Premiers onduleurs dans le bâtiment du SwissFEL

Le soleil n’était pas encore levé lorsque le transport spécial a passé la voie d’accès qui mène au bâtiment. En raison de son chargement sensible, seul un trajet de nuit entrait en ligne de compte. Il fallait pouvoir garantir un transport sans secousses, à une vitesse aussi constante que possible. Le hall de déchargement étant acclimaté à la temperature de l’onduleur, le moment est donc venu de l’ouvrir et de décharger la structure mécanique de l’onduleur, qui mesure quatre mètres et pèse 16 tonnes.

Départ en pleine nuit

En avril, les deux premières structures d’onduleurs (il y en aura douze en tout) de l’entreprise MDC Max Daetwyler AG sont arrivées au bâtiment qui abritera le laser à rayons X à électrons libres SwissFEL, le nouveau grand instrument de recherche du PSI. Ce dernier est actuellement en construction dans la forêt de Würenlingen.

Pour le transport, rien n’avait été laissé au hasard. Le trajet avait été inspecté en amont et soumis à un examen critique : « Nous avons dû faire particulièrement attention aux passages à niveau », explique Thomas Schmidt, responsable du développement des onduleurs au PSI, qui a accompagné les transports. Chaque fois, le convoi a démarré aux premières heures à Ursenbach, en direction du PSI.

Arrivée dans un environnement tout confort

Mais la marchandise n’est pas seulement sensible aux secousses. Lorsque l’installation sera terminée, c’est dans les onduleurs que sera produite la lumière de type rayons X de qualité laser, qui, grâce à son exceptionnelle brillance, permettra des immersions nouvelles dans les structures et les processus atomiques. Pour ce faire, des électrons seront accélérés jusqu’à ce qu’ils atteignent une haute énergie, puis envoyés sur un trajet en slalom à travers un agencement d’aimants. Chaque onduleur comporte 1060 aimants finement ajustés et ordonnés en deux rangées. Les structures d’onduleurs sont déjà livrées avec un système de commande des aimants. Ce dernier règle l’écart entre les rangées d’aimants, qui peut varier et atteindra plus tard entre 3 et 4 millimètres, lors de l’exploitation.

Pour l’instant, les onduleurs finissent d’être montés à l’intérieur du bâtiment du SwissFEL, et on les optimise au niveau magnétique. La grande précision des composants d’onduleurs, indispensable pour un fonctionnement correct, n’autorise aucun changement au niveau des matériaux dont les onduleurs sont composés. Or, il suffirait de variations minimes de température pour que cela se produise. Raison pour laquelle il règne déjà dans les sas d’entrée et les salles préparées pour le montage final une température de 24°C : la même que celle qui règnera lors de l’exploitation. Avant d’ouvrir le container où la structure d’onduleur a été transportée, on lui laisse suffisamment de temps pour s’acclimater. « Suivant la température extérieure, cela peut prendre entre une demi-heure et plusieurs heures », précise Johan Wickström, qui coordonne les transports des structures d’onduleurs jusqu’au PSI, et qui, comme Thomas Schmidt, est toujours sur place pour épauler l’équipe du transport.

Flotter jusqu’en position finale

Une fois le container ouvert, la structure d’onduleur est fixée au système de grue et déchargée. Pendant ce temps, l’environnement est sans cesse nettoyé, essuyé et passé à l’aspirateur. Pour acheminer la structure jusqu’à sa position finale dans la halle de montage, on utilise un véhicule à coussin d’air, qui a été spécialement développé et construit pour l’installation des onduleurs. Il est d’ailleurs presque aussi sensible que ces derniers : le moindre éclat de métal ou le moindre déchet de câble présent sur le sol pourrait endommager les coussins. L’onduleur flotte sur un mince film d’air et peut donc être déplacé pratiquement sans heurt. Pour que le transport fonctionne sans accroc, le sol doit être égalisé à quatre millimètres près, sur toute la longueur de l’onduleur. Car si ce dernier venait à glisser, il serait difficile de le freiner.

Une brève frayeur : la ventilation vient de tomber en panne. Mais heureusement, lors de la phase de livraison et pendant les premiers travaux de montage, le cahier des charges sur la température est plus souple que lors de la mesure d’un onduleur. La température peut présenter des écarts allant jusqu’à 2°C par rapport à la température d’exploitation. Et si l’on veut entrer dans la halle de montage, il suffit d’essuyer ses chaussures de ville sur un tapis adhésif spécial. Mais quand les aimants seront montés, le passage par un sas anti-saleté sera obligatoire pour tous ceux qui pénétreront dans la salle spécialement préparée à cet effet. L’optimisation fine et le montage final se font dans des conditions précisément calquées sur celles qui règnent dans le canal de faisceau. La tolérance est alors seulement de plus ou moins 0,1°C.

Dans le tunnel de l’accélérateur, une fois le montage terminé

A partir de maintenant, les structures d’onduleur seront livrées à un rythme presque mensuel dans le bâtiment du SwissFEL. L’assemblage final, qui se fait en parallèle sur plusieurs onduleurs, durera environ six mois. Ensuite, les onduleurs prêts seront acheminés dans le tunnel de l’accélérateur du nouveau grand instrument de recherche du PSI, pour y être installés. C’est là, au milieu de l’année, que débutera l’installation des différentes parties de l’instrument, avec la mise en place de la source d’électrons. Les électrons qui y seront produits seront accélérés dans l’accélérateur linéaire pour atteindre une haute énergie et amenés dans les onduleurs à émettre la lumière de type rayons X. Les travaux d’installation dans le tunnel de l’accélérateur prendront en tout une année et demie.

Pour une structure d’onduleur, le trajet entre Ursenbach et la halle de montage prend douze heures en tout. Une fois arrivés à bon port, Thomas Schmidt et Johan Wickström font un somme bien mérité. Mais ils ne voudraient manquer pour rien au monde cette expérience, en dépit de la pénibilité du travail de nuit : « Un transport pareil, c’est une expérience unique. C’est beau de voir que cette préparation minutieuse porte ses fruits et que tout fonctionne parfaitement. »

Texte : Institut Paul Scherrer Institut/Martina Gröschl