Mesure de débit par clamp-on dans les circuits de refroidissement
Des débitmètres KATflow 150 fixes ont été installés pour les circuits de refroidissement du projet de recherche sur la fusion Wendelstein 7-X. Ces systèmes à fixation par serrage permettent d'effectuer des mesures fiables de l'eau déionisée dans des conditions extrêmes de température et de champ magnétique.
Quatre KATflow 150 équipés d'une interface Profibus DP utilisés dans une application à haute température d'un réacteur à fusion
L'énergie de fusion a le potentiel de fournir à l'humanité une énergie illimitée et sans carbone, et de nous libérer des contraintes liées aux ressources limitées de notre planète. Nous sommes ravis que la technologie de mesure de débit par ultrasons « clamp-on » non invasive de Katronic apporte une modeste contribution au fonctionnement d’une installation de recherche expérimentale ambitieuse : le Wendelstein 7-X, un « stellarator », situé à Greifswald, en Allemagne. Conjointement avec le projet de tokamak ITER, dans le sud de la France, ces deux projets à long terme visent à ouvrir la voie aux premières centrales à fusion de demain. La résistance des appareils Katronic aux champs magnétiques puissants, indispensables au confinement du plasma à haute énergie, a été déterminante pour la réussite de la mise en œuvre du débitmètre.
L’installation Wendelstein 7-X est de forme annulaire et présente un diamètre d’environ 14 m. Elle repose sur le principe du stellarator, dans lequel seules des bobines externes génèrent le champ magnétique torsadé permettant de confiner le plasma d’hydrogène nécessaire à la fusion nucléaire. Les températures de plasma requises sont notamment générées par un système ICRH (Ion Cyclotron Resonance Heating). Pour ce faire, des ondes radio de la bande des ondes courtes sont injectées dans le plasma via une antenne ; celles-ci y sont absorbées – à l’instar d’un micro-ondes – et font ainsi monter la température du plasma jusqu’à 150 millions de °C. Cette température très élevée, la densité des particules et une isolation thermique suffisante du plasma par rapport à l’environnement sont les trois conditions indispensables à la réussite d’une expérience de fusion en laboratoire utilisant un champ magnétique de type stellarator.
L'environnement d'installation de cette antenne ICRH comprend huit circuits de refroidissement à eau. Il s'agit d'éléments techniques essentiels pour éviter la surchauffe de l'antenne pendant le déroulement des expériences de fusion. La température de l’eau dans les conduites, d’un diamètre intérieur de 8 mm, est de 150 °C à une pression maximale de 26 bars ; le débit d’eau de l’ensemble des circuits est de 5,4 m³/h. Pour mesurer le débit, des essais ont d’abord été réalisés avec des débitmètres à flotteur. Cependant, l’influence du champ magnétique du système de bobines du stellarator était trop forte, de sorte que cette technique ne s’est pas avérée efficace. Les scientifiques participant aux expériences Wendelstein, issus du LPP-ERM/KMS, de l’Institut Max Planck de physique des plasmas (IPP) et du Centre de recherche de Jülich, ont donc dû mettre au point une autre solution. En raison de l'utilisation d'eau déionisée dans les circuits de refroidissement, un deuxième critère de sélection consistait à trouver un système de mesure de débit fonctionnant indépendamment de la conductivité du fluide.
Le débitmètre fixe « clamp-on » KATflow 150 de Katronic a finalement répondu à toutes les exigences techniques imposées à un nouveau système de mesure de débit. Tous les composants de l’unité de mesure devaient être non magnétiques, ce qui était garanti par le boîtier en plastique de l’unité de mesure de débit et le boîtier en acier inoxydable des capteurs utilisés. De plus, aucun contact direct avec le fluide ne devait être établi. Ceci a été garanti par la fixation des transducteurs à l’aide de la technologie « clamp-on » et par le fait que les mesures pouvaient être effectuées à travers les parois des conduites en acier inoxydable installées dans les circuits de refroidissement.
Les quatre débitmètres de type KATflow 150 installés font parfaitement leurs preuves dans cette application à haute température (mesures de débit d’eau déionisée à 150 °C). Grâce à l’interface Profibus-DP intégrée à chaque unité, conformément à la demande du client, les données de mesure peuvent être transmises à un débit de 4 Mbit/s. Grâce à la mesure combinée de la température, les scientifiques sont désormais en mesure, outre la vérification du débit nécessaire au refroidissement de l’antenne ICRH, de relever et d’évaluer la puissance dissipée et l’énergie du rayonnement des ondes radio.
Partenaires du projet :
Laboratoire de physique des plasmas, École royale militaire - Koninklijke Militaire School (LPP-ERM/KMS), Trilateral Euregio Cluster (TEC), Bruxelles
Centre de recherche de Jülich GmbH, Institut de recherche sur l’énergie et le climat – Physique des plasmas, Trilateral Euregio Cluster (TEC)
Centre de recherche de Jülich GmbH, Institut central d’ingénierie, d’électronique et d’analyse
Institut Max Planck de physique des plasmas (IPP), Greifswald
