Le tokamak à fusion nucléaire de l’Université de Séville parvient à générer du plasma à des millions de degrés pendant un temps record | Technologie

Le rêve de fournir de l’énergie à une famille pendant près d’un siècle avec la quantité de combustible contenue dans un verre d’eau et ce, de manière efficace, propre, sûre et à partir de sources pratiquement inépuisables se rapproche de plus en plus. Le prototype du réacteur à fusion nucléaire intelligent (Tokamak à petit rapport hauteur/largeur), dirigé par le Université de Séville (États-Unis) et auquel participe un consortium international, a réussi à démarrer l’appareil, à générer du plasma (le combustible du réacteur), à élever sa température à environ 10 millions de degrés et à la maintenir deux fois plus longtemps que prévu. Cette avancée avance de deux ans les prévisions de développement d’une des technologies les plus prometteuses.

La fusion nucléaire est le grand espoir énergétique. Le principe physique est la libération d’énergie en réunissant deux noyaux d’atomes légers pour en former un autre. À l’heure actuelle, les éléments les plus utilisés sont le deutérium et le tritium, dont, avec seulement 2,5 grammes, l’équivalent de la quantité contenue dans une cuillère à café, on peut générer une énergie équivalente à celle produite par la combustion d’un stade rempli de charbon. Chaque gramme a une capacité 10⁷ supérieure à celle d’un combustible fossile.

Mais pour atteindre cette capacité grâce à un processus qui imite le Soleil, il existe encore un chemin que l’Université de Séville a raccourci avec une avancée sans précédent : générer du plasma, élever sa température à des millions de degrés sans compromettre le tokamak et le maintenir pendant une seconde. . , un temps qui peut paraître court, mais qui est deux fois plus long que prévu lors de ce premier démarrage de l’appareil.

Le professeur de physique atomique, moléculaire et nucléaire Manuel García Muñozchercheur principal du tokamak Smart, considère que cette étape ouvre la « phase opérationnelle », où la théorie est mise en pratique : « En gros, nous avons allumé le tokamak et il a fonctionné. Et cela a fait mieux que prévu. Nous avons mis du carburant et avons réussi à enflammer le plasma et à atteindre plusieurs millions de degrés. Nous avons démontré que le réacteur compact que nous avons conçu et construit entièrement dans le Laboratoire de science du plasma et de technologie de fusion de l’Université de Séville, en collaboration avec de nombreuses entités internationales, ça marche.”

Non seulement l’avancée intervient deux ans plus tôt que prévu, mais le résultat de cette première est meilleur que prévu. « Durée d’impulsion [la duración de un incremento significativo en la potencia del reactor] “Cela a duré deux fois plus longtemps que prévu.” Une demi-seconde était attendue (il y aurait eu suffisamment de millisecondes pour considérer que le test était réussi), mais elle a atteint le double de ce temps et, selon García Muñoz, c’est important car les champs magnétiques qui confinent le plasma dans le tokamak et dans l’appareil ont a été maintenue a résisté aux contraintes thermiques sans altération significative.

L’expérience a été enregistrée dans une vidéo où l’on peut observer les anneaux que forment les ions et les électrons autour de la colonne centrale du tokamak, en suivant les lignes du champ magnétique, et la lueur du plasma de fusion lorsqu’il atteint des millions de degrés.

La phase suivante consiste à étendre le test pour atteindre progressivement entre 100 et 200 millions de degrés, température nécessaire à une fusion efficace. Par conséquent, pour produire de l’énergie, la taille du réacteur devrait être beaucoup plus grande et un investissement beaucoup plus élevé que celui actuel. Mais les tests ont montré que la conception sphérique compacte en forme de pomme est efficace par rapport aux modèles actuels, qui ressemblent à un beignet.

Une autre innovation du projet mené par les États-Unis est la forme du plasma confiné, appelée triangularité négative et qui signifie que le combustible du réacteur prend à l’intérieur la forme de la lettre D, mais inversée. Cette configuration permet d’atteindre des millions de degrés au centre du plasma et la paroi du tokamak ne dépasse pas 100 degrés. Cela facilite non seulement la stabilité de l’élément de fusion principal mais également l’intégrité du dispositif, qui peut être plus petit.

L’équipe du laboratoire a déjà ouvert la phase suivante, qui consiste à remplacer l’actuel système de génération de « cages » magnétiques, où le plasma est confiné, par des supraconducteurs à haute température. «Ceux-ci permettent des réacteurs à fusion plus compacts, efficaces et accessibles, comme expliqué Éléonora Viezzerprofesseur aux États-Unis et co-chercheur principal du projet SMART. Le Massachusetts Institute of Technology (MIT) et la société Commonwealth Fusion Systems y travaillent à travers le projet SPARC.

Le grand avantage des supraconducteurs par rapport aux bobines de cuivre actuellement utilisées pour générer le champ magnétique est que, comme l’explique García Muñoz, « ils ne consomment pratiquement pas d’énergie ». Cet aspect est essentiel pour réaliser un bénéfice net (en disposant de plus d’énergie que ce qui est utilisé pour la produire) et, en même temps, pour réduire les coûts et rendre la technologie plus accessible.

Le développement de ce prototype, équivalent à ce que serait un ordinateur portable dans le domaine informatique, permettrait avec un seul réacteur d’alimenter une ville comme Séville, qui compte environ 700 000 habitants. “L’objectif est d’accélérer le développement de la fusion avec de petits réacteurs compacts et capables d’atteindre partout, sans nécessiter de consortium international ni d’énormes investissements, mais plutôt de démocratiser cette technologie”, conclut García Muñoz.

L’enregistrement du dispositif sévillan est simultané à celui enregistré par le Tokamak supraconducteur avancé expérimental (EST), connu comme le « soleil artificiel » de la Chine. Cette équipe a réussi à maintenir le plasma à haut confinement dans un état stable pendant 1 066 secondes.

“Un dispositif de fusion doit atteindre un fonctionnement stable avec un rendement élevé pendant des milliers de secondes pour permettre une circulation auto-entretenue du plasma, ce qui est essentiel pour la production continue d’énergie des futures usines de fusion”, explique Song Yuntao, directeur de l’Institut de fusion asiatique. Physique des plasmas.

Une autre avancée, cette fois par simulation, a été développée par des scientifiques de Ministère de l’Énergie des États-Unis et Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) où ils ont présenté une technique qui augmente la chaleur dans le plasma et améliore les réactions de fusion.

“Les résultats pourraient conduire à un chauffage du plasma plus efficace et éventuellement à un chemin plus facile vers l’énergie de fusion”, explique le physicien. Eun-Hwa Kimauteur principal de la recherche publiée dans Physique des Plasmas.