Dans un tokamak, l'organe le plus exposé au plasma de fusion est le « divertor », situé au plancher du tore. Le concept de référence d'Iter prévoit un divertor constitué d'un matériau composite à trois « couches » : une couche intercalaire en cuivre entre l'« armure » en tungstène (W) et le matériau de structure en alliage de cuivre (CuCrZr) – ce dernier étant choisi pour sa capacité à extraire la chaleur. L'assemblage peut cependant présenter des limites aux sollicitations en fatigue, en raison de contraintes aux interfaces entre les différents matériaux.

Afin d'améliorer sa résistance mécanique pour Demo, les chercheurs de l'IRFM proposent de remplacer le cuivre de la couche intercalaire par un matériau à gradient de composition W/Cu de 500 microns d'épaisseur.

Dans cette perspective, un matériau à gradient W/Cu a été développé, fabriqué, assemblé entre tungstène et CuCrZr puis intégré à des maquettes pour tests. L'assemblage a subi avec succès des tests en fatigue (1000 cycles) à haut flux jusqu'à 20 mégawatts/m². Aucune dégradation du comportement thermique n'a été observée et l'intégrité des matériaux a pu être démontrée par des analyses métallographiques.

Dans ce projet européen, l'IRFM s'est chargé de la conception et la qualification des composants. La DAM a réalisé le matériau à gradient de composition W/Cu en optimisant les paramètres du procédé de fabrication additive par projection dynamique à froid (cold spray). La DRT a, quant à elle, contribué à l'assemblage des matériaux par compression isostatique à chaud.

Il reste à définir un matériau à gradient de composition pour le réacteur Demo dans lequel le matériau de structure pourrait être remplacé par un acier au chrome, dit à activation réduite (Eurofer). Ce développement est en cours, toujours en collaboration avec la DAM et la DRT, dans le cadre d'un Programme transverse de compétences matériaux et procédés (CEA).