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Témoignage client

Soutenir la recherche de pointe

Protéger des équipements sensibles pour une installation d’un accélérateur de particules de pointe en Allemagne.

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Faciliter des recherches importantes et novatrices dans l’un des principaux laboratoires allemands. 

Des centaines de scientifiques du Deutsches Elektronen-Synchrotron (DESY), l’un des principaux centres d’accélérateurs de particules en Allemagne, sont les pionniers de nouvelles technologies et font des innovations capitales qui aident l’humanité à répondre aux questions urgentes de chimie, de physique et de médecine. 

DESY conçoit, construit et fait fonctionner des accélérateurs de particules en collaboration avec des groupes de chercheurs du monde entier. Les accélérateurs de particules font partie des outils les plus importants de la recherche scientifique moderne. Il existe plusieurs types d’accélérateurs de particules, mais la plupart d’entre eux utilisent des champs électromagnétiques pour accélérer des particules chargées à des vitesses élevées et canaliser ces particules dans un faisceau pouvant être utilisé pour des expériences dans une large gamme de domaines scientifiques. Des projets antérieurs avec une implication DESY ont conduit à la cartographie de la structure du virus de la grippe, à l’augmentation de la durée de vie des filaments d’ampoule, ainsi qu’à la détection récente des battements cardiaques de rayons gamma provenant d’un nuage de gaz cosmique. En outre, plusieurs progrès scientifiques importants dans notre compréhension des plus petites unités de matière connues ont été réalisés avec des accélérateurs ou des détecteurs conçus et construits par DESY. 

L’un des projets DESY les plus vastes et les plus importants reste l’installation européenne de laser à électrons libres et à rayons X, le XFEL européen. Le laser européen à électrons libres et à rayons X est un accélérateur qui génère la radiographie la plus puissante et la plus brillante au monde. À l’intérieur d’un tunnel de 3,4 kilomètres de long allant d’une installation de DESY à un laboratoire de recherche situé dans la ville voisine de Schenefeld, un système d’aimants et d’aspirateurs accélère les électrons presque à la vitesse de la lumière pour créer des flashs laser de rayons X intenses. Ces flashs peuvent créer des images de processus atomiques se produisant en une fraction de seconde. Ils peuvent afficher la structure atomique des virus, filmer des réactions chimiques et montrer les matériaux présents à l’intérieur des planètes. L’installation est relativement récente, mais les scientifiques en médecine, en chimie, en physique, en science des matériaux, en nanotechnologie, en technologie de l’énergie électrique et en électronique mettent déjà la machine à profit. 

Avec le soutien du gouvernement allemand et de 11 autres pays européens partenaires du projet, DESY a amorcé la conception et la construction de l’accélérateur du laser européen à électrons libres et à rayons X, et aujourd’hui, l’installation de recherche est dirigée par une entité financée par douze pays partenaires. Chaque jour, des groupes de scientifiques du monde entier effectuent des rotations sur l’installation et utilisent l’accélérateur du laser européen à électrons libres et à rayons X pour mener leurs recherches. Chaque groupe dispose d’un temps limité pour effectuer ses expériences. De ce fait, le laser européen à électrons libres et à rayons X doit fonctionner presque 24 h/24, 7 j/7. 

Un environnement de précision 

Garder une machine opérationnelle tout le temps constitue un défi, mais le travail de DESY a été rendu encore plus difficile par la nature complexe de l’accélérateur du laser européen à électrons libres et à rayons X. Le système d’ordinateurs et d’électronique qui fait fonctionner l’accélérateur doit fonctionner en permanence avec une efficacité maximale et un chronométrage précis. Les systèmes de chronométrage sont particulièrement importants en raison de l’énorme quantité de données que ces machines collectent ; les horodatages à une fraction de seconde près sur chaque point de données sont capitaux pour organiser les résultats des expériences. 

Plusieurs types de composants électroniques avec des spécifications distinctes doivent communiquer entre eux en temps réel afin de synchroniser les signaux de données complexes. Les pièces de l’accélérateur sont sensibles, de sorte que les différences de température entre des composants disparates ou les interférences dues aux rayonnements peuvent perturber le système finement réglé. 

Les boîtiers sont des composants importants de tout système d’accélérateur, car ils sont utilisés pour retenir des cartes qui hébergent l’électronique de base. Ces cartes sont semblables aux cartes mères des ordinateurs de bureau. En plus d’héberger les cartes, les boîtiers maintiennent les connexions de données entre chaque carte, et entre les cartes et l’ensemble du système de laser européen à électrons libres et à rayons X. L’un des aspects essentiels de la construction du système de laser européen à électrons libres et à rayons X a été le choix d’une norme pour les boîtiers. Les normes relatives aux boîtiers sont des règles qui spécifient certaines caractéristiques communes à tous les boîtiers construits selon cette norme, indépendamment de l’entreprise ou du fabricant. Il est de ce fait plus facile pour les clients de savoir qu’ils achètent des boîtiers dotés des caractéristiques et attributs nécessaires. 

