n°17
Juillet
2011
Institut Laue-Langevin

L’Institut Laue-Langevin (ILL) est un centre international de recherche à la pointe de la science et de la technologie neutroniques et est situé dans la ville de Grenoble dans le sud-est de la France. L’ILL a été fondé en 1967 sous la forme d’une entreprise binationale franco-allemande rejointe en 1973 par le Royaume-Uni. A présent, au côté de ces trois associés, 12 autres pays sont membres scientifiques de l’institut : l’Espagne, la Suisse, l’Autriche, l’Italie, la République Tchèque et plus récemment la Suède, la Hongrie, la Belgique la Slovaquie, le Danemark, la Pologne et l’Inde. L’institut exploite la source de neutrons la plus puissante dans le monde, fournissant des neutrons à 40 instruments de haute performance constamment modernisés.

En tant qu’institut de services, l’ILL met ses installations et son expertise à la disposition des visiteurs scientifiques. Chaque année, environ 2 000 chercheurs de plus de 30 pays viennent travailler à l’ILL. Plus de 800 expériences, sélectionnées par un comité scientifique, sont pratiquées annuellement. La recherche se concentre principalement sur la science fondamentale dans une grande variété de domaines, comme la physique de la matière condensée, la chimie, la biologie, la science des matériaux, l’ingénierie, la physique nucléaire et la physique des particules. Les expériences de diffusion neutronique ont apporté une contribution significative à notre compréhension de la structure et du comportement de la matière biologique condensée. Ceci a permis de concevoir de nouveaux produits chimiques comme des médicaments et des polymères mais également des matériaux utilisés dans l’électronique et l’ingénierie structurelle. Toutes ces études neutroniques offrent un aperçu unique sur la nature des systèmes complexes au niveau le plus fondamental.

Service Contrôle des Instruments

Dans ce cadre, le Service de Contrôle des Instruments (SCI) fournit le support électronique et informatique à l’ensemble des 40 instruments officiels de l’institut. Ce support s’étend également à l’ensemble des instruments et équipements qui sont utilisés par La Division des Projets Techniques (DPT), afin de tester ses éléments optiques et mécaniques ainsi que ses détecteurs. La première priorité du Service de Contrôle des Instruments (SCI) est de fournir un support aux instruments permettant une exportation optimale du faisceau de neutron. En pratique, cela consiste à des interventions régulières afin de remplacer le matériel électronique ou informatique pour prévenir les pannes dues au vieillissement, de gérer une réserve de matériel pour les pannes intempestives, et également d’anticiper les évolutions techniques aussi bien électroniques qu’informatiques.

Du point de vue électronique, chaque instrument est équipé d’un ou plusieurs châssis industriels VME, support de l’électronique d’acquisition, de contrôle de mouvement et d’une majorité des cartes I/O. Un nombre conséquent de châssis Nuclear Instrumentation Module (NIM) assure l’alimentation de haute qualité, nécessaire pour l’ensemble de nos amplificateurs moteur et pour l’électronique analogique. Néanmoins, pour quelques petits instruments, une solution PC combiné à des contrôleurs commerciaux, a été préféré au VME afin de limiter le coût de l’installation. Ce haut degré de standardisation a permis un gain effectif en terme de coût et de nombre d’équipements nécessaires pour la maintenance, et favorise des interventions rapides en cas de panne. De plus, un développement commun permet à l’ensemble des instruments de bénéficier rapidement des évolutions et améliorations techniques.

NOMAD : Un outil de contrôle moderne

Du point de vue informatique, la majorité de nos instruments bénéficie maintenant de NOMAD, un nouveau séquenceur en développement au SCI depuis 2006. Ce projet a été rendu nécessaire car le précédent système présentait des limitations majeures : il était basé sur des technologies vieillissantes, souffrait d’absence d’architecture, et n’offrait pas assez de possibilités pour intégrer les nouvelles fonctionnalités indispensables à la nouvelle génération des instruments de l’ILL. La ligne de conduite pour son développement a été l’optimisation des ressources humaines au travers d’un code intégralement partagé entre l’ensemble des instruments, et d’une architecture orientée vers les utilisateurs au travers d’une interface uniforme et ergonomique. Le partage de l’ensemble du code sur nos instruments présente deux avantages majeurs. Premièrement, les méthodes d’optimisation et les routines scientifiques, de même que la correction des bugs sont immédiatement disponibles sur tous nos instruments, et deuxièmement, cela permet de réduire les temps de développement et de maintenance. De plus, une large gamme d’outils de tests et de mise au point a été développée afin de permettre aux ingénieurs et techniciens en électronique une plus grande efficacité lors des installations ou des changements de configuration de nos instruments.

NOMAD est basé sur une architecture client/serveur, il se déploie sur un système LINUX. Le serveur, écrit en C++, en est le corps métier, il contient l’ensemble de nos drivers et de nos méthodes instrumentales. L’interface utilisateur, écrite en JAVA, ne contient aucune intelligence d’instrumentation, mais elle rassemble l’ensemble des méthodes nécessaires à l’utilisateur pour interagir et conduire son expérience. La bibliothèque CORBA connecte le serveur au client, ils peuvent s’exécuter sur le même ordinateur ou sur des machines différentes. Tous les instruments partagent le même code, mais un ensemble de fichiers XML permettent de configurer le serveur NOMAD, et ainsi d’adapter l’ensemble des contrôleurs hardware et des méthodes instrumentales aux besoins spécifiques de chaque expérience. Le serveur dispose d’un outil qui ordonnance, au moyen de « multithreads », l’exécution en parallèle de différentes taches. L’interface graphique permet aux utilisateurs de créer intuitivement, à l’aide de « drag-and-drop », l’ensemble des séquences spécifiques qui constituent le scénario de leur expérience, ils ont à leur disposition la vue sur les opérations passées présentes et futures. Le serveur de NOMAD contient également une grande diversité de modules pour contrôler l’environnement de l’échantillon. Tous ses équipements spécifiques sont configurables et paramétrables directement via l’interface graphique. L’intégration complète du contrôle de l’environnement et des méthodes scientifiques, via notre séquenceur, permet aux scientifiques de mieux synchroniser, gérer les événements, et optimiser leurs expériences.

Un ingénieur informatique SCI est en charge du développement des composants logiciels de NOMAD serveur et client. Il doit gérer au quotidien, l’ensemble des interventions sur les instruments dont il a la responsabilité (5 à 10 par personne). Les expériences se déroulent 24h/24 pendant les 50 jours du cycle réacteur et la forte demande pour nos instruments exige une grande fiabilité et des temps d’intervention minimale. La seconde partie de son activité consiste en un travail d’instrumentaliste. Durant les périodes d’arrêt du réacteur, il devra valider les nouvelles composantes matérielles de l’instrument ainsi que les diverses fonctionnalités propres à celui-ci. Il doit également mettre au point avec le personnel scientifique de l’institut de nouvelles méthodes de contrôle ou d’optimisation, qui permettront à nos visiteurs une prise en main toujours plus aisée de nos instruments.

Dans un prochain article, nous détaillerons le fonctionnement de NOMAD.

Franck CECILLON, Paolo MUTTI

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