ITER ou le nouveau chemin nucléaire - SFEN

ITER ou le nouveau chemin nucléaire

Publié le 4 octobre 2020 - Mis à jour le 25 novembre 2020
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Synthèse

ITER (le chemin, en latin) est un projet scientifique et industriel rassemblant l’Union européenne, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée du Sud, la Russie et les Etats-Unis. Il vise à démontrer la faisabilité d’une fusion nucléaire contrôlée avec la technologie du tokamak. En maitrisant la fusion, l’humanité disposerait alors d’une énergie propre et inépuisable.

ITER (le chemin, en latin) est un projet scientifique et industriel rassemblant l’Union européenne, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée du Sud, la Russie et les Etats-Unis. Il vise à démontrer la faisabilité d’une fusion nucléaire contrôlée avec la technologie du tokamak. En maitrisant la fusion, l’humanité disposerait alors d’une énergie propre et inépuisable.

ITER sera le plus grand et le plus innovant tokamak1 jamais construit dans le monde. Ce chantier du siècle a débuté en 2010. La première et principale étape du travail de construction et d’assemblage des composants se terminera en 2025, date prévue du premier plasma2. Plusieurs centaines de tokamaks ont déjà été construits, mais ITER, le plus puissant d’entre eux, ouvre le premier chapitre de la fusion au XXIe siècle au sein d’une vaste entreprise de recherche internationale.

Une puissance inégalée

ITER devra notamment porter le ratio de « puissance fusion » sur « puissance de chauffage » à 10, contre un record de 0,67 aujourd’hui. Ainsi, 50 MW de chauffage injecté généreront 500 MW de puissance de fusion, et cela pendant 400 à 600 secondes.

150 000 000°C
c'est la température attendue du plasma d’ITER

A partir de 2035, ITER doit aussi réaliser une fusion de plasma deutérium-tritium auto-entretenue. ITER sera la seule installation de fusion au monde capable de produire un plasma en combustion, offrant aux scientifiques l’opportunité unique d’étudier un état de la matière n’existant qu’au cœur des étoiles.

ITER ne résoudra pas tout. La machine n’est ainsi pas prévue pour produire une réaction de fusion continue. La réalisation des étapes suivantes sera dévolue à DEMO, le démonstrateur industriel qui devrait lui succéder dans la décennie 2050.

Nota : le tokamak est l’abréviation russe désignant une chambre toroïdale avec bobines magnétiques. il désigne une machine confinant un plasma, grâce à un champ magnétique, et pouvant permettre d’engager des réactions de fusion nucléaire.

Approfondir
ITER et fusion nucléaire : vers l’énergie parfaite ?

Objet de recherche depuis les années 1950, la fusion nucléaire vise à reproduire sur terre l’énergie du soleil et des étoiles. Elle promet une énergie propre potentiellement inépuisable. Elle fait donc l’objet d’intenses efforts de recherches scientifiques à l’échelle internationale.

Des premiers espoirs rapidement déçus

1964, New-York, Exposition universelle. Au pavillon de la société General Electric les visiteurs se pressent autour d’une étrange machine, un tube de quartz entouré d’aimants d’où jaillit, à intervalles réguliers, un éclair aveuglant, suivi d’un claquement sec. Il s’agissait d’une des premières expériences de fusion. On pouvait lire dans le guide : « le public pourra observer comment, pendant quelques millionièmes de seconde, un champ magnétique compresse un gaz de deutérium porté à la température de 10 millions de degrés ». L’expérience laissait le visiteur convaincu qu’un jour, la « collision des atomes » générerait suffisamment d’énergie pour envisager une production d’électricité à échelle industrielle. Pour General Electric toutefois, cette expérience de fusion prenait fin. La société, qui s’était engagée dans ce projet dès 1956, l’abandonna neuf ans plus tard, considérant comme « faible » la possibilité de développer « dans un proche futur » une centrale de production économiquement viable.