Une solution homogène 

Pour le laser européen à électrons libres et à rayons X, DESY souhaitait utiliser une norme qu’elle n’avait jamais utilisée auparavant, appelée microTCA. La capacité de transfert de données rapide et fiable de microTCA, la redondance des pièces essentielles et les capacités de gestion à distance en font une solution idéale pour le laser européen à électrons libres et à rayons X. Il y avait également des éléments manquants : la possibilité d’héberger des cartes à l’avant et à l’arrière du boîtier et certaines fonctions de synchronisation et de cadencement essentielles au fonctionnement de machines précises comme le laser européen à électrons libres et à rayons X. DESY avait besoin d’un nouveau type de solution. 

En collaboration avec plusieurs groupes de chercheurs et d’ingénieurs de plusieurs organisations internationales, DESY et l’équipe d’ingénierie nVent SCHROFF ont développé les spécifications d’une nouvelle norme : MTCA.4. La nouvelle norme a comblé les lacunes des modèles microTCA précédents tout en conservant les caractéristiques qui ont fait de la microTCA une option si attrayante au départ. Grâce à la nouvelle norme, nVent a fabriqué 250 caisses (boîtiers) MTCA.4 pour DESY et le laser européen à électrons libres et à rayons X. Avec l’aide de nVent, DESY est devenu le premier groupe au monde à mettre en place la norme MicroTCA dans un projet d’accélérateur. 

Performance constante 

Les caisses MTCA.4 maximisent le temps de fonctionnement du laser européen à électrons libres et à rayons X, permettant ainsi aux recherches importantes de progresser sans retard. De nombreuses pièces essentielles du MTCA.4 sont redondantes, ce qui signifie que si l’une d’elles cesse de fonctionner, une réplique de la même pièce est déjà installée dans le boîtier pour prendre la relève. En outre, le MTCA.4 dispose de capacités de gestion à distance. Toutes les fonctions à l’intérieur du MTCA.4 sont contrôlées à partir d’ordinateurs distants et de nombreux services peuvent être effectués à distance, ce qui facilite grandement la tâche des ingénieurs pour l’entretien de l’accélérateur et la mise à jour des logiciels sans perturber les fonctionnalités. 

Les caisses MTCA.4 hébergées dans l’installation du laser européen à électrons libres et à rayons X sont également équipées de connexions de données extrêmement rapides qui permettent de lire les points de données en temps réel, même si de nombreuses opérations au sein de la machine se déroulent en moins d’un milliardième de seconde. Cela permet une saisie précise des données lors de la mesure de réactions extrêmement courtes pendant les expériences. 

En outre, les caisses MTCA.4 offrent un bon blindage contre les champs magnétiques et d’excellentes performances de refroidissement ponctuel. L’intérieur du tunnel de l’accélérateur n’est pas un environnement optimal pour les machines. Le faisceau émet des radiations et de la chaleur qui pourraient endommager les composants informatiques fragiles. Les boîtiers nVent SCHROFF sont donc d’autant plus importants. 

Défi et opportunité 

Le laser européen à électrons libres et à rayons X est une machine complexe et sa conception et sa construction ont été un processus compliqué. Définir une nouvelle norme pour les boîtiers et travailler à sa mise en œuvre dans le laser européen à électrons libres et à rayons X ont été un projet de plusieurs années, mais le résultat est un accélérateur qui fonctionne à plein régime. 

« Ce projet complexe présentait un certain nombre de défis, mais grâce aux efforts conjoints de nVent et de DESY, tout s’est déroulé sans heurt », a déclaré Ralf Waldt, l’ingénieur d’application de nVent qui a travaillé en partenariat avec DESY sur ce projet. 

Dans des projets comme le laser européen à électrons libres et à rayons X, les retards dans la construction qui durent parfois des années sont courants, tout comme les problèmes de synchronisation une fois que la machine est en ligne. Cependant, ce projet a été un succès dès le premier jour d’exploitation. 

« Le laser européen à électrons libres et à rayons X reposait complètement sur le MTCA.4 dès le début », a déclaré Kay Rehlich, ingénieur à DESY. « Depuis le début de son fonctionnement, personne ne pouvait croire à sa vitesse et à sa fluidité. » 

L’équipe de nVent est toujours prête à apporter son soutien à DESY en cas de besoin, afin que l’accélérateur puisse rester opérationnel à tout moment. 

« Le matériel que nous avons reçu de nVent fonctionne tout simplement », a déclaré Rehlich. « Je ne me souviens pas d’un seul défaut de caisse dans l’installation. » 

Les solutions nVent SCHROFF dans le laser européen à électrons libres et à rayons X ont été fiables depuis le début du projet. Elles ont résisté à une utilisation constante et offrent la vitesse de transfert des données et la fiabilité que requiert ce puissant laser à électrons libres. Grâce au bon fonctionnement et à la fiabilité du laser européen à électrons libres et à rayons X, les scientifiques peuvent profiter au maximum du temps qu’ils passent dans l’installation et se consacrer entièrement à leur travail important : trouver des traitements aux maladies, inventer de nouvelles technologies et faire progresser la compréhension de l’univers par l’humanité. 

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