Yvan Marzin que nous remercions du fond du coeur pour son excellent travail bénévole (juillet 2002).

 Le Tokamak du JET (Joint european torus), situé dans l'Oxfordshire en Grande-Bretagne, est le plus grand tore de fusion actuel.

TOUT EN BAS! Ascenseur expressD'importants défis technologiques attendent ITER

 

 

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LE MONDE | 09.07.2005

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Dans le concert enthousiaste qui a salué l'annonce de l'implantation du réacteur expérimental à fusion thermonucléaire ITER à Cadarache (Le Monde du 29 juin), il ne s'est guère trouvé que les écologistes pour faire entendre une voix discordante. "Dangereux" et "couteux", ce projet "pharaonique" constitue à leurs yeux "une impasse", inapte à répondre aux défis énergétiques de la planète.

Mezza voce, certains scientifiques expriment, eux aussi, des doutes. Est-il pertinent, se demandent-ils, d'investir dans cette machine 10 milliards d'euros sur trente ans ­ partagés entre l'Union européenne, la Chine, la Corée du Sud, les Etats-Unis, le Japon et la Russie, au risque d'assécher les crédits d'autres programmes, pour un résultat incertain ?

"Il faut une singulière dose d'optimisme pour imaginer que l'utilisation industrielle de la fusion mettra moins de cinquante ans pour être disponible", estime le physicien Edouard Brézin, président de l'Académie des sciences. "Les obstacles ne doivent pas arrêter la recherche, poursuit-il. Mais l'épuisement des ressources fossiles et surtout le réchauffement climatique sont des problèmes urgents. Les mesures à prendre sont immédiates et ITER ne doit surtout pas servir d'alibi." Et de souhaiter "que les décisions en matière d'énergie ne soient plus simplement le fait de groupes de pression attachés à la seule réussite de leur filière".

Plus radical, l'ancien ministre de la recherche Claude Allègre réprouve, dans L'Express, un "projet de prestige" qui "offre peu de chances de réussite". Pierre-Gilles de Gennes, Prix Nobel de physique 1991, partage le même sentiment. Son collègue japonais Masatoshi Koshiba, Prix nobel de physique 2002, dont le pays a pourtant bataillé pour obtenir ITER, a lui aussi exprimé publiquement ses réserves.

De fait, la fusion nucléaire soulève plusieurs interrogations.

ITER produira-t-il de l'électricité ?

Non. Ce n'est pas son objet. La machine construite à Cadarache sera un outil de recherche, dont la mission est de démontrer "la faisabilité scientifique et technique de la fusion thermonucléaire". Le réacteur sera bien couplé au réseau EDF, mais pour ses besoins en électricité (500 mégawatts (MW) pendant une dizaine de secondes pour démarrer le réacteur, 50 MW pendant 400 secondes pour chauffer le plasma, 120 MW de façon permanente pour le fonctionnement de l'installation).

Le successeur d'ITER, le réacteur de démonstration DEMO, qui pourrait être construit entre 2025 et 2035, sera en revanche un prototype industriel électrogène. DEMO devrait être implanté au Japon, selon l'accord conclu entre l'Archipel et l'Union européenne. Mais, si ITER tient ses promesses, il est probable que d'autres pays voudront se doter d'un tel prototype.

Ce n'est qu'à partir de 2050 que pourrait voir le jour la première génération de réacteurs à fusion industriels. Pour que leur rendement soit satisfaisant, ces centrales nucléaires devront atteindre environ 1 000 MW, c'est-à-dire une puissance comparable à celle des réacteurs à fission actuels (entre 900 et 1 450 MW). Pour la France, la généralisation de la filière des réacteurs à fusion conduirait, à consommation égale, à un parc d'une soixantaine de tranches.

Maîtrise-t-on la production d'énergie par fusion thermonucléaire ?

Pas de façon rentable. Les militaires savent fabriquer des armes nucléaires ­ - bombe H ­ - utilisant ce principe de façon explosive (petit volume de matière porté à très haute pression et haute température pendant un temps très court). Depuis plus de cinquante ans, les physiciens cherchent à l'utiliser à des fins civiles, en suivant une voie différente (mélange gazeux maintenu à très haute température).

Alors que, dans les réacteurs nucléaires actuels, l'énergie est libérée par la fission de noyaux lourds d'uranium ou de plutonium, dans un réacteur à fusion, elle résulte du mariage de noyaux légers. C'est cette réaction qui est à l'oeuvre dans les étoiles, où se combinent des noyaux d'hydrogène. Sur Terre, la réaction de fusion la plus accessible met en présence deux isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, dont la combinaison en hélium s'accompagne d'un énorme dégagement d'énergie.

