Qu'est-ce que la fusion ?

Dans des conditions de températures extrêmes (des millions de degrés Celsius), la matière se présente sous forme de plasma où noyaux et électrons ne sont plus liés, ils circulent librement. Les atomes sont animés d'un mouvement incessant et plus ils sont chauds, plus ce mouvement est rapide. Ainsi, lorsque deux noyaux « légers » se percutent à grande vitesse, ils peuvent fusionner, créant un noyau plus lourd : c'est la fusion nucléaire. Durant l'opération, une partie de l'énergie de liaison des composants du noyau est libérée sous forme de chaleur ou de lumière.

Dans le cœur des étoiles, ce sont deux noyaux d'hydrogène, composés uniquement d'un proton, qui fusionnent pour donner un noyau plus lourd : l'hélium (dont le noyau contient deux protons et un ou plusieurs neutrons).

Sur Terre, pour récupérer de l'énergie, les scientifiques tentent d'utiliser la fusion de deutérium et de tritium, deux isotopes de l'hydrogène (noyaux contenant un proton et un ou deux neutrons). Cette réaction donne elle aussi naissance à un noyau d'hélium très chaud, et libère un neutron de grande énergie.

La fusion thermonucléaire vise à reproduire sur terre l'énergie des étoiles

Pour cela, il faut atteindre et maintenir des températures de l'ordre de 100 millions de degrés, tout en étant capable d'isoler les parois de la machine. Ce que l'on fait par de puissants aimants : c'est la configuration tokamak.

Depuis 1988, date de sa mise en service, l'installation de recherche Tore Supra est le plus grand tokamak à aimant supraconducteur du monde, portée par le partenariat de la Communauté Européenne de l'énergie Atomique (CEEA ou Euratom) et le CEA.

Dans cette machine, le confinement du plasma est obtenu par la superposition de deux champs magnétiques qui agissent comme des rails invisibles guidant les particules. C'est le fonctionnement quasi-ininterrompu de son aimant associé à des composants activement refroidis qui confère au tokamak la capacité de réaliser des plasmas performants et sur de longues durées. 

Pour atteindre ses objectifs scientifiques, le tokamak dispose de moyens de chauffage du plasma par micro-ondes pour une puissance totale disponible de l'ordre de 15 MWth. La paroi interne du tokamak est refroidie en permanence par un circuit d'eau à haute pression. 

En complément, un dispositif particulier appelé « limiteur plancher circulaire » permet d'évacuer une grande partie de la puissance cédée par le plasma ; c'est ce qui a permis à Tore Supra d'obtenir en 2003 le plasma record avec une décharge de plus de 6m30, pendant laquelle a été injectée et extraite une énergie de l'ordre de 300 kWh.

Les équipes du centre CEA de Cadarache et plus exactement celles de l'Institut de Recherche sur la Fusion Magnétique (IRFM), sont également impliquées dans les programmes conduits dans le tokamak Joint European Torus (JET) en Grande-Bretagne qui, quant à lui, a établi en 1997 le record mondial de puissance de fusion avec 16 Mw.

De Tore Supra à West

West est une évolution du tokamak Tore Supra. Cette installation réunit (cas unique au monde) l'ensemble des moyens techniques permettant de réaliser des plasmas de longue durée. West, pour Tungsten (W) Environment in Steady-state Tokamak, consiste à installer et tester, au sein de Tore Supra, un divertor utilisant la même technologie que celle du divertor du projet International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). Tore Supra devient ainsi un véritable banc d'essai pour ITER. De par ses équipements spécifiques qui lui permettent de réaliser des plasmas de longue durée, notamment grâce au refroidissement « actif » des composants, la machine constitue une base unique d'expérimentation des matériaux face au plasma, avant leur assemblage sur ITER.

Après trois de travaux de 2013 à 2016, un jalon important a été franchi avec un premier plasma en décembre 2016. Fin 2017, WEST a rejoint la famille des tokamaks avec divertor en réalisant son premier plasma en « Point X ». Cette configuration magnétique permet de passer en mode de confinement amélioré et de tester les composants qui font face au plasma dans des conditions similaires à celles d'ITER.

https://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/activites-du-cea/journal-video-du-cea/Cest-a-venir/West-prepare-Iter-domestiquer-fusion-nucleaire.aspx

Le projet ITER

Le centre CEA de Cadarache accueille avec ITER, l'un des projets de recherche les plus importants du 21ème siècle.

En choisissant d'implanter ITER à proximité du centre CEA de Cadarache, les partenaires du projet ITER bénéficient d'un environnement exceptionnel de chercheurs et d'expertise scientifique et technologique.

Le centre CEA de Cadarache accueille avec ITER, l'un des projets de recherche les plus importants du 21ème siècle.

En choisissant d'implanter ITER à proximité du centre CEA de Cadarache, les partenaires du projet ITER bénéficient d'un environnement exceptionnel de chercheurs et d'expertise scientifique et technologique.

L'Agence ITER France, créée au sein du Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives (CEA) en 2006, a pour vocation de réaliser des missions techniques, administratives et financières dans le cadre des engagements pris par la France en sa qualité de pays d'hôte de l'installation du projet de réacteur expérimental de fusion nucléaire à Cadarache.

Ressources

Découvrez toutes les plaquettes du centre CEA de Cadarache et explorez les différents thèmes de recherche scientifique présents sur le centre sur l'espace dédié.