Il y a tout juste un an, Bertin Technologies livrait à ITER Organization le design final du Density Interferometer Polarimeter (DIP), un système optique complexe permettant de mesurer la densité du plasma pendant la réaction de fusion nucléaire. Depuis lors, nos équipes se sont lancées dans un vaste programme de R&D visant à caractériser et évaluer les performances de l’interféromètre. Zoom sur l’état d’avancement du projet.

DIP, Density Interferometer Polarimeter, est l’un des futurs instruments de diagnostic du réacteur ITER, la plus grande installation de fusion expérimentale au monde. DIP aura pour principale fonction de contrôler le plasma en mesurant la densité des électrons à l’intérieur du Tokamak, ce qui permettra de contrôler la stabilité du plasma et garantir le rendement énergétique de la fusion.

→ Plus d’information sur le fonctionnement de DIP

Dans le cadre de ses travaux de recherche et de développement, Bertin Technologies avait pour principal objectif la caractérisation et l’évaluation des performances d’un interféromètre à dispersion au moyen d’un banc de test optique conçu et fabriqué par ses équipes. La reproduction de cet équipement à échelle réelle (1,80 x 1,20 m), devait tenir compte de plusieurs paramètres essentiels : la définition préalable de procédures de travail, la mise en place de la propreté, l’implémentation du contrôle-commande à distance, mais surtout la maitrise des risques liés à la manipulation d’un laser de haute puissance. Au cours de tests de caractérisation, les équipes de Bertin Technologies sont ainsi parvenues à générer de façon stable un laser de 100mW à 4.8 m en injectant un laser de 40W à 9.6 m dans un cristal doubleur de fréquence : une performance remarquable démontrant l’expertise de Bertin Technologies en optique non linéaire à haute puissance.

Utilisation et maitrise de cristaux OPGaAs

L’équipe R&D de Bertin Technologies compte parmi les rares au monde à utiliser un cristal doubleur de fréquence d’OPGaAs dans un régime à haute puissance (40 W continus). Pour mener à bien ces travaux, Bertin Technologies a développé une nouvelle architecture de monture pour aligner, protéger et réguler en température le cristal d’OPGaAs. La maîtrise de ces paramètres a permis d’obtenir des résultats de qualité qui seront nécessaire pour l’implémentation de DIP dans ITER.

Un effort particulier a aussi été nécessaire pour instrumenter le laser afin de le contrôler en mesurant précisément sa longueur d’onde, sa température et sa puissance.

Il a également fallu développer un beam expander spécifique à partir de trois miroirs afin de transporter le faisceau du laser au cristal. Le contrôle de la géométrie du faisceau laser durant sa propagation est un élément clé pour le faire converger sur un cristal de 3×6 mm et 24mm de long : un nouveau pari réussi par Bertin Technologies.

Projets futurs

Après un an de travail, ce programme de R&D a permis de démontrer les performances du doublement de fréquence nécessaire à l’interféromètre à dispersion. C’est par la juste maîtrise de l’environnement et des paramètres extérieurs (problèmes de température, de longueur d’onde, contrôle informatique, intégration, mécanique…) que ces résultats ont pu être obtenus. Toutefois, ce projet ne s’arrête pas là : les équipes de Bertin Technologies prévoient d’améliorer la précision de l’interféromètre en introduisant un modulateur de fréquence dans le faisceau. En faisant osciller la fréquence du laser, ce modulateur permettra d’éliminer significativement le bruit issu des variations d’intensité parasites afin d’obtenir une détection plus précise. Un double faisceau ainsi modulé sera finalement envoyé dans un deuxième cristal d’OPGaAs pour créer les interférences permettant de mesurer le déphasage des deux longueurs d’onde.

Par la même occasion, Bertin Technologies a minutieusement confectionné un calibrateur composé de deux lames de verre ZnSe produisant un déphasage connu simulant les effets induits dans le plasma. La caractérisation de ce calibrateur, prévue en 2024, constituera une phase critique dans l’évaluation des performances de l’ensemble du système DIP.

Vers un prototype pour ITER

Au-delà de ces nombreuses réalisations, les équipes de Bertin Technologies se préparent à concevoir un prototype grandeur nature de DIP (Density Interferometer Polarimeter). Ce prototype, le premier du genre, sera intégré à côté d’ITER, et comptera parmi les diagnostics essentiels aux opérations initiales de cette machine expérimentale.

Par sa concrétisation, le projet DIP incarne ainsi l’engagement inébranlable de nos équipes à apporter à la communauté scientifique mondiale des technologies pionnières, à la pointe de l’innovation, destinées à exploiter l’énergie du futur : l’énergie de fusion.