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Rêvez d’une énergie de fusion nucléaire illimitée et propre à portée de main

L’énergie de fusion nucléaire pourrait être une source d’énergie durable essentielle pour compléter les énergies renouvelables. La plus grande expérience de fusion au monde, ITER, est en cours de construction en France. Crédit : © Organisation ITER, www.iter.org/

La vieille blague est que la fusion nucléaire est toujours dans 30 ans. Pourtant, le rêve d’une énergie propre abondante n’est pas un sujet de rire alors que nous rencontrons un chercheur d’ITER pour rattraper son retard sur les progrès de l’installation du réacteur.

Le soleil a alimenté la vie sur Terre pendant des milliards d’années, créant de la lumière et de la chaleur grâce à la fusion nucléaire. Compte tenu de cette puissance et de cette longévité incroyables, il semble qu’il ne puisse guère y avoir de meilleur moyen de générer de l’énergie qu’en exploitant les mêmes processus nucléaires qui se produisent dans notre propre étoile et dans les autres.

Les réacteurs à fusion nucléaire visent à reproduire ce processus en fusionnant des atomes d’hydrogène pour créer de l’hélium, libérant de l’énergie sous forme de chaleur. Le maintien à grande échelle a le potentiel de produire une source d’énergie sûre, propre et presque inépuisable.

La quête a commencé il y a des décennies, mais une blague de longue date selon laquelle la fusion nucléaire est toujours dans 30 ans pourrait-elle bientôt commencer à paraître vieille ?

Certains l’espèrent, à la suite d’une percée majeure lors d’une expérience de fusion nucléaire fin 2021. Cela s’est produit au centre de recherche Joint European Torus (JET) dans l’Oxfordshire, au Royaume-Uni, dans une machine géante en forme de beignet appelée tokamak.

A l’intérieur, des gaz surchauffés appelés plasmas sont générés dans lesquels se produisent les réactions de fusion, contenant des particules chargées maintenues en place par de puissants champs magnétiques. De tels plasmas peuvent atteindre des températures de 150 millions de degrés Celsius, soit 10 fois plus chaud que le noyau du soleil.

Dans une rafale soutenue de cinq secondes, les chercheurs du consortium EUROfusion ont libéré un record de 59 mégajoules (MJ) d’énergie de fusion. C’était presque le triple du précédent record de 21,7 MJ établi dans la même installation en 1997, les résultats étant présentés comme “la démonstration la plus claire en un quart de siècle du potentiel de l’énergie de fusion pour fournir une énergie sûre et durable à faible émission de carbone”.

Les résultats ont fourni une impulsion majeure avant la prochaine phase de développement de la fusion nucléaire. Une version plus grande et plus avancée du JET connue sous le nom d’ITER (signifiant “le chemin” en latin) est en construction sur un site de 180 hectares à Saint-Paul-lès-Durance, dans le sud de la France.

ITER, qui est construit dans le cadre d’une collaboration entre 35 pays, y compris ceux de l’UE, vise à renforcer davantage le concept de fusion. L’une des machines les plus compliquées jamais créées, elle devait commencer à générer son premier plasma en 2025 avant d’entrer en fonctionnement à haute puissance vers 2035, bien que les chercheurs du projet s’attendent à des retards en raison de la pandémie.

Étape importante

Les résultats du JET représentent une étape majeure, a déclaré le professeur Tony Donné, responsable du programme du projet EUROfusion, un consortium majeur de 4 800 experts, étudiants et installations à travers l’Europe. “C’est une étape importante, la plus importante depuis longtemps”, a-t-il déclaré.

“Cela a confirmé toute la modélisation, donc cela a vraiment accru la confiance qu’ITER fonctionnera et fera ce qu’il est censé faire.” Alors que l’énergie générée au JET n’a duré que quelques secondes, l’objectif est de l’accélérer jusqu’à une réaction soutenue qui produit de l’énergie.

Les résultats ont été l’aboutissement d’années de préparation, le professeur Donné expliquant que l’un des développements clés depuis 1997 a consisté à changer la paroi interne de la cuve JET.

Auparavant, la paroi était en carbone, mais celle-ci s’est avérée trop réactive avec le mélange combustible de deutérium et de tritium, deux isotopes plus lourds — ou variantes — de l’hydrogène utilisés dans la réaction de fusion. Cela a entraîné la formation d’hydrocarbures, enfermant le combustible tritium dans la paroi.

