Développements & Technologie Mécanique au LAL

Branville 22-24 Mai 2006 Groupe VII/ Développement & Téchnologies Mécaniques 1

Développements & Technologie Mécanique au LAL

• Sommaire:– Préambule– Déroulement des projets {méthodologie IN2P3}

• Proposition d’expérience• Faisabilité, évaluation• Définition préliminaire/ détaillée• Réalisation, Qualification• Installation, Exploitation• Clôture, Retrait de service

– Application au projet PLANCK– Moyens techniques et humains

• Organisation du service mécanique SDTM• B.E, ateliers, tests essais & contrôle, vide & UHV

– Conclusion


Préambule

• Ce travail est le résultat d’une réflexion commune du groupe d’animation du Service de Développement & Technologies Mécaniques (SDTM) au LAL.

• Tout en portant sur la prospective des cinq années à venir, le document s’appuie sur les projets en cours.

• La comparaison de nos projets à la méthodologie IN2P3 illustre les éléments à améliorer et/ou à mettre en place pour une gestion de projets plus rigoureuse.

• N.B: le projet coupleurs est traité dans le groupe VIII {physique des accélérateurs}


Proposition d’expérience

• Lettre d’Intention (LOI)

– Objectifs scientifiques,performances attendues

– Plan de management, responsable scientifique, chef de projet

– Expression des besoins, Cahier des Charges Fonctionnelles

– Coûts/délais/qualité (planning des grandes lignes)

– Évaluation des risques


Exemple de proposition COMPASS au CERN

PROJ ET : DC4 Resp. Scientifi que : physicien compass Chef de Projet : ingénieur projet EOTP : A-HADRO-12-05-01 Ordre Statistique : Thématique/ Programme : Les constituants ultimes de la matière / Structure du nucléon

1- Enjeux scientifiques/Concurrences : L’expérience COMPASS se propose de mesurer la contribution des gluons au spin du nucléon (ΔG). Un f aisceau de μ+ de 160 GeV diff use sur une cible (6LiD) polarisée constituée de 2 cellules de polarisation opposée. Les f ragments issus des réactions sont analysés dans 2 spectromètres magnétiques consécutif s, le premier dédié aux plus grands angles de diff usion et le second aux plus petits. De l’asymétrie de polarisation ainsi mesurée, est extrait ΔG. L’ouverture d’acceptance du solénoïde de la cible pour les runs de 2006 (voir projet «I nstrumentation d’aimant OD») implique un accroissement d’acceptance des détecteurs servant au « tracking ». d’où une nouvelle chambre à dérive de grande taille (DC4).

2- Localisation/Mise en service : CERN (SPS-ligne M2) : mai 2006

3- Collaboration/Management/Responsabilités Dapnia:

L’équipe de Saclay joue un rôle déterminant dans la mise en service du nouveau solénoïde autour de la cible, dans le « tracking » par ses réalisations

(12 micromégas et déjà 3 DC) et dans l’analyse des données. Le Dapnia a pris en charge la responsabilité complète de la réalisation de la chambre à dérive DC4.

4- I nstruments/Spécificités/Enjeux techniques DC4 est une grande chambre à dérive de 3.9x3.4x0.17 m3 de surface active : 2.44 x 2.04 m2. Elle est constituée de 4 doubles plans de dérive avec 4 orientations : horizontales (90°), verticales (0°), +10° et -10°. Chaque plan de dérive contient 256 cellules, soient 256x8 = 2048 canaux d’électroniques (analogique et digitale).

Les enjeux techniques sont principalement dus à la taille de DC4 : o fi ls de ~2.5m sans soutien intermédiaire (Cu-Be 100 m et W 20 m). o stabilisation en température pour atteindre la résolution requise

(150m) à cause de la dilatation thermique

5- Risques majeurs identifiés - Rupture de fi ls en cours de f onctionnement, - Fuites de gaz,

6- Documents de Référence

Dapnia Réunion d’Évaluation de Projet 18/ 10/ 04 Dapnia CSTS du SPhN (2nde présentation) 29/ 11/ 04

7- Faits Marquants du projet

Approuvé par le « Technical Board » de Compass en juillet 2004

DC4 Nouvelle Acceptance 180mrad

Ancienne Acceptance 70mrad

Vue éclatée de DC4

~4m

~3.5m


Faisabilité/ Évaluation

• Analyse des besoins et recherche de solutions– Programmes R&D {itérations physicien ingénieur}– Modèles CAO, calculs préliminaires {RDM, Thermique, vide…}

