Samedi visite d’ ITER à Cadarache.
ITER (en latin le « chemin ») est l’un des projets les plus ambitieux au monde dans le domaine de l’énergie.
En France, dans le département des Bouches-du-Rhône, 35 pays sont engagés dans la construction du plus grand tokamak jamais conçu, une machine qui doit démontrer que la fusion — l’énergie du Soleil et des étoiles — peut être utilisée comme source d’énergie à grande échelle, non émettrice de CO2, pour produire de l’électricité.
ITER sera la première installation de fusion capable de produire une quantité d’énergie nette. La machine réalisera des décharges de plasma de longue durée et testera également, pour la première fois, les technologies, les matériaux, ainsi que les régimes de plasma requis pour produire de l’électricité dans une perspective commerciale.
Des milliers d’ingénieurs et de scientifiques ont contribué à la conception d’ITER depuis que l’idée d’une collaboration internationale sur l’énergie de fusion a été lancée en 1985. Les Membres d’ITER (la Chine, l’Union européenne, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis) se sont engagés dans une collaboration de trente-cinq ans pour construire et exploiter l’installation expérimentale ITER. Un réacteur de démonstration pourra être conçu sur la base de ce retour d’expérience.
La quantité d’énergie de fusion qu’un tokamak peut produire dépend du nombre de réactions de fusion qui se produisent en son cœur. Plus l’enceinte est grande (et donc également le volume de plasma) plus grand sera le potentiel de production d’énergie de fusion.
Avec un volume de plasma dix fois supérieur à celui de la plus grande machine de fusion opérationnelle aujourd’hui, le tokamak ITER sera un outil expérimental unique, capable de générer des plasmas de longue durée. La machine a été spécifiquement conçue pour :
1) Produire 500 MW de puissance de fusion
Le record de puissance de fusion produite est détenu par le tokamak européen JET. En 1997, cet tokamak a généré 16 MW de puissance de fusion pour une puissance de chauffage totale de 24 MW. Ce ratio (ou « Q ») de 0,67 devrait être porté à 10 par ITER — 500 MW de puissance de fusion pour une puissance en entrée de 50 MW. ITER étant une machine expérimentale qui ne fonctionnera pas de manière continue, l’énergie produite ne sera pas convertie en électricité. Cette étape sera réalisée par la machine qui lui succédera.
2) Démontrer le fonctionnement intégré des technologies d’une centrale de fusion électrogène
ITER marque la transition entre les dispositifs de fusion expérimentaux actuels et les démonstrateurs industriels du futur. Avec cette machine de très grande taille, les scientifiques pourront étudier les plasmas dans les conditions qui seront celles d’une centrale de fusion électrogène et tester des technologies telles que le chauffage, le contrôle, le diagnostic, la cryogénie et la télémaintenance.
3) Réaliser un plasma deutérium-tritium auto-entretenu
La recherche sur la fusion se trouve aujourd’hui au seuil de l’exploration du « plasma en combustion » — un plasma au sein duquel la chaleur de la réaction de fusion demeure confinée de manière suffisamment efficace pour entretenir une réaction de longue durée. Les plasmas d’ITER, plus volumineux, produiront beaucoup plus de puissance de fusion et demeureront stables pendant des durées plus longues.
4) Expérimenter la production de tritium
Dans une phase d’exploitation ultérieure, l’une des missions d’ITER consistera à démontrer la faisabilité de la production de tritium au sein même de l’enceinte à vide. L’inventaire mondial de tritium (utilisé avec le deutérium pour alimenter la réaction de fusion) n’est en aucun cas suffisant pour couvrir les besoins des futures centrales de fusion électrogènes. ITER offrira l’opportunité unique de tester des maquettes de couvertures « tritigènes » dans l’environnement d’un réacteur de fusion.
