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La Fusion Nucléaire

 L'Énergie illimitée... grâce à la Fusion Nucléaire

Sombre horizon 2100 : plus une goutte de pétrole à brûler, alors que la consommation mondiale d'énergie devrait quadrupler...

Retour à l'âge des cavernes en vue pour l'humanité ? Pas si les scientifiques parviennent à tirer profit du principe d'équivalence entre matière et énergie édicté par Einstein. Sa célèbre formule E=mc² implique en effet que la rencontre d'un gramme d'antimatière avec un gramme de matière libérerait 90 000 milliards de joules, là où la combustion d'un gramme de bois par Cro-Magnon produisait à peine 18 000 joules. Autant dire de l'énergie illimitée. Hélas, si de l'antimatière est bien créée de nos jours dans les accélérateurs de particules, il ne s'agit que de quelques nanogrammes, tandis que le rendement de la réaction n'est que de 1 pour 1 milliard. Fin du rêve ? Non ! Car de la matière bien plus ordinaire se révèle capable de fournir des quantités d'énergie tout aussi faramineuses... à condition de reproduire sur Terre ce que fait le Soleil : la fusion des atomes d'hydrogène. Particularité de cette réaction nucléaire, le produit final pèse moins lourd que les ingrédients de départ. La différence de masse étant libérée sous forme d'énergie : 340 milliards de joules pour la fusion d'un gramme d'un mélange de deutérium et de tritium, deux isotopes de l'hydrogène.

Un Soleil Miniature

Or, ces "combustibles" sont abondants sur Terre, le premier dans l'eau de mer, le second pouvant être produit à partir de lithium. Mais encore faut-il domestiquer un soleil miniature dans un réacteur nucléaire... Une quête a priori hors d'atteinte, car forcer ces noyaux chargés positivement à s'unir requiert des températures supérieures à 100 millions de degrés pour passer outre la répulsion électromagnétique ! Ardu, certes, mais plus impensable, répondent les physiciens, après cinquante ans d'efforts et d'ingéniosité, visant à confiner un plasma d'hydrogène de basse densité à très haute température dans un champ magnétique. Une tentative couronnée par plusieurs succès d'étapes au cours de la décennie passée : obtention de la réaction de fusion, et production de plusieurs mégawatts d'énergie.
La fusion nucléaire sur Terre n'est donc plus un fantasme. Une autre voie prometteuse : initier la fusion avec un puissant faisceau laser. Reste à en faire des sources d'énergie efficaces. Jusqu'à présent aucune expérience n'a produit plus d'énergie de fusion que d'énergie dépensée pour initier et entretenir la réaction... Ce sera le défi à relever par Iter, le réacteur en cours de construction à Cadarache. Les premières fusions sont programmées pour 2026.

Une nouvelle source d'énergie inépuisable

B.B. - SCIENCE & VIE > Août > 2009

 Le Projet : I T E R

Faisons un pas de 30 ans dans le futur. Alors que le souvenir de ces doctes célébrations n'en finit plus de s'évaporer, la physique de 2005 n'a pas quitté l'affiche, Iter est là.

La construction du réacteur thermonucléaire expérimental international s'est étalée sur une dizaine d'années, depuis la décision prise le 28 juin 2005 de le construire sur le sol français, à Cadarache, dans les Bouches-du-Rhône. Elle a coûté 4,6 milliards d'euros, et vécu sur le rêve d'offrir à l'humanité des centaines d'années d'abondance énergétique sans nuisance pour l'environnement. Le chantier achevé, les équipes de recherche internationales ont appris à régler la machine, à comprendre son fonctionnement comment allumer un plasma thermonucléaire, comment l'alimenter en deutérium et tritium - deux isotopes de l'hydrogène -, comment chauffer ce mélange, stabiliser sa géométrie dans une enceinte magnétique, et comment protéger cette enceinte des particules émises lors de la réaction de fusion.

Chercheurs et ingénieurs ont même réussi à entretenir la fusion nucléaire pendant plusieurs centaines de secondes. Les physiciens ont fait de grandes avancées théoriques. Coût des expériences nécessaires : 4,8 milliards d'euros. À présent, il s'agit de construire un démonstrateur industriel une machine plus fiable, capable de produire, en continu, autant de chaleur qu'une tranche de centrale nucléaire actuelle, de régénérer son combustible et de ne dégager qu'un gaz inoffensif, l'hélium.
Retour en 2005. Le scénario précédent, écrit pour Iter par les pays partenaires du projet (Union européenne, Japon, Russie, États-Unis, Corée du Sud, Chine) se limite à la mise au point d'un instrument de recherche. Et c'est déjà beaucoup. La France doit supporter 12 % du coût de construction. L'Union européenne, qui financera 50 % des coûts du projet, s'est engagée à soutenir la candidature japonaise à la direction générale du projet d'Iter. Le cas échéant, elle soutiendra également l'implantation d'un démonstrateur industriel au Japon. Deux concessions faites au "partenaire privilégié" japonais, dont le site n'a pas été retenu.