• Faisabilité {Technical Proposal}– Spécifications Techniques du Besoin– Analyse fonctionnelle, AMDEC– Impact sur l’environnement, dossier de sûreté

• Plan de management élaboré– Équipe projet, labos partenaires

• PBS {classification EDMS pour tout le projet si possible}


Modèle CAO d’un chariot Big Wheels ATLAS


Définition préliminaire (prototypes)

• Justifier le choix des solutions techniques retenues– Calculs affinés des modèles– Lancement de maquettes et/ou prototypes, plans d’essais

• Technical Design Report– Rappel des objectifs, Moyens, ressources, coût et délais– Spécifications Techniques du Besoin détaillées

• PBS complété & Organigramme des tâches

• Planning correspondant avec les points d’arrêt

• Plan assurance qualité {objectifs qualité, moyens et procédures}


Définition détaillée (développement)

• Dossier de définition– Liasse de plans de détail, sous-ensembles, de remontage– Nomenclature– Notes de calcul validées {RDM, thermique, vide…}– Normes de référence, codes et règles de calcul utilisées

• Appel d’offre, négociations du contrat– Élaboration de l’outil industriel

• Dossier de fabrication– LOFC {Liste des Opérations de Fabrication et de Contrôle}– Déroulés opératoires, planning

• Dossier de sûreté de fonctionnement


Nomenclature détaillée chariots Big Wheels


Nomenclature détaillée chariots Big Wheels


Réalisation / Qualification

• Qualification des moyens de fabrication, de contrôle et tests– Ateliers et machines (chaudronnerie blanche, capacité…)– Critères de réception et traitement des non conformités

• Réalisation {suivi industriel rigoureux}– Appro composants manufacturés et matière 1ère , traçabilité– Rapports d’avancement (respect spécifications, délais et coût)

• Recette technique– Inspection du produit fini (approbation des rapports de contrôle)– Tests spécifiques (épreuves en charge, étanchéité vide)– Transport (mode, itinéraire, témoins de choc, monitoring)


Critères de sélection des matériaux pour NEMO 3

bdf

“interne”

bdf

“externe”

Purification des sources

Radiopureté du détecteur Temps de vol Champ magnétique Blindage

Bruits de fond aux processus

Caractéristiques pour t < 3 ns

E1+E2 3 MeVEvts

Spécifications initiales pour NEMO 3 : au maximum 1 evt/an !!

-

e-

e-

e+ ou e-

sou

rce


Critères de sélection des matériaux pour NEMO 3

CONTAMINATIONS ?• Eléments sous haute surveillance :

40K 60Co 137Cs 234Th212Pb 214Pb 214Bi 228Ac

208Tl 235U 234Pa

• Types de contaminations : – Internes

• Lors de l’obtention de l’élément• Traitements chimiques

– Externes, liées à la mise en forme de l’isotope• Sur les surfaces (usinage).• Problèmes de propreté des locaux• Contamination des composants (films, colles…)


Transport du calorimètre LARG EndCap-C ATLASMesure des accélérations/inclinaisons


Installation / Exploitation

• Plans d’accès et d’occupation, conditions de stockage• Équipements spécifiques

– Conditions de propreté, salles blanches– ponts roulants, outillage spécifique

• Intégration mécanique– Scénario et déroulement des opérations– Raccordements, alignement, contrôle des serrages– Tests d’étanchéité, étuvage, qualité du vide

• Intégration électronique, instrumentation (système de pilotage)

• Pré-commissionning (performances, stabilité, mise au point)• Mise en service (transfert des responsabilités)• Exploitation (acquisition de données, maintenance)


Clôture / Retrait de Service

• Bilan projet– Coûts réels investis, déviations techniques, respect des délais

• Retour d’expérience

• Retrait de service– Conserver les outillages spécifiques au démantèlement

Moyens pour le spatiale

Étude et conception

Calculs thermiques et simulations en

vibrations

Réalisation (ateliers du LAL)

Métrologie

Suivi des tests mécaniques de qualification (chocs et vibrations)

Salle propre pour développement et intégration

Enceinte de test pour qualification de l’électronique en

vide thermique

Instrumentation: Développement de micro sources de chaleur

pour la calibration des bolomètres

Chef de service

+ adjoint

Secrétariat

Conception-EtudesCalculs-Ingéniérie

ADJOINT

DéveloppementAssemblage-Montage

IntégrationAtelier

Tests- Essais-ContrôlesEvaluation-Qualification

Techniques duVide

SoudageBrasage

Tests-EssaisContrôles

•Répondre aux Appels d’Offre de l’Europe•Répondre aux projets spatiaux•Répondre aux besoins d’organisation type-projets•Répondre aux futurs projets de physique•Développer la culture de Sûreté de Fonctionnement et l’Analyse de risques.

