Avant de lire les détails de ITER, il va de soit qu’il faut en premier lieu lire l’article énergie nucléaire. Pour ceux qui ne connaissent pas encore le projet ITER, voici une description succincte en premier lieu.
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) est comme son nom l’indique un projet international ayant pour objectif de construire un réacteur à fusion thermonucléaire. Ce projet regroupe l’Union Européenne, le Japon, la Chine, la Corée du Sud, la Russie, les Etats-Unis et l’Inde. La Suisse et le Brésil ont également demandé une candidature. ITER doit créer un réacteur expérimental, c’est-à-dire que c’est une expérience à vocation de Recherche et non une application industrielle. Néanmoins, le but de cette expérience est d’étudier la faisabilité technique et industrielle d’une supposée future centrale à fusion thermonucléaire qui viendrait détrôner toutes les actuelles centrales nucléaires (utilisant la fission). Ce nouveau procédé permettrait de limiter les déchets radioactifs (ici pas de Plutonium, Uranium ou truc dans le genre) et de produire une quantité beaucoup plus importante d’énergie. Pour ce projet, le site de Cadarache en France à côté de Aix en Provence vient d’être sélectionné cette année. Le coût de construction de ce réacteur est estimé à 5 milliards d’euros sur 10 ans si tout se passe bien.
La presse de vulgarisation scientifique a beaucoup utilisé l’expression : « ITER : Le soleil sur Terre ». Pourquoi ? Tout simplement parce que ce futur réacteur va exploiter le principe de la fusion nucléaire et non la fission nucléaire qui est à l’origine de nos centrales nucléaires actuelles. Toutes les étoiles, et donc notre Soleil, sont en fait d’énormes réacteurs nucléaires à fusion transformant l’Hydrogène en Hélium. ITER produira une fusion entre du Tritium et du Deutérium pour former de l’Hélium (voir article l’énergie nucléaire).
ITER est un tokamak comme ses prédécesseurs (une sorte de gros donut) mais il est beaucoup plus grand avec un rayon externe de 6,2m, soit deux fois plus grand que le plus grand tokamak existant. En fusion, l’équation est assez simple, plus le diamètre du tokamak est important, plus l’énergie dégagée est importante. C’est un réacteur qui devrait dégager une puissance de 500MW pendant 400s pour une puissance apportée en chauffage de 50MW (on a alors une amplification d’un facteur 10). Ce projet utilisera toutes les dernières avancées technologiques en supraconductivité. En effet, ITER utilise la fusion par confinement magnétique, il faut donc créer des champs magnétiques très importants (5,3 Tesla au centre du plasma) et par souci d’efficacité, ITER utilisera des aimants constitués de bobines supraconductrices maintenues à quelques kelvins grâce à un système cryogénique (voir article supraconductivité). Ce projet a de nombreux points communs avec le futur accélérateur de particules du CERN, le LHC, car tous les deux utilisent les mêmes technologies. Je suis d’ailleurs allé l’année dernière quand je travaillais au CERN à un lot de conférences fait par ITER concernant la supraconductivité.
Les Avantages
Les 2 avantages principaux sont la pollution et la quantité d’énergie. Le seul élément radioactif qui entre en jeu est le Tritium (il est néanmoins très faiblement radioactif avec une demi période de 12,3 ans) qui sera directement produit dans le réacteur à partir de Lithium. Les 2 matières premières sont donc le Lithium et le Deutérium qui sont des composants non dangereux que l’on trouve dans la nature. De plus, les réserves sont suffisantes pour plusieurs millions d’années. Le produit de la réaction, l’Hélium, est un gaz rare complètement inoffensif également.
Les Difficultés
Le problème majeur de la fusion est que pour rapprocher suffisamment des noyaux (pour entraîner une fusion) il faut atteindre des températures incroyables. Pour cela 2 méthodes de chauffage peuvent être utilisées :
- Le chauffage par injection de particules neutres de hautes énergies.
- Chauffage par ondes électromagnétique
Ensuite, les noyaux d’Hélium créés sont très énergétiques et participent à plus de 60% du chauffage une fois la fusion entamée. Aucun matériau ne peut supporter de telles températures, c’est pour cette raison que l’on utilise d’importants champs magnétiques pour faire de la fusion par confinement magnétique. Le chauffage et la création des champs magnétiques consomment bien sûr de l’électricité. Le coût du kilowattheure pour la « Fusion » se situe entre 1,5 à 2 fois de prix du kilowattheure nucléaire classique « fission ». L’électricité serait donc plus cher mais il n’y aurait pas le problème de stockage des déchets hautement radioactifs.
L’autre problème, celui-ci très préoccupant, et qui à mon avis, peut être un obstacle pour un futur réacteur à finalité industrielle est le bombardement neutronique. On parle assez peu de cet aspect mais c’est un point capital qui pourrait tout faire échouer. On a vu que lors des réactions de fusion, des neutrons sont éjectés à très grande vitesse (il possèdent une importante énergie). Le champs magnétique créé dans le tokamak ne peut évidemment pas bloquer ces neutrons car ils sont électriquement neutres (un champs magnétique capture uniquement les particules chargées) donc ces neutrons énergétiques vont venir bombarder les matériaux alentours. Ce bombardement est réellement violent et au bout d’un certain temps, les matériaux de l’enceinte du réacteur vont être saturés en neutrons et ne pourront plus les stopper entraînant un changement obligatoire et ce n’est pas viable économiquement et changer les matériaux d’enceinte tous les quatre matins. Des recherches sont actuellement faites sur le développement de matériaux absorbant efficacement les neutrons.
