Cienciaes.com : Fusion nucléaire, présent et futur. Nous avons parlé avec Ángel Ibarra Sánchez

À 150 millions de kilomètres de la Terre, c’est la source d’énergie la plus efficace et la plus proche que nous connaissions. Même à une distance aussi énorme, l’énergie libérée par notre étoile est plus que suffisante pour maintenir en vie la planète et toutes les créatures qui y habitent. Il n’est donc pas surprenant qu’à une époque de notre histoire où les besoins énergétiques augmentent à un rythme alarmant, nous tournions nos regards vers le Soleil à la recherche de solutions. L’une d’elles, peut-être la plus ambitieuse, consiste à reproduire, ici sur Terre, à petite échelle bien sûr, la source d’énergie qui alimente le cœur de notre étoile : la fusion nucléaire.

À l’intérieur du Soleil, les conditions qui prévalent sont telles que les noyaux nus des atomes d’hydrogène chargés positivement surmontent leur répulsion naturelle et fondent. Lors de la fusion, de l’hélium est généré et une petite partie de la masse est perdue au cours du processus. La masse perdue est convertie en énergie selon la célèbre formule d’Einstein : E=mc2.

Ce processus, si simple à expliquer, et qui se produit dans notre étoile à un rythme frénétique consommant 620 millions de tonnes d’hydrogène par seconde, s’avère pourtant être un défi impressionnant. Malgré cela, réaliser la fusion est quelque chose qui a déjà été réalisé à plusieurs reprises, le plus difficile est d’y parvenir de manière à générer continuellement de l’énergie utile afin que nous puissions l’utiliser à notre avantage. La preuve de la difficulté du défi est que les esprits les plus intelligents et les technologies les plus avancées travaillent sans relâche pour parvenir à la conception d’un réacteur à fusion nucléaire commercial.

Des étapes importantes ont déjà été franchies, des étapes qui ont montré qu’une production contrôlée d’énergie de fusion sur Terre est possible, même s’il reste à démontrer qu’elle est rentable et utilisable. Aujourd’hui, nous avons parmi nous une personne qui consacre sa vie à cet objectif. Il s’agit de M. Ángel Ibarra Sánchez, docteur en sciences physiques et chef de la division de technologie de fusion du Laboratoire national de fusion, VILLAGE. Avec lui, nous allons passer en revue le présent et l’avenir de la recherche sur l’énergie de fusion nucléaire. Un avenir qui implique la création de nouveaux projets, dont l’un, appelé IFMIF–FEMMES Cela a été récemment discuté lors d’un WorkShop qui a eu lieu à Grenade, une ville qui aspire à accueillir le projet.

Histoire du développement d’un réacteur à fusion nucléaire.

Si l’on envisage d’imiter la production d’énergie qui existe à l’intérieur des étoiles, il faut commencer par déterminer les conditions qui prévalent au cœur du Soleil. Les données sont choquantes. La température du noyau solaire est d’environ 16 millions de degrés Kelvin et la densité est de 160 gr/cm3, c’est-à-dire qu’une tétrabrick d’un litre remplie de cette matière pèserait 160 kg !

Logiquement, il n’est pas nécessaire d’imiter littéralement ce qui se passe sur le Soleil pour construire un réacteur à fusion nucléaire. Cependant, l’énergie qui doit être transmise aux noyaux de deutérium (qui est le noyau d’un atome d’hydrogène possédant un proton et un neutron) et de tritium (également de l’hydrogène mais avec un proton et deux neutrons) est considérable. Étant donné que les noyaux atomiques sont des particules dotées d’une charge électrique positive, une possibilité est de les accélérer pendant qu’ils continuent de tourner à l’intérieur d’un beignet forcé par l’action de grands champs magnétiques pour les faire entrer en collision et favoriser leur fusion. Ainsi, dans une bouteille magnétique qui n’est en contact avec aucun autre matériau, les noyaux de deutérium et de tritium atteignent des vitesses très élevées afin qu’ils disposent de suffisamment d’énergie pour vaincre leur répulsion électrique et fondre. Lors de la fusion, sont générés un noyau d’hélium (2 protons + 2 neutrons) et un neutron très énergétique qui, n’ayant aucune charge électrique, s’échappent à grande vitesse du confinement magnétique.

C’est la théorie de base, la difficulté est de faire en sorte que les réactions se produisent en continu et d’extraire l’énergie générée au cours du processus pour la convertir en énergie électrique qui peut alimenter nos appareils. Le combustible de base, le deutérium, existe en abondance dans l’eau de nos mers et océans. En revanche, le tritium est une denrée rare. Cependant, le tritium peut être obtenu dans la centrale elle-même, en faisant entrer en collision le neutron produit avec des noyaux de lithium, collision qui provoque une réaction nucléaire générant du tritium. Ainsi, si le tritium nouvellement créé peut être réutilisé, l’approvisionnement en carburant est continu et illimité.

Dit comme ça, cela paraît facile, mais ça ne l’est pas du tout. La recherche le montre clairement. La première étape importante vers la fusion nucléaire à des fins pacifiques (sans rapport avec l’utilisation militaire qui a conduit à la bombe H en 1952) fut annoncée en 1968, lorsque le scientifique russe Sakharov annonça les résultats d’un nouveau type de réacteur à aimant magnétique. confinement appelé Tokamak. Ce type de réacteur a été le modèle qui a servi de base à une série de développements ultérieurs. En 1978, le premier modèle Tokamak a été fabriqué en Europe et a été mis en service en 1983. Dans le même temps, un autre modèle a été mis en service aux États-Unis. Le Japon a rejoint la course avec son JT-60 en 1985. Tous ces modèles visaient à démontrer que les réacteurs à fusion pouvaient produire de l’énergie de manière contrôlée. Dans les années 90, les premiers succès ont été obtenus, en 1991 le JET L’Europe a réussi à produire 1,7 mégawatts (MW) d’énergie, puis ce chiffre a augmenté, 10 MW en 1993 et ​​16 MW en 1997.

Ces antécédents ont donné naissance à un projet plus ambitieux connu sous le nom de ITER, actuellement en construction à Cadarache, France. L’objectif de ITER est de parvenir à générer 500 MW d’énergie de fusion en continu pendant au moins 400 secondes. Un projet au coût énorme qui durera 35 ans.

Bien qu’il ITER est encore en phase de construction, les scientifiques préparent déjà la conception du prochain projet, appelé DÉMO, qui permet également la génération d’énergie électrique. Logiquement, la construction de DÉMO Cela dépendra de nombreuses autres investigations qui permettront de savoir quels matériaux sont les plus adaptés pour travailler dans les terribles conditions imposées à l’intérieur du réacteur, notamment les neutrons de haute énergie libérés lors de la fusion.

C’est l’objectif d’un projet connu sous le nom IFMIF–FEMMES, dont les caractéristiques ont été récemment discutées dans un Worldshop qui a eu lieu à Grenade, une ville qui aspire à être la base des installations de ce futur projet. L’installation prévoit la construction d’un accélérateur de deutons qui doit entrer en collision avec une cible de lithium pour étudier le comportement des matériaux qui doivent fonctionner dans DÉMO.

Nous vous invitons à écouter les explications de M. Ángel Ibarra Sánchez, chef de la division Technologie de Fusion du Laboratoire National de Fusion, VILLAGE. Le Centre de Recherche Énergétique, Environnementale et Technologique.