s/s traitancedédiée


Organigramme du Bureau d’Études

Prévision Juin 2006

L. GRANDSIRE Mis temps a partir de Départ fin 2006 Prévision départs en retraite Roger PANVIER début 2007 Michel DESMONT fin 2007 ou plus suivant manip Richard CIZERON fin 2008 Jacques FORJET 2009 - 2010 ?? Serge PRAT 2011

Coupleurs

Développement Industrialisation

Développement Accélérateur

Super Nemo PLIC Atlas intégr.

et Big wheel

Cellule

Détecteurs

A. GONNIN A. GONNIN

J. PREVOST M. DESMONT

A. GONNIN R PANVIER

S. JENZER M. BRIERE

Ch. BOURGEOIS

G. GUILHEM R. MARIE

L. GRANDSIRE Mickaël LACROIX

S. PRAT Mathieu JORE J. FORGET R. CIZERON A. FALOU

D. RICHARD


Effectif SDTM, 51 agents {27-T, 9-AI, 7-IE, 8-IR}

Pyramide des âges SDTM en avril 2006

0

2

4

6

8

10

12

14

16

21 à 25 26 à 30 31 à 35 36 à 40 41 à 45 46 à 50 51 à 55 56 à 60 61 à 65

tranches d'âges

eff

ectifs IR

IE

AI

T


Études, conception & développement

• Ingénierie mécanique– Rédaction des dossiers de définition & des spécifications techniques– Développement en atelier, prototypes et faisabilité– Outil industriel & suivi des réalisations– Études et conception CAO {CATIA}, Calculs {SAMCEF & ACORD}– Intégration des instruments et participation à la mise en service

https://mecanique.lal.in2p3.fr/conception/Catia.jpg

https://mecanique.lal.in2p3.fr/conception/samcef_defromee.jpg


Des moyens de réalisations mécaniques

• Atelier de mécanique– Fraisage & centre d’usinage 4 axes– Tournage 3 axes– découpe à fil (électroérosion)

• Atelier de chaudronnerie soudage et brasage

– Soudage TIG et micro plasma– Soudage par faisceau d’électrons & laser– Brasage sous vide.

https://mecanique.lal.in2p3.fr/tolerie/brasure.html


Des moyens de mesures et contrôles

• Mesures et essais mécaniques– Centrale de mesure des microdéformations, machine de traction

• Contrôle géométrique– Machine de mesure tridimensionnelle à commande numérique, bras

‘FARO’

• Examen & inspections– Microscopie optique et à balayage électronique (MEB), Ultrason

https://mecanique.lal.in2p3.fr/controle/docs/dim/mitu.htm

https://mecanique.lal.in2p3.fr/controle/micrographique.html


Vide & UHV

• Conception, optimisation– Calculs & simulations dès la phase de conception des

projets (Ex: canons CTF3)– Développer les moyens de laboratoire (calibration RGA,

canon e-, spectrométrie des surfaces, etc.)

• Mise en œuvre pour une véritable expertise– Conditionnements & montage UHV– Contrôles vide, pompages & automatismes


Conclusion

• En étroite collaboration avec les physiciens, les mécaniciens du LAL participent à la conception, la construction, la qualification et l’installation d’instruments complexes et ambitieux.

• Si la sous-traitance industrielle est essentielle à la réalisation de nos appareillages, la R&D interne reste indispensable pour maintenir et optimiser nos moyens. Nous devons apprendre à gérer la sous-traitance tout en conservant la maîtrise d’œuvre.

• Notre savoir faire acquis nécessite une stratégie de formation et doit être sauvegardé. L’embauche de jeunes ingénieurs et techniciens doit au moins équilibrer les départs en retraite.


Conclusion (suite et fin)

• La gestion de projet doit être notre outil de référence pour mener à bien nos engagements, du prototype à la mise en service.

• Afin d’accompagner cette méthode rigoureuse de travail, il faudra se fixer comme objectif à moyen terme la rédaction d’un manuel qualité LAL.

• Ce manuel pourra s’inspirer du recueil de conduite de projets IN2P3, du référentiel méthodologique du CEA et du manuel qualité du LPNHE.