SFEN, Société Française d’Énergie Nucléaire

(Compte-rendu de la Conférence SFEN-ST1 du 15 mai 2002)

La fusion (l’énergie des étoiles) est l’énergie libérée par des réactions thermonucléaires où l’on cherche rassembler (fusionner) de petits noyaux atomiques de façon à accroître l’énergie de liaison et donc à libérer de l’énergie. Plusieurs réactions sont envisageables ; la seule aujourd’hui étudiée est la réaction :

Deutérium + Tritium Hélium + Neutron

Le deutérium est un isotope naturel de l’hydrogène et le tritium un isotope artificiel et radioactif qui peut être obtenu par irradiation du lithium par des neutrons.

Cette conférence a été animée par quatre chercheurs du Département de Recherche sur la Fusion contrôlée du CEA/Cadarache : Jean Johner a organisé la matinée, l’a introduite, puis conclue ; Bernard Saoutic, Chef du Service Chauffage et Confinement des Plasmas, a fait le point sur les développements en physique ; Didier Van Houtte, Chef du Service Tokomak Exploitation et Pilotage, a fait le point sur les développements en technologie ; Pascal Garin ; Chef du projet des études européennes de site pour ITER à Cadarache, a présenté l’état de ce projet.

Ces conférenciers, spécialistes au cœur des problèmes de la fusion, surent présenter de façon très didactique et accessible ces problèmes extrêmement complexes de physique et de technologie.

Nous ne tenterons pas ici de résumer en quelques lignes ces propos, mais nous limiterons à quelques points particulièrement frappants :

• Il est possible de construire une machine à fission de quelques watts, puis petit à petit de mettre au point des machines plus puissantes ; pour la fusion cela n’est pas possible : pour satisfaire le critère de Lawson (une valeur minimale du produit de la densité volumique des ions par la température et par la durée de confinement) pour atteindre le " breakeven " (puissance produite par la fusion égale à la puissance injectée) et, a fortiori, l’ignition, seule une machine de très grande taille et de grande puissance (typiquement un ou quelques mégawatts) est envisageable. En effet, dans une petite machine, les pertes ne pourraient pas être compensées par la production d’énergie.
• Dans la fusion par confinement magnétique (seule traitée dans cette conférence), le plasma est placé dans une chambre en forme de tore et maintenu par deux champs magnétiques, le champ toroïdal créé par des bobines entourant le tore et le champ poloïdal créé par le courant circulant dans le plasma. Le chauffage ohmique dû à ce courant est insuffisant car la résistivité décroît à haute température ; la très haute température nécessaire pour que les réactions de fusion soient significatives (plusieurs dizaines de millions de degrés !) est obtenue par injection de neutres et/ou interaction onde-plasma.
• La physique du plasma est extrêmement complexe et pas encore totalement comprise (par exemple, les phénomènes de transport non diffusifs, très rapides). Une modélisation numérique complète, même avec les puissants ordinateurs d’aujourd’hui, n’est pas envisageable ; seuls des modèles à une dimension et des " lois d’échelle " permettant d’extrapoler les résultats expérimentaux vers des configurations de plus grande taille sont disponibles.
• Les problèmes technologiques qu’il a fallu résoudre dans les installations expérimentales et, à plus forte raison, ceux qu’il faudra résoudre dans une machine industrielle représentent un formidable défi. Rappelons par exemple, que quelques décimètres seulement séparent le plasma à très haute température et les bobines supraconductrices refroidies à quelques degrés absolus seulement par l’hélium liquide ! Les matériaux de couverture (la paroi du tore) seront soumis à des flux d’énergie gigantesques, puisqu’ils devront évacuer l’énergie de la réaction ; à plus long terme, on leur demandera, en outre, d’assurer la régénération du tritium grâce à des réactions neutroniques. Parmi bien d’autres, citons aussi le problème du divertor dont le rôle est l’élimination des impuretés s’accumulant dans le plasma.
• Le projet ITER réunit les principaux pays impliqués dans des recherches sur la fusion contrôlée : Europe, Japon, Fédération de Russie, Etats-Unis et Canada. Son objectif est de construire une machine permettant, à une échelle significative, d’étudier et de régler les principaux problèmes technologiques avant une machine prototype proprement dite. La premier projet ITER, assez ambitieux, a été fortement réduit à la baisse pour des raisons essentiellement budgétaires (les Etats-Unis, qui se sont retirés du projet semblent vouloir y revenir). Les principales étapes de conception et de projet ont été menées à bien ; la construction est envisagée sur la période 2005-2015. Aujourd’hui la décision la plus urgente à prendre - décision de nature essentiellement politique - est le choix du site où sera implanté ITER. La proposition française d’une implantation à Cadarache présente de nombreux atouts (bon environnement scientifique et industriel, alimentation en électricité et en eau, bonne accessibilité, sismicité peu importante…) mais n’est pas la seule. Une décision est attendue à la fin de l’année 2002.