Des scientifiques découvrent un procédé qui stabilise les plasmas de fusion dans les tokamaks
La perspective d'une nouvelle source d'énergie propre ?

Le , par Bill Fassinou

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La migration vers les énergies propres est présente, comme projet plus ou moins prioritaire, dans plusieurs pays et entreprises de classe mondiale. En guise d'exemple, l’énergie solaire est l’une des sources d’énergie de prédilection aux USA en ce moment, selon Bloomberg. Malgré les tarifs imposés par le président Trump aux panneaux importés, les États-Unis ont installé plus d'énergie solaire que toute autre source d'électricité au premier trimestre, a écrit Bloomberg. Selon un rapport publié mardi par la Solar Energy Industries Association et GTM Research, les développeurs ont installé 2,5 gigawatts d'énergie solaire au premier trimestre, en hausse de 13 % par rapport à l'année précédente. Cela représentait 55 % de toute la nouvelle génération, avec des panneaux solaires préférés aux nouvelles éoliennes et turbines au gaz naturel pour un deuxième trimestre consécutif.

En 2017, Google avait déjà annoncé que les énergies renouvelables seront sa seule source d'approvisionnement énergétique. Cela dit, Apple aussi avait dévoilé son projet de ferme solaire de 200 MW dans l'État du Nevada pour alimenter son datacenter et les résidents locaux en énergie propre. Ce projet était annoncé pour entrer en service au début de l'année 2019. Dans le même contexte, le milliardaire de la Tech Elon Musk avait dévoilé son plan pour alimenter tous les États-Unis en énergie renouvelable.


L’énergie de fusion est parmi ces énergies propres. Elle est produite à partir de réactions de fusion nucléaire. La fusion implique le chauffage de noyaux d'atomes légers – généralement des isotopes d'hydrogène – à des températures beaucoup plus élevées que celles au centre du soleil afin de pouvoir surmonter leur répulsion mutuelle et s'unir pour former un noyau plus lourd, générant d'énormes quantités d'énergie dans le processus. Des projets de réacteurs de fusion gigantesques, connus sous le nom de tokamaks, étaient prévus pour produire de l’électricité d’ici 2050 à partir de cette énergie. Les scientifiques qui cherchent à amener sur Terre la réaction de fusion qui alimente le soleil et les étoiles doivent garder le plasma super chaud et à l'abri des perturbations. La capture et le contrôle de l'énergie de fusion constituent donc un défi scientifique et technique majeur pour les chercheurs du monde entier. Les chercheurs du laboratoire de physique des plasmas de Princeton (PPPL) du Département de l'énergie des États-Unis ont maintenant découvert un procédé qui pourrait aider à contrôler les perturbations considérées comme les plus dangereuses.

La réplication de la fusion, qui libère une énergie illimitée en fusionnant des noyaux atomiques à l'état de matière appelé plasma, pourrait produire une énergie propre et pratiquement illimitée pour produire de l'électricité pour les villes et les industries du monde entier. Les résultats de l'étude PPPL, rapportés dans Physical Review Letters, se concentrent sur ce qui est appelé « les modes de déchirure », des instabilités dans le plasma qui créent des îlots magnétiques, une source clé de perturbations du plasma. Ces îlots, des structures en forme de bulles qui se forment dans le plasma, peuvent se développer et déclencher des événements perturbateurs qui arrêtent les réactions de fusion et endommagent les installations appelées tokamaks (une chambre torique de confinement magnétique destinée à l'étude des plasmas et notamment pour étudier la possibilité de la production d'énergie par fusion nucléaire) qui abritent les réactions.

