La belle histoire des tubes à gaz pulsés pour l`espace La belle

3e trimestre 2007 — nº 37

Le m a g a z i n e

d e

l a

D i v i s i o n

d e s

T e c h n i q u e s

A v a n c é e s

La belle histoire des tubes à gaz pulsés pour l'espace P 4, 5

Télégrammes Dernières nouvelles de la DTA

P 2, 3

Technique COV et tissus de carbone activés

P 6, 7

Parole d’expert

Louis Sentis : une nouvelle organisation P8 pour Ariane

www.dta.airliquide.com

Télégrammes Du stockage des gaz à la molécule ultra pure : la chaîne complète pour AMD En trois ans, DTA a fourni plusieurs épurateurs de gaz à AMD (Advanced Micro Devices), l’un des plus grands sites de microélectronique en Europe basé à Dresde, en Allemagne. Aujourd’hui, Air Liquide a été sollicité pour fabriquer deux “unités” de vaporisation, spécifiquement destinées à alimenter la Fab 36 d’AMD, l’unité de fabrication de processeurs 65 mm du site. « La première unité permettra de vaporiser de l’hydrogène stocké sous forme liquide, avec un débit maximum de 200 Nm3 par heure et une pression de 8 ± 0,5 bar, détaille Yannick Rouaud, responsable de marché. La seconde servira à vaporiser de l’hélium liquide à raison de 120 Nm3 maximum par heure, également à la pression de 8 ± 0,5 bar… tout en maintenant la pureté des gaz à un grade de niveau électronique. Et

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ceci pour une alimentation de gaz en continu, 24 h sur 24, 365 jours par an, sans interruption. » Avec ces nouvelles commandes, DTA fournit désormais une chaîne complète dédiée aux gaz vecteurs de la microélectronique : du stockage à la fourniture de molécules ultra pures. « Le fait de proposer une solution complète ouvre la voie à de nouveaux développements à Dresde, confie Yannick Rouaud. Non seulement avec AMD, mais également avec d’autres entités à forte activité microélectronique. »

Challenge Bibendum à Shanghai : DTA fait le plein d’hydrogène Pour la troisième fois, Air Liquide est partenaire du Challenge Bibendum*, un rallye automobile axé sur la mobilité routière durable : consommation d’énergie, émission de gaz à effet de serre, niveau sonore, etc. font partie des épreuves. Comme les années précédentes, tous les véhicules du Challenge Bibendum

– camions, bus, voitures de tourisme, voiturettes de golf… – concourant dans la catégorie hydrogène, sont ravitaillés par la station-service 350 et 700 bar de DTA. Mais cette année, pour la première fois, le rallye accueille huit prototypes chinois, sur les 16 véhicules à hydrogène du Challenge (et les 200 concurrents de toutes catégories). Le Challenge Bibendum constitue également l’occasion pour Air Liquide de présenter son réservoir automobile d’hydrogène liquide. Construit en aluminium, celui-ci est si léger qu’il peut stocker deux fois plus d’hydrogène que tous les autres réservoirs existants. *Du 14 au 17 novembre 2007 à Shanghai.

Une station hydrogène en Chine.

Le premier MESMA prêt à naviguer La principale qualité d’un sousmarin ? La discrétion. Une discrétion compromise lorsqu’il fait surface, pour recharger ses batteries. Or, l’autonomie d’un sous-marin conventionnel ne dépasse pas quelques dizaines d’heures. Avec le MESMA, DCNS (ex DCN) donne un nouveau souffle aux sousmarins. Ce système de propulsion anaérobie produit plus de 200 kW d’électricité pour quatre fois plus d’autonomie en plongée. « DTA contribue au MESMA, informe Jean-Marie Gaillard, responsable Produits Marine, puisque nous fournissons le sous-système d’alimentation en oxygène. C’est un réservoir cryogénique, avec une vocation double : faire tourner le système de propulsion MESMA et apporter l’oxygène nécessaire à la respiration de l’équipage. » DTA a également installé les lignes de distribution d’oxygène. Avec le soutien technique de DTA, DCNS vient de réaliser le démarrage du premier MESMA,

qui équipe un sous-marin de la Pakistan Navy. « C’est une première, lance Jean-Marie Gaillard, puisque le système n’avait jamais été rempli en oxygène liquide à bord du sousmarin. C’est aussi une réussite : les tests grandeur nature effectués sur la base navale à Karachi, ont été très concluants. » La Pakistan Navy a commandé deux autres MESMA à DCNS. DTA est encore de la partie : elle est chargée de fabriquer en parallèle deux réservoirs identiques à celui du MESMA 1. Les livraisons sont prévues pour décembre 2008 et mars 2009.

