Kuben pour la recherche

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Le Centre de Recherche LENA Laboratory for Emerging Nanometrology de l'Université Technique de Brunswick étudie les techniques de mesure à l’échelle nanométrique. Une équipe de scientifiques pluridisciplinaires se consacre notamment à la mesure d’objets tridimensionnels dans le monde nanométrique, qui sont indispensables, entre autres, pour le développement de batteries haute performance pour véhicules électriques. Le centre de nanométrologie sera à l’avenir installé dans un bâtiment en deux étages classé monument historique, comprenant une halle rénovée, ainsi qu’une extension neuve de trois étages. Le projet a été confié aux architectes Meyer et à RKW Rhode Kellermann Wawrowsky. La société pbr AG assure la planification des équipements techniques.

Alors que le bâtiment en halle – une ancienne halle pour moteurs à combustion – est transformé en laboratoires de physique et salles de mesure, la nouvelle extension de trois étages accueillera des bureaux et des salles de séminaire. Un couloir de liaison en rez-de-chaussée relie la nouvelle construction à l’existant. Au total, plus de 1 400 m² dans le bâtiment de laboratoire sont disponibles pour les laboratoires et les grands équipements. Des laboratoires soumis à des exigences particulièrement strictes, par exemple pour des utilisations sensibles aux vibrations telles que la microscopie électronique à transmission haute résolution, des salles blanches et des salles de mesure avec une constante de température élevée, seront situés dans un cube de deux étages dans le bâtiment en halle. Un espace commun de sas, doté de plusieurs zones de séparation et de degrés de pureté croissants, notamment un sas thermique, permet aux utilisateurs d’accéder à la zone propre. Grâce à cette organisation fonctionnelle des salles spécialisées, les installations techniques dans cette zone sont concentrées et optimisées.

La technique du bâtiment est installée au premier étage de la branche nord. Les équipements techniques susceptibles de provoquer des vibrations et de perturber le fonctionnement de la recherche y sont installés dans la nouvelle aile du bureau. Cela inclut notamment des installations de récupération de l’hélium ainsi que la production de froid et d’air comprimé.

Qualité de l’air intérieur et climatisation

Dans trois salles propres de classe ISO 6 selon DIN EN ISO 14644-1, des exigences très strictes sont imposées à la pureté de l’air. Une cascade de pression contrôlée en permanence, allant des salles propres via les sas et couloirs jusqu’aux grands couloirs principaux, garantit le respect de ces exigences. Les trois salles sont accessibles via un sas équipé d’une douche d’air intégrée.

Pour la technique de traitement de l’air des laboratoires, un système de régulation autonome par pièce est utilisé, prenant en compte les différentes conditions de fonctionnement des extracteurs, armoires de laboratoire et systèmes d’aspiration locaux. Entre le fonctionnement maximal et minimal, un ajustement progressif du débit d’air et un bilan d’air adapté aux besoins sont assurés. En raison des faibles vitesses d’air admissibles dans la pièce d’installation pour le microscope électronique à transmission haute résolution (HR-TEM), l’air neuf y est introduit à l’aide de tubes textiles. L’air vicié provenant des laboratoires est évacué séparément.

Six systèmes de climatisation complets pour trois salles propres et deux salles de mesure remplissent des exigences spécifiques en termes de constance de température et d’humidité relative. Par exemple, la salle 241 a nécessite une humidité relative de 50 % +5/-10 % en été et 40 % +5/-10 % en hiver, avec une température ambiante de 20 °C +/- 1 K (dérive < 0,2 K/h). Pour le refroidissement des appareils dans la zone de laboratoire, l’eau glacée produite centralement est utilisée. Un réseau de conduits séparé, avec des conditions de fonctionnement différentes de celles du refroidissement climatique du bâtiment, est prévu à cet effet.

La machine de refroidissement dispose de deux évaporateurs séparés pour dissiper la chaleur excédentaire provenant de la charge thermique et de la puissance électrique du compresseur. Un évaporateur sert à la récupération de chaleur issue de la production de froid. Il peut fournir une puissance d’environ 100 kW à une température de 50 °C. La récupération de chaleur se fait via un refroidisseur adiabatique sur le toit, où, en cas de température extérieure élevée, l’échangeur thermique transmet la chaleur à l’air extérieur tout en étant humidifié par de l’eau. L’évaporation ainsi créée sur le registre de tubes augmente l’efficacité du refroidisseur.

Un système de refroidissement hydraulique séparé a été installé pour le refroidissement mural de la salle HR-TEM. Il s’agit d’un système sec avec des matelas de capillaires en acier sur des plaques de plâtre, appliqué à l’intérieur d’une structure murale équipée d’une isolation en aluminium de 10 mm d’épaisseur.

Électricité et alimentation en médias

L’alimentation des bâtiments provient du réseau de boucle du campus à 20 kV via le niveau de moyenne tension. Un centre d’énergie comprenant un poste de commutation haute tension, des transformateurs et une distribution principale basse tension est en cours de reconstruction.

Les laboratoires sont approvisionnés de manière centralisée et décentralisée en médias nécessaires, tels que des gaz comme l’hélium, l’argon, l’azote, l’oxygène, l’acide chlorhydrique, le xénon et le néon. Pour l’utilisation en laboratoire, de l’eau ultrapure ou déminéralisée, avec une conductivité de 5 µS/cm, un contenu en carbone organique total (TOC) de 200 ppb et une numération bactérienne de 100 UFC/10 ml, est fournie.

Une installation de récupération de l’hélium liquide utilisé dans le bâtiment est en place. L’hélium gazeux est d’abord capté dans une cuve de collecte d’environ 10 m³. Lorsqu’un volume suffisant est atteint, le contenu de la cuve est compressé à l’aide d’un compresseur à piston contrôlé par niveau, jusqu’à un maximum de 200 bar.