A Princeton dans le News Jersey, on travaille dur pour faire de la fusion nucléaire une réalité.

, Share

La fusion nucléaire, un phénomène qui nous offre la promesse d’une source d’énergie quasi-illimitée et relativement propre [1]. Sa maitrise a longtemps été l’apanage des auteurs de fiction, mais depuis maintenant plusieurs années, les progrès réalisés par les équipes de recherche du monde entier rapprochent de plus en plus la Science de la fiction.

Il existe plusieurs types de réacteurs à fusion, mais celui dont le développement est le plus avancé pour un usage électrogène est le réacteur à fusion de configuration Tokamak [2]. Dans un réacteur Tokamak, la fusion de noyaux légers (typiquement des noyaux d’hydrogène) est contrôlée à l’aide de champs magnétiques. Ces champs magnétiques permettent de confiner et de stabiliser un anneau de plasma d’hydrogène dont la température du cœur doit atteindre 150 millions de degrés Celsius pour que la réaction de fusion ait lieu.

Interieur d'un réacteur Tokamak

A cette température, le comportement des atomes dans le plasma devient extrêmement chaotique. Ce qui provoque, en autres, l’apparition d’un phénomène appelé Edge Localized Mode (ELM) à la surface du plasma. Un phénomène similaire (à petite échelle) a celui des éruptions solaires [3] et qui provoque l’expulsion d’atomes d’hydrogène à très haute vitesse vers la paroi du réacteur ce qui entraine inévitablement la destruction de ces dernière [4].
Afin de lutter contre le phénomène d’ELM, de nombreuses techniques ont été mises au point. L’une des plus prometteuses est l’utilisation de champs magnétiques 3D appelés Resonant Magnetic Pertubation (RMP). Un des principaux obstacles à la mise en œuvre de cette technique consiste à bien choisir parmi l’infinité de configurations magnétiques utilisables celles qui permettent de supprimer les EML sans déstabiliser le plasma.

C’est ce qu’a réalisé ce mois-ci une équipe internationale composée de chercheurs de l’Université de Princeton dans le New Jersey en collaboration avec le National Fusion Research Institute de Daejon de Corée du Sud [5]. Ensembles, ils ont pu déterminer les configurations magnétiques possibles permettant de supprimer de manière stable les EML naissant par RMP. Cette approche a été testée en conditions réelles au sein du KSTAR (Korean Superconducting Tokamak Advanced Research) et les résultats obtenus sont très encourageant sur une application à plus grande échelle de cette méthode. En effet, le faible taux d’erreur donné par cette méthode, 10 à 15%, permet une bonne prédiction des intervalles de stabilités.

Ces résultats sont importants pour la conception des réacteurs de type Tokamak et leur exploitation. C’est particulièrement vrai pour le démonstrateur ITER en cours de construction à Saint-Paul-lez-Durance dans le sud de la France depuis 2007. A la genèse du projet, dans les années 80, les technologies utilisées aujourd’hui pour la construction et l’opération des Tokamak aujourd’hui n’existaient pas encore et malgré ces progrès récents, et il reste encore un travail important à faire pour atteindre l’objectif de première production de plasma stable en 2025.

ITER est l’un des derniers grands projets de recherche appliquée avec une envergure et une implication internationale qui montre que malgré les conflits actuels, la quête vers l’avancée de la Science permet toujours de rassembler les différents peuples. Le résultat obtenu par ces chercheurs de Princeton constitue aussi une contribution à la réussite de ce projet.

Footnotes

[1Les sous-produits de la fusion de l’hydrogène sont l’hélium stable et un neutron dont la demie vie est d’un peu plus de 10 minutes (contre plusieurs millions d’années pour certains des sous-produits de la fission nucléaire)

[2C’est ce type de configuration qui a été adopté pour le projet international ITER qui vise au développement et à la construction d’un réacteur à fusion de taille préindustrielle

[3Pour rappel, le Soleil est un immense réacteur à fusion à Hydrogène

[4Il n’existe aujourd’hui aucun matériau capable de résister à un impact et à une température aussi importante