Les ingénieurs du Commissariat à l’Énergie Atomique (CEA) ont annoncé le 14 décembre dernier par voie de presse la réussite d’une étape majeure dans la future maitrise de la fusion nucléaire : le réacteur expérimental West a en effet produit son premier plasma, chauffé à près de 100 millions de degrés, à Cadarache, dans les Bouches-du-Rhône. Il s’agit d’une véritable réussite pour le projet ITER qui ambitionne de démontrer que la fusion nucléaire pourra un jour être utilisée comme une ressource énergétique à grand échelle.

Qu’est-ce que la fusion nucléaire?

La fusion nucléaire, également appelée fusion thermonucléaire, est un processus pendant lequel deux noyaux atomiques légers (hydrogène) s’assemblent pour former un noyau plus lourd (hélium). Cette réaction, que l’on retrouve au cœur du soleil et de la plupart des étoiles de l’Univers, dégage des quantités astronomiques d’énergie.

C’est la raison pour laquelle les scientifiques qui travaillent dans le domaine de l’énergie considèrent la maitrise de la fusion nucléaire comme une véritable quête du Saint Graal. L’enjeu est en effet de taille : maitriser ce processus permettrait à l’homme d’avoir accès à une source d’énergie sûre, quasi-illimitée et très peu polluante. La fusion n’entraine aucune émission de gaz à effet de serre et génère de très faibles quantités de déchets radioactifs.

Débutée il y a plus de 30 ans, la recherche sur la fusion nucléaire se heurte cependant à des difficultés techniques et budgétaires majeures. Les technologies actuelles ne sont en effet pas suffisamment mûres pour répondre aux nombreux défis que pose la maitrise de la fusion nucléaire. De plus, le coût de ces travaux de recherche est très élevé pour des bénéfices encore trop éloignés dans le temps pour être jugés rentables.

Le réacteur tokamak de Cadarache donne des résultats prometteurs

Il n’existe à l’heure actuelle aucun matériau capable de résister aux températures extrêmes (200 millions de degrés) dégagées par le phénomène de fusion. Une des solutions envisagées par les scientifiques consiste à tenter de maitriser le plasma (« le quatrième état de la matière » dans lequel se produit la fusion nucléaire) grâce à un champ magnétique de haute intensité. Ces réacteurs à confinement magnétique sont baptisés « tokamak ».

Le réacteur expérimental West, le plus grand tokamak jamais conçu, a réalisé l’exploit de produire son premier plasma le 14 décembre dernier dans le centre de recherche de Cadarache (un des plus importants d’Europe dans le domaine de la fusion nucléaire). « Lorsque nous avons obtenu le signal qui confirmait l’allumage d’un plasma, tout le monde a applaudi dans la salle de contrôle », explique Jérôme Bucalossi, chef de projet West à l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (CEA-IRFM).

Le réacteur West est en fait un réaménagement complet d’un précédent tokamak du centre de Cadarache : le Tore Supra. Ce dernier était constitué de composants en fibres de carbone qui ne résistaient pas suffisamment au plasma d’hydrogène. Pour remédier à cela, les ingénieurs du CEA ont eu l’idée de fabriquer les composants de la chambre à vide en métal. Le tungstène était celui qui était le plus réfractaire à la chaleur.

« Nous avions déjà obtenu des résultats avec Tore Supra, la première configuration de la machine. Nous l’avons modifiée en profondeur, ce qui a été un véritable défi technologique, et les perspectives de recherche qu’elle ouvre maintenant sont passionnantes », se félicite M. Bucalossi.

De l’importance de la mission West dans le projet ITER

Les réacteurs expérimentaux Tore Supra et West sont des modèles réduits du futur réacteur à fusion nucléaire ITER. Lancé dans les années 2000, ce projet de coopération scientifique internationale rassemble autour de l’expérimentation de la fusion nucléaire des partenaires tels que la Russie, les États-Unis, l’Union européenne, le Japon, l’Inde, la Chine et la Corée du Sud.

Les missions Tore Supra et West visent donc à concevoir et éprouver les technologies qui permettront de bâtir un réacteur commercial fiable. Dans cette optique, les scientifiques de Cadarache ont eu l’opportunité de tester le nouveau « divertor » de West, un composant fondamental qui reçoit l’essentiel des flux de chaleur et de particules provenant du plasma central (soit une puissance thermique qui oscille entre 10 à 20 millions de watts). La résistance du « divertor » est d’autant plus importante qu’il s’agit d’un composant dont le coût est évalué à plus de 300 millions d’euros.

« Grâce au nouveau divertor en tungstène, qui est très modulaire, différents systèmes de chauffage pourront être testés », précise également Alain Bécoulet, directeur de l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM). Car le système de chauffage est en effet un autre élément clef du futur réacteur nucléaire ITER. C’est à lui qu’incombe la charge de chauffer le plasma en continu pour déclencher les réactions de fusion qui produisent de l’énergie.

« En 2017-2018, West va servir à valider le design détaillé d’ITER, sélectionner les fabricants des différents composants et sous-systèmes, leur fournir des spécifications précises et, in fine, leur donner le feu vert pour la fabrication. L’idée générale est de faire gagner du temps à ITER. Quand celui-ci commencera ses propres tests, il disposera non seulement de composants face au plasma déjà éprouvés (…) mais aussi de tout le savoir-faire allant avec, que nous aurons amassé au fil de nos propres expériences sur West », résume M. Bécoulet.

À l’heure actuelle, ITER accuse un certain retard sur son calendrier prévisionnel. Alors que le réacteur devait être livré avant 2020, l’équipe du CEA estime que la mise en service s’effectuera plutôt à l’horizon 2025. Il faudra ensuite attendre cinq années supplémentaires pour atteindre la pleine puissance du réacteur. En attendant, les avancées comme celle de décembre rappellent le bien-fondé du projet. Car en plus de servir à l’économie, ITER rappelle que la collaboration internationale peut avoir l’avantage de faire progresser la science.

Photo © NASA Goddard Space Flight Center