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La fusion nucléaire

Le soleil sur terre

Pas de gaz à effet de serre, pratiquement pas de déchets radioactifs à vie longue et une quantité presque illimitée d'énergie. La fusion nucléaire pourrait s'imposer comme la solution énergétique du futur.

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L'imitation de la production d'énergie du soleil

Les réacteurs nucléaires traditionnels fonctionnent par fission nucléaire, un processus qui libère de l'énergie lorsque des noyaux atomiques lourds se divisent en deux noyaux. La fusion nucléaire désigne le processus inverse.

Même si seuls des réacteurs de fusion expérimentaux existent, il suffit de lever les yeux vers le soleil pour observer un grand réacteur de fusion. En effet, la fusion nucléaire est la technique qui imite la production d'énergie du soleil, dans laquelle deux isotopes (hydrogène) entrent en collision et fusionnent en un noyau atomique plus lourd (hélium). Ce processus se déroule sous une pression et une température très élevées. Les composants d'un réacteur de fusion nucléaire sont exposés à des conditions beaucoup plus extrêmes que dans les réacteurs traditionnels. Le SCK CEN étudie l'effet de ces conditions extrêmes sur les matériaux de fusion.

Des millions de degrés et une pression extrême

Vous l'aurez compris, imiter le soleil n'est pas chose aisée. La pression au centre du soleil est extrêmement élevée et la température y atteint 15 millions de degrés Celsius.

Dans des conditions normales, la fusion nucléaire est donc impossible sur Terre. La pression élevée nécessaire ne peut y être créée.

Afin de générer des réactions de fusion similaires à une pression plus faible, la température doit être considérablement augmentée. Ainsi, deux isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, sont chauffés à 150 millions de degrés Celsius. À ces températures extrêmes, un gaz chargé électriquement est créé, le plasma. Si les températures du plasma sont suffisamment élevées, les particules fusionnent et produisent d'énormes quantités d'énergie.

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L'impact des températures et des réactions extrêmes

Les composants d'un réacteur à fusion nucléaire sont exposés à des conditions beaucoup plus extrêmes que dans les réacteurs nucléaires traditionnels. Des centres de recherche internationaux, dont le SCK CEN, unissent leurs forces pour étudier l'effet de ces circonstances extrêmes. Quels sont les effets du rayonnement sur l'équipement, la robotique et les matériaux de structure  cruciaux ? Comment entretenir la réaction nucléaire dans le réacteur à fusion ?

Triple soutien belge

Le SCK CEN utilise ses vastes connaissances nucléaires pour répondre à la problématique :

  • SCK CEN - Kernfusie (2019)

    Nos services d'irradiation

    Développer des matériaux capables de résister au rayonnement intense et aux températures élevées de la fusion nucléaire est un défi pour les scientifiques. Dans son réacteur de recherche BR2, le SCK CEN simule les effets neutroniques de la fusion nucléaire afin d’obtenir des données fondamentales. Dès que MINERVA, l'accélérateur de particules de MYRRHA, sera opérationnel, l'installation sera déployée pour irradier des matériaux de fusion.

  • SCK CEN - Kernfusie (2019)

    La recherche sur les matériaux

    Le plasma est confiné au sein du réacteur de fusion nucléaire dans un intense champ magnétique annulaire, afin qu'il n'entre pas en contact direct avec la paroi du réacteur. Beaucoup de facteurs influencent le bon fonctionnement du confinement. Le SCK CEN étudie comment les neutrons très énergétiques provenant de la réaction de fusion et le matériau de la cuve du réacteur interagissent.

  • SCK CEN - Kernfusie (2019)

    Un système de mesure pour le débit de plasma

    La stabilité du plasma s’obtient par un courant électrique. Afin de mesurer ce courant électrique, le SCK CEN a développé un système de mesure à fibres optiques. Ces fibres peuvent résister à des conditions extrêmes, notamment au  rayonnement, à la température élevée et au champ magnétique intense tout en effectuant simultanément d'autres mesures (p. ex., des champs magnétiques locaux).

ITER comme projet pilote

Les défis techniques et pratiques de la fusion nucléaire sont énormes, mais une avancée importante est la construction du réacteur d’essai de fusion ITER à Cadarache (France). Le projet ITER doit démontrer la faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire en tant que future source d'énergie utilisable sur terre. De nombreux centres de recherche dans le monde, dont le SCK CEN, unissent leurs forces dans ce projet pour mettre au point et développer la technologie.

JT-60SA avec un morceau de technologie belge

Au Japon, le plus grand réacteur de fusion expérimental au monde a été inauguré aux National Institutes for Quantum Science and Technology dans la ville de Naka. Le réacteur expérimental JT-60SA est le fruit d'une collaboration entre l'Union européenne et le Japon. Le SCK CEN a également participé à cette collaboration avec des partenaires internatioinaux. En effet, le cryostat, l'un des composants essentiels du réacteur est fabriqué en Belgique avec une contribution importante du SCK CEN.

Qu'est-ce qui rend ce composant si indispensable au JT-60A ? La fusion nucléaire génère du plasma. Des aimants puissants maintiennent le plasma stable. Le réacteur à fusion nucléaire doit être capable de maintenir une réaction pendant au moins 100 secondes. Au cours de ce processus, les températures du plasma atteignent environ 200 millions de degrés Celsius. Les aimants qui maintiennent le plasma stable ne doivent donc absolument pas surchauffer. Le cryostat doit garantir le fonctionnement des aimants. Autrement qu'avec un super-congélateur qui atteint des températures jusqu'à -269 degrés Celsius. En fait, ce froid équivaut presque à la température la plus froide jamais mesurée dans l'espace, soit -273,15 degrés Celsius.

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