Les progrès de la fusion

Après ITER viendra DEMO : le réacteur de démonstration qui démontrera la viabilité de la production industrielle d'électricité à partir de l'énergie de fusion. (Click to view larger version...)
Après ITER viendra DEMO : le réacteur de démonstration qui démontrera la viabilité de la production industrielle d'électricité à partir de l'énergie de fusion.
Avec la fusion, la Nature réalise l'un de ses accomplissements les plus spectaculaires. Comme le Soleil, des milliards et des milliards de chaudières de fusion illuminent l'Univers, nous dispensant lumière et énergie.

Il y a 70 ans environ, les scientifiques ont compris la nature des phénomènes physiques qui régissent ce prodige: le Soleil et les étoiles transmutent la matière, transformant patiemment et infatigablement les noyaux d'hydrogène en atomes d'hélium en libérant au cours de ce processus des quantités d'énergie considérables.

L'ambition s'est alors fait jour de reproduire sur Terre la réaction physique qui donne vie aux innombrables étoiles de l'univers. La tâche toutefois, allait se révéler formidablement difficile, beaucoup plus complexe et ardue qu'on ne l'aurait imaginé.

La fusion au XXe siècle

Le tout premier tokamak au monde : la machine russe T1 de l'institut Kurchatov de Moscou. Elle fut la première à utiliser un revêtement en inox dans une chambre à vide en cuivre. (Click to view larger version...)
Le tout premier tokamak au monde : la machine russe T1 de l'institut Kurchatov de Moscou. Elle fut la première à utiliser un revêtement en inox dans une chambre à vide en cuivre.
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.

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.
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.

Les travaux de recherche et développement du programme ITER ont montré que le charbon issus des coques de noix de coco constituait un matériau de revêtement particulièrement efficace pour les panneaux cryogéniques qui assurent la propreté de la chambre à vide du tokamak ITER. L'institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, stocke plusieurs tonnes de charbon de noix de coco indonésiennes de la récolte 2002 destiné aux pompes cryostatiques d'ITER. Photo : Peter Ginter (Click to view larger version...)
Les travaux de recherche et développement du programme ITER ont montré que le charbon issus des coques de noix de coco constituait un matériau de revêtement particulièrement efficace pour les panneaux cryogéniques qui assurent la propreté de la chambre à vide du tokamak ITER. L'institut de technologie de Karlsruhe, en Allemagne, stocke plusieurs tonnes de charbon de noix de coco indonésiennes de la récolte 2002 destiné aux pompes cryostatiques d'ITER. Photo : Peter Ginter
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.

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 du XXIe siècle.