Les physiciens européens ont réussi, au Joint European Torus (JET) de Culham, près d'Oxford, à produire 16 MW de puissance de fusion, mais pendant une seconde seulement et au prix de 25 MW de chauffage. ITER, lui, est configuré pour produire 500 MW de puissance de fusion pendant 400 secondes, avec l'assistance de 50 MW de puissance de chauffage, soit un facteur d'amplification d'énergie de 10. Avec DEMO, ce facteur amplificateur devrait être d'au moins 30, pour une puissance de fusion supérieure à 3 000 MW.

Sait-on confiner les plasmas ?

Oui. Pour faire s'agglomérer des noyaux qui, chargés positivement, ont tendance à se repousser, il faut les porter à des températures de plus de 100 millions de degrés. Les atomes se présentent alors à l'état de gaz chaud ionisé, quatrième état de la matière, appelé plasma.

Pour confiner ce plasma, la solution retenue est de le contenir dans une enceinte immatérielle en forme de tore (chambre à air sous vide), créée par des champs magnétiques. Les systèmes de confinement magnétique, qui représentent un tiers du cout d'ITER, ont fait l'objet de prototypes qui ont atteint les performances requises, grâce au recours à des supraconducteurs au niobium-étain.

Dispose-t-on de matériaux suffisamment résistants ?

Pas à ce jour et c'est l'obstacle majeur. "On nous annonce que l'on va mettre le Soleil en boîte. La formule est jolie. Le problème, c'est que l'on ne sait pas fabriquer la boîte", observe le physicien Sébastien Balibar, de l'Ecole normale supérieure de Paris.

Les réactions de fusion s'accompagnent de l'émission de neutrons de très haute énergie, de 14 millions d'électrons-volts (MeV), soit un rayonnement beaucoup plus énergétique que ceux rencontrés dans les réacteurs à fission classiques et même dans les réacteurs à neutrons rapides comme Phénix. Ces neutrons, que les champs magnétiques ne stoppent pas, traversent les parois internes du réacteur dont les propriétés risquent de se dégrader progressivement par un double phénomène : le déplacement de leurs atomes sous l'effet du bombardement neutronique et la production, en leur sein, d'hélium susceptible de former des bulles. "On ne connaît, à l'heure actuelle, aucun matériau qui résiste longtemps à une telle irradiation", souligne Sébastien Balibar.

C'est l'objet des études de matériaux qui seront menées sur la machine Ifmif (International Fusion Materials Irradiation Facility) proposée au Japon en contrepartie d'ITER, ainsi que sur DEMO. Des aciers spéciaux, notamment un acier "Eurofer" contenant du chrome et du tungstène, ont déjà été testés. Il reste toutefois à éprouver leur longévité en situation réelle.

 

Pierre Le Hir

 

nature

 

Sur le chemin de l'énergie de fusion thermonucléaire

Iter : La fusion thermonucléaire magnétique du Deuterium et du tritiumLe soleil est une boule de plasma chaud et dense. En fusionnant, les atomes d'hydrogène qui le composent majoritairement se transforment en hélium. Ces réactions de fusion libèrent de grandes quantités d'énergie. La tendance du plasma à se disperser et à se refroidir est contrebalancée par la gravitation.

Sur Terre, les forces de gravitation sont insuffisantes et il est impossible d'obtenir une réaction de fusion entre deux atomes dans ces conditions. Il n'est pas envisageable, non plus, de confiner un plasma atteignant plusieurs millions de degrés à l'aide de parois matérielles.

Pour faire face à ces obstacles, les chercheurs ont mis à profit les propriétés du plasma et ont pensé à le maintenir dans une «boîte immatérielle». Ils ont compris comment utiliser la propriété des particules du plasma qui ont tendance à s'enrouler autour des lignes de champ magnétique et à les suivre dans leur trajectoire. En refermant les lignes de champ magnétique sur elles-mêmes, ils sont ainsi parvenus à mettre au point le concept du tokamak (Acronyme russe de Toroidalnaya Kamera c Magnitnymi Katushkami) à la fin des années 60.

L'intérêt de ce concept pour produire des plasmas ne s'est pas démenti depuis, puisque les principales installations construites dans le monde furent des tokamaks comme le JT60 au Japon, JET en Angleterre et Tore Supra en France.

Construit selon ce concept, Iter (le chemin en latin) sera la plus grande installation de recherche du monde destinée à prouver que la fusion pourrait devenir une source d'énergie à l'horizon 2050.


http://www.itercad.org/projet_1.php

 

 

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