ITER sur les rails

La grande nouvelle du week-end, ce n’est pas le résultat d’un match de foot ou d’un autre. C’est la signature de l’accord pour la construction et le financement d’ITER, le réacteur thermonucléaire expérimental, à Cadarache, après plus de vingt ans de discussions.

Je n’ai pas l’intention de revenir sur les polémiques sur la perte de temps due aux négociations sur l’emplacement de l’expérience, ni sur celles critiquant les coûts disproportionnés face aux probabilités d’échec, Wikipédia y répond très bien. Science parle d’un « pari à 12 milliards de dollars », soit 10 milliards d’euros environ, dans l’espoir de maîtriser cette énergie du futur[1], assez propre et presque inépuisable.

Je suis assez impressionné par le projet ITER. Il ne s’agit de rien de moins que le deuxième plus grand projet scientifique de l’Histoire et coût et en nombre de chercheurs après la Station Spatiale Internationale, et si le « pari » réussit, il aura bien plus d’impact sur la société que la malheureuse ISS. Je suis aussi impressionné par la complexité d’un projet, et le niveau poussé de coopération et de synchronisation auquel ont dû parvenir 4000 chercheurs de sept pays différents, qui, ce n’est peut-être pas inutile de le rappeler, ne sont pas plus payés pour ça. Quand je vois ça, je me dis que tout n’est pas pourri en royaume de Science.

Pour résumer le processus, il s’agit de produire de l’énergie via la fusion de noyau de deutérium et de tritium (la toujours indispensable Wikipédia vous donnera toutes les explications de base dont vous pourriez avoir besoin, si vous n’êtes pas up-to-date en physique atomique). Les conditions de pression et de température nécessaires à cette réaction sont remplies dans le Soleil, mais comme il est difficile d’atteindre la même pression sur Terre, il faut réussir à chauffer les réactifs à une température bien plus élevée. Comme aucun matériau ne pourrait résister au plasma qui est obtenu, ce dernier est confiné par un champ magnétique puissant dans une forme approximativement toroïdale. Ces champs magnétiques sont obtenus par la montée d’un courant dans les énormes bobines qui entoure le réacteur (appelé Tokamak, c’est un joli nom je trouve). Evidement, cette montée ne peut pas se faire à l’infini : les tokamaks fonctionnent donc par séquences, ou impulsions, successives.

ITER doit répondre à trois grands défis pour valider le principe d’un réacteur thermonucléaire. Tous les tokamaks précédents n’étudiaient qu’une partie de la question : seul ITER permettra l’étude des interactions entre tous les problèmes connus, la découverte du fonctionnement « à taille réelle », et le test de solutions expérimentales en conditions d’application.

Les expériences précédentes ont confirmé la possibilité de confiner le plasma, mais avec de grandes difficultés. Science recense toute une population d’instabilités, qui, espère-t-on, seront diminués par la grande taille du tokamak ITER. Une instabilité, c’est quand le plasma se déforme, et tente de sortir de son confinement magnétique, ou que l’énergie est produite par saccades : à de tels niveaux de température, on imagine le souci.

Le deuxième problème est le choix du matériau des parois du réacteur. Il doit être résistant à la température et ne pas s’effriter en particules pouvant déstabiliser le plasma. Le candidat idéal serait le carbone, mais il présente des risques de pollution. Il semble que le candidat du compromis soit un mélange entre titane, carbone et béryllium.

Enfin, il s’agit de produire de l’énergie en continu. Le produit de la réaction de fusion est un noyau d’hélium (appelé particule alpha) et un neutron. Comme la fusion est très exoénergétique, ces deux particules vont très vite, bien plus que les atomes initiaux. Et n’oubliez pas que la température est reliée à la vitesse des particules. La particule alpha, chargée électriquement, continue sa route dans le plasma : au gré des chocs, sa grande vélocité contribue à maintenir une température et une pression élevée, ce qui permet l’auto-entretien de la réaction. Le neutron, lui, n’est pas prisonnier du champ magnétique, et va percuter les parois du réacteur. Il les réchauffe, et c’est ainsi que de l’électricité pourra être produite, par le procédé habituel d’entrainement d’une turbine par de la vapeur d’eau. ITER ne réalisera pas cette phase, cependant. Le problème est ici de réussir à produire plus d’énergie que ce qui a été injecté dans le réacteur, et ce, en continu, pas seulement par brèves impulsions. Des rendements positifs, et de longues durées de fonctionnement, ont été obtenus dans les certaines expériences précédentes, mais jamais en même temps : voilà le test principal que devra réussir ITER.

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[1] Les mauvaises langues ajoutent « pour toujours ».