Rêvez d'une énergie de fusion nucléaire illimitée et propre à portée de main

Vue du plasma du réacteur de fusion expérimental JET. Crédit : © consortium EUROfusion (2022)

Lors de la reconstruction, qui a impliqué 16 000 composants et 4 000 tonnes de métal, le carbone a été remplacé par du béryllium et du tungstène pour réduire la rétention de tritium. En fin de compte, l’équipe a pu réduire la quantité de carburant piégé par un grand multiple, contribuant au succès du récent tir de fusion.

DEMO run

En préparation de la prochaine étape du voyage épique de la fusion, les mises à niveau de JET ont permis d’aligner sa configuration sur les plans d’ITER. Plus loin dans le futur, la prochaine étape au-delà d’ITER sera une centrale électrique de démonstration connue sous le nom de DEMO, conçue pour envoyer de l’électricité dans le réseau, ce qui permettra aux centrales de fusion de devenir une réalité commerciale et industrielle.

“ITER est un appareil qui créera 10 fois plus d’énergie de fusion que l’énergie fournie au plasma”, a déclaré le professeur Donné. “Mais comme il s’agit d’une installation expérimentale, elle ne fournira pas d’électricité au réseau. Pour cela, nous avons besoin d’un autre appareil, que nous appelons DEMO. Cela nous amènera vraiment aux fondations de la première génération de centrales à fusion.”

Le professeur Donné a ajouté : “JET a maintenant montré que la fusion est plausible. ITER doit montrer qu’elle est encore plus faisable, et DEMO devra démontrer que cela fonctionne vraiment.”

Prévu pour fournir jusqu’à 500 mégawatts (MW) au réseau, il pense qu’il est réaliste que DEMO entre en service vers 2050. ” il a dit.

Pourtant, il y a d’autres défis majeurs à surmonter sur la voie de la mise en place et du fonctionnement de la fusion nucléaire. Non des moindres, alors que le deutérium est abondant dans l’eau de mer, le tritium est extrêmement rare et difficile à produire.

Les chercheurs envisagent donc de développer un moyen de le générer à l’intérieur du tokamak, à l’aide d’une “couverture de reproduction” contenant du lithium. L’idée est que les neutrons de haute énergie issus des réactions de fusion interagiront avec le lithium pour créer du tritium.

Énergie essentielle

Le professeur Donné a déclaré que la fusion nucléaire pourrait s’avérer une source d’énergie verte et durable essentielle pour l’avenir. “Je dirais que c’est essentiel”, a-t-il déclaré. “Je ne suis pas convaincu que d’ici 2050, nous puissions faire la transition du dioxyde de carbone avec uniquement des énergies renouvelables, et nous avons besoin d’autres choses.”

Et bien qu’il affirme que la méthode actuelle de création d’énergie nucléaire par fission devient de plus en plus sûre, la fusion présente des avantages clés. Les partisans d’ITER parlent d’avantages tels que l’absence de risque de fusion, ajoutant que la fusion nucléaire ne produit pas de déchets radioactifs à longue durée de vie et que les matériaux du réacteur peuvent être recyclés ou réutilisés d’ici 100 à 300 ans.

“C’est définitivement beaucoup plus sûr”, a déclaré le professeur Donné. Faisant référence à la stigmatisation portée par l’énergie nucléaire, il a déclaré : “Ce que nous voyons lorsque nous interagissons avec le public, c’est que les gens n’ont très souvent pas entendu parler de la fusion nucléaire. Mais lorsque nous expliquons les avantages et les inconvénients, je pense que les gens deviennent positifs. ”

Se référant à Lev Artsimovich, surnommé le “père du tokamak”, il a déclaré : “Artsimovich a toujours dit que la fusion serait là quand la société en aurait vraiment besoin. Si nous mettons la fusion en marche, alors nous aurons vraiment une source d’énergie très sûre et propre. qui peut nous donner de l’énergie pour des milliers d’années.”


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Fourni par Horizon : le magazine européen de la recherche et de l’innovation

Citation: Rêve d’une énergie de fusion nucléaire illimitée et propre à portée de main (2022, 28 juin) récupéré le 4 juillet 2022 sur https://phys.org/news/2022-06-unlimited-nuclear-fusion-energy.html

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