ITER c’est avant tout un projet scientifique unique et international, « l’un des projets les plus ambitieux au monde dans le domaine de l’énergie. » L’objectif du projet ITER (« chemin » en latin) vise à franchir les étapes de recherche encore nécessaires pour permettre la construction d’un prototype produisant de l’électricité à l’horizon 2050 à partir de la fusion nucléaire. ITER sera construit sur le centre CEA de Cadarache en France. Des milliers d’ingénieurs de par le monde travaillent sur ce projet.
Les Agences domestiques : chacun des sept pays ou groupe de pays membres d’ITER (la Chine, l’Union européenne, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie, les Etats-Unis) a créé une agence nationale chargée de fournir à ITER Organization les éléments de l’installation dont la fabrication lui a été confiée. Chacune de ces agences contribue à hauteur de 9,1% à la valeur totale du programme, à l’exception de l’Agence européenne, (baptisée Fusion for Energy et basée à Barcelone) qui, elle, en prend à sa charge 45% dont la quasi-totalité des bâtiments de l’installation. Cette différence s’explique par le fait que l’Europe, et particulièrement la France, bénéficient de la plus large part des retombées économiques d’ITER. L’Agence Iter France (AIF) est une agence du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), mise en place pour gérer la contribution de la France, en tant que « pays hôte », au programme ITER. L’AIF a été responsable des travaux de viabilisation et d’aménagement du site (2007-2009) et de la gestion des travaux de l’Itinéraire ITER. Elle assure la collecte de la contribution des collectivités locales au programme ITER et l’accueil des collaborateurs de l’Organisation internationale ainsi que de leur famille. Elle agit comme interface avec les autorités françaises, notamment dans le cadre de l’organisation du transport des pièces de la machine par l’Itinéraire ITER. AIF a également mis en place un ensemble de mesures compensatoires en matière de préservation de la biodiversité.
Le magazine scientifique américain Live Science vient de rendre compte dans ses colonnes de l’avancée des travaux pour la construction de l’aimant géant confié à General Atomics. Nous mettons à votre disposition dans WUKALI la traduction de cet article.
- L’aimant le plus puissant du monde commence son voyage au cœur d’une expérience de fusion géante
- Il produira un champ magnétique 280 000 fois plus puissant que celui produit par la Terre
Pour l’heure, des ingénieurs américains se préparent à expédier la première partie de l’aimant le plus puissant du monde en France, où il contribuera à alimenter un réacteur de fusion nucléaire à la pointe de la technologie.
L’aimant, connu sous le nom de solénoïde central, constituera le cœur du plus grand réacteur à fusion du monde, ITER, qui signifie « la voie » en latin. Cette expérience internationale implique 35 pays et vise à prouver la faisabilité de la fusion nucléaire soutenue pour créer de l’énergie. Dans la fusion nucléaire, des atomes plus petits sont fusionnés pour en créer de plus gros – une réaction qui libère d’énormes quantités d’énergie.
Une fois entièrement assemblé, le solénoïde central mesurera 18 mètre de haut pour 4,3 m de large, et sera capable de produire un champ magnétique mesurant 13 teslas – environ 280 000 fois plus fort que le champ magnétique terrestre – ce qui le rend fort assez pour soulever un porte-avions entier, qui pèse environ 90 700 tonnes).
« Le solénoïde central est l’électroaimant pulsé le plus grand et le plus puissant jamais construit« , a déclaré à Live Science John Smith, directeur de l’ingénierie et des projets chez General Atomics, la société qui construit l’aimant.
Un solénoïde central
Le solénoïde central est composé de six modules individuels qui seront empilés au centre du réacteur ITER. L’aimant entier sera aussi grand qu’un bâtiment de quatre étages et pèsera 1 000 tonnes (907 tonnes métriques).
Chaque module individuel est essentiellement constitué d’ une grosse bobine contenant environ 5,6 kilomètres de câble supraconducteur niobium-étain à gaine d’acier. Le module est ensuite traité thermiquement dans un grand four pendant plusieurs semaines pour augmenter encore sa conductivité, après quoi les câbles sont isolés et la bobine est enroulée dans sa forme finale.
Selon la loi d’induction de Faraday, l’électricité passant à travers un fil génère un champ magnétique perpendiculaire au fil. Lorsque ce fil est enroulé en cercle, le courant électrique produit un champ magnétique circulaire et chaque bobine amplifie la force du champ magnétique. Un solénoïde est ainsi créé en enroulant un fil plusieurs fois. La version la plus simple d’un solénoïde est l’expérience classique en classe dans laquelle les élèves enroulent un fil autour d’un clou et le fixent à une batterie. Lorsque la batterie est allumée, la bobine peut ramasser des trombones.
Cependant, la taille et la nature supraconductrice du solénoïde central signifient que beaucoup plus de courant électrique peut le traverser, lui permettant de produire un champ magnétique plus fort que tout ce qui a jamais été construit.
Le coeur d’ITER
Le solénoïde central est le « cœur battant » du réacteur ITER, car il permettra aux scientifiques de contrôler les réactifs normalement instables de la fusion nucléaire.
