Choix des axes de recherche

2.4.2.1 Point de départ des recherches

La clef de voûte du pré-alignement actif du CLIC se situe au niveau du

recouvrement des références d’alignement qui constituent le réseau

métrolo-gique de référence. A proprement parler, le recouvrement est un enjeu majeur

du pré-alignement au sens où s’il n’est pas faisable, le pré-alignement ne peut

atteindre les spécifications.

Du point de vue des accroissements de l’émittance du faisceau de

par-ticules, les erreurs d’alignements peuvent être dissociées en fonction de leur

longueur d’onde [Schulte, 2009b]. Sur les courtes distances, de l’ordre du

mètre, les accroissements d’émittance sont dus essentiellement à

l’incerti-tude du réseau de pré-alignement des supports et à celle de la

fiducialisa-tion [Schulte, 2009b]. Or ces accroissements peuvent être traités

indépen-damment, module par module, pour peu que le caractère linéaire du linac du

CLIC soit suffisamment bon [Schulte, 2009b], autrement dit si le réseau

mé-trologique de référence est suffisamment précis pour définir une ligne droite

à10µmsur200 m.

Or plusieurs questions relatives au fonctionnement du réseau

métrolo-gique de référence restaient en suspend à l’issue des recherches antérieures à

cette thèse (lire le paragraphe2.3.3). Ce réseau est composé de fils tendus,

modélisés en vertical par des réseaux hydrostatiques, qui se succèdent les

uns aux autres avec recouvrement et redondance. Dans ce cadre, comment

associer les lectures d’un capteur WPS mesurant un point d’un fil à celles

du capteur voisin qui mesure un autre fil ? Comment utiliser les informations

2.4 La chaîne métrologique du MRN

des réseaux hydrostatiques, mesurés par des capteurs HLS, pour modéliser

les flèches et les dénivelées des fils tendus ?

L’un des premiers apports des recherches de ce doctorat a été

d’appro-fondir le concept de plaque métrologique, c’est-à-dire un objet supposé

in-déformable sur lequel sont fixés deux capteurs WPS et un pot HLS (voir

la figure 2.28). Si la métrologie de cet objet est parfaitement connue (soit

par des tolérances d’usinage extrêmement fines ou par des mesures précises),

alors il est possible d’associer les lectures des WPS et du HLS fixés sur cet

objet si et seulement si les mesures de chacun de ces capteurs sont définies

par rapport à leur fixation.

2.4.2.2 Analyse de la chaîne métrologique

Qu’il s’agisse d’un inclinomètre, du WPS ou d’un HLS, chacun de ces

types de capteurs mesure un angle ou une distance par rapport à un

ré-férentiel qui lui est propre. Ce réré-férentiel est défini par le constructeur du

capteur par rapport à des références externes. L’incertitude de la définition

de ce référentiel correspond alors à la précision dite « absolue » du capteur,

c’est-à-dire à sa justesse [JCGM, 2008c].

Par la suite, le capteur est fixé à un support qui, lui-même, est solidaire

d’une plaque métrologique. Si la plaque en question comporte des alésages

pour deux WPS, un HLS et un inclinomètre, chaque support de capteur doit

être défini au mieux par rapport à ses voisins pour être en mesure, d’une part

de se servir des dénivelées HLS pour compenser les flèches et les dénivelées

des fils associés aux deux WPS, et d’autre part d’assurer la propagation des

fils. Il est alors plus aisé de définir chaque support par rapport à la plaque

métrologique. Cela permet de s’affranchir des permutations sans répétitions

d’un support à l’autre.

De ce fait, la chaîne métrologique permettant d’effectuer le passage d’un

fil à l’autre, au niveau des capteurs WPS d’une même plaque, est similaire

aux liaisons mécaniques (voir la figure 2.35) :

– Il faut définir chaque support de capteur par rapport à la plaque sur

laquelle il est fixé.

– Il est nécessaire d’exprimer les lectures des capteurs par rapport à leurs

supports associés, ce qui revient à estimer la justesse de ces différents

systèmes de mesures par rapport à leurs alésages.

2.4.2.3 Définition des axes de recherches

Avant de réfléchir aux méthodes métrologiques permettant de définir les

supports des capteurs sur les plaques métrologiques, il fallait s’atteler à la

jus-tesse de ces derniers. Était-elle suffisante ? La résolution des capteurs WPS et

HLS est donnée à0.2µmtandis que leur précision est de1µm[Herty, 2009].

La justesse, quant à elle, est de50µm. Elle correspond à une tolérance

d’as-semblage des composants de ces capteurs [Herty, 2009].

Fig.2.36 – Surface de référence d’un capteur WPS

Le centre du capteur WPS est défini à 23.5 mm de deux surfaces de

céramique orthogonales [Herty, 2009] (voir la figure 2.36). Les alésages de

capteurs utilisés jusqu’alors au CERN consistait à mettre en contact ces

2.4 La chaîne métrologique du MRN

surfaces de céramiques contre des goupilles. Si la justesse est nettement en

dehors des spécifications du CLIC, la répétabilité de la mise en place des

capteurs n’était pas non plus satisfaisante, du fait que le serrage, s’il se veut

optimal, doit appliquer la même force aux deux surfaces de céramique.

Le premier axe de recherche a naturellement consisté au développement

d’un système de centrage des WPS de manière à obtenir une justesse de

5µm. Dans ce cadre, pour optimiser les liaisons entre les capteurs d’une

même plaque, il fallait que ces systèmes de centrage soient mesurables de

la manière la plus simple, la plus répétable et la plus pérenne possible. La

solution proposée consiste à définir les centres de sphères de précision à l’aide

d’une CMM en laboratoire de métrologie.

Le second axe de recherche concerne les méthodes de calcul permettant

de traiter rigoureusement les données en provenance de la métrologie et des

capteurs. La réflexion sur la chaîne métrologique, du capteur à la plaque, met

en évidence des incertitudes qui interviennent au sein du capteur lui-même,

du capteur à son support, et enfin du support à la plaque métrologique.

Cha-cun de ces objets dispose d’une orientation spécifique qui doit être définie.

La méthode adoptée consiste alors à définir des repères orthonormés pour

chaque capteur, pour chaque système de centrage et chaque plaque, puis de

calculer les transformations entre tous ces objets sous la forme de matrices

de translations et de rotations.

Le dernier axe de recherche traite de la modélisation des références

d’ali-gnement, à savoir les inclinomètres, les fils tendus et les réseaux

hydrosta-tiques. En effet, la dernière transformation, pour aller du repère des plaques

métrologiques au repère général, se fait en compensant les points issus des

mesures WPS et HLS, qui appartiennent par définition à des fils tendus ou

des surfaces d’eau, et les mesures inclinométriques qui fournissent le roulis

de la plaque.