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Un véritable gisement de prix Nobel de physique
Avec ses composants et ses formations dans le domaine des systèmes fluides, Swagelok® aide le personnel du Complexe de recherche japonais de l'accélérateur de protons (J-PARC) dans son travail
Le Professeur Kazuhiro Tanaka, Docteur ès Sciences, sourit avec la fierté d'un père lorsqu'il déclare que le Complexe de recherche japonais de l'accélérateur de protons (J-PARC) n'en est qu'à ses débuts. « Ce Complexe est comme un nouveau-né et notre tâche consiste maintenant à l'aider à grandir. » J-PARC, qui abrite l'un des plus puissants accélérateurs de protons au monde associé à un laboratoire de recherche de pointe sur les faisceaux de protons, constitue un pôle de progrès pour la science et la technologie du 21e siècle.
Il a déjà contribué à produire un lauréat du prix Nobel.
En 2008, le prix Nobel de physique a été décerné au Professeur émérite Makoto Kobayashi pour sa théorie sur l'existence de six types de quarks (les particules élémentaires qui constituent la matière). La théorie du Pr Kobayashi s'appuie sur des expériences menées à l'aide de l'accélérateur du J-PARC.
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Le Professeur Kazuhiro Tanaka (Docteur ès Sciences, spécialiste en physique nucléaire et en physique des particules au Bureau du projet J-PARC de la KEK) décrit le Complexe de recherche japonais de l'accélérateur de protons (J-PARC) comme un projet qui n'en est qu'à ses débuts.
« Ce Complexe est comme un nouveau-né
et notre tâche consiste maintenant à l'aider à grandir. »
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Ce prix est le premier décerné à un chercheur du J-PARC, et le Dr Tanaka espère que de nombreux autres suivront. Responsable de l'activité au quotidien, il s'appuie sur Nippon Swagelok FST (NSFST) pour maintenir l'accélérateur en bon état de marche.
L'accélérateur J-PARC, surnommé « l'usine », comporte plus 100 électro-aimants et tubes, dont la fonction est d'acheminer le faisceau de protons. Nippon Swagelok FST, point de vente et centre de service agréé Swagelok au Japon, a fourni plus 10 000 raccords pour tubes Swagelok®, ainsi que des vannes à boisseau sphérique, des systèmes de soudure orbitale et des cintreuses pour tubes, le tout destiné au système fluide de l'accélérateur.
À côté de l'approvisionnement en composants pour le système fluide de l'accélérateur de protons, Nippon Swagelok FST organise aussi régulièrement des séminaires sur la sécurité, afin de maximiser la sécurité des produits et la productivité des opérateurs.
Un microscope géant aide à percer les mystères de l'univers et de la matière
Les installations de recherche multifonctionnelles du J-PARC, situées à Tokaimura dans la préfecture d'Ibaraki, sont exploitées conjointement par l'Agence Japonaise de l'Énergie Atomique (JAEA) et l'Organisation pour la Recherche sur les Accélérateurs de Haute Énergie (KEK). Occupant une surface de 650 000 m² (environ 7 000 000 ft²), ces installations, dont la construction a débuté en 2001, ont coûté près de 1,6 milliard de dollars US. La fonction essentielle du J-PARC est celle d'un microscope géant qui utilise des particules secondaires comme les neutrons, les muons, les mésons K ou les neutrinos, pour observer la structure des atomes et molécules.
L'accélérateur J-PARC est capable de générer un puissant faisceau de protons (des noyaux d'atomes d'hydrogène) et de l'accélérer jusqu'à ce qu'il atteigne une vitesse égale à 99,98% de la vitesse de la lumière (environ 300 000 km (186 411 miles) par seconde). Le faisceau de protons est dirigé sur des noyaux d'atomes de mercure, de nickel et de graphite, dans le but de produire une quantité importante et régulière de particules secondaires destinées aux recherches réalisées dans la partie laboratoire de l'installation.
Les particules secondaires sont utilisées pour des recherches de pointe dans les domaines de la physique des particules, de la physique nucléaire, des sciences des matériaux et des sciences de la vie. En plus de contribuer à résoudre certaines questions primordiales de la science comme la nature fondamentale de la matière et la création de l'univers, ces travaux investissent également d'autres champs de la recherche fondamentale dans les domaines de la chimie et de la biologie, de la mise au point de nouveaux médicaments et de nouveaux matériaux, de l'ingénierie, du traitement de l'information et de l'électronique, et des sciences médicales.