5) Démontrer la sûreté d’un dispositif de fusion
Une étape importante dans l’histoire de la fusion a été franchie en 2012 quand ITER Organization, après un examen rigoureux de ses dossiers de sûreté, a obtenu l’autorisation de création de l’installation nucléaire ITER et en est devenu l’opérateur nucléaire. L’un des principaux objectifs d’ITER est de démontrer que les réactions de fusion qui se produisent au sein du plasma sont sans impact sur les populations et l’environnement.
QU’EST-CE QUE LA FUSION ?La fusion est la source d’énergie qui alimente le Soleil et les étoiles. Dans les conditions de pression et de température extrêmes qui règnent au cœur de ces corps stellaires, les noyaux d’hydrogène entrent en collision et fusionnent pour former des atomes d’hélium et libérer de considérables quantités d’énergie au cours de ce processus.
De toutes les réactions de fusion possibles, c’est la réaction entre le deutérium et le tritium (deux isotopes de l’hydrogène) qui se révèle la plus accessible en l’état actuel de notre technologie.
Dans un tokamak, trois conditions doivent être remplies pour obtenir des réactions de fusion : une température très élevée (de l’ordre de 150 millions de degrés Celsius), une densité de particules suffisante pour produire le plus grand nombre de collisions possibles, et un temps de confinement de l’énergie suffisamment long pour que les collisions se produisent avec la plus grande vitesse possible.
Lorsqu’un gaz est porté à très haute température, les atomes se dissocient : les électrons et les noyaux sont séparés les uns des autres et le gaz se transforme en plasma (quatrième état de la matière). C’est dans ce milieu que les noyaux légers peuvent fusionner et générer de l’énergie.
Dans un tokamak, des champs magnétiques très puissants sont mis en œuvre pour confiner et contrôler le plasma.
QU’EST-CE QU’UN TOKAMAK ?
Avec l’aimable autorisation de Jamison Daniel, Oak Ridge Leadership Computing Facility (US)
On produit de l’électricité en utilisant l’énergie des combustibles fossiles, des réactions de fission nucléaire, ou celle des ressources renouvelables, comme l’eau ou le vent. Quelle que soit la source d’énergie, les centrales génèrent de l’électricité en transformant une puissance mécanique, comme la rotation d’une turbine, en puissance électrique. Dans le cas des énergies fossiles et de l’énergie nucléaire, la chaleur produite transforme l’eau de refroidissement en vapeur, laquelle actionne des turbines qui produisent de l’électricité par l’entremise d’un alternateur.
Le tokamak est une machine expérimentale conçue pour exploiter l’énergie de la fusion. Dans l’enceinte d’un tokamak, l’énergie générée par la fusion des noyaux atomiques est absorbée sous forme de chaleur par les parois de la chambre à vide. Tout comme les centrales électrogènes classiques, une centrale de fusion utilise cette chaleur pour produire de la vapeur, puis, grâce à des turbines et à des alternateurs, de l’électricité.
Le cœur du tokamak est constitué d’une chambre à vide en forme d’anneau. À l’intérieur, sous l’influence d’une température et d’une pression extrêmes, le gaz d’hydrogène se mue en plasma — le milieu dans lequel les atomes d’hydrogène peuvent fusionner et générer de l’énergie. (Pour en savoir plus sur cet état particulier de la matière, cliquez ici.)
Les particules qui composent le plasma, électriquement chargées, peuvent être confinées et contrôlées par les imposantes bobines magnétiques placées autour de l’enceinte. On tire parti de cette propriété pour maintenir le plasma chaud à l’écart des parois de l’enceinte. Le mot « tokamak » est un acronyme russe qui signifie : « chambre toroïdale avec bobines magnétiques ».
La configuration tokamak, conçue par les chercheurs soviétique au début des années 1950, a été adoptée dans le monde entier comme la plus prometteuse. Avec un volume de plasma dix fois plus important que celui du plus grand tokamak en activité ITER sera, de loin, la plus grande machine de fusion du monde.
Se reporter à la section Machine pour en savoir plus sur le tokamak et ses éléments.
QUI PARTICIPE ?
