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Génie civil : plongée au cœur d'Iter
Vue aérienne du coeur du chantier d’Iter. Cette partie comprend la chambre de confinement magnétique. Au centre, le bouclier de protection biologique, ou « bioshield ». - © PHOTOS : ITER ORGANIZATION

Génie civil : plongée au cœur d'Iter

Emmanuelle Picaud, avec Arnault Disdero |  le 25/01/2019  |  Génie civilEnergieBouches-du-RhôneInfrastructuresCentrale nucléaire

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Dans le sud de la France, des moyens énormes sont mobilisés pour réaliser les ouvrages nécessaires au confinement du réacteur à fusion nucléaire.

 

C'est un rêve de physicien en passe de devenir réalité. Huit ans après le premier coup de pelle à Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône), puis l'excavation de 200 000 m3 de terre, le chantier d'Iter est déjà bien avancé (lire ci-dessous) . Le méga-complexe « tokamak » est à présent équipé des principales infrastructures qui accueilleront le plus grand réacteur à fusion du monde. Pour confiner cette installation des plus sensibles et scrutée dans les moindres détails par des équipes internationales de scientifiques, des techniques constructives et des matériaux rarement mis en œuvre ont été utilisés. Haut de 60 m (plus 20 m en sous-sol), large de 80 m et long de 120 m, l'édifice comprend trois bâtiments : la chambre de confinement magnétique proprement dite, une chambre à tritium - l'un des matériaux nécessaires pour alimenter le réacteur -, ainsi qu'une salle de pilotage et de diagnostics. Au total, 16 000 t de ferraillage, 150 000 m3 de béton et 7 500 t de métal seront nécessaires pour construire cet ensemble, qui supportera une charge de 360 000 t de planchers et de bâtiments.

Des mesures antisismiques. Pour protéger ces ouvrages des risques de séisme, une fosse d'isolation de 126 m de long, 86 m de large et 15 m de profondeur a été construite, ainsi que deux radiers. Le premier a été coulé à l'aide d'un béton standard et repose sur 493 piliers en béton. Chaque pilier est surmonté d'un plot parasismique doté de patins en élastomère, ce qui permettra de diviser par dix les éventuels déplacements latéraux de la machine.

Le second radier, qui fait office de plancher, a été coulé dans un béton nucléaire, dont la résistance à la compression est sensiblement supérieure à celle du premier radier (4 000 t/m3 ). Outre cette qualité, ce matériau spécifique permet également d'assurer le confinement des particules.

Toutefois, sur Iter, c'est surtout le bouclier de protection biologique qui jouera le rôle de barrière ultime contre ces dernières, en soutien du blindage du réacteur. Enveloppant la totalité du système du réacteur (voir dessin ci-contre) , cette enceinte de 30 m de haut est pour l'instant coiffée d'un couvercle temporaire, pour permettre aux opérations d'être réalisées à l'abri des intempéries. Ses façades, qui forment un rempart de 3, 2 m d'épaisseur, ont été réalisées avec du béton lourd. « La masse au mètre cube de béton est ici de 3,6 t, contre 2,5 t pour une construction classique. C'est l'association de l'épaisseur des murs et de la forte densité du béton qui assurera une protection contre les neutrons », précise Laurent Schmieder, chef de projet construction et infrastructure Iter chez Fusion for Energy. Ce bouclier est percé de toutes parts par 46 ouvertures qui serviront lors des futures opérations de maintenance. Le reste du temps, ces cellules seront bloquées par des portes nucléaires monumentales (lire ci-dessous).

Des forces colossales à l'œuvre. Enfin, la couronne, appelée ainsi en raison de sa forme cylindrique caractéristique et qui sert de socle au réacteur, a été terminée au cours de l'été 2018. Cet élément stratégique, qui assure un rôle de fondation, supportera le poids de l'ensemble du système du réacteur, soit 23 000 t. Elle a été réalisée à partir d'un béton coulé C-90 et possède un taux de ferraillage deux fois plus important que pour une construction classique, soit 500 kg/m3 . « Au cours de l'utilisation de la machine, le champ magnétique peut s'inverser, une pression de plusieurs milliers de tonnes peut s'exercer sur la boulonnerie, le réacteur peut être soumis à des effets de balancier, etc. Tous ces efforts ont été calculés. En outre, pour assurer le transfert de ces charges en douceur, 18 patins seront installés sur la base de la couronne et supporteront le cryostat, sorte de thermos refroidi autour de - 269 °C, qui assurera l'isolation thermique du réacteur », détaille Laurent Schmieder.

