Dossier : La fusion nucléaire, le plus grand défi technologique

2 contenus dans ce dossier

Je maîtrise
Imprimer

Décryptages

La fusion nucléaire, une maîtrise encore incertaine

Les recherches sur la fusion nucléaire occupent des scientifiques du monde entier depuis plus de 50 ans. La communauté internationale s’est rassemblée pour faire aboutir le projet ITER. Mais il faudra encore plusieurs décennies pour maîtriser cette source inépuisable d’énergie et envisager d’obtenir une électricité commerciale à partir de ce procédé. Aujourd’hui, rien n’en garantit le succès même si des progrès sont enregistrés dans différents domaines. 

Les travaux de construction ont démarré en 2010 sur le site d'ITER à Saint-Paul-lez-Duranc © BORIS HORVAT / AFP

Si le monde réussit à maîtriser la fusion nucléaireLa fusion nucléaire désigne le phénomène par lequel deux atomes fusionnent en un atome plus lourd en dégageant de l'énergie...1 et à l’industrialiser, il s'agira là d'une véritable révolution : la production d’électricité se fera avec une énergie quasi inépuisable, générant peu de déchets radioactifs et ne générant aucun gaz à effet de serrePhénomène naturel permettant un accroissement de la température de l'atmosphère d'une planète grâce à la présence de certains gaz.... Mais la route est longue…

Déjà plus de 50 ans de recherches...

Depuis les années 1960, des chercheurs sont parvenus à obtenir des réactions de fusion nucléaire dans des boîtes immatérielles en forme d'anneau, créées par des champs magnétiques.

Baptisées « Tokamak  » (acronyme du russe « Toroidalnaya Kamera Magnitnymi Katushkami » ou « chambre magnétique toroïdale »), ces installations existent notamment au Japon, au Royaume-Uni et en France. En 1997, le Tokamak JET, de Culham (Royaume-Uni), a établi un record de puissanceEn physique, la puissance représente la quantité d'énergie fournie par un système par unité de temps... en produisant 16 mégawatts (MW) pendant une seconde. Mais pour produire cette énergie, 23 MW d'apport extérieur ont été nécessaires !

2050 : l’horizon que s’est fixé ITER pour produire de l’énergie à partir d’un réacteur thermonucléaire

Le Tokamak Tore-Supra (à Cadarache, France) possède un autre record : celui d'avoir maintenu du plasma à plus de trois fois la température du soleil (de l'ordre d'un million de degrés à la couronne) pendant plus de 6 minutes. Le Tokamak JT 60 (Japon) a atteint des températures record de l'ordre de 200 millions de degrés.

Le projet ITER

De nombreux pays coopèrent en matière de recherches sur la fusion nucléaire à travers le projet ITERLe projet ITER vise à construire le premier réacteur expérimental de fusion nucléaire capable de produire plus d’énergie... (International Thermonuclear Experimental Reactor ou « réacteur expérimental thermonucléaire international ») 2. La Chine, l'Union Européenne, l'Inde, le Japon, la Corée du Sud, la Russie et les États-Unis mettent en commun leurs efforts pour construire le prototype d’un réacteur à fusion qui rassemblera toutes les connaissances et performances développées depuis 50 ans.

L'objectif affiché d'ITER est de « démontrer, techniquement et scientifiquement, que la fusion pourrait devenir une source d'énergie à l'horizon 2050 »3. ITER sera implanté à Cadarache4, dans le sud de la France. Le chantier est déjà commencé, les premières expérimentations devraient débuter en 2018 et durer une vingtaine d’années.

Les promoteurs d'ITER envisagent déjà la suite : un outil qui démontre la faisabilité de la fusion nucléaire à l'échelle industrielle. Ils lui ont même donné un nom : Demo. Ce prototype, opéré par l'Union Européenne et le Japon, n'est pourtant pas attendu tout de suite. Il ne sera en effet pas mis en route avant la fin de la phase d'exploitation d'ITER, vers l'an 2040.

Des défis multiples

Pour la communauté scientifique internationale, les défis à relever pour mettre au point un réacteur thermonucléaire sont de plusieurs ordres :

  • obtenir des températures suffisamment élevées pour permettre la fusion nucléaire ;
  • allonger le temps de fusion, jusqu'à arriver à un fonctionnement en continu du réacteur ;
  • et bien sûr obtenir plus d'énergie après fusion que ce qui est nécessaire pour produire la fusion nucléaire.

Les chercheurs de Cadarache ont maintenu du plasma à 1 million de degrés pendant plus de 6 minutes

Pour y parvenir, le projet ITER devra notamment :

  • réaliser des alliages métalliques pour les parois intérieures de la machine, capables de tenir à des températures proches de celles à la surface du soleil (aucun matériau connu actuellement n'en est capable) ;
  • valider des systèmes de chauffage du plasma (état de la matière portée à très haute température) sur la durée ;
  • maîtriser la stabilité du plasma sur la durée. Pour cela, il faudra s'appuyer sur des modélisations par le biais de calculateurs informatiques d'avenir extrêmement performants ;
  • mettre au point des procédés de récupération et de stockage des cendres radioactives du tritium utilisé dans la fabrication5.

 

Sources :

(1) ITERCAD

(2) ITER

(3) (4) et (5) ITERCAD