (-196°C), sans que ses caractéristiques hermétiques en soient altérées, démontrant une fois de plus l’intégrité et la robustesse de ce concept.

SEDI-ATI Fibres Optiques et CONESYS Europe sont deux entreprises de tailles équivalentes, toutes deux situées en France et collaborant depuis 2015.

En effet, il y a des complémentarités évidentes entre l’expertise de SEDI-ATI dans les fibres optiques et leur intégration dans les férules, et l’expertise de CONESYS Europe dans le scellement verre-métal et l’intégration de ces férules dans de la connectique majoritairement circulaire et présentant des interfaces normalisées pour lesquelles CONESYS Europe est qualifié par les organismes officiels.

Pour ce projet ITER, SEDI-ATI conçoit et intègre les sous-ensembles « Férules + Fibres Optiques », et CONESYS Europe les intègre dans les connecteurs et traversées qu’il conçoit et répondant aux exigences et normes du secteur Nucléaire.

Sur le principe du connecteur HERMOPTIC^®, il est possible de réaliser une connectique électro-optique circulaire avec interface D38999 III, telle qu’illustrée ci-dessous.