La glacière située en surface mesure environ 6 mètres de long et 3 mètres de diamètre. Tous les éléments sont isolés sous vide pour limiter le rayonnement thermique. Crédit :CERN
Le Grand collisionneur de hadrons (LHC) est l'un des endroits les plus froids de la Terre. La température de fonctionnement de 1,9 K (-271,3 °C) de ses aimants principaux est encore plus basse que les 2,7 K (-270,5°C) de l'espace. Pour amener le LHC à cette température, 120 tonnes d'hélium liquide circulent en circuit fermé dans les veines de l'accélérateur.
Le système de refroidissement du LHC est composé d'îlots cryogéniques avec huit réfrigérateurs à hélium au total. Chaque point pair de l'accélérateur (Points 2, 4, 6 et 8) dispose de deux réfrigérateurs, un datant de l'ère LEP (Large Electron-Positron Collider), et un autre réfrigérateur plus récent datant du démarrage du LHC. Le réfrigérateur du LEP est composé de deux glacières, l'une en surface et l'autre en aval dans le tunnel, qui refroidissent l'hélium de la température ambiante à 20 K (-253,15 °C) et de 20 K à 4,5 K respectivement - et une unité située dans une caverne générant de l'hélium superfluide à 1,9 K.
"Ces réfrigérateurs datent de 1994, mais ils ont subi un certain nombre de mises à niveau depuis lors, en particulier en vue du LHC en 2006, " dit Emmanuel Monneret, un ingénieur du groupe TE-CRG travaillant sur le projet de réfrigération. "À cette occasion, leur puissance frigorifique a été augmentée de 12 à 16 kW à 4,5 K."
Pendant LS2, d'autres améliorations ont été effectuées sur le réfrigérateur LEP au point 4, augmentant sa puissance frigorifique à 18 kW à 4,5 K, en préparation du HL-LHC (High-Luminosity LHC) :« Les réfrigérateurs Point 4 sont cruciaux pour le HL-LHC, car en plus des secteurs de refroidissement 3-4 et 4-5, ils doivent également refroidir les sections où sont installées les cavités radiofréquences, qui nécessitent un refroidissement important, " poursuit Emmanuel Monneret.
Les nouvelles turbines et leurs échangeurs de chaleur, récemment installées dans la boîte froide inférieure au point 4. Les turbines sont montées sur une interface spécialement développée pour permettre leur installation depuis l'extérieur de la boîte froide. Crédit :CERN
Pour atteindre cet important supplément de 2 kW, les quatre turbines et échangeurs de chaleur de chacune des glacières du point 4 ont été remplacés par des équivalents plus performants. Cette tâche était relativement simple à réaliser pour la glacière en surface, qui est facilement accessible aux travailleurs (voir photo 1), mais plus ardue pour la glacière dans le tunnel. "Nous n'avions pas prévu qu'il serait impossible d'entrer dans la glacière du tunnel, qui est beaucoup plus compact que celui en surface, " explique Emmanuel Monneret. " Travaillant en étroite collaboration avec le constructeur, nous avons finalement trouvé une solution pour nous permettre de remplacer les turbines et les échangeurs de l'extérieur."
Grâce à une nouvelle interface (voir photo 2) développée par le constructeur en quelques mois, l'équipe en charge du projet a pu installer les turbines et les échangeurs sans avoir à les connecter depuis l'intérieur de la boîte froide. Ce nouvel équipement, qui vient d'être mis en service, sera opérationnel d'ici la fin du mois.
Le LHC a commencé son refroidissement
Le refroidissement post-LS2 du LHC a débuté le 5 octobre dans le secteur 4-5. Le refroidissement s'effectue en trois étapes :de la température ambiante à 80 K, de 80 K à 4,5 K, et enfin de 4,5 K à 1,9 K. Il faut environ sept semaines pour qu'un secteur soit refroidi à 1,9 K, y compris les vérifications et les réglages de l'instrumentation et des systèmes de contrôle de processus. Les secteurs se refroidissent progressivement, l'un après l'autre. Le LHC devrait donc atteindre sa température nominale au printemps 2021.