Le programme ITER est issu d’une collaboration à l’échelle mondiale dans laquelle 35 pays sont engagés.
Les membres d’ITER (la Chine, l’Union européenne, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis) ont mis en commun leurs ressources pour réaliser une grande ambition : reproduire sur Terre l’énergie illimitée qui alimente le Soleil et les étoiles.
L’Accord ITER, conclu par les signataires en 2006, stipule que les sept Membres partagent le coût de la construction, de l’exploitation et du démantèlement de l’installation. Ils partageront également les résultats expérimentaux ainsi que toute propriété intellectuelle générée par la phase d’exploitation, prévue de 2022 à 2042.
L’Europe assume la plus grande partie du coût de construction (45,6 %) de l’installation; la part restante est assumée de manière égale par la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis (9,1 % chacun).
La contribution des Membres se fait essentiellement « en nature », sous forme de fourniture de bâtiments, pièces et systèmes à ITER Organization.
Les Membres d’ITER représentent trois continents, plus de 40 langues, la moitié de la population de la planète et 85 % de la production de richesse mondiale. Dans les bureaux d’ITER Organization à Saint-Paul-lez-Durance (13) ; dans les agences domestiques créées par les Membres d’ITER ; dans des laboratoires et dans l’industrie des milliers de personnes sont engagées dans le programme ITER.
ITER Organization a également conclu deux accords de coopération technique avec des pays non-Membres—l’Australie en 2016 (au travers l’agence australienne pour la science et la technologie ANSTO) et le Kazakhstan en 2017 (au travers le centre nucléaire national du Kazakhstan)—ainsi qu’un protocole d’entente avec le Canada (pour explorer les possibilités de coopération), un accord de coopération avec l’Institut de technologie nucléaire thaïlandais, et plus de 60 accords de coopération avec des organisations internationales, des laboratoires nationaux, des universités et des écoles des pays membres.
Se reporter à la page Membres pour afficher les liens vers les sept agences domestiques.
QUAND COMMENCERONT LES EXPÉRIENCES ?
La date du Premier Plasma est fixée au mois de décembre 2025.
La construction des bâtiments de l’installation scientifique a débuté au cours de l’été 2010 sur une plateforme de 42 hectares dans les département des Bouches-du-Rhône, préalablement défrichée et nivelée. Les fondations parasismiques ainsi que le radier sur lequel reposera le cœur de l’installation sont désormais en place et la construction du Complexe tokamak est en cours. C’est dans cet édifice, constitué de trois bâtiments, que se dérouleront les expériences de fusion.
Des bâtiments auxiliaires (usine cryogénique, bâtiment de chauffage radio fréquence, installations pour l’eau de refroidissement, alimentation et transformation électrique, etc.) ont également pris place tout autour du chantier central.
De manière progressive, à partir de 2018, scientifiques et ingénieurs procéderont à l’intégration et à l’assemblage des différents éléments de l’installation ITER. Une phase d’essais, destinée à vérifier que l’ensemble des systèmes fonctionne de manière satisfaisante, préparera la machine en vue de son exploitation.
La réussite de l’intégration et de l’assemblage de plus d’un million de composants (dix millions de pièces) fabriqués dans les usines des Membres d’ITER dans le monde entier et acheminés vers le site d’ITER représente un défi logistique et d’ingénierie extraordinaire. La main d’œuvre chargée de l’assemblage, à la fois sur le site d’ITER et au sein des agences domestiques, atteindra 2 000 personnes lors des pics d’activité. La séquence précise des opérations d’assemblage a été définie et coordonnée avec soin dans les différents bureaux d’ITER à travers le monde. Celle-ci a débuté par l’arrivée des premiers composants de grande taille sur le site d’ITER en 2015.
Au mois de novembre 2017, ITER Organization a officiellement annoncé aux gouvernements des pays membres du programme que 50% de l’ensemble des activités indispensables pour produire le « premier plasma » avait été réalisé.