La fusion thermonucléaire contrôlée - publié le 19/03/2008

Résumé du document

Exposé consacré à la fusion thermonucléaire et son utilité pour la production d'énergie du futur. On y explique notamment le développement des futurs réacteurs de fusion thermonucléaire à tore.

Extraits

[...] Le projet ITER Le prochain projet d'envergure prélude à un prototype de centrale à fusion est le projet ITER, qui prévoit à l'horizon 2000 la construction d'un tokamak de 15 m de diamètre, confinant le plasma en un boyau large de 5 m et haut de 10. La construction de la machine prendrait de huit à dix ans. Le champ toroïdal, généré par des aimants supraconducteurs, atteindrait 6 teslas pour un courant induit de 25 méga-ampères et des temps de confinement de l'ordre de cinq secondes, débouchant sur l'auto-entretien de la réaction. La puissance de fusion entretenue sur des durées proches de mille secondes atteindrait alors près de 3 gigawatts. [...]

[...] La première voie relève de l'explosion thermonucléaire: il s'agit de comprimer de l'hydrogène à très haute pression par implosion de la masse de combustible au moyen d'une déflagration ou d'un intense rayonnement périphérique. L'élévation de densité dans une implosion est telle qu'elle n'a besoin en contrepartie que d'une fraction de seconde pour que le seuil critique nTt soit atteint et que tout le milieu réactif soit affecté. C'est la voie «solide», ou méthode du confinement inertiel, que les Américains ont très tôt explorée. [...]

[...] Elle implique l'association de plusieurs techniques de pointe. Au départ, le plasma profite déjà d'un échauffement que lui procure son propre courant: cet effet Joule dû à sa résistivité électrique porte le plasma à une température de base de 10 à 20 millions de degrés. Pour monter à des températures supérieures, il faut mettre en œuvre des chauffages additionnels tels des bombardements du plasma par des canons à particules (chauffage par faisceau) ou des trains d'ondes (chauffage radiofréquence). Dans le chauffage par faisceau, des ions d'hydrogène (simple ou deutérium) sont accélérés et injectés tangentiellement dans le plasma, où leurs collisions avec les ions déjà en piste produisent des augmentations de température de l'ordre de 100 à 200 keV. [...]

[...] La solution magnétique. Cette seconde voie, dite du confinement magnétique, a en effet donné des résultats encourageants dès les premiers tests. Elle repose sur le principe des accélérateurs de particules, où des ions sont accélérés par de puissants champs magnétiques et soumis à des collisions à haute vitesse. Un tel accélérateur prend généralement la forme d'un anneau, une configuration en «chambre à air» appelée tore dans laquelle le vide a été fait et où un plasma d'hydrogène lourd deutérium et tritium est introduit. [...]

[...] Le bilan énergétique était encore loin d'être positif, mais on le savait à portée théorique de la machine: en effet, dans les expériences de 1991, la quantité de tritium utilisée avait volontairement été limitée à 2 gramme) afin de limiter le flux des neutrons émis et de rester en deçà de normes raisonnables de sécurité. Les projections théoriques confirmaient qu'avec une quantité de tritium plus élevée (de façon à atteindre un rapport tritium/deutérium idéal de 50 l'auto-allumage aurait été atteint avec un dégagement de 5 à 10 mégawatts de puissance. Les étapes suivantes dans la maîtrise de la fusion passent par une mise au point des techniques de confinement, de réduction et de pompage des impuretés, ainsi que par une augmentation de la taille des tores. [...]