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60 ans de progrès

La science

Le tout premier tokamak au monde : la machine russe T1 de l'institut Kurchatov de Moscou. Dans sa chambre à vide en cuivre, elle produisait des plasmas de l'ordre de 0.4 mètres cubes. (Click to view larger version...)
Le tout premier tokamak au monde : la machine russe T1 de l'institut Kurchatov de Moscou. Dans sa chambre à vide en cuivre, elle produisait des plasmas de l'ordre de 0.4 mètres cubes.
À la suite des premières expériences de fusion réalisées dans les années trente, la plupart des nations industrialisées s'étaient dotées de laboratoires consacrés à la physique de la fusion. Dès le milieu des années cinquante, des « machines de fusion » étaient exploitées en Union Soviétique, au Royaume-Uni, aux États-Unis, en France, en Allemagne et au Japon. Pas à pas, la compréhension du processus de fusion s'affina.

Une percée majeure fut réalisée en 1968 en Union soviétique. Des chercheurs parvinrent à atteindre des niveaux de température et des temps de confinement du plasma — deux des paramètres essentiels de la fusion — jamais obtenus par le passé. La machine soviétique consistait en un dispositif de confinement magnétique en forme d'anneau baptisé tokamak.

Le tokamak s'imposa dès lors comme le concept dominant parmi les chercheurs qui travaillaient sur la fusion, et les machines se multiplièrent dans la plupart des pays développés.
Le tokamak ITER. Avec ITER s'ouvre le premier chapitre de la fusion du XXIe siècle. (Click to view larger version...)
Le tokamak ITER. Avec ITER s'ouvre le premier chapitre de la fusion du XXIe siècle.
Il devint rapidement évident que, pour produire de l'énergie de fusion, la communauté internationale devrait mettre en commun ses forces créatives, ses compétences technologiques et ses ressources financières. Le Joint European Torus (JET) de Culham, au Royaume-Uni, mis en service en 1983, constitua le premier pas dans cette direction. Le JET est utilisé collectivement par les associations EURATOM (Communauté européenne de l'énergie atomique) de plus de 20 pays d'Europe. En 1991, le tokamak JET a réalisé une première mondiale en produisant de l'énergie de fusion de manière contrôlée.

Depuis, dans le monde entier, les installations de fusion n'ont cessé de progresser. Le tokamak Tore Supra du centre de recherche nucléaire de Cadarache détient le record de durée d'un plasma (6 minutes et 30 secondes). Quant au JT-60 japonais, il a atteint la valeur du triple produit de fusion (densité, température, temps de confinement) la plus élevée à ce jour. Aux Etats-Unis, des installations de fusion ont obtenu des températures de plusieurs centaines de millions de degrés Celsius.

En une cinquantaine d'années, grâce à un immense effort de recherche, la performance des plasmas produits par les machines de fusion a été multipliée par 10,000. Il reste aujourd'hui à multiplier leur performance par moins de 10 pour réaliser un réacteur capable de produire de l'énergie de manière continue.
Toutes ces prouesses ont permis à la science de la fusion de se rapprocher du breakeven—le point d'équilibre énergétique du plasma, qui correspond au moment où, dans une installation de fusion, un plasma libère au moins autant d'énergie qu'il en a reçu pour la produire. Le « breakeven » n'a jamais été atteint à ce jour. Le record actuel est détenu par JET, qui est parvenu à restituer sous forme d'énergie 70 % de la puissance qui lui avait été apportée. Les scientifiques ont aujourd'hui conçu une machine de nouvelle génération qui générera plus d'énergie qu'elle n'en recevra: ITER produira 500 MW d'énergie pour 50 MW consommés.

Avec ITER s'ouvre le premier chapitre de la fusion au XXIe siècle. La vaste entreprise de recherche internationale toutefois ne sera pas seule dans sa quête. Dans le monde entier, les installations de fusion ont été modifiées, adaptées, et leur programme scientifique réorienté pour soutenir l'exploitation d'ITER. Ces installations explorent les plasmas en mode « avancé » ; les interactions plasma-paroi ; la validation des matériaux et les méthodes optimales d'extraction de l'énergie — elles contribuent ainsi à la réussite d'ITER et à la conception de l'installation qui lui succédera (vous trouverez la description de ces installations et de ces laboratoires dans la section Les tokamaks au cœur de la recherche).