Les aimants supraconducteurs des grands accélérateurs de particules ou des réacteurs de fusion par confinement magnétique doivent être refroidis à des températures cryogéniques (4 kelvins ou moins) pour fonctionner correctement. Pour cela, une installation cryogénique produit de l'hélium liquide ou supercritique qui est ensuite distribué aux équipements à refroidir, dans des lignes cryogéniques formant le système de cryo-distribution. Ces derniers doivent être protégés de surpressions accidentelles par des soupapes ou des disques de rupture.
En effet, en cas de rupture du vide, les gaz de l'air se condensent sur les parois froides et transfèrent une puissance thermique conséquente au fluide cryogénique. Celui-ci se vaporise brutalement et la surpression ainsi générée induit un risque d'explosion. Pour prévenir ce risque, il faut pouvoir évacuer l'hélium avec un débit potentiellement très important. La connaissance de ce débit est un point clé pour la sécurité de l'installation.
Quels transferts de chaleur en cas de rupture de vide ?
Jusqu'à présent, le dimensionnement des organes de sécurité reposait sur l'utilisation de mesures standard de flux de chaleur. Pour l'hélium supercritique, les mesures n'ont été réalisées qu'en configuration de réservoir, et donc, en régime de convection naturelle. Or des mesures de flux devraient aussi être réalisées en régime de convection forcée, pour être représentatives de lignes cryogéniques.
Des cryogénistes de l'Irig ont voulu tester dans ces conditions plus réalistes une situation accidentelle de grande ampleur. Pour cela, ils ont adapté la boucle d'hélium supercritique Helios, développée initialement pour le réacteur de fusion japonais JT-60SA, et ont pu mesurer le flux de chaleur reçu par un écoulement forcé d'hélium supercritique dans une tuyauterie soumise à une rupture du vide d'isolement. Des modélisations de l'installation ont également été réalisées avec le code de thermo-hydraulique CATHARE afin d'améliorer la compréhension des phénomènes de transfert de chaleur mis en œuvre.