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L'heure du « T »

-R.A.

Tous les jours, dans l'un ou l'autre des tokamaks en activité dans le monde, on crée des plasmas que l'on chauffe à des températures de plusieurs dizaines, voire centaines de millions de degrés.

Ces expériences, réalisées avec des plasmas d'hydrogène, de deutérium ou d'hélium permettent de mieux comprendre le comportement à très haute température du « quatrième état de la matière » et se révèlent précieuses pour affiner encore le design d'ITER.

Mais elles ne produisent pas, ou très peu, d'énergie de fusion.

Le tokamak européen JET, totalement transformé et doté d'éléments semblables à ceux d'ITER, se prépare à renouer avec la fusion deutérium-tritium. (Click to view larger version...)
Le tokamak européen JET, totalement transformé et doté d'éléments semblables à ceux d'ITER, se prépare à renouer avec la fusion deutérium-tritium.
Pour qu'un tokamak produise une quantité significative d'énergie, il faut utiliser ce qui est pour l'heure, en l'état présent de notre technologie, le combustible le plus efficace : un mélange à parts égales de deutérium (D) et de tritium (T).

Or, le tritium, deuxième isotope « lourd » de l'hydrogène, génère de nombreuses contraintes : sa radioactivité, quoique faible, fait de toute installation le mettant en œuvre une installation nucléaire, soumise à des règles de sûreté et de sécurité très contraignantes.

L'utilisation du tritium, en outre, contribue à « activer » certains des éléments de la machine, interdisant de ce fait toute intervention de maintenance autre que robotisée.

Les bonnes combinaisons

La réaction de fusion, qui libère, à masse égale, quatre à cinq millions de fois plus d'énergie que la plus puissante des réactions chimiques, peut être obtenue à partir de plusieurs combinaisons de noyaux atomiques légers.
Dans l'état actuel de notre technologie, c'est la réaction entre les deux isotopes « lourds » de l'hydrogène, le deutérium (D) et le tritium (T) qui est la plus accessible.
Cette réaction, qui sera mise en œuvre dans ITER et dans les centrales de fusion de première génération, présente cependant des inconvénients : le tritium est un élément radioactif et l'impact des neutrons très énergétiques issus de la fusion DT contribuera à activer les parois internes de la machine.
D'autres réactions, pour l'heure inaccessibles à notre technologie (notamment parce qu'elles requièrent des températures très supérieures à celles que l'on peut atteindre aujourd'hui) n'impliquent pas d'élément radioactif et ne produisent pas (ou très peu) de neutrons.
C'est le cas des combinaisons impliquant un isotope de l'hélium, l'hélium-3, qui peut fusionner avec lui-même et avec le deutérium. Un seul souci : le gisement d'hélium-3 le plus proche se trouve dans les roches lunaires...
Il existe cependant une réaction « idéale », que les réacteurs de fusion des siècles futurs pourraient utiliser : celle du proton (un ion hydrogène H+) avec un isotope du bore, le bore-11.
Parfaitement « aneutronique », cette réaction est en quelque sorte le Saint-Graal de la fusion. Elle requiert toutefois des températures de l'ordre de 6,5 milliards de degrés et un principe de confinement qui reste à inventer.
Dans l'attente d'ITER, il n'existe aujourd'hui qu'un seul tokamak capable de réaliser des expériences de fusion deutérium-tritium (DT) — c'est le JET (Joint European Torus), la machine européenne opérationnelle depuis 1983 près d'Oxford, au Royaume-Uni.

Le JET est à la fois le plus grand tokamak du monde, celui réalisa la première expérience de fusion DT en 1991 et celui qui détient le record de production d'énergie avec les 16 MW de la campagne de 1997. Le tokamak américain TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor), qui avait lui aussi produit une quantité significative d'énergie (10,7 MW) en 1994, a été démantelé trois ans plus tard.

Si l'on excepte la campagne du JET de 2003, au cours de laquelle un très faible pourcentage de tritium fut ajouté aux plasmas de deutérium, il s'est écoulé 17 ans depuis que les dernières expériences de fusion DT ont été réalisées — 17 ans depuis qu'une petite étoile artificielle s'est brièvement allumée sur la planète Terre.

Ce prodige va bientôt se reproduire : le JET, totalement transformé, doté d'éléments semblables à ceux d'ITER (parois internes de béryllium et de tungstène notamment), se prépare à renouer avec la fusion « pour de vrai ».

La campagne d'expériences, programmée pour 2017-2018, doit préparer l'événement historique que constituera, à l'horizon 2027, le lancement des opérations DT du tokamak ITER. (Pendant les six années qui suivront sa mise en service, ITER réalisera des plasmas d'hydrogène, d'hélium et de deutérium.)

Au JET, on s'apprête pour cette grande aventure. Mais on n'allume pas une étoile en pressant un bouton et trois ans ne seront pas de trop pour affiner tous les réglages de la machine, former une nouvelle génération d'opérateurs et réactiver tout le savoir et toute l'expérience accumulés lors des campagnes des années 1990.

Dans trois ans, l'heure du « T » va sonner à nouveau pour le JET — une répétition générale pour la grande première d'ITER.