ITER est conçu pour libérer une petite quantité de deutérium et de tritium vaporisés, qui sont tous deux des isotopes de l’hydrogène – ou des versions du même élément avec des masses atomiques différentes – dans une grande chambre à vide en forme de beignet, connue sous le nom de tokamak.
Le tokamak surchauffe ces isotopes, éliminant les électrons des atomes et convertissant le gaz en plasma. Ce plasma ultra chaud atteindra 150 millions de degrés Celsius, soit 10 fois plus chaud que le noyau du soleil. À cette température, les atomes subissent une fusion, dégageant de grandes quantités d’énergie, qui peuvent être utilisées pour créer de l’électricité en chauffant de l’eau et en créant de la vapeur pour faire tourner des turbines.
La fusion nucléaire a déjà été réalisée à l’intérieur de plusieurs réacteurs tokamak remontant aux années 50, mais elle n’a duré que quelques secondes à la fois. Pour que la fusion nucléaire devienne une option viable pour produire de l’électricité, cette réaction doit être maintenue à un rythme constant et nécessiter moins d’énergie à produire qu’elle n’en génère.
L’un des plus grands obstacles à la fusion soutenue est de contenir et de manipuler le plasma brûlant à l’intérieur des réacteurs.
C’est là que le solénoïde central entre en jeu. En théorie, le puissant champ magnétique qu’il crée maintiendra le plasma en place à l’intérieur du tokamak et maintiendra la réaction, a précis John Smith dans son entretien avec
En mouvement
Le premier module solénoïde central, dont la construction a duré plus de cinq ans, est enfin prêt à être transporté sur le site d’ITER en France.
Les ingénieurs construisent et transportent chaque module individuellement, car l’aimant complet serait trop grand pour être transporté en toute sécurité, a déclaré John Smith. Les modules sont également construits séparément au cas où il faudrait en remplacer un, a-t-il ajouté.
Le parcours du module débutera par la route. Il sera déplacé de la base de General Atomics à San Diego vers un port de Houston via un énorme tracteur à 24 essieux. De là, l’aimant monstre sera expédié début juillet à Marseille, en France, et y arrivera fin août, avant d’être à nouveau transporté par la route vers l’installation ITER.
Les cinq modules restants et un module de sauvegarde supplémentaire suivront le même chemin lorsqu’ils seront achevés au cours des prochaines années, a déclaré Smith.
Une collaboration internationale
Chacun des 35 pays participants – qui comprennent l’ensemble de l’Union européenne, ainsi que le Royaume-Uni, la Suisse, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis – ont contribué au projet en concevant et en produisant certains des plus de 1 millions de composants individuels du réacteur.
Le solénoïde central est la plus importante de plusieurs contributions américaines, qui représentent environ 9 % du coût total d’ITER, selon les ingénieurs. General Atomics développe des technologies et des composants supplémentaires pour aider à la manipulation du plasma et d’autres entreprises et universités américaines fournissent des systèmes de refroidissement et d’échappement, des diagnostics, des instruments et des contrôles, a ainsi souligné John Smith.
Malgré l’impact de la pandémie de COVID-19 sur ces grands projets, la construction d’ITER reste en bonne voie pour se terminer d’ici 2025 et est actuellement achevée à environ 75 %. Les réactions de fusion à grande échelle n’auront pas lieu avant 2035 au plus tôt, comme le mentionne
Pourquoi la fusion est-elle donc si importante ?
La fusion nucléaire durable pourrait ouvrir la porte à une énergie renouvelable illimitée, ce qui réduirait les émissions de carbone créées par la combustion de combustibles fossiles qui contribuent au changement climatique.
« La fusion est l’une des rares options potentielles pour la production d’énergie sans carbone à grande échelle« , a déclaré Smith. « Il offre une ressource sûre, propre et toujours active qui ne produit aucune émission ni aucun déchet à vie longue. »
Pour arrêter – ou même ralentir – le réchauffement de la planète, les systèmes d’énergie éolienne, solaire, marémotrice et autres énergies renouvelables doivent être massivement intensifiés bien avant qu’ITER ne fusionne ses premiers atomes. Mais en raison de la variabilité de leur production d’énergie (par exemple, les éoliennes ne fonctionnent que lorsque le vent souffle), nous devrons toujours compter sur les combustibles fossiles pour garantir que le réseau électrique fournit une alimentation électrique fiable, comme le mentionne John Smith, directeur de l’ingénierie et des projets chez General Atomics.
Par conséquent, il est essentiel que la fusion nucléaire soutenue soit réalisée le plus rapidement possible et que la technologie soit reproduite dans le monde entier.
ITER est une étape majeure dans cette direction qui démontrera la validité de la physique et de la technologie sur la voie des centrales à fusion.
Publié dans Live Science
Illustration de l’entête: A Cadarache, le tokamak Tore Supra (CEA-Euratom) se transforme en profondeur pour servir de banc d’essais à l’un des dispositifs essentiels d’ITER — le divertor.
