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.
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.
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 :
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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.
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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.
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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.