Un cahier des charges 100% Swagelok dans l'optique d'une standardisation des composants du système fluide
Avant la construction du J-PARC, l'accélérateur le plus puissant au monde avait une puissance de 0,1 MW. Le faisceau de protons généré par l'accélérateur J-PARC est dix fois plus puissant (1 MW), ce qui améliore considérablement l'étude de la structure et du comportement des atomes et des molécules.
La conception de l'accélérateur de protons du J-PARC a été supervisée par le Dr Tanaka, spécialiste en physique nucléaire et en physique des particules élémentaires. Le Dr Tanaka a grandement insisté sur la standardisation des pièces et des composants dans la conception des équipements. Il avait auparavant travaillé sur des accélérateurs construits avec des produits différents venant de plusieurs fournisseurs.
« Les variations dans les dimensions et les caractéristiques techniques causaient des problèmes de raccordement et de compatibilité et entraînaient des fuites dans l'ensemble du système fluide. De même, l'utilisation de tubes en cuivre nécessitant un serrage constant a généré des problèmes récurrents d'oxydation, de corrosion et de fuites », a-t-il déclaré. « Désormais, nous avons standardisé les pièces et les composants de nos équipements, en les remplaçant par du neuf au moment de l'achat des fournitures. »
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La ligne de faisceau pour extraire et conduire les faisceaux de l'accélérateur jusqu'à la cible. Elle est constituée de plus 100 électro-aimants. Plus de 10 000 raccords pour tubes Swagelok sont utilisés dans l'installation (J-PARC).
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L'accélérateur du J-PARC comporte plus 100 électro-aimants et tubes, dont la fonction est d'acheminer le faisceau de protons. En cas de panne de l'un des électro-aimants ou de fuite au niveau de l'un des tubes, l'ensemble du système doit être arrêté pour réparation. Si ces pannes se répètent trop souvent, ce sont tous les programmes de recherche du J-PARC qui s'en trouvent bouleversés, ce qui peut compromettre l'intégrité des résultats des recherches effectuées.
M. Tanaka a donc décidé qu'il était indispensable de standardiser la conception des équipements pour minimiser les fuites, permettre une localisation rapide des défaillances et des pannes, et faciliter le remplacement rapide des pièces et composants concernés. Il a insisté sur l'utilisation de tubes en acier inoxydable plutôt qu'en cuivre dans l'ensemble du système, et décidé que les pièces et les composants devaient tous provenir du même fournisseur. Cette approche intransigeante de la standardisation a permis la réalisation d'un système fluide répondant à des exigences de sécurité rigoureuses, et qui couvre l'ensemble du fonctionnement des installations du J-PARC.
Le Dr Tanaka a choisi les produits Swagelok en se fondant sur sa grande expérience à l'université et dans les laboratoires d'essai et de recherche.
« Nous utilisions toujours les produits Swagelok lorsque nous voulions être certains de l'absence de fuites », nous a expliqué le Dr Tanaka.
Pour le projet J-PARC, il a réalisé des tests comparatifs avec d'autres produits, pour arriver à la conclusion que Swagelok restait supérieur en termes de qualité, de performances et de fiabilité.
Les valeurs de Swagelok : l'écoute client, la qualité et l'intégrité
Les raccords pour tubes Swagelok sont utilisés principalement pour raccorder les tubes de refroidissement des électro-aimants standard qui contrôlent le faisceau de protons. Plus de 10 000 raccords pour tubes de diamètre 6 à 15 mm sont utilisés, ce qui représente plus de 20 000 points de raccordement. Ces raccords pour tubes contribuent à la réalisation d'un système fluide étanche et fiable. Là où il était impossible d'utiliser des raccords pour tubes pour des raisons liées à la conception, les tubes ont été joints par soudure orbitale, un procédé simple mais efficace qui, à l'aide du système de soudure orbitale Swagelok, permet de réaliser des raccordements fiables.
Dans le but de réduire le nombre de points de raccordement, des cintreuses d'établi ont été utilisées pour cintrer les tubes dans certaines parties du système. À l'époque de la construction, les cintreuses pour tubes Swagelok ne permettaient pas de cintrer des tubes de diamètre 15 mm. Swagelok a cependant réussi à réaliser des cintreuses sur mesure conformes aux cahier des charges du Dr Tanaka, qui ont été livrées en bonne et due forme par l'intermédiaire du point de vente et centre de service agréé.
