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Egalement dans ce numero

  • Just before entering the narrow Canal de Caronte, which connects the Mediterranean to the inland sea Étang de Berre, the barge passes the old Fort de Bouc lighthouse.

    Et vogue le convoi...

    Au mois de septembre dernier, un premier «convoi-test», reproduisant les conditions de transport des pièces du Tokamak, avait permis de mesurer la résistance des ouvrages d'art qui jalonnent les 104 kilomètres de «l'ItinéraireITER», entre l'Etang de Berre et le site de Saint-Paul-lez-Durance. [...]

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  • Dedicated to "Man's Achievement on a Shrinking Globe in an Expanding Universe," the 1964 New York World's Fair opened on 22 April in Flushing Meadows. One of its most spectacular attractions was General Electric's Progressland where the Fusion Demonstration was performed non-stop.

    Quand la fusion était (presque) là

    En 1964, il y a tout juste 50 ans, l'avenir avait des airs de science-fiction. La France et le Royaume-Uni lançaient le programme Concorde, les Américains préparaient les premières missions lunaireset la première greffe d'un cœur (de chimpanzé) était réalisée sur un être humain. [...]

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  • Four thousand tons of reinforcement will form the "skeleton" of the basemat that will support the Tokamak Complex. Steel density is at its highest in the central area (one fourth of the total rebar).

    L'art de tisser l'acier

    Au centre de la fosse du tokamak, le ferraillage dessine un vaste cercle, tissé de barres d'acier de 40 millimètres de diamètre. Une fois le béton coulé, cette structure complexe, étagée sur 16 niveaux, supportera toute la masse de la machine. [...]

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  • DEMO is the machine that will bring fusion energy research to the threshold of a prototype fusion reactor. After ITER—the machine that will demonstrate the technological and scientific feasibility of fusion energy—DEMO will open the way to its industrial and commercial exploitation.

    ITER, et après ?

    Dans le monde de la fusion, les programmes de recherche ne se succèdent pas, ils se chevauchent. On réfléchissait déjà à ce que pourrait être ITER (sous le nom d'INTOR) lorsque le JET européen était en chantier au début des années 1980; on s'attelle aujourd'hui à la conception de DEMO,alors qu'ITER commence tout juste à sortir de terre. [...]

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Mag Archives

Qui a « inventé » la fusion ?

-R.A.

Les visiteurs, que l'on accueille par milliers sur le site d'ITER, posent souvent cette question : « Qui a découvert (ou inventé) la fusion ? »

Une première réponse, simple et évidente, consiste à dire : « Mais, c'est la nature ! » Vrai : cent million d'années après le Big Bang, les premières réactions de fusion se sont produites dans le cœur ultra-chaud et ultra-dense des gigantesques sphères gazeuses que l'effondrement des nuages d'hydrogène primitifs avait patiemment formées. Ces étincelles, suivies de formidables embrasements, marquèrent la naissance des premières étoiles.

De gauche à droite: Mark Oliphant (1901-2000); Lyman Spitzer (1914-1997); Arthur Eddington (1882-1944); Hans Bethe (1906-2005); et Ernest Rutherford (1871-1937). (Click to view larger version...)
De gauche à droite: Mark Oliphant (1901-2000); Lyman Spitzer (1914-1997); Arthur Eddington (1882-1944); Hans Bethe (1906-2005); et Ernest Rutherford (1871-1937).
Des milliards d'années plus tard, ce processus est toujours à l'œuvre et, à l'échelle de l'Univers observable, la fusion demeure l'état le plus « ordinaire » de la matière. Notre Soleil, qui compte pour 99,86% de la masse totale du système solaire, est une énorme boule d'hydrogène, nourrie depuis des milliards d'années par les réactions de fusion qui se produisent en son cœur.

Mais tout cela, il fallut attendre le début du XXe siècle pour le comprendre. L'astrophysicien anglais Arthur Eddington (1822-1944) fut le premier à suggérer, en 1920, qu'une réaction nucléaire — la transmutation de l'hydrogène en hélium — était à l'origine du feu des étoiles.

