André
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 Posté le: Mer 28 Mai 2008 1:21 am Sujet du message: Effervescence autour de la fusion thermonucléaire contrôlée |
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Salut a tous
Le 21 novembre dernier, à l'Elysée, les représentants de six pays et de l'Union européenne ont signé les trois accords qui lancent officiellement le projet d'un réacteur thermonucléaire expérimental baptisé ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) dont les premières expériences devraient commencer à l'automne 2016.
Coût de l'opération :
10 milliards d'euros.
Le principal objectif de ce prototype est de démontrer la faisabilité scientifique de l'énergie de fusion. Pour autant la fusion thermonucléaire contrôlée ne se résume pas à ITER, bien qu'il s'agisse, et de loin, du projet le plus important.
Ce domaine est en pleine effervescence et partout dans le monde des projets sont en cours.
Quant au JET et à Tore Supra, des machines emblématiques de l'activité européenne dans ce domaine depuis une vingtaine d'années, elles ont encore beaucoup à apprendre aux scientifiques.
En avril 1999, Joseph Weisse, alors responsable du segment Fusion au sein de la direction des Sciences de la matière du Commissariat à l'énergie atomique (CEA), rappelait une observation mise en évidence par les sociologues américains,
à savoir que les deux courbes représentant respectivement le budget de la fusion thermonucléaire et le prix du baril de pétrole varient de façon rigoureusement proportionnelle.
"Autrement dit, quand le prix du baril de pétrole monte, le budget de la fusion augmente, alors qu'il descend quand le prix du baril de pétrole diminue", déclarait-il. Le prix du baril était alors à moins de dix dollars.
La participation américaine au projet international ITER allait prendre fin en juillet de la même année (voir "Fission ? Fusion ?" ci-contre). 
Quant aux Européens, aux Japonais et aux Russes, ils avaient pris la décision de poursuivre ce projet, pour une durée de trois ans, mais sous une forme à coût réduit. Depuis, plus de sept années se sont écoulées et la situation a radicalement changé.
Durant l'été 2006, le prix du baril de pétrole a atteint des sommets en dépassant les 75 dollars, même s'il a connu depuis une très légère baisse.
Qui plus est, les conclusions scientifiques du quatrième rapport de l'Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) qui seront publiées courant 2007 semblent confirmer ce que beaucoup de climatologues entrevoyaient déjà lors de la publication des précédents rapports, l'augmentation de l'effet de serre du fait des activités humaines et la réalité du changement climatique.
Dans ces conditions, il ne faut pas s'étonner de l'effervescence - le mot n'est pas trop fort - qui règne actuellement autour de la fusion.
Multiplication des projets en Asie
Illustration de cette effervescence, la 21e Conférence de l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA) sur l'énergie de fusion, qui s'est tenue du 16 au 21 octobre derniers à Chengdu, en Chine.
Ce pays a profité de l'événement pour annoncer officiellement le démarrage d'EAST (Experimental Advanced Superconducting Tokamak), le premier tokamak supraconducteur chinois, une machine légèrement plus petite que Tore Supra,
annonce saluée par l'ensemble des spécialistes de la fusion thermonucléaire contrôlée. "La communauté scientifique avait besoin d'une telle annonce.
En effet, plus il y de machines en service dans le monde, plus il y a de spécialistes impliqués dans ce domaine dont la communauté n'est pas très nombreuse, ce qui permet de pérenniser les connaissances.
C'est essentiel au moment même où les équipes d'ITER commencent à se mettre en place", estime Michel Chatelier, chef du département de recherche sur la fusion contrôlée à la direction des sciences de la matière du CEA.
Plus généralement, l'Asie est engagée très fortement dans le domaine de la fusion.
Ainsi la Corée du Sud prépare une machine sensiblement identique à travers le projet KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research) à Daejon, développé par le Korea Basic Science Institute (KBSI).
