26 Juin 2009 Simulation Dynamique de Procédés Cryogéniques VASSEUR Julien – Promotion 2009 – I5 Majeure GSP Switzerland – CERN – Section TE/CRG/ Control.

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1 26 Juin 2009 Simulation Dynamique de Procédés Cryogéniques VASSEUR Julien – Promotion 2009 – I5 Majeure GSP Switzerland – CERN – Section TE/CRG/ Control & Electricity Le CERN et Le LHC Le CERN est un laboratoire international sur la physique nucléaire. 8000 personnes venant de 50 pays collaborent à l’exploitation et la mise en service des accélérateurs de particules et des différentes expériences du CERN. L’accélérateur de particules LHC (Large Hadron Collider) le plus puissant du monde est le fleuron du CERN : un anneau de 27 km à 100m sous terre constitué de 9300 aimants supraconducteurs refroidis à 1.9K (-271.3°C) grâce à la Cryogénie. Le LHC va accélérer des faisceaux de protons à 99.99% de la vitesse de la lumière. Environ 600 millions de collisions par seconde seront produites dans les quatre détecteurs situés le long de l’accélérateur. L’analyse des données des détecteurs pourrait permettre aux physiciens de découvrir le Boson de Higgs (origine de la masse), expliquer la matière noire, et reconstituer les conditions du Big-Bang. Courber et focaliser des faisceaux de particules Champs magnétiques très importants (8 Tesla pour le LHC) Utilisation d’électro-aimants – Courant nécessaire pour 8 Tesla : 13 000 Ampères Utilisation d’aimants supraconducteurs (pas de résistance électrique = pas de perte et faible encombrement) Fonctionnement nécessaire de ces aimants à -271,3°C CRYOGENIE avec l’hélium (le seul fluide liquide à cette température) Pourquoi la Simulation ? Modélisation à l’aide des équations de la physique Simulation Numérique Validation du modèle avec le système réel Optimisation du contrôle des installations Problèmes résolus en simulation Implémentation sur les systèmes réels Oui Non Oui Non Thermodynamique Mécanique des Fluides Informatique Mathématiques Automatique Ingénierie La Cryogénie La Cryogénie est l’ensemble des applications et des sciences qui traite de la production des très basses températures et de leurs effets sur la matière. Production de l’Hélium Liquide Un réfrigérateur est un ensemble d’équipements cryogéniques constitué d’une station de compression et d’une boite froide. Le but d’un réfrigérateur est de liquéfier de l’hélium à partir de son état gazeux à température ambiante moyennant un certain nombre de transformations thermodynamiques. Au cours de ce projet de fin d’études, deux boites froides ont été développées en simulation ; l’une approvisionnant les expériences du Cryolab (TCF50 400W@4.5K) et l’autre alimentant des secteurs du LHC (Linde 18kW@4.5K). Boite Froide du LHC : 18 kW@4.5K Développement de son modèle physique sous le logiciel EcosimPro Architecture « PROcess and COntrol Simulation » Mise en place d’un laboratoire de Simulation Amélioration de la Régulation de niveau d’hélium liquide du séparateur de phase de la boite froide TCF50. Optimisation du Contrôle Installation réelle Installation simulée Validation du Modèle Identification paramétrique (Toolbox Matlab) Au CERN : Application des nouveaux paramètres de régulation sur la simulation Au CERN, certains procédés cryogéniques sont uniques au monde. Les ingénieurs ont besoin d’en anticiper les réactions ou d’en optimiser le fonctionnement mais ils ne peuvent pas se permettre de faire des tests sur les vraies installations. Cela révèle tout l’intérêt de la simulation de ces procédés en termes de réduction des coûts et en gain de temps. EcosimPro Test de nouveaux paramètres de régulation sous Simulink