En Bref
ITER doit valider la faisabilité d’un nouveau type de réacteur générant de l’électricité. L’avantage est que ce type de réacteur permettrait de remplacer intégralement toutes les centrales en place en ayant pour matières premières des éléments qu’on trouve abondamment dans la nature pour un bilan écologique très bon. Pas de gaz à effet de serre, juste de la vapeur d’eau comme les centrales nucléaires actuelles, mais ici on a uniquement des déchets très peu radioactifs et très faciles à gérer contrairement à l’Uranium ou Plutonium qui sont des contraintes écologiques gigantesques avec l’énergie nucléaire actuelles.
Dear Benjamin,It’s a pity that you don’t write your blog in English or Polish. I would be happy if I could understand your articles but still I believe they are great. Trzymaj tak dalej! Powodzenia i mam nadzieje, ze niedlugo bede Cie wspierac w Genewie ;-)Monika
Thank you for everything and see you soon at CERN for new adventures…merci pour tout on se voit bientot au CERN pour de nouvelles aventures…Dzieki za wszystko i do zobaczenia wkrotce w CERNie z nowymi przygodami…
Merci, merci beaucoup de nous avoir instruites et occupées pendant notre stage, perdues au fin fond de lŽallemagne… on est tombées par hasard sur ton site et tes articles nous ont parus intéressants ; effectivement vraiment très bien faits !
Y a-t-il une chance pour que ça fonctionne vraiment?
Et que penser de ceci, pourrait-on créer une fusion à partir de ce procédé ?http://www.sciencedaily.com/releases/2006/11/061103104056.htm
Voilà un site fort intéressant et drolement bien fait ! cet article en particulier. je pense suivre tout ça régulièrement. en tout cas continuez!
Bernard : (desole pour l abscence d accents) Oui la Z-machine est tres interessante mais sa topologie (sa forme, sa configuration spaciale) ne permet pas de pouvoir confiner un plasma pendant un temps suffisant car elle est cylindrique et il a ete demontre que pour confiner un plasma suffisemment de temps, il faut une forme de Tore ( une forme de "Donut") comme ITER. Son objectif, outre l’etude des materiaux lors de conditions extremes est le recueil d informations et de donnees pour la simulation des armes nucleaires americaines (et Oui la Z-machine appartient a l armee et est implantee sur le site au nouveau mexique).
I work at the Culham Science Center, England. We have two machines, one claled « MAST » and one claled « JET ». Fusion works, that has been demonstrated, particularly on JET, where a power of 17MW of fusion has been demonstrated. The problem is, that to run JET along with all of its associated components takes nearly 1GW of electrical power to run it up. In fact so much that the energy has to be stored on site by way of two enourmous 400 ton spinning machines, to even the load on the power grid.ITER has a couple of main advantages over JET – it is bigger. Arguably the main barrier to fusion is turblence, this transports the heat and energy out of the plasma quickly, but if you make the plasma very big, it takes longer and therefore you get better results. The problem is a bigger machine is much more expensive, but fusion power certainly seems to suit economies of scale quite well, unlike what « spiderman2 » would have you believe. Secondly ITER will use superconducting field coils. The intense magnetic field required to contain the plasma has to be generated by driving several millions of amps of current around coils. A high school physicist will tell you the power lost goes like current squared, so superconding coils will greatly cut down the power requirements of ITER, and move us a bit closer to the goal of producing a machine that can make more power from fusion than the power it takes to run it!The question is not whether ITER will « work », the question is how well will it work. It is hoped it will provide 500MW of power (not to be turned into electricity) and have a plasma for several minutes at a time. Many theoretical work has been done, this machine costs 5 billion dollars, no one wants it to be a white elephant. The only thing to do now is build it and see what happens, if the predictions are right, and begin on some of the other technological and scientific challenges in fusion, such as materials. I think people under-estimate the importance of the fusion project. This really is the only geniune alternative to fossil fuel production, and unlike solar or wind power, can easily provide the « base load » and doesn’t take up any more space than a conventional power plant.
[…] pourrait être à long terme une nouvelle source d’énergie pour l’homme sur Terre (voir (voir ITER) permet de récupérer environ 15 millions de kep dans un kilogramme de mélange […]
[…] fusion nucléaire contrôlée portée par le projet ITER est ensuite succinctement présentée pour donner une idée de cette technologie (qui n’est plus […]
Thank you for your comment abhay and for these precisions. It was good to mention the JET experience. I would like also to mention the experience we had in France with Tore-Supra which was the first superconducting tokamak but with a lower power.
By the way, I worked a bit for ITER now, on the cryogenics for superconducting coils and it is true that the project should work but the question, as you said, is how efficient it will be ?
[…] juste que la fusion nucléaire (voir mon billet de 2006 sur ITER) verra le jour à l’échelle industrielle le plus tôt possible (ça viendra forcement) et que la […]
Que penser vous de l’U.A. par pression électromagnétique !