Des chercheurs ont découvert dans les années 1980 que l'utilisation d'ondes de radiofréquence (RF) pour alimenter le courant dans le plasma pouvait stabiliser les modes de déchirure et réduire le risque de perturbations. Cependant, les chercheurs n'ont pas remarqué que de petits changements - ou perturbations - dans la température du plasma pourraient améliorer le processus de stabilisation, une fois qu'un seuil clé en puissance est dépassé. Le mécanisme physique que PPPL a identifié fonctionne comme suit : les perturbations de température affectent la puissance du variateur de courant et la quantité de puissance RF déposée dans les îlots ; lorsque la rétroaction se combine avec la sensibilité du variateur de courant aux perturbations de température, l'efficacité du processus de stabilisation augmente ; en outre, l'amélioration de la stabilisation est moins susceptible d'être affectée par un mauvais alignement des lecteurs de courant qui ne parviennent pas à atteindre le centre de l'île.

À en croire les chercheurs, l'impact global de ce processus crée ce qu'on appelle techniquement la « condensation du courant RF », ou concentration de la puissance RF à l'intérieur de l'île qui l'empêche de croître. « Le dépôt de puissance est considérablement augmenté. Lorsque le dépôt de puissance dans l'île dépasse un seuil, il y a un saut de température qui renforce grandement l'effet stabilisateur. Cela permet de stabiliser de plus grandes îlots qu'on ne le pensait possible », a déclaré Allan Reiman, physicien théoricien chez PPPL et auteur principal de l'article. Ce procédé pourrait être particulièrement bénéfique pour ITER dans le sens où, tout comme les autres tokamaks, il souffre aussi de la perturbation de la température dans les îlots magnétiques. ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), en français, réacteur thermonucléaire expérimental international. Considéré comme le plus grand tokamak du monde, ITER est situé à Cadarache (Bouches-du-Rhône) en France et est le résultat de 60 ans de recherches scientifiques dans le domaine.


Il pèse environ 23 000 tonnes et est conçu pour générer 10 fois l’énergie qu’il consomme. Un projet international qui regroupe, en plus de l’Union européenne, les États-Unis, la Russie, la Chine, l’Inde, le Japon et la Corée du Sud. Ce projet de recherche s'inscrit dans une démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire. C'est le plus grand projet scientifique mondial actuel. Cependant, le projet a connu de nombreux obstacles. À l’origine, ITER était prévu pour démarrer en 2016 et coûter environ 5 milliards d'euros. Mais il trouve en 2017, son coût multiplié par quatre et son démarrage ajourné à 2025. Ainsi, les expériences à grande échelle dans ce réacteur devront attendre 2035. La démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire nécessitera de construire ensuite un second réacteur de recherche, DEMO, plus proche d'un réacteur de production, avant la phase industrielle.

ITER est un projet dont l'objectif est de démontrer la faisabilité de l'énergie de fusion. « On craignait que les îlots ne deviennent trop grandes et ne perturbent le fonctionnement d'ITER. Néanmoins, ces nouveaux effets devraient faciliter la stabilisation des plasmas ITER », a déclaré Reiman qui a travaillé avec le professeur Nat Fisch, directeur adjoint des affaires académiques de PPPL et co-auteur du rapport. Fisch avait démontré dans un article historique des années 1970 que les ondes RF pouvaient être utilisées pour conduire des courants afin de confiner les plasmas tokamak par un procédé maintenant appelé « entraînement de courant RF ». Fisch souligne que « c'est le document révolutionnaire de Reiman, publié en 1983, qui a prédit que ces courants RF pourraient également stabiliser les modes de déchirure ». L'utilisation d'un variateur de courant RF pour stabiliser les modes de déchirure était peut-être encore plus cruciale pour le programme tokamak que l'utilisation de ces courants pour confiner le plasma, a ajouté Fisch.