Reproduire le soleil sur Terre

La fusion n’est autre que la source d’énergie qui alimente le soleil et les étoiles. Dans les conditions de pression et de température extrêmes qui règnent au cœur de ces corps stellaires, les noyaux – légers – d’hydrogène entrent en collision et fusionnent pour former des atomes – plus lourds – d’hélium et libérer de grandes quantités d’énergie au cours de ce processus. Dans un tokamak (notamment du projet ITER), les conditions pour obtenir la fusion doivent intégrer simultanément :

  • une température de 150 millions de degrés, soit dix fois plus que celle qui règne au cœur du soleil ;
  • une densité de particules suffisante pour produire le plus grand nombre de collisions possible.

De toutes les réactions de fusion, c’est la réaction entre le deutérium (D) et le tritium (T), deux isotopes de l’hydrogène (H), qui se révèle la plus accessible en l’état actuel de notre technologie, et qui permet d’obtenir le gain énergétique le plus élevé aux températures les plus basses. Lorsqu’un gaz est porté à très haute température, les atomes se dissocient : les électrons et les noyaux sont séparés les uns des autres et le gaz se transforme en plasma. C’est dans ce milieu que les noyaux légers peuvent fusionner et générer de l’énergie. Dans un tokamak, des champs magnétiques très puissants sont mis en œuvre pour confiner et contrôler le plasma ;

  • un temps de confinement de l’énergie suffisamment long pour que le nombre de collisions entre les particules soit le plus élevé possible.

Les avantages de la fusion

    • Une source d’énergie massive, potentiellement continue, programmable dans le temps, virtuellement inépuisable, dont le combustible est universellement réparti ;
    • un principe physique intrinsèquement sûr ;
    • un impact limité sur l’environnement, sans production de CO2 ou de polluants atmosphériques ;
    • pas de déchets de haute activité à vie longue ;
    • pas de risque de prolifération.

Derrière ITER, le tokamak 

Le tokamak (acronyme russe qui veut dire chambre toroïdale avec bobines magnétiques) s’est imposé à la fin des années 60 comme la plus performante des machines expérimentales de fusion. Dans l’enceinte d’un tokamak, c’est l’impact des neutrons issus de la réaction de fusion qui « chauffe » la paroi de la machine. Celle-ci est équipée d’un système de circulation d’eau pressurisée qui évacue la chaleur, laquelle pourra, dans un réacteur de fusion industriel, générer la vapeur à partir de laquelle l’électricité pourra être produite. Beaucoup de similitudes, donc, avec l’énergie de la fission.

Les autres recherches sur la fusion 

Le stellarator (« stellar » pour stellaire, « generator » pour générateur) est une machine de « fusion magnétique » comme le tokamak. À la différence de celui-ci, le stellarator n’utilise pas de champ magnétique circulant à l’intérieur du plasma. Le confinement du plasma est créé par l’arrangement de bobines à la géométrie très complexe autour de la chambre à vide. Un programme de recherche est notamment développé depuis 2013 en Allemagne par l’Institut Max-Planck de physique (le « stellarator W7-X » qui a récemment obtenu de très bons résultats). Autre axe de recherche dans le monde : Chine, France (Laser Mégajoule), États-Unis (National Ignition Facility), Europe (Projet Hiper), la fusion par confinement inertiel. À l’origine, et principalement encore, il s’agit d’une approche « militaire » visant à simuler, à très petite échelle, une explosion thermonucléaire. L’idee est de faire fusionner deux noyaux atomiques légers en un noyau atomique plus lourd (par exemple, le deutérium et le tritium en hélium), en utilisant des faisceaux laser de très forte puissance. La matière alors comprimée forme un plasma au sein duquel les réactions de fusion se produisent. D’autres projets existent, à l’image de celui de General Fusion.

1 Abréviation russe désignant une chambre toroïdale avec bobines magnétiques, est une machine confinant un plasma, grâce à un champ magnétique, et pouvant permettre d’engager des réactions de fusion nucléaire.
2 Un plasma est une phase de la matière constituée de particules chargées, d’ions et d’électrons.

Dessin de Guillaume Monnain

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