Le programme ITER devrait permettre de réaliser des progrès notables dans la fusion nucléaire pour un exploitation industrielleainsi que d’autres domaines de la physique tels que l’étude des plasmas thermonucléaires.
Si les découvertes du programme ITER validaient les technologies de production d’énergie par la fusion nucléaire, cela ouvrira le cheminÉnergie abondante, potentiellement inépuisable et propre De la fin du siècle.
Comment la fusion nucléaire peut produire de la chaleur et de l’électricité
La «fusion nucléaire» également appelée «fusion thermonucléaire» est la réunion de deux noyaux atomiques légers pour former un noyau plus lourd. Il s’agit d’une question de reproduction sur les réactions thermonucléaires sur terre comparables à celles qui se déroulent au cœur des étoiles. De très grandes quantités d’énergie sont libérées par la fusion nucléaire, comme en témoigne la puissance des armes thermonucléaires modernes, les bombes «fusion». Être capable de reproduire ce phénomène en le contrôlant dans un réacteur satisferait, en théorie, une grande partie des besoins énergétiques de l’humanité.
Pendant la réaction de fusion, la masse du noyau produit est inférieure à la somme des masses des noyaux lumineux d’origine. Cependant, dans la relation établie par Albert Einstein «E = MC2 », La différence de masse est convertie en énergie. Cette autorisation d’énergie se manifeste, entre autres, sous la forme de neutrons isolés chargés d’énergie.
Le phénomène de la fusion nucléaire diffère donc de celui de la fission nucléaire. Dans ce dernier, un atome lourd s’est divisé en deux atomes plus légers et plus stables avec une clairance énergétique clairement plus faible.
Les plans du réacteur Iter utilisent un concept de salle de confinement magnétique inventé dans les années 1950 appelé «Tokamak». Cette pièce a deux rôles principaux:
- Obtenir et contenir des réactions de fusion dans un bouclier magnétique. Puisqu’il est intangible, ce bouclier peut résister aux températures nécessaires (150 millions de degrés Celsius) au début du processus de fusion;
- Collectez l’énergie transmise par les neutrons avec les parois internes de Tokamak, pour la transformer en chaleur. Dans l’installation ITER, cette chaleur est évacuée à l’aide de tours de refroidissement. Dans le prototype du réacteur de fusion de démonstration, déjà envisagé de le succéder, la chaleur sera utilisée pour produire de la vapeur et, au moyen de turbines et d’alternateurs, de l’électricité.
La quantité d’énergie produite par la réaction de fusion est environ 4 millions de fois supérieure à celle générée par les réactions chimiques telles que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz naturel. Une centrale à charbon de 1 000 MW brûle 2,7 millions de tonnes de charbon par an. Une centrale de fusion de capacité équivalente ne consommerait que 250 kilos de carburant chaque année, selon les chefs de projet.
Les deux principaux objectifs scientifiques de l’ITER
Pouvoir
Générez une puissance de 500 mégawatts en étant alimentée par une puissance de 50 mégawatts, pour un temps de l’ordre de 6 min.
Le rapport Q ≥ 10 Symbolise ce premier objectif scientifique: produire dix fois plus d’énergie que la machine n’aura reçu. Conçu pour produire 500 MW d’énergie de fusion à partir d’une contribution externe de 50 MW, Iter pourrait être le premier dispositif de fusion contrôlé capable de générer de l’énergie efficace(1).
- Facteur d’amplification (Q) : Rapport de l’énergie libérée sur l’énergie injectée.
- Seuil de rentabilité : Terme anglais correspondant au moment à partir duquel le plasma produit autant d’énergie qu’il consomme pour son chauffage (q = 1).
- Allumage : Le chauffage du plasma est entièrement assuré par l’approvisionnement en chaleur des noyaux d’hélium créés lors des réactions de fusion. Des modes de chauffage supplémentaires peuvent être coupés (q = infini).
À titre de comparaison, le record du monde établi par le réacteur européen «Jet» (Torus européen conjoint) en Angleterre en 1997 n’était que de 16 mégawatts pendant une seconde, pour une puissance injectée de 25 mégawatts (Q = 0,67).
Tempérer
Maintenir les réactions de fusion dans le plasma pendant au moins un quart d’heure(2). À titre de comparaison, Tore Supra (Tokamak of Cadarache Research) a détenu le record du monde pour un plasma entièrement contrôlé, pendant 6 minutes 30 millions à une température de 40 millions de degrés depuis le 4 décembre 2003.
Les découvertes sur le processus de fusion doivent être à la fois qualitatives et quantitatives. Les scientifiques cherchent à augmenter un peu plus la température et la durée d’un plasma, jusqu’au seuil de combustion et à la fusion auto-entrepreneurée («allumage»).
Industrialisation
Iter est un pas vers une installation pré-industrielle qui devra démontrer la faisabilité de la production d’électricité. L’étape suivante, avec le réacteur de démonstration de démonstration, devrait démontrer une production d’énergie continue, qui suppose, en particulier, la régénération du tritium du lithium (pour Iter, le tritium sera fourni à l’extérieur des réacteurs à eau lourde canadiens) et l’utilisation de nouveaux matériaux capables de résister aux flux importants de neutrons d’énergie. Si tout se passe comme prévu, la démonstration inaugurera l’ère de la fusion nucléaire industrielle.
« À la fin de 2035, nous commencerons à faire une véritable production d’énergie de fusion, et le réacteur fonctionnera à pleine puissance, à 500 MW, à la fin de 2036 »Et pas en 2025-2027, comme prévu précédemment, a déclaré M. Bigot, ancien patron du poste de police de French Atomic Energy (CEA) et directeur général du programme ITER 2015 pour sa mort en 2022. Bien que la viabilité du programme de réacteur de fusion nucléaire expérimentale ait remis en question les rails.
La date limite annoncée pour un déploiement à grande échelle est à La deuxième partie du 21e siècle.