Le MESMA prêt pour le départ.

Télégrammes HELIAL : triplé pour la recherche britannique Les liquéfacteurs HELIAL rencontrent un franc succès de l’autre côté de la Manche. En 2006, DTA avait déjà mis en service un HELIAL, pour refroidir les cavités supraconductrices du synchrotron Diamond, à Oxford (voir Le Cryoscope nº 32, p. 2). Cette année, trois autres laboratoires britanniques ont commandé des HELIAL à DTA, chacun avec des spécificités différentes. Pour tous ces projets, DTA a su s’adapter.

220 000 litres d’hélium liquide par an à Cambridge Le Covendish Laboratory de Cambridge nécessite chaque année 220 000 litres d’hélium liquide, pour ses expériences de physique des basses températures. C’est pour approvisionner ces quantités d’hélium que le laboratoire a fait appel à DTA. « Pour ce projet, nous avons prévu un pré-refroidissement par l’azote pour augmenter le débit de la liquéfaction, indique Aurélie Praud, responsable du projet à DTA. Classiquement, l’HELIAL fournit 40 litres d’hélium liquide par heure. En refroidissant préalablement l’hélium par l’azote, le débit dépasse 80 litres par heure. Ainsi, le client a le choix d’augmenter le débit de son HELIAL s’il le souhaite. » Autre particularité du système ? Le centre de liquéfaction de l’Université de Cambridge voulait pouvoir suivre le travail du liquéfacteur et lui donner des ordres en permanence, week-ends et congés inclus. DTA a donc ajouté un “opérateur à distance” à l’HELIAL. Le responsable du liquéfacteur reste ainsi toujours en lien avec la machine, par le biais d’une simple connexion internet.

Un prix “littéraire” pour DTA ! C’est la meilleure publication de l’année   ! Ainsi en ont décidé les éditeurs d’Europe, d’Asie et des États-Unis de la revue internationale Cryogenics, LA revue référence sur le secteur des technologies des basses températures. “Design and performance of the dilution cooler system for the Planck mission”, écrite par Sébastien Triqueneaux et Louis Sentis de DTA, avec Philippe Camus et Alain Benoît du CRTBT (Centre de Recherche sur les Très Basses Températures) de Grenoble et Guy Guyot de l’Institut d’Astrophysique Spatiale de Paris, a en effet reçu le premier prix de Cryogenics. Ce prix a été remis à l’occasion du Congrès CEC-ICEC (Cryogenic Engeneering Conference- International Cryogenic Material Conference), à Chattanooga

Des besoins plus petits pour Bristol À l’Université de Bristol, les besoins en hélium liquide sont modestes : 15 litres par heure. Mais le liquéfacteur existant arrivait en fin de vie. Pour investir dans du neuf, le centre de liquéfaction de Bristol a demandé à DTA un HELIAL. « Pour brider le liquéfacteur, explique Aurélie Praud, nous l’avons équipé avec un compresseur de petite capacité. En revanche, le système de déshuilage et la boîte froide sont de taille identique à celle d’un HELIAL classique. » À cet HELIAL, DTA a ajouté un épurateur interne, qui Robert Wiltshire, responsable du permet au client de liquéfier de l’hélium ayant centre de liquéfaction de Bristol. déjà servi aux expériences de recherche. En perspective, de belles économies  ! Dernière remarque : comme le laboratoire de Cambridge, le client de Bristol a demandé un système de supervision dans le cadre de son projet.