SCIENCE & VIE Hors Série > Décembre > 2005

 Le Tore Supra, à Cadarache, détient le Record de Durée du Plasma : 6 minutes 30

Tore Supra est le seul tokamak français en activité après l'arrêt du TFR (Tokamak de Fontenay-aux-Roses) et de Petula (à Grenoble). Son nom est dérivé de Tore et supraconducteur, car Tore Supra est le seul parmi les grands tokamaks à disposer de bobines (aimants) supraconductrices, permettant de générer un champ magnétique important et sur une longue durée. Il est également le seul tokamak à pouvoir extraire en continu la puissance injectée dans le plasma grâce à des composants face au plasma refroidis par une boucle d' eau pressurisée.

Tore Supra est situé à Cadarache, l'un des sites du CEA. Il a commencé son activité en 1988 et a pour objectif de produire des plasmas de longue durée ; il détient à ce jour le record de durée de fonctionnement pour un tokamak (6 minutes 30 secondes et plus de 1000 MJ d'énergie injectés puis extraits en 2003), et a permis de tester de nombreux équipements (paroi intérieure refroidie activement, bobines supraconductrices) qui seront utilisés dans son successeur : ITER.

 Projet ITER : un nouvel accord signé

Un accord international a été signé le 21 novembre en vue de la réalisation du réacteur expérimental ITER.

Cet accord juridique et financier suit l'accord politique déjà signé en juin 2006.

Il a été ratifié par les 7 partenaires internationaux : l'Union Européenne (qui est le principal contributeur financier et qui accueillera le réacteur sur son sol), les États-Unis, la Russie, le Japon (qui assurera la direction du projet), la Chine, l'Inde et la Corée du sud. Les populations de ces pays représentent à elles seules la moitié de la population mondiale.
Rappellons qu'ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) est un réacteur expérimental dont l'objectif est de valider une technologie permettant la production d'énergie à partir de la fusion thermonucléaire, ce qui revient à reproduire les réactions qui se passent à l'intérieur du Soleil. Si cette technologie est validée, elle permettrait de tirer autant d'énergie d'un litre d'eau de mer que d'un litre de pétrole.

Il ne faut pas confondre la fusion et la fission, qui est actuellement utilisée pour la production d'électricité dans les centrales nucléaires. La fusion consiste à rapprocher 2 noyaux atomiques d'hydrogène qui, du fait de leur charge positive, se repoussent en produisant au passage de grandes quantités d'énergie. Ce "rapprochement" nécessite une température très élevée, de l'ordre de 100 millions de degrés Celsius. La fusion a pour avantage de fournir une grande quantité d'énergie à partir de matière première facilement disponible, de ne générer aucun gaz à effet de serre et beaucoup moins de déchets radioactifs. De plus, les déchets radioactifs obtenus ont une durée de radioactivité supposée plus courte : il faudrait compter environ une centaine d'années avant qu'ils ne retrouvent un taux de radioactivité normal.

Le site de Cadarache(->) (Bouches-du-Rhône, France) a été choisi pour héberger le réacteur. La construction doit durer 10 ans (entre 2008 et 2018). Ce réacteur expérimental devrait être suivi, à l'horizon 2030, d'un réacteur indutriel qui devrait confirmer ou infirmer la viabilité économique de ce système. L'agence Iter International, dont la présidence est assurée par le japonais Kaname Ikeda, est déjà installée sur le site. Une soixantaine de scientifiques sont également déjà présents sur place. A terme, ce projet devrait mettre à contribution un millier de scientifiques.

Les 7 partenaires se partageront le coût du projet qui s'élève à 10 milliards d'euros (4,6 milliards de construction, 4,8 milliards de coût d'exploitation et un demi-milliard de démantèlement du réacteur).
Les coûts de construction seront assurés à 50 % par l'Union Européenne (12% pour la France) et à 10% pour chacun des 5 autres partenaires. L'Inde ne fait pas partie de ce décompte suite à son rattachement tardif au projet (décembre 2005), mais doit tout de même apporter 500 millions d'euros qui serviront de réserve. Les coûts d'exploitation (étalés sur 20 ans) seront assurés à 34 % par l'Union Européenne (7 % pour la France) et à 11 % pour chacun des 6 autres partenaires. La construction du réacteur, qui doit commencer en 2008, nécessite l'aménagement d'une route capable de supporter le passage des énormes pièces qui vont constituer le réacteur. Ces pièces arriveront par le port de Marseille, situé à une centaine de kilomètres, en provenance des différents pays du monde où elles auront été élaborées. En France, on estime que cette construction devrait générer 3000 emplois directs ou indirects, pour moitié dans la région Provence-Alpes-Côte-d'Azur, sachant qu'une grande partie des appels d'offres n'ont pas encore été lancés par l'agence Iter Europe (basée à Barcelone, Espagne). Un tel projet n'a évidemment pas que des amis... Ses opposants s'inquiètent du coût élevé d'un projet dont on ne sait pas encore si le résultat sera positif. De plus, le collectif "Sortir du nucléaire" pense qu'un tel projet peut-être dangereux pour l'environnement et estime la durée de vie des déchets radioactifs à 1000 ans et non pas 100. Greenpeace parle également de "projet dangereux", "improbable".

SCIENCE & VIE > Novembre > 2006
 

   
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