Le CERN choisi les robots KUKA pour travailler en environnements hostiles.

Les robots KUKA relèvent le défi

| Rédacteur: Jérémy Gonthier

Les robots KUKA ont relevé le défi de faire vivre le monde industriel et celui de la recherche sous le même toit.
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Les robots KUKA ont relevé le défi de faire vivre le monde industriel et celui de la recherche sous le même toit. (Image : CERN)

>> Fondé en 1954, le CERN, acronyme de « Conseil Européen pour la Recherche Nucléaire» au démarrage, puis devenu « l’Organisation européenne pour la recherche nucléaire », est l’un des plus grands et des plus prestigieux laboratoires scientifiques au monde. Il a pour vocation la physique fondamentale et la découverte des constituants et des lois de l’Univers.

Mondialement connu, il est situé de part et d’autre de la frontière franco-suisse, près de Genève et utilise de nombreux instruments de haute technologie; parmi ceux-ci, le plus grand et le plus puissant des accélérateurs de particules au monde, le LHC. Un concentré unique d’énergie: en une seconde les protons effectuent 11’000 fois le tour des 27 km de l'anneau du LHC.

Au sein de cet immense laboratoire international qu’est le CERN, existe une installation appelée ISOLDE (Isotope Séparation On Line Device). Son but est d'étudier les propriétés des noyaux atomiques pour des applications en recherche fondamentale, astrophysique et science des matériaux et de la vie. Richard Catherall, coordinateur technique d’ISOLDE, explique que cette partie du CERN intègre des équipements très particuliers servant à un large éventail de recherches. Cette installation reçoit un faisceau de protons de haute intensité issu du Booster du Synchrotron à protons (PSB) et le dirige vers deux stations de cibles (GPS et HRS). Ces cibles, très épaisses, de 25 kg et fabriquées sur mesure, contiennent un tube d’environ 20 cm chargé de différents types de matériaux en fonction des expériences à réaliser (oxyde de calcium, tantale, carbure d’uranium appauvri, etc.). Cette collision entre le faisceau de protons et la cible produit ainsi des fragments atomiques très variés. Différents systèmes sont ensuite utilisés pour ioniser, extraire et séparer les isotopes selon leur masse, ce qui permet de produire des faisceaux secondaires de basse énergie qui sont alors livrés à plusieurs stations d’expérimentation pour que les chercheurs effectuent leurs analyses.

Chaque groupe de physiciens ayant sa propre expérimentation à réaliser, utilise un type spécifique de cible, chargée différemment. Ainsi, cette installation doit être flexible au point de pouvoir interchanger les cibles pour satisfaire chaque besoin scientifique en isotopes. Cependant, l’environnement radioactif ne permet pas de changer les cibles manuellement.

C’est pour cette raison que dès l’implantation d‘ISOLDE en 1967, des robots très archaïques avaient déjà été utilisés afin de réaliser ce travail de manipulation nécessaire lors des changements de cibles, avant d’être remplacés en 1992 par deux robots industriels montés sur rail au sol. Ce rail leur permettait de se déplacer depuis leur zone de garage jusqu‘à la station de travail (zone plus radioactive) afin de prendre les cibles, les déposer dans leur compartiment blindé pour refroidir avant d’en mettre une nouvelle et enfin, revenir dans leur zone de garage.

En 2010, une mise à jour complète de l’installation est devenue indispensable car les robots installés étaient vieillissants et ne donnaient plus entière satisfaction à cause de l’obsolescence de leur système de contrôle. D‘autant plus qu’en 18 ans, la technologie robotique avait fait de nets progrès.

Une rénovation prodigieuse

Jean-Louis Grenard, qui a dirigé un travail conséquent sur plus de quatre ans, a suivi le chef du projet pour la rénovation des cellules robotisées au sein d’ISOLDE. La liste des travaux effectués est longue ; il aura fallu un an d‘analyse des risques, huit mois d’appel d’offres, un an de tests dans une maquette à « échelle 1 », dix mois d’installation en zone réelle, l’utilité de plus de 150 intervenants sur le chantier, dix tonnes de matériel à installer, un km de câbles, sans compter que la zone a été inaccessible pendant trois mois, dans l’attente d’une baisse progressive de la radioactivité avant de pouvoir y pénétrer pour commencer le démantèlement de l’ancienne installation.

Puisque le CERN souhaitait rester autonome et garder le contrôle sur l’équipement, l’équipe de Jean-Louis Grenard a réalisé le projet sans l‘intervention d’un intégrateur de robots, depuis la spécification jusqu’à l’intégration même du nouveau système de manipulation des cibles dans leur environnement.

Ainsi, durant la phase de pré-études, trois solutions différentes ont été évaluées. La première, rapidement écartée, consistait à faire appel à un bras de manipulation construit spécifiquement pour cette application. Cette solution exigeait l’utilisation de composants spéciaux pour sa construction et sa maintenance, comportant ainsi la dépendance de plusieurs fabricants de machines spéciales. La deuxième solution, qui envisageait l’utilisation d’un robot industriel monté sur un Véhicule à Guidage Automatique (AGV), comportait trop d’électronique embarquée pour l’environnement nucléaire.

C’est donc la troisième solution qui a finalement été retenue: un robot industriel standard « modifié », monté sur un rail suspendu.

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