Le plasma de fusion nucléaire à 100 millions de degrés.

         J'avais fait, le 18 mai 2019 un article sur les principes de l'énergie thermonucléaire, et le principe de réacteurs "tokamak" et le 19 mai sur le projet de réacteur ITER, étudié à Cadarache par un consortium international. J'avais refait le point sur ITER dans un article du 7 août 2020. Je vous renvoie à ces trois articles pour plus de détails.

         Je voudrais résumer aujourd'hui l'avancement de cette étude, avant d'examiner demain un fait nouveau : l'industrie s'intéresse à l'énergie thermonucléaire.

         La crise actuelle de l'énergie nous montre que, si nous voulons sssauver le climat, tout en ayant assez d'énergie, et donc supprimer les énergies carbonées, les énergies intermittentes (éolien et solaire) ne permettront jamais d'atteindre ce but (mais seulement environ 30 à 40%  de l'énergie électrique nécessaire) et que seules les énergie nucléaires à fission, puis à fusion, (qui sont aussi renouvelables) permettront d'atteindre nos objectifs.
         Les centrales actuelles utilisent la fission, c'est à dire la désintégration d'atomes lourds, comme l'uranium, le plutonium ou le thorium, en atomes plus légers, ce qui dégage une énergie considérable, que l'on utilise pour produire de la vapeur, convertible en électricité dans des ensembles turbines-alternateurs.
         Les produits de fission ont l'inconvénient d'être radioactifs et donc de produire des déchets à long terme dangereux qu'il faut stocker. mais en fait, ils sont beaucoup moins dangereux et surtout en quantité des dizaines de milliers de fois moindre que dans l'industrie chimique, et on sait parfaitement maîtriser leur stockage. Ils pourront être "brûlés" dans les réacteurs de 4ème génération.
         Il faut aussi en cs d'incident grave, pouvoir continuer à refroidir un "cœur" arrêté qui continue à chauffer foartement (en raison de la radioactivité des produits de fission).
         Les accidents de Tchernobyl et de Fukushima ont fait peur aux populations. On a oublié de leur dire qu'à Tchernobyl, l'accident était dû à des manipulations irresponsables en court-circuitant les sécurités de réacteurs vieux et de modèle peu stable, qui en sont plus utilisés. Puis d'énormes erreurs ont été faites dans le traitement de l'accident, qui ont entraîné plusieurs centaines de morts (la plupart à long terme dus à des cancers de la thyroïde). Un tel accident n'aurait jamais eu lieu si les personnels responsables avaient été compétents et responsables.
         Un énorme Tsunami a entraîné la destruction des réacteurs de Fukushima et notamment du circuit de refroidissement des cœurs. Mais l'accident n'a fait que 2 morts (par imprudence), alors que le tsunami a tué plus de 22 000 personnes.
        En fait les réacteurs nucléaires sont bien plus sûrs que les usines chimiques "Sévéso" et je préférerais cent fois habiter à coté d'un réacteur plutôt que au voisinage d'une telle usine. L'avantage du nucléaire est que l'on peut en permanence mesurer le danger.

         Dans la fusion nucléaire, ce sont au contraire des atomes légers que l'on utilise (en général des isotopes de l'hydrogène (deutérium ²D ou tritium ³T) ou du Lithium qui peut produire du tritium sur place, sous l'effet de neutrons. Leur "fusion produit de l'Hélium (He), mais la réaction ne peut se produire que dans un plasma d'atomes ionisés à plusieurs centaines de millions de degrés. Ce plasma à pression très élevée, tend à se dilater et le problème est de le maintenir dans l'enceinte de fonctionnement.
       Par contre si le plasma descend au dessous des seuils critiques de température et de densité, la réaction nucléaire s'arrête d'elle même et donc ce réacteur est très sûr. Par ailleurs il n'y a pas de déchet radioactif si ce n'est que les matériaux proches du réacteur  peuvent être rendus radioactifs sous l'effet des neutrons, mais ce phénomène peut être plus facilement maîtrisé.

       Pour contenir le plasma dans l'enceinte des réacteurs conçus actuellement, on utilise des champs magnétiques très intenses, qui vont confiner et faire éviter le plasma? mais les durées de ce confinement étaient très faibles et il était difficile d'extraire de l'énergie.
problème est de le maintenir dans l'enceinte de fonctionnement.
         Pour créer des champs sufissaments importants, certaines bobines doivent être refroidies à des températures proches du zéro absolu pour rendre des matériaux supra-conducteurs , ce qui permet de transporter localement d'énormes courants.
         Divers prototypes de petite dimensions appelés Tokamak avaient été réalisés, à l'origine en Russie, avant l'éclosion du projet international ITER, qui a vu le jour en 1988.
         Le problème d'ITER était de faire des incursions de durée suffisante pour que l'on puisse extraire plus d'énergie que l'on n'en a rentré pour créer-éer le plasma et la fusion.
         Le site de Cadarache a été retenue en 2005.  Environ 500 entreprises sont engagées dans ce projet..
         La construction du bâtiment du réacteur (voir schéma ci dessous), a commencé en 2013. La structure de béton est terminée et les systèmes cryonéniques et électriques sont en place.L'assemblage de la machine centrale a débuté.

         Un premier problème est la mise en place de tous les solénoïdes qui vont créer les champ magnétiques..
         Le chauffage à plus d'un million de degrés est aussi très complexe : le courant des solénoïde y contribue par effet joule. Des ondes de fréquence qautour de 50 mégahertz forment une espèce de four à micro-ondes. On injecte des atomes de deutérium à très haute énergie qui en cèdent une partie au plasma. Un dispositif émet des ondes de 173 Gtgaherz qui excitent les électrons du plasma, les accélèrent ce qui crée de la chaleur, mais stabilise aussi le plasma.
         Un dernier problème se posera. La production de tritium est coûteuse, et on projette de garnir les parois de la chambre de confinement en lithium, on espère produire sur place le tritium, sous l'effet des neutrons.

         L'épidémie de corona a retard le projet. Le premier plasma est prévu pour 2025.
Le rôle d'ITER est un objectif de recherche, de résoudre les nombreux problèmes que posent tous les systèmes nécessaires au réacteur pour qu'il puisse fonctionner et jouer son rôle d'extraction d'énergie du cœur.. 
        Un deuxième réacteur DEMO devrait alors comporter un système de récupération d l'énergie  et montrer qu'on peut produire de l'énergie électrique. en 2050.
 Mais je montrerai demain que l'intervention progressive de l'industrie va peut être accélérer les calendriers.