Un caloduc est un dispositif de transfert thermique très efficace. Il se présente sous la forme d'une enceinte hermétique contenant un fluide qui circule naturellement entre l'état liquide et l'état vapeur. Lorsqu'une extrémité est chauffée, le fluide s'évapore et transporte la chaleur vers la zone plus froide, où il se condense en libérant cette chaleur. Le fluide retourne ensuite vers la zone chaude, assurant ainsi un transport de chaleur rapide, passif et sans pièce mécanique.
Afin d'exploiter ces propriétés de transfert thermique dans des conditions cryogéniques extrêmes, cette technologie est étudiée dans le cadre du projet PACIFCS (Particle Accelerators Initiative for Future Innovative and Challenging Systems), soutenu par l'ANR. L'objectif est de développer de nouvelles solutions de refroidissement pour les aimants supraconducteurs. Pour cela, une station d'essais a été conçue : MagicPHP (Magnet Innovative Cooling by Cryogenic PHP), dans laquelle a été testé un aimant supraconducteur à haute température critique (HTS) de 10 teslas.
Contrairement aux systèmes classiques, le refroidissement ne repose ici pas sur un fluide cryogénique (comme l'hélium par exemple) mais sur un cryogénérateur relié à deux caloducs oscillants. Ces dispositifs se distinguent des caloducs classiques par leur capacité à assurer le transfert de chaleur grâce à un fluide présent à la fois sous forme liquide et vapeur, proche de l'équilibre thermodynamique. Les forces capillaires (interactions à l'interface entre deux fluides, dues à la courbure de cette interface) y sont dominantes, ce qui rend possible leur utilisation dans des environnements sans gravité.
Système de refroidissement par caloducs oscillants
Les essais ont montré que ces caloducs oscillants peuvent maintenir l'aimant à sa température de fonctionnement nominale. Ils peuvent également absorber des incidents thermiques dynamiques, comme les « quenchs », de manière compatible avec l'exploitation normale des aimants supraconducteurs.
Cette réussite constitue une avancée majeure : elle démontre que des systèmes de refroidissement non dépendants de la gravité peuvent être utilisés pour des applications où celle-ci est fortement réduite, comme les aimants à très haut champ magnétique ou les systèmes cryogéniques destinés aux applications spatiales.