C'est pourquoi, dit-il, le journal de Reiman de 1983 a lancé des campagnes expérimentales sur les tokamaks dans le monde entier pour stabiliser les modes de déchirure. Il précise aussi qu'il est significatif qu'en plus de prédire la stabilisation des modes de déchirure par RF, l'article de 1983 soulignait également l'importance de la perturbation de la température dans les îlots magnétiques. Le nouvel article jette un regard neuf sur l'impact de ces perturbations de la température sur les îlots, une caractéristique qui a été sous-estimée depuis que le document de 1983 l'a signalé. « Nous sommes remontés 35 ans en arrière pour aller un peu plus loin dans cette réflexion en explorant la physique fascinante et les implications plus larges de la rétroaction positive. Il s'est avéré que ces implications pourraient maintenant être très importantes pour le programme tokamak aujourd'hui », a dit Fisch.

Source : Phys.org

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Avatar de cazitana
Nouveau membre du Club https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 13:39
@JppPleur Quand on allume un feu, on utilise une petite allumette (un peu d'énergie), et ça permet de déclencher une réaction chimique qui libère ensuite l'énorme quantité d'énergie chimique qui était stockée dans le bois (à l'origine, cette énergie vient du soleil et a été capté par l'arbre). Quand on allume la fusion nucléaire, on utilise une grosse allumette (il faut chauffer le gaz à des millions de degrés), et ça permet de déclencher une réaction de fusion nucléaire qui libère ensuite l'énorme quantité d'énergie nucléaire qui était stockée à l'intérieur des noyaux des atomes (à l'origine, cette énergie vient du Big Bang, et il y en a une quantité juste hallucinante). Donc effectivement, il n'y a pas de création d'énergie à partir de rien, personne ne dit ça, mais l'objectif est de faire en sorte qu'on ne dépense pas plus d'énergie à allumer le feu que ce qu'on récupère quand il brûle. Pour l'instant on n'y est pas: l'allumette demande plein d'énergie, et le feu s'éteint presque tout de suite. Une énorme allumette pour un petit feu. Comme quand on s'acharne à essayer d'allumer des bûches mais qu'on n'y arrive pas. Du moins pas encore ! Perso, j'y crois à fond, et je pense que ça changera complètement le monde, pour le meilleur. J'espère que c'est plus clair comme ça. Bon week-end!
ps: Pour ceux que ça intéresse, le ratio entre l'énergie produite (ou plutôt libérée) et l'énergie consommée s'appelle Q. Quand on atteindra Q=1, cela signifiera qu'on libère autant d'énergie qu'on en consomme. Toutefois, c'est insuffisant, car pour que ça soit plus intéressant financièrement que les autres sources d'énergie, il faudrait atteindre Q=5 environ. Ca prendra du temps à atteindre, mais les progrès sont désormais tellement réguliers que les chercheurs sont désormais assez confiants qu'on y arrivera. Si vous parlez anglais, je vous recommande à fond de regarder cette présentation passionnante de John Platt au sujet de la fusion nucléaire: https://youtu.be/9hwqcaIZFt8?t=129 (vous pouvez activer les sous-titres si vous voulez). C'est vraiment génial, allez voir ça. Vraiment. Maintenant. Allez!
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Avatar de Uther
Expert éminent sénior https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 14:10
Citation Envoyé par JppPleur Voir le message
En quoi la fusion est une énergie propre ? C'est quoi le coût de fabriquer une centrale à fusion ? C'est propre et écologique de couler 100 tonnes de béton pour la construire ?
Bien sur que rien n'est parfait dans ce monde. Quand on parle d'énergie propre, on parle d’énergie "relativement propre" par rapport à l'existant. Si tu te sens obligé de préciser pour toute les chose qui ne sont pas exactes, ta vie va vite devenir très compliquée.

Citation Envoyé par captaindidou Voir le message
Je croise les doigts pour que la fusion nucléaire sauve le monde de sa perte.
C'est-à-dire qu'elle soit introduite dans notre consommation bien avant les 30 ans annoncés pour limiter l'impoact de l'homme sur le rechauffement. Car je ne crois plus à la sagesse du monde.
Il faut pas se leurrer, la fusion nucléaire ne sauvera pas le monde a elle seule, il y a plein d'autre source de pollution et de gaz a effet de serre que la production électrique. De plus les ressources naturelles autre que énergