Enceintes ` a vide

L’enceinte `a vide comprend plusieurs ´ecrans thermiques permettant de filtrer les fluctuations de temp´erature. Ils r´eduisent suffisamment l’effet pro-duit par le coefficient d’expansion thermique (CTE) ´elev´e de la cavit´e, estim´e `

a environ 10⁻⁷ K⁻¹. Cette valeur ´elev´ee est due `a l’utilisation de miroirs en silice fondue sur une cale en ULE. Afin d’avoir la possibilit´e d’asservir la temp´erature de la cavit´e `a la temp´erature d’inversion du CTE, estim´ee `a −22 ◦C, on utilise un syst`eme de double enceinte `a vide, ind´ependantes et imbriqu´ees d´ecrit dans le chapitre pr´ec´edent.

L’enceinte `a vide externe

L’enceinte ext´erieure est en acier inoxydable. C’est un cylindre vertical, d’environ 280 mm de haut et 330 mm de diam`etre, dans lequel on r´ealise quatre ouvertures (voir la figure 3.2). Deux d’entre elles permettent le pas-sage du faisceau laser par l’interm´ediaire de hublots mont´es sur des brides. Les deux autres ouvertures permettent l’acc`es aux deux syst`emes d’asservis-sement de temp´erature (modules `a effet Peltier, sondes de temp´erature) de l’enceinte `a vide int´erieure une fois que l’enceinte ext´erieure est positionn´ee.

Fig. 3.2 – Vue en trois dimensions des deux enceintes `a vide imbriqu´ees, des ´ecrans ther-miques et de la cavit´e, en coupe de dessus (a), en coupe de face (b).

Ces ouvertures doivent donc ˆetre suffisamment grandes pour que l’on puisse monter (ou ´eventuellement d´emonter) ces ´el´ements depuis l’ext´erieur. Une fois l’op´eration termin´ee, elles sont ferm´ees par des brides sur lesquelles les tresses thermiques en cuivre conduisent la puissance devant ˆetre dissip´ee par les modules `a effet Peltier. Deux brides ferment chacune des extr´emit´es (haut et bas) de cette enceinte. L’´etanch´eit´e est assur´ee par des joints toriques en Viton. Ce choix est motiv´e par le nombre important d’ouvertures et ferme-tures que n´ecessite les tests de sensibilit´e acc´el´erom´etrique de la cavit´e.

L’enceinte int´erieure

L’enceinte `a vide int´erieure est en aluminium, un assez bon conducteur thermique, dans le but de minimiser les gradients de temp´erature. L’´etanch´eit´e est assur´ee par du fil d’indium ´ecras´e. Le diam`etre apparent des hublots est r´eduit `a 1 cm par une bride afin de limiter le rayonnement thermique inci-dent sur les miroirs de la cavit´e. Toujours dans le mˆeme objectif, ces hublots sont en BK7 car ce mat´eriau est quasiment opaque `a ∼10 µm, la longueur d’onde de rayonnement thermique. La pression interne est d’environ 5 × 10⁻⁷ mbar. Cette enceinte est support´ee par trois pieds en acier inoxydable de section r´eduite (cylindre creux) ce qui limite la puissance thermique qui lui

est transmise par conduction.

Syst`emes de pompage ultra-vide

Chacune des enceintes `a vide est reli´ee par un syst`eme `a vide ind´ependant. Chaque syst`eme comprend ungetter activ´e par une r´esistance chauffante et une pompe ionique de 3 L.s⁻¹. Sur chacun d’eux, une vanne permet le raccord d’une pompe turbo-mol´eculaire. Ils sont positionn´es sous l’enceinte `

a vide ext´erieure afin que le centre de gravit´e soit le plus bas possible. Un flexible permet de raccorder l’enceinte int´erieure au syst`eme de pompage tout en traversant l’enceinte ext´erieure.

Les ´ecrans thermiques ext´erieur et int´erieur

L’´ecran thermique ext´erieur est en aluminium poli et dor´e afin de diminuer son ´emissivit´e (environ 2 % ou 3 %) et donc la puissance thermique qu’il re¸coit par rayonnement. Il comporte des hublots uniquement dans le but d’isoler la cavit´e du rayonnement thermique. Un contact avec le blindage, r´ealis´e `a l’indium, permet de les thermaliser. Tous les hublots (y compris ceux des enceintes) sont inclin´es de 3° de telle sorte qu’aucun ´etalon parasite ne puisse se former entre deux hublots. Les ouvertures faites pour le d´egazage de l’int´erieur ne permettent pas une vue directe entre l’enceinte int´erieure et l’´ecran interne. Cet ´ecran est pos´e sur trois morceaux de joints toriques en Viton qui garantissent une bonne r´esistance thermique tout en filtrant les vibrations r´esiduelles.

L’´ecran int´erieur est de conception identique au premier, sans hublots. Il est support´e par trois pieds similaires `a ceux de l’enceinte int´erieure.

Support de la cavit´e

Le support sur lequel repose la cavit´e, ouberceau, est en laiton recou-vert d’une couche d’or. Il est pos´e sur trois pieds en acier inoxydable, dont l’extr´emit´e est arrondie, pour obtenir un contact quasiment ponctuel. Quatre trous taraud´es permettent de visser des vis de r´eglage microm´etriques (voir photo de la figure 3.3). Elles ont pour fonction de lever l´eg`erement (quelques millim`etres) et avec pr´ecision la cavit´e pour faciliter le positionnement des appuis en Viton.

En associant un capot en cuivre de 2 mm d’´epaisseur et dor´e sur ce berceau on obtient un troisi`eme ´ecran thermique. Ces deux ´el´ements sont thermiquement reli´es par un fils d’indium ´ecras´e.

La cavit´e est support´ee sur ce berceau par quatre pastilles carr´ees, en Viton, d’environ 2 mm2 et de 0, 7 mm d’´epaisseur. Ces pastilles permettent

Fig. 3.3 – Photographie de la cavit´e pos´ee sur le berceau en laiton (a), de l’´ecran thermique en cuivre de la cavit´e en cours de montage sur le berceau (b). On voit les quatre vis microm´etriques (surlign´ees en rouge) utilis´ees pour le positionnement de la cavit´e sur ses appuis.

de compenser une variation relative de longueur minimum de 10⁻³ entre le berceau et la cavit´e. Cela signifie que le coefficient de dilatation thermique du mat´eriau dans lequel est r´ealis´e le berceau peut ˆetre jusqu’`a mille fois plus ´

elev´e que celui de la cavit´e qui est de l’ordre de 10⁻⁷ K⁻¹. Ce qui est le cas pour le laiton dont le coefficient est de 2 × 10⁻⁵ K⁻¹.

La fr´equence de r´esonance de la cavit´e sur ses pastilles en Viton est es-tim´ee avec un calcul simple :

f_meca = ¹ 2π s 4^Sv `vE<sub>v</sub> m<sub>cavite</sub> <sup>(3.1)</sup> Pour un module d’Young du Viton de E<sub>v</sub> = 500 MPa et une masse de cavit´e de m<sub>cavite</sub> = 1, 7 kg, elle est d’environ 300 Hz en vertical et 150 Hz `a l’horizontal (avec Sv la section orthogonale `a la direction consid´er´ee et `v la longueur).