Un nouveau laboratoire à vide au service de l’Einstein Telescope et des entrepreneurs

Ce triangle de conduites de dix kilomètres de long ne constitue pas le cœur technique de l’Einstein Telescope, mais il est essentiel pour que les faisceaux laser qui y sont envoyés puissent mesurer les ondes gravitationnelles les plus infimes. L’installation de ces conduites est l’un des postes les plus coûteux du projet. Un tout nouveau laboratoire à vide à la Haute École technique de Rhénanie-Westphalie (RWTH) d’Aix-la-Chapelle, en Allemagne, concevra bientôt de nouvelles technologies pour la construction de systèmes de conduites. « Ce projet pourrait également intéresser d’autres secteurs », affirme le professeur Achim Stahl, chef de projet.

La construction des systèmes à vide de l’Einstein Telescope bénéficie d’un budget de plus de 600 millions d’euros. Le professeur Achim Stahl, physicien et directeur de l’Institut de physique III de la RWTH, peut facilement expliquer le montant énorme de cette somme. « Chacun des trois bras de 10 kilomètres est composé de quatre conduites, ce qui représente un total de 120 kilomètres de conduites. Une section de tuyau mesure au maximum 18 mètres de long, soit la taille maximale pouvant être transportée par camion. Toutes ces sections doivent donc être soudées ensemble. Faites le calcul, ça représente pas moins de 6 600 soudures. Chaque soudure constitue un travail très précis qui nécessite environ 5 heures de travail et la mobilisation de 5 techniciens, et tout doit correspondre au millimètre près. Avec une épaisseur de paroi de seulement 3 millimètres, le moindre écart est interdit. La main-d’œuvre est extrêmement coûteuse dans ce cas, bien plus chère que l’acier inoxydable que nous utilisons. »

Robot spécial

Cela constitue une raison suffisante pour rechercher une méthode moins coûteuse. Il semble désormais que la RWTH en aurait trouvé une avec la mise au point d’un robot spécial capable de former des conduites pouvant atteindre 500 mètres de long à partir de tôles d’acier souterraines. Le robot soude les sections de conduites à l’aide d’un faisceau laser sous vide, en respectant scrupuleusement les normes strictes requises. « Cette technologie présente un avantage essentiel », explique Stahl. « Sous vide, il n’y a pas d’oxydation de la soudure et donc aucun post-traitement n’est nécessaire, ce qui serait très difficile dans une conduite souterraine de 500 mètres.  Cette technologie de soudage n’est pas totalement nouvelle dans le secteur des métaux, mais nous avons besoin d’un vide mobile qui se déplace avec le faisceau laser le long de la conduite. Personne n’a d’expérience en la matière. »

C’est pourquoi Stahl a formé une équipe pour mettre au point la solution de soudage. Ces travaux se dérouleront dans un laboratoire flambant neuf qui doit être construit à Aix-la-Chapelle et pour lequel une subvention de deux millions d’euros a été octroyée. « Nous sommes en train de mettre au point une sorte de pot que nous placerons sur les tôles à souder. Nous le ferons ensuite glisser le long de la soudure en cours. Ce procédé créera un vide, après quoi le laser pourra faire son travail, sans oxygène et donc sans oxydation. Au final, nous disposerons d’un système qui nous permettra de souder très rapidement et avec précision, sans risque de corrosion en chaîne. Les premiers calculs indiquent que le coût du processus sera réduit de moitié au moins. »

Utilisations accrues

La subvention pour le nouveau laboratoire vient d’être accordée et Stahl espère que son équipe de chercheurs allemands, belges et néerlandais sera opérationnelle avant la fin de l’été. « Les entrepreneurs apporteront également leur contribution », ajoute-t-il. « La société néerlandaise SBE à Eijsden, qui participe à la recherche, en constitue un exemple. Cette technique suscite un vif intérêt en général. Le soudage à vide à l’aide d’un robot mobile peut s’avérer utile dans de nombreuses situations difficiles, comme les pipelines pour le gaz et l’hydrogène. Nous étudions également les effets des revêtements. Nous ne menons donc pas seulement ces recherches pour l’Einstein Telescope, nous travaillons également à une innovation de grande envergure. En outre, notre laboratoire d’essai sera également à la disposition des entrepreneurs qui souhaitent aller de l’avant en vue de l’élaboration d’une nouvelle technologie du vide, mais qui n’ont pas les moyens d’avoir leur propre laboratoire. Enfin, le projet présente évidemment un intérêt pour certains instituts de recherche, chercheurs et étudiants. C’est ce qui rend la participation de la RWTH à un projet d’une telle dimension, tel que l’Einstein Telescope, si intéressante. »

BeamPipes4ET

Comment peut-on installer des conduites à vide de 500 mètres de long sous terre d’un seul tenant ? C’est l’idée sur laquelle planche le projet BeamPipes4ET.

Sept partenaires y travaillent sous la direction de la Haute École Technique de Rhénanie-Westphalie (RWTH) à Aix-la-Chapelle, en Allemagne Dans le Limbourg belge, il s’agit des entreprises Aperam et Werkhuizen Hengelhoef, toutes deux basées à Genk. Le partenaire du Limbourg néerlandais est SBE à Eijsden, et l’entreprise de soudage FEF est un partenaire situé dans la région d’Aix-la-Chapelle. Outre la Haute École RWTH d’Aix-la-Chapelle, les universités de Hasselt et d’Anvers participent également au projet.

L’idée est d’éviter à l’avenir de devoir transporter d’énormes conduites par la route. La construction de conduites à vide souterraines est beaucoup plus durable et devrait être moins coûteuse. À cette fin, des rouleaux de tôles d’acier seront acheminés dans le tunnel souterrain de l’Einstein Telescope, où elles seront roulées et soudées pour former des conduites.

Si le projet BeamPipes4ET est mené à bien, il apportera une contribution majeure à la construction durable de l’Einstein Telescope. Il permettrait en effet de réduire le nombre de mouvements logistiques et les nuisances causées par le transport routier de grandes conduites. De plus, les partenaires du projet envisagent également des possibilités d’application de cette idée à d’autres projets de pipelines à l’avenir.