Modérer des neutrons à Oxford Basée au Sud d’Oxford, la source de neutrons pulsés et de muons ISIS est la plus puissante au monde. Elle permet à des scientifiques du monde entier d’étudier la matière à l’échelle atomique. Elle va recevoir prochainement un second faisceau (TS2ISIS). C’est dans ce cadre que deux HELIAL ont été commandés à DTA. Ceux-ci vont refroidir des appareils placés au cœur de TS2ISIS, qui “modèrent” l’intensité et l’énergie des neutrons produits. Ces modérateurs utilisent de l’hydrogène liquide et du méthane solide à des températures au dessous de 20 K (- 253 °C). Pour cette application, la machine standard HELIAL a été adaptée pour fonctionner avec un cycle Brayton 13,5 K. Pour amener ensuite les modérateurs à la température de 20 K, une boucle secondaire d’hydrogène, fabriquée par DTA, a été ajoutée. « Pour le projet TS2ISIS, comme pour ceux de Cambridge et de Bristol, l’HELIAL, un produit standard de DTA, a pu être adapté pour répondre aux besoins spécifiques du client », souligne Christof Roling, responsable commercial du projet.

Des auteurs primés !

aux États-Unis. Cet article décrit comment le système de refroidissement des détecteurs de la Mission Planck, dont l'objectif est de “voir le fond de l’Univers”, a été conçu et mis au point. « Ce prix illustre un bel exemple de collaboration entre un industriel, un laboratoire de recherche et un institut », se félicite Alain Ravex, d'Air Liquide. Ce même travail a remporté un autre prix récemment : le prix du meilleur développement industriel de l’année, remis par le journal L’Usine Nouvelle . 3

Reportage À l’occasion du Space Cryo Workshop organisé par l’ESA en novembre 2007, Air Liquide DTA présente deux types de refroidisseurs utilisant la technologie des tubes à gaz pulsé ou pulse tubes. Un exemple Le MPTC : Miniature Pulse Tube Cooler.

Innovation et conquête

La belle histoire du MPTC et

À

l’orée des années quatre-vingtdix, pour des applications optroniques dans des programmes de défense, Air Liquide DTA se penche sur les améliorations à apporter aux refroidisseurs cryogéniques fonctionnant sur la technologie à cycle thermodynamique de Stirling. Ces produits permettent d’obtenir du froid à partir d’une alimentation électrique, sans apport de fluide cryogénique. Mais il s’agit de machines mettant en œuvre une pièce mobile dans le doigt froid (appelé déplaceur), ce qui implique une usure et des vibrations induites importantes. La technologie du tube à gaz pulsé apparaissant alors comme la seule pouvant apporter fiabilité, durée de vie et réduction des coûts, fait, à l’époque, l’objet de développements spécifiques sur le site de DTA. Le marché des refroidisseurs cryogéniques Stirling, en plein essor durant les années quatre-vingt-dix, les donneurs d’ordres militaires décident d’y être fidèles, délaissant les pulse tubes nés pourtant de leur propre volonté et avec leur contribution au

niveau des études. Du côté d'Air Liquide, on n’en reste pas là, persuadés que deux arguments clés peuvent intéresser d’autres clients : une fiabilité accrue, des vibrations extrêmement réduites (dues à l’absence de pièce mobile dans le doigt froid) conduisant à une intégration facilitée pour tout maître d’œuvre (pas de perturbation pour d’autres équipements placés à proximité). Dans ce but, des contacts sont noués et un premier contrat de développement est signé avec l’ESA (European Space Agency) en 2000. Son objectif : élaborer un mini refroidisseur cryogénique à tube à gaz pulsé capable de produire 1 watt de froid à une température de 80 K (voisine de celle de l’azote liquide), avec 35 watts électriques et moins de 3 kg   !

Objectif Espace Mis en compétition sur ce projet, Air Liquide décide de faire équipe avec deux partenaires. Le premier est le Service des Basses Températures du CEA, aux compétences reconnues en matière de modélisation et de prototypage de doigts froids, installé lui aussi dans l’agglomération grenobloise. MPTC : Miniature Pulse Tube Cooler Le second partenaire est Puissance frigorifique : 1,5 W à 80 K Thalès Cryogenics BV (basé Puissance électrique : 35 We à Eindhoven, Pays-Bas) qui Masse :