Comme le fait remarquer le Dr Tanaka : « L'absence de fuites est un critère essentiel de performance de tout système. Mais dans un système de la taille du nôtre, les exigences de qualité et d'adaptabilité sont les plus rigoureuses pour satisfaire à ce critère élémentaire. Seul Swagelok a été capable de nous offrir ce que nous attendions. » Il est bon de remarquer que depuis son lancement, le J-PARC n'a pas dû être arrêté une seule fois pour des problèmes de fuites.
Le fait que Nippon Swagelok FST dispose de filiales à Mito et Tsukuba dans la préfecture d'Ibaraki, où se situent les installations du J-PARC, a également constitué un facteur déterminant dans le choix de Swagelok par le Dr Tanaka. La proximité géographique de ces filiales garantit une livraison rapide des grosses commandes de pièces de rechange et des nouvelles commandes. La structure d'appui est un autre point important, du fait que le J-PARC est un très gros système fonctionnant avec un stock minimum.
Swagelok organise également des séminaires sur le montage et la sécurité pour le personnel du J-PARC, dans le but de maximiser la sécurité des produits et la productivité des opérateurs. L'utilisation de puissants faisceaux de protons pour produire des particules secondaires a pour effet de générer un niveau élevé de radiations. Cette préoccupation a été prise en compte dans tous les aspects de la conception du J-PARC, afin de garantir une résistance élevée du système aux radiations. De plus, la configuration des équipements permet de remplacer facilement les pièces et les composants en cas de panne.
Le Dr Tanaka estime que ces séminaires sont « absolument nécessaires, étant donné que la totalité du système fluide du J-PARC, notamment tous les tubes et raccords, est intégralement constituée de produits Swagelok ». À ce jour, trois séminaires sur la sécurité ont été organisés au J-PARC. Chaque technicien de maintenance du Complexe est donc capable d'effecteur une vérification rapide et précise des tubes et des raccords et de les remplacer si nécessaire.
« Swagelok nous fournit les meilleurs produits et nous propose les meilleures stratégies chaque fois que nous en avons besoin », affirme le Dr Tanaka. « Peu de fournisseurs de systèmes de tubes au Japon sont capables d'offrir un tel niveau de service à leurs clients. » Il est clair que le Professeur attend beaucoup de Swagelok sur les installations du J-PARC. Pour sa part, Swagelok est fier d'avoir établi une relation de confiance fondée sur la qualité de ses produits et de ses services.
Le J-PARC, un véritable gisement de prix Nobel de physique
Bien que l'accélérateur ne fonctionne pas encore à plein régime, le J-PARC a déjà attiré de nombreux chercheurs du monde entier, qui travaillent sur divers projets de recherche. Avec l'augmentation de la puissance du faisceau de protons et l'exploitation de plus en plus efficace de l'accélérateur, il est certain que le J-PARC produira de plus en plus de résultats d'une grande utilité dans des domaines variés.
Une augmentation de la puissance de l'accélérateur entraîne toutefois des contraintes plus fortes sur les équipements ainsi que sur les pièces et les composants concernés. C'est là que les produits Swagelok utilisés au J-PARC feront la preuve de leur véritable valeur.
« Swagelok a déjà prouvé la valeur de ses produits et de ses services, lesquels sont indispensables au bon fonctionnement de l'accélérateur », observe le Dr Tanaka avec enthousiasme. « Nous nous réjouissons de travailler avec Swagelok à l'extension des capacités des installations, qui nous permettra d'aller encore plus loin dans nos recherches et de faire de nouvelles découvertes passionnantes. »
Aujourd'hui, Swagelok joue un rôle important dans l'appui apporté au fonctionnement de cette structure énorme et complexe qu'est le J-PARC, un lieu qui fourmille d'activités humaines et d'exploration théorique. Le Dr Tanaka veut que le J-PARC devienne un pôle clé de la recherche, pas uniquement pour le Japon, mais pour toute l'Asie et le monde entier. Swagelok s'engage à apporter son appui au J-PARC et à réaliser le rêve du Dr Tanaka.
*Photos publiées avec l'aimable autorisation du J-PARC. |
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