Depuis l'été 2018, les membres d'Iter s'attellent à assembler les éléments nécessaires à la construction de cette pièce aux allures de congélateur géant. Sous responsabilité indienne (le conglomérat Larsen & Toubro), le cryostat est la plus grande enceinte à vide en acier inoxydable jamais construite (16 000 m³). L'assemblage des pièces du réacteur pourra ensuite débuter. « Aujourd'hui, 70 % du génie civil de l'ensemble du chantier Iter a été réalisé », se félicite Laurent Schmieder. La production du premier plasma - ce fluide constitué de particules ionisées issues de la réaction de fusion - est quant à elle prévue à partir de 2025.

Commanditaire : Iter Organization.
Maîtrise d'ouvrage : agence Fusion for Energy (F4E).
Principales entreprises : Grands Travaux de Marseille, filiale de Vinci (radier) ; consortium VFR, Vinci-Ferrovial-Razel (murs de soutènement, bioshield) ; Nuvia, filiale de Vinci (couronne, fabrication des patins) ; Larsen & Toubro (fabrication du cryostat) ; MAN (soudage et assemblage du cryostat) ; Cegelec et Sommer (installation et construction des portes nucléaires).
Coût total du projet : 20 milliards d'euros HT.

Iter
Sur 42 ha, il est prévu de construire 39 bâtiments. L’emplacement de l’édifice central, ou complexe tokamak, est indiqué par la flèche. - © EJF RICHE - ITER ORGANIZATION
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De forme cylindrique et haut de 30 m, ce « bioshield » a été coulé avec du béton lourd. - © PHOTOS : ITER ORGANIZATION
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A l’intérieur du bouclier, la « couronne » joue un rôle de fondation. C’est elle qui supportera le poids du réacteur, soit 23 000 t. - © PHOTO ET DOC : ITER ORGANIZATION
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Schéma éclaté du tokamak. Le bouclier de protection biologique enserrera la couronne et l’ensemble du cryostat, à l’intérieur duquel sera placé le réacteur à fusion d’Iter. Amorti par les patins, le cryostat reposera sur la couronne. - © PHOTO ET DOC : ITER ORGANIZATION

Infrastructure - Le chantier de tous les records

 

Situé sur un terrain de 180 ha à Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône), le chantier d'Iter (pour « International Thermonuclear Experimental Reactor », réacteur thermonucléaire expérimental international) a débuté en 2010. Au total, 39 bâtiments seront érigés sur une surface de 42 ha. Le complexe tokamak, un édifice haut de 60 m qui accueillera le réacteur, est l'élément principal de ce gigantesque site aux allures de jeu de Lego. D'autres bâtiments serviront pour les opérations scientifiques, mais aussi pour des activités auxiliaires (alimentations électriques, réfrigération, installations de gestion des déchets, etc. ). En tout, ce projet hors norme va nécessiter 60 000 m3 de béton et 20 000 t d'armatures en acier. En outre, 3 000 m linéaires de galeries techniques, 3 900 m de réseaux d'eaux pluviales, 36 000 m de réseaux sanitaires et industriels et 224 000 m2 de voiries seront déployés pour assurer le bon fonctionnement du réacteur et de ses systèmes industriels. La fin du chantier est prévue à l'horizon 2020. Une fois les travaux terminés, la gestion de l'équipement sera déléguée à Iter Organization, l'institution chargée de l'exploitation du site.

 

Manutention - Chariots grand format pour portes de 60 tonnes

 

Autour du « bioshield » ont été placées 46 cellules, distribuées sur trois étages. Elles abriteront des tuyaux de chauffage, câbles électriques et systèmes de diagnostic du tokamak.

L'accès à ces espaces, pour l'assemblage du réacteur et sa maintenance, se fera par des portes antiradiations résistantes aux surpressions. De dimensions colossales (3,85 x 4,20 x 0,70 m), ces éléments dotés d'une armature en acier sont livrés creux par leur constructeur, l'allemand Sommer, avant d'être remplis sur site de 7,5 m3 de béton lourd. Leur poids s'en voit doublé, passant à près de 60 t. Comment manipuler de tels mastodontes dans les couloirs du bâtiment tokamak ? Aucun chariot sur le marché n'étant capable d'une telle prouesse, Cegelec (groupe Vinci), chargé de l'installation des portes, a fait appel à l'entreprise italienne Boat Lift pour concevoir un outil ad hoc . Des sangles de levage soulèvent chaque élément de quelques centimètres et le maintiennent entre des cadres en acier. L'engin peut ainsi transporter les portes jusqu'à la station de remplissage, puis les placer dans leurs gonds. Une vingtaine d'entre elles ont été livrées à ce jour ; leur installation se poursuivra jusqu'en 2020.

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Pas moins de 46 portes participeront au confinement du tokamak. Leur poids a nécessité le développement d’un chariot dédié. - © ITER ORGANIZATION

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