Projet ANR-07-BLAN-0307 – CHEOPS : Cryogenic HElium for Optimised System
Programme : Blanc (BLANC) 2007
Année de financement : 2007
Coordinateur du projet : COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES (COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE ET AUX ENERGIES ALTERNATIVES)
Partenaires : Entreprise autre que TPE ou PME; Centre national de la recherche scientifique; Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives
Montant : 390000.0 euros
Date de début : 2008
Durée : 36 mois
Résumé : Ce projet a pour objet le développement d'une nouvelle méthode générale de commande et de régulation des grands réfrigérateurs cryogéniques. . L'objectif visé est le contrôle dynamique global de ces systèmes avec des fluctuations importantes de la charge thermique. entre 4.5K et 20K. -  -  L'évolution des besoins fait apparaître un accroissement des puissances unitaires (plusieurs MW électriques), une augmentation de la complexité. Ceci ce traduit par un besoin plus important d'automatisme pour contrôler toutes les phases d'exploitation et assurer la sécurité du fonctionnement. -  -  Les réfrigérateurs cryogéniques sont des machines de production de froid dans le domaine des températures inférieures à 80K. Ils sont utilisés dans deux grands types d'applications : -  -	le refroidissement des aimants supraconducteurs pour les instruments nécessitant des champs magnétiques intenses, -  -	la liquéfaction de gaz (He, H2, N2..) que ce soit pour la production de fluides cryogéniques industriels ou pour le stockage de carburants liquides (H2) dans le cadre du développement des NTE. -  -  Dans l'état actuel de la technologie, les réfrigérateurs cryogéniques sont adaptés aux charges thermiques stables ou faiblement variables. Les problèmes de consommation ne sont que très partiellement pris en compte. En effet, ces systèmes sont contrôlés par de multiples boucles du type PID réglées indépendamment et de manière empirique lors de la première mise en service. Cette méthode est suffisante tant que l'on reste autour du point de fonctionnement nominal. Le couplage des dynamiques des régulateurs ainsi que l'absence d'anticipation rendent ce type de contrôle peu adapté lorsque la charge de réfrigération subit des perturbations aléatoires ou cyclique d'amplitude variable. -  	D'autre part, lors des phases de démarrage de ces machines les solutions mises en ¿uvre consistent à enchaîner des séquences en partie automatiques, souvent adaptées au cas par cas. Dans l'optique d'un fonctionnement entièrement automatique et optimal, il apparaît clairement qu'un travail important reste encore à accomplir pour atteindre ces buts. -  -  Le contrôle dynamique global consiste à reconsidérer complètement ces méthodes. Partant de la réalité d'un réfrigérateur, c'est-à-dire d'un procédé complexe et fortement non linéaire qui présente des phases de fonctionnement critiques, il faut au préalable rechercher une représentation complète et fidèle de ce type de procédé, puis trouver des modèles facilement paramétrables et adaptables à toutes les machines. Il faudra ensuite trouver ou développer les méthodes de contrôle automatique les plus appropriées et les adapter au problème. Le but étant d'atteindre les performances dynamiques recherchées en garantissant un fonctionnement plus sûr et plus robuste tout  en simplifiant les procédures de réglage. -  -  	Au CEA et chez les constructeurs de grands réfrigérateurs, les efforts de développement portent essentiellement sur l'aspect cryogénique des machines. Il est urgent d'aborder aussi l'aspect contrôle commande en démarrant un projet spécifique ambitieux sur ce sujet. Il se trouve que les conditions pour mener à bien cette étude sont maintenant réunies. -  	En effet, le Service des Basses Températures du CEA/Grenoble (SBT), possède une station d'essai représentative (STATION 400W @ 1.8K) très bien instrumentée, ainsi que des équipes spécialisées en cryogénie, instrumentation et contrôle commande. -  D'autre part, le Département des Technologies Avancées (DTA) d'Air-Liquide à Sassenage apporte son expertise dans les domaines de la construction et de l'exploitation de réfrigérateurs cryogéniques et des turbines de détente. Il est prêt à participer à ce développement dont les résultats seront directement applicables sur sa propre production. -  Enfin le Laboratoire d'Automatique de Grenoble Le Laboratoire d'automatique de Grenoble (devenu en 2007 département d'automatique de GIPSA Lab) qui a une grande expertise en matière