L'Inde n'est pas en reste avec le projet SST1 de l'Institute for Plasma Research de Gandhinagar. Enfin, dans le cadre de l'"approche élargie", négociée en parallèle aux accords d'ITER,
le Japon, en collaboration avec l'Europe, a décidé de construire un tokamak supraconducteur de la taille du JET européen baptisé JT60 SA (Super Advanced) qui, toutefois, ne sera pas disponible avant au moins huit ans.
Cette effervescence est moins perceptible aux Etats-Unis qui, depuis des années, ont opté pour la réalisation, via leurs universités, de travaux de physique plus fondamentaux dans ce domaine auxquels ils consacrent grosso modo un budget annuel de 400 millions de dollars.
Aussi disposent-ils d'ores et déjà d'un réacteur de petite taille - une seconde machine est en construction à Princeton - qui leur permet en particulier d'explorer des concepts très originaux.
Toutefois, les Américains semblent avoir mesuré le bénéfice que pourrait leur apporter ITER.
D'où leur participation à ce programme, à hauteur de 10%, tout comme la Chine, la Corée du Sud, l'Inde, le Japon et la Fédération de Russie, cette dernière paraissant connaître une embellie même si ce pays,
où cette chambre toroïdale à confinement magnétique qu'est le tokamak a été inventée, il y a plus d'un demi-siècle par Igor Tamm et Andrei Sakharov, n'a plus tout à fait sa réputation d'antan.
Nourrir la réflexion des équipes d'Iter
Pour sa part, l'Europe, représentée par l'association Euratom, finance 50% du programme ITER. Rappelons que l'objectif de ce dernier est de réussir à démontrer la faisabilité scientifique de l'énergie de fusion.
Le challenge pour les équipes internationales de ce programme sera donc de parvenir à réaliser et contrôler un plasma produisant une puissance de fusion dix fois supérieure à celle qui le chauffe.
Parallèlement, ils devront aussi qualifier les technologies spécifiques pour les futures installations, l'un des principaux enjeux étant celui du comportement des matériaux face au plasma.
Cela dit, les premières expériences du démonstrateur ITER ne débuteront au mieux qu'en 2016 et se poursuivront durant une vingtaine d'années.
D'ici là, les travaux développés en particulier sur le JET de Culham, en Grande-Bretagne, mais aussi sur Tore Supra, installé au centre de Cadarache, en France, vont nourrir la réflexion des équipes du programme ITER.
Ainsi, la première de ces machines sera équipée, courant 2008, d'une paroi métallique en tungstène, contrairement à Tore Supra dont la paroi est constituée, pour l'essentiel, de carbone.
Faut-il opter pour des matériaux face au plasma tels que le tungstène, de numéro atomique élevé avec des taux d'érosion et de pulvérisation très faibles mais fortement rayonnants s'ils pénètrent le plasma,
ou encore le carbone, de numéro atomique faible avec des taux d'érosion et de pulvérisation relativement élevés mieux tolérés par le plasma ?
C'est la question à laquelle cette expérimentation tentera d'apporter une réponse. "Il faut saluer cette décision de l'Europe.
Il était en effet capital que la communauté scientifique se lance dans cette expérimentation visant à comparer tungstène et carbone", souligne Michel Chatelier. Les solutions techniques ont été qualifiées et les échantillons produits. Il reste à lancer la fabrication des différents éléments.
Par ailleurs, il a été décidé d'augmenter de 30 à 40% la puissance des injecteurs de neutres [1] du JET, c'est-à-dire de particules très énergétiques utilisées comme moyen de chauffage additionnel du plasma, ce qui devrait conduire à un accroissement des performances.
Suite aux excellentes performances obtenues en 2003 et 2004 par Tore Supra, en particulier grâce au développement de nouveaux composants connus sous le nom de CIEL (Composants Internes Et Limiteur) dont la capacité d'extraction de chaleur en continu dépasse maintenant la capacité d'injection de puissance, les équipes de Cadarache travaillent aujourd'hui principalement à l'augmentation des moyens de puissance de la machine.
