Reine Laserforschung

(Quelle Fraunhofer IPA ; Photo : Martin Salajka)

(Quelle Fraunhofer IPA ; Photo : Martin Salajka)

(Quelle : Fraunhofer IPA)

(Quelle : Fraunhofer IPA)

Près de la capitale tchèque Prague, un centre laser mondialement le plus puissant est en cours de construction avec des fonds de l'UE : « Infrastructure de lumière extrême » (ELI). Il devrait être accessible aux scientifiques du monde entier dans quelques années pour la recherche fondamentale.

Ce que le CERN signifie pour les physiciens des particules, l'ELI doit le devenir pour la recherche laser. Déjà, la construction de l'installation, qui coûtera plusieurs centaines de millions d'euros, pose aux experts des défis jusqu'ici inconnus. Le problème : l'appareil, de la taille d'un terrain de football, réagit très sensible aux contaminations. Les faisceaux laser à haute énergie, qui traversent un vide ultrahaut, brûleraient ou fusionneraient des particules et des gaz dans les murs, ou se transformeraient en substances qui se déposent comme un revêtement. Les miroirs de déviation deviendraient aveugles, et toute l'installation inutilisable. La propreté est donc la priorité absolue. Les exigences sont élevées : seules 100 nanogrammes de saleté organique par mètre carré peuvent adhérer à l'intérieur, ce qui correspond à quelques couches de molécules. En outre, la difficulté réside dans le fait que des dizaines d'entreprises différentes de toute l'Europe livrent les composants, du revêtement de sol au produit anticorrosion, de la poutre en acier au matériau isolant. Tous doivent respecter scrupuleusement les normes de pureté imposées. « C'est une énorme organisation », dit Markus Keller, expert en pureté au Fraunhofer IPA.

Le soutien du Fraunhofer IPA

De nombreuses entreprises ont déjà contacté l'IPA — et de plus en plus. Car l'institut de Stuttgart dispose non seulement du plus grand laboratoire propre de classe ISO 1 au monde, mais ses experts possèdent également le savoir-faire nécessaire dans toutes les questions de pureté. Et pour ce projet, dirigé par Keller, toutes les facettes sont sollicitées, de la nettoyage à la validation, de l'emballage propre à la formation. Il s'agit à la fois des contaminations organiques et des particules. Et il faut s'assurer qu'aucun matériau ne dégage des gaz, comme le plastique dans une voiture neuve. La méthode est donc très variée. Certaines pièces, comme une vanne à vide pesant une demi-tonne, sont nettoyées à Stuttgart, soigneusement emballées et envoyées. Les experts souabes utilisent pour l'emballage une film spécial, fabriqué spécialement pour l'IPA dans une salle blanche. Pour d'autres composants, le transport serait trop coûteux. Ainsi, plus de 100 tubes en acier inoxydable sont nécessaires, chacun de 6 mètres de long et 40 centimètres d'épaisseur. Ces tubes feront passer plus tard les faisceaux laser à travers le vide ultrahaut. Ils ne peuvent être assemblés qu'en place, ce qui nécessite une salle blanche provisoire. Cela signifie : revêtement mural, revêtement de sol, protection contre la corrosion — rien dans cet environnement ne doit dégager de gaz. L'IPA recherche, à l'aide d'expériences en laboratoire, les matériaux de construction optimaux. La différence est grande : un sol industriel ordinaire dégage environ 10 000 fois plus de gaz qu'un sol de salle blanche.

Analyses de Stuttgart

Le plus grand défi concerne toutefois les espaces intérieurs, les tubes et les chambres de distribution, à travers lesquels les lasers passeront plus tard. Ils doivent répondre aux exigences les plus strictes. Cela signifie : le fabricant doit les nettoyer, les emballer hermétiquement et les assembler proprement en Tchéquie. Sans contrôle, cela n'est pas possible. Le nettoyage se fait avec un mélange de solvants, qui est pulvérisé sur les pièces. Ensuite, l'IPA entre en jeu — et un transport constant à travers l'Europe. L'institut envoie d'abord des contenants extrêmement propres à l'entreprise de production, qui les remplit avec des échantillons de leur liquide de rinçage. Ils reviennent ensuite à Stuttgart pour analyse. Keller et son équipe filtrent les liquides et comptent ensuite les particules. Ainsi, il peut non seulement vérifier si le nombre de particules respecte les normes, mais aussi optimiser le processus de nettoyage. Car les analyses montrent comment la propreté s'améliore au fil du nettoyage et combien de temps il faut pour rincer.

En plus des particules, des substances organiques peuvent aussi adhérer aux murs, comme des empreintes digitales. D'autres contrôles sont nécessaires à cet effet. L'IPA dispose également du matériel ultra-pur nécessaire : pour les petites surfaces, on utilise des SWABs, une sorte de coton-tige haut de gamme, pour les plus grandes, des WIPEs, des linges très purs. Les petites boîtes dans lesquelles les linges sont envoyés ne ressemblent pas vraiment à des produits de haute technologie, mais elles recèlent beaucoup de savoir-faire et de travail de longue haleine. Car partout, des contaminations peuvent contaminer le chiffon ou le récipient. L'IPA a même effectué des tests de transport, envoyant des contenants par tous les temps à travers le pays, pour exclure toute modification lors du voyage. La procédure est similaire à celle pour les particules : un employé de l'entreprise de production ouvre le contenant, prélève le support de nettoyage, essuie une surface de taille déterminée, puis remet tout dans le contenant, qui contient également un solvant. Pour l'analyse, ce sont à nouveau les chercheurs de Stuttgart qui sont responsables. Ils laissent sécher une quantité précise de solvants et déterminent la contamination organique. « Nous pouvons même mesurer une couche moléculaire », dit Keller.

Nettoyage ultérieur impossible

Les tâches des experts de l'IPA incluent également la formation des employés des entreprises impliquées. Car peu de gens savent comment se comporter pour éviter les contaminations — d'autant plus qu'il n'existe pas encore de cursus spécifique pour ce domaine spécialisé. Et le super laser ne pardonne pas les erreurs. De toute façon, tous les participants entrent dans un territoire inconnu avec ce projet. Les responsables du projet d'ELI Beamlines craignent rien de plus qu'une panne lors de la mise en service. Deux scénarios sont possibles : le vide nécessaire ne pourrait pas être atteint, car des matériaux dégageraient des gaz. Ou les miroirs de déviation pourraient soudainement s'embuer. Un nettoyage ultérieur n'est pas envisageable. Une fois que l'appareil est en place, il reste hermétiquement fermé.

Contact :

Dr.-Ing. Markus Keller
Téléphone +49 711 970-1560
markus.keller@ipa.fraunhofer.de