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Français
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Écrit par
Fanny Clavel
Publié par
Thesee
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THÈSE
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DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE GRENOBLE
Spécialité : Automatique/Productique
Arrêté ministériel : 7 août 2006
Présentée par
Fanny CLAVEL
Thèse dirigée par Alain BARRAUD et
codirigée par Mazen ALAMIR
préparée au sein du CEA Grenoble (Service des Basses
Températures)
dans l'École Doctorale EEATS
Modélisation et contrôle d’un
réfrigérateur cryogénique :
Application à la station 800W à
4.5K du CEA Grenoble
Thèse soutenue publiquement le 18/01/2011,
devant le jury composé de :
M. Cesar DE PRADA
Professeur des universités, Université de Valladolid, Rapporteur
M. Jean-Fançois LAFAY
Professeur des universités, Ecole Centrale de Nantes, Rapporteur
M. Philippe GAYET
Ingénieur, CERN Genève, Membre
M. Alain BARRAUD
Professeur des universités, INPG, Membre
M. Mazen ALAMIR
Directeur de recherche, CNRS, Membre
M. Patrick BONNAY
Ingénieur, CEA Grenoble, Membre
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REMERCIEMENTS
Cette thèse a été effectuée au Service des Basses Températures du CEA Grenoble. Je tiens
donc à remercier, en premier lieu, Alain GIRARD, qui m’a accueillie dans son laboratoire.
Merci à Patrick BONNAY pour son incroyable ténacité quant à l’obtention du projet, pour
son implication dans mon encadrement et la réussite de cette thèse. Merci également
d’avoir toujours fait le lien entre les théories obscures de l’automatique et l’application
directe sur le procédé.
Merci également à mon directeur de thèse, Alain BARRAUD, qui a suivi avec attention le
déroulement de cette thèse et qui m’a fourni de précieux conseils en modélisation et en
identification.
Enfin, je remercie mon co-directeur de thèse Mazen ALAMIR dont la science en
automatique m’impressionnera toujours. Merci pour ton implication et ton sens de la
pédagogie. C’est une vraie chance de travailler avec toi.
Je tiens, également à remercier, Jean-François LAFAY et Cesar DE PRADA d’avoir
accepté de rapporter ces travaux de thèse. Leurs nombreuses remarques et questions durant
la soutenance ont permis d’améliorer la qualité du mémoire.
Merci également à Philippe GAYET qui a accepté d’examiner cette thèse avec une vision
plus ‘cryogéniste’ qu’automaticienne. Cela a permis d’enrichir le jury de soutenance et de
ne pas oublier l’importance de la compréhension du procédé en automatique.
Je tenais également à exprimer ma gratitude à Guy BORNARD qui a activement participé
aux résultats obtenus pendant ma première année de thèse.
Ces trois années n’aurait sans doute pas été les mêmes sans la bonne ambiance du
laboratoire. Pour cela, je tiens à remercier, tout d’abord, l’équipe du 10.01. Je garde un
agréable souvenir de mes campagnes de manips dans vos locaux. La convivialité qui règne
chez vous permet de faire (légèrement) oublier le stress des manips. Merci plus
particulièrement à Michel, Pascal, Frédéric, Christine, Bernard et Jean-Marc qui ont passé
du temps à m’expliquer le fonctionnement du réfrigérateur. Et merci à toute l’équipe de
techniciens et stagiaires croisés là-bas.
Je tenais également à remercier mes acolytes (‘gardes du corps’) du midi : Pierre, Julien et
Pierre. Merci pour leur bonne humeur qui m’a permis d’oublier l’aspect quelquefois
démoralisant d’une thèse.
tel-00576608, version 3 - 15 Jul 2011Un grand merci à Pawel pour sa patience et pour son accueil en Pologne (dziękuję) et à
Benjamin du CERN pour nos intéressantes discussions sur le contrôle.
Enfin, merci à toutes les personnes du SBT (particulièrement François, Daniel, Jean-Marc,
Michèle, Blandine) et du Gipsa Lab (Marie-Thérèse, Hayate, John) qui ont participé de
près ou de loin au bon déroulement de ces travaux.
Un petit clin d’œil à Assane et Samir pour mon bref séjour chez eux.
Une pensée pour mes amis qui m’ont toujours soutenue et qui m’auront permis de me
changer les idées. Merci aux filles : Laurène, Maude, Chloé et Manue pour les soirées gym
et dance qui durent déjà depuis 7 ans. J’espère que tout ça continuera encore longtemps…
Merci à Nico et Flo pour les dimanches soir à La fonta et les journées au champ. Merci aux
frétillants pour les week-ends compet’ et aux gens du volley pour la bonne ambiance.
Un grand merci à mes parents (pour le pot et pour le reste), à mes sœurs adorées, mes
grands-parents, à la mafia des beaux-frères et au petit Martin-Ours.
Enfin, merci mon Stéphane, d’être tout simplement là pour moi, de me soutenir et de me
faire incroyablement rire. Reviens moi vite surtout…
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TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION GENERALE…………………………………………………………………..1
CHAPITRE I
LA CRYOGENIE : APPLICATION AUX REACTEURS DE FUSION
1 INTRODUCTION .................................................................................................................................. 7
2 LA CRYOGENIE ET LA THEMATIQUE DES CHARGES PULSEES.......................................... 7
2.1 DEFINITION DE LA CRYOGENIE.......................................................................................................... 7
2.2 LES DOMAINES D’APPLICATIONS ....................................................................................................... 8
2.3 LES CHARGES PULSEES ..................................................................................................................... 9
3 LA FUSION ............................................................................................................................................. 9
3.1 LES REACTIONS NUCLEAIRES ............................................................................................................ 9
3.1.1 La réaction de fission ................................................................................................................ 10
3.1.2 La réaction de fusion ................................................................................................................. 11
3.1.3 Comparaison énergétique .......................................................................................................... 12
3.2 CONDITIONS DE PRODUCTION DES REACTIONS DE FUSION .............................................................. 13
3.2.1 La barrière coulombienne ......................................................................................................... 13
3.2.2 Critère de Lawson ..................................................................................................................... 13
3.2.3 Le confinement ........................................................................................................................... 13
3.2.4 Le confinement magnétique torique ........................................................................................... 14
3.3 FONCTIONNEMENT D’UN TOKAMAK................................................................................................ 14
3.3.1 Création d’un courant induit dans le plasma ..........................................................