nouveau record en mode H pour un mini-Iter

Un nouveau réacteur à fusion contrôlée, une sorte de version miniature d’Iter car fonctionnant selon les mêmes principes, a battu ses propres records et se retrouve donc dans le peloton de tête des machines qui préparent Iter tout en donnant une confiance accrue dans sa conception. Ce succès est de bon augure pour le futur d’une production d’énergie abondante, décarbonée et presque sans déchets.

C’est l’annonce qui fait un peu le buzz dans le domaine de l’actualité de la fusion contrôlée en ce moment et elle accompagne une publication dans le journal Nature. Les ingénieurs et physiciens de la Corée du Sud sont fiers d’avoir atteint une température d’environ 100 millions de kelvins pendant environ 30 secondes dans leur tokamak expérimental avec des aimants supraconducteurs : Korea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR).

En première impression, on a un haussement d’épaules. Et alors ? On a atteint des températures de plus de 500 millions de kelvins dans des tokamaks par confinement magnétique depuis des décennies et le record du monde de stabilité d’un plasma chauffé pour faire de la fusion contrôlée dépasse les six minutes.

C’est exact, mais il se trouve que la performance des Coréens réside dans une double réussite, d’abord le chauffage et l’état du plasma se fait dans le jargon des physiciens de la fusion thermonucléaire selon un mode dit H (de l’anglais High confinement c’est-à-dire haut confinement), précisément celui qui sera utilisé dans le réacteur Iter, et enfin le couple température/durée obtenu est très proche du record atteint par les Chinois en 2021 avec l’Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), à savoir 120 millions de kelvins pendant 101 secondes.

La signification de ces deux prouesses combinées c’est que dans les deux cas, il s’agit bien de deux mini-Iter, si l’on peut dire, et qui fonctionnent selon la même modalité à savoir le mode H dont on a déjà parlé et avec des aimants supraconducteurs. C’est donc une raison de plus d’espérer atteindre les succès prévus avec la machine dont la construction avance bien à proximité immédiate du centre d’études nucléaires de Cadarache à Saint-Paul-lez-Durance.

Des images récentes du KSTAR en fonctionnement. © ScienceAlert

La voie royale de la fusion par confinement magnétique

Rappelons si nécessaire que le projet Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor) consiste en la construction d’un réacteur expérimental à fusion nucléaire, né d’une collaboration internationale à long terme entre 34 pays, mais les premiers plasmas ne seront pas obtenus avant 2027 et la production de réactions de fusion dans un mélange de deux isotopes de l’hydrogène quelques années plus tard seulement.

Ce sera un mini-cœur solaire sur Terre mais, comme on ne peut pas réaliser exactement les conditions de densité au centre du Soleil pour la réaction de fusion, l’intérieur d’Iter devra être 10 fois plus chaud, c’est-à-dire atteindre environ 150 millions de kelvins. Bien évidemment, aucun matériau ne peut résister longtemps à un gaz ionisé transformé en plasma à une telle température et c’est pour cette raison que le plasma sera confiné dans les puissants champs magnétiques d’un tokamak (acronyme russe de « chambre toroïdale avec bobines magnétiques »), comme sont appelées ces machines développées par l’ex-Union soviétique dans les années 1950–1960.

Une présentation de la fusion avec confinement magnétique dans un tokamak. © CEA, DRF

Le problème clé à résoudre avec un tokamak est celui de la stabilité de la réaction de fusion qui doit se maintenir en produisant bien plus d’énergie qu’elle n’en consomme pour pouvoir à l’horizon 2050 être exploitée par des réacteurs pour la production à l’échelle industrielle mondiale d’électricité.

Le plasma est potentiellement très turbulent avec des instabilités pouvant conduire à l’équivalent des éruptions solaires mais au cours des expériences des années 1980 et 1990, on a découvert qu’il existait une nouvelle façon de constituer un plasma de fusion avec des champs magnétiques selon un mode dit H, remplaçant le mode dit L qui avait permis d’atteindre certains des précédents records de fusion.

Pour la petite histoire et comme le raconte Robert Arnoux sur le site d’Iter dans un texte dont nous nous inspirons, le mode H a été découvert par Friedrich (« Fritz ») Wagner le 4 février 1982 par sérendipité sur le tokamak ASDEX à l’Institut Max-Planck de physique des plasmas (IPP) à Garching, en Allemagne.

Le physicien allemand a raconté au sujet de cette découverte dans l’expérience de chauffage du plasma par injection de particules sous forme d’un faisceau neutre qu’il menait que : « C’est sorti de rien. Ce n’était pas prévu, c’est arrivé… »

Le plasma est devenu beaucoup moins turbulent et si d’autres instabilités existent encore, les travaux ultérieurs, notamment avec le tokamak Jet, ont laissé penser qu’en construisant une machine suffisamment grande fonctionnant suivant le mode H, le graal d’une énergie abondante et avec très peu de déchets radioactifs devait être à portée de main.

L’avenir nous le dira…

Une vieille présentation des recherches sur la fusion contrôlée avec notamment le TFTR. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l’écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ». © princetoncampuslife