Rappelons que sur cette dernière, ce sont des antennes et des générateurs à haute fréquence qui assurent le chauffage additionnel du plasma ou la génération du courant nécessaire à son équilibre.
Les recherches actuelles consistent donc à travailler à une puissance trois fois plus élevée, sur des durées un peu plus courtes, de l'ordre de plusieurs dizaines de secondes, voire de la minute, afin d'observer en particulier les propriétés du plasma dans lequel apparaissent des points d'échauffement névralgiques qu'il faut surveiller et contrôler.
L'imagerie infrarouge permet d'obtenir une cartographie exhaustive de l'environnement et notamment de ces points sensibles, que les chercheurs parviennent aujourd'hui à limiter grâce à des algorithmes de contrôle en temps réel qu'ils ont développés.
Il reste à améliorer la conception des antennes et des procédés pour parvenir à réduire la puissance dans ces points critiques.
Autant de travaux qui occupent une communauté importante de chercheurs, plus particulièrement des jeunes, les spécialistes de la fusion ayant une vingtaine d'années d'expérience rejoignant progressivement le projet ITER pour en former le coeur de compétences.
Préparer d'ores et déjà l'après-Iter
Si les chercheurs vont devoir attendre encore une décennie pour la mise en service du démonstrateur ITER, ils réfléchissent déjà à la machine suivante dont le nom générique est DEMO.
Car pour que la fusion thermonucléaire contrôlée puisse prétendre devenir une solution économiquement viable du panorama énergétique mondial à l'échelle de la seconde moitié du XXIe siècle, il va falloir être capable de traiter en parallèle de nombreux problèmes.
C'est ce que les Anglais appellent le "Fast Track", autrement dit la "voie rapide". Un exemple : une telle machine nécessitera de disposer de matériaux robustes aux neutrons de haute énergie.
Or à ce jour, ces matériaux ne sont pas connus. A titre de comparaison, rappelons que les matériaux développés pour la fission présentent d'excellentes propriétés sous très haut flux neutronique, mais à 2 ou 3 MeV !
La seule certitude des chercheurs est que la qualification des matériaux résistant aux conditions spécifiques de la fusion constitue un élément majeur dans la stratégie du déploiement des réacteurs de production d'énergie par fusion. D'où l'obligation de posséder un irradiateur de 14 MeV.
C'est pourquoi l'un des trois projets de l'"approche élargie", baptisé IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility) vise à qualifier un accélérateur de deutons (noyaux d'hydrogène lourd), dans un premier temps sur une cible fictive puis sur une cible de lithium.
"La France est fortement impliquée dans ce projet puisque la direction des Sciences de la matière du CEA en est le maître d'ouvrage avec une participation de l'Italie, de l'Allemagne et de l'Espagne", précise Michel Chatelier.
Cet universitaire est parfaitement conscient des défis exceptionnels qu'il va falloir relever, non seulement au cours de la prochaine décennie qui va précéder la mise en service du démonstrateur ITER, mais également au cours des deux suivantes où les expérimentations vont se succéder.
Il sait que parvenir à la combustion du plasma de deutérium et de tritium sur ITER ne sera qu'une étape et qu'il existe un certain nombre de points bloquants, comme celui des matériaux, qui pourrait empêcher ce rêve d'une énergie illimitée de devenir une réalité dans le courant du XXIe siècle.
Difficile de les oublier, les détracteurs d'ITER se chargeant de les lui rappeler.
Pour autant, il reste confiant et préfère avancer. "Face à l'importance du problème de l'énergie pour le monde de demain, je n'ai aucun état d'âme".
La source;
http://www.bulletins-electroniques.com/ti/130_08.htm
amicalement
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Etrange époque où il est plus facile de désintégrer l' atome que de vaincre un préjugé.
Einstein, Albert, |
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