Et il fallut près de vingt ans encore pour que le physicien Hans Bethe (1906-2005) mette en équations, en 1939, l'enchaînement de réactions — la « chaîne proton-proton » — qui, partant de quatre noyaux d'hydrogène aboutit à un noyau d'hélium. Ces travaux, inclus dans une explication plus large des processus de transmutation de la matière au sein des étoiles vaudraient à l'Alsacien Bethe — il était né à Strasbourg alors rattaché à l'Allemagne — le prix Nobel de physique en 1967.

Tandis qu'Eddington, Bethe et quelques autres scrutaient les étoiles pour en percer les mystères, d'autres se penchaient sur l'atome pour en révéler les secrets. En 1911, trois ans après avoir reçu le prix Nobel de Chimie pour ses travaux sur la désintégration atomique et la chimie des substances radioactives, le physicien néo-zélandais Ernest Rutherford (1871-1937) avait élaboré le « modèle atomique » qui porte son nom — un petit noyau lourd, un vaste espace vide et un cortège d'électrons périphériques.

La ''chaîne proton-proton'', qu'Hans Bethe identifia en 1939, décrit le lent et complexe processus physique qui permet aux étoiles comme le Soleil de générer de l'énergie. Dans un réacteur de fusion, la réaction deutérium-tritium est beaucoup plus simple mais aboutit au même résultat : des noyaux légers (l'hydrogène ou ses isotopes lourds) fusionnent en un noyau plus lourd en libérant de considérables quantités d'énergie. (Click to view larger version...)
La ''chaîne proton-proton'', qu'Hans Bethe identifia en 1939, décrit le lent et complexe processus physique qui permet aux étoiles comme le Soleil de générer de l'énergie. Dans un réacteur de fusion, la réaction deutérium-tritium est beaucoup plus simple mais aboutit au même résultat : des noyaux légers (l'hydrogène ou ses isotopes lourds) fusionnent en un noyau plus lourd en libérant de considérables quantités d'énergie.
En 1934, Rutherford réalisa une expérience fondatrice : en obtenant en laboratoire la fusion du deutérium (un des deux isotopes lourds de l'hydrogène) en hélium ; en observant « l'effet considérable » que cette réaction produisait, il ouvrait la voie aux recherches dont ITER, 80 ans plus tard, constitue l'aboutissement.

Son assistant, l'Australien Mark Oliphant (1901-2000) avait joué un rôle-clé dans la mise au point et l'observation de ces premières expériences de fusion. On lui devra la découverte du deuxième isotope lourd de l'hydrogène, le tritium — l'autre « combustible » de la fusion — et de l'hélium 3, un élément riche de promesses pour les réacteurs de deuxième ou troisième génération.

A la veille de la Deuxième guerre mondiale, un solide cadre théorique avait été établi — on pouvait dès lors envisager de concevoir des machines qui exploiteraient les réactions de fusion pour produire de l'énergie.

De nombreux problèmes de physique fondamentale restaient toutefois à explorer, et cette exploration allait durer beaucoup plus longtemps que les scientifiques ne l'imaginaient.

Bien que le premier brevet d'une « machine de fusion » ait été déposé en 1946 au Royaume-Uni (Thomson et Blackman), ce n'est qu'au tout début des années 1950 que la recherche prit véritablement son essor.

Une farce politico-scientifique est à l'origine de cette subite accélération : au mois de février 1951, le président argentin Juan Perón affirma avec fracas que ses équipes scientifiques avaient réussi à « libérer l'énergie de l'atome » dans un réacteur de fusion nucléaire.

C'était faux. Mais ce fut suffisant pour déclencher une véritable course aux réacteurs de fusion, dans laquelle les Etats-Unis se lancèrent dès le mois de mai suivant. A l'Université de Princeton, l'astrophysicien Lyman Spitzer (1914-1997) proposa un modèle de « machine de fusion », le stellarator, qui allait dominer la recherche tout au long des années 1950-1960 jusqu'à ce qu'il soit « détrôné » par les premiers tokamaks mis au point en URSS.

Tout, dès lors, est allé très vite. Moins d'un siècle après qu'Eddington formula sa prodigieuse intuition, ITER s'apprête à démontrer que le feu des étoiles peut-être reproduit, maîtrisé et mis à contribution pour assurer l'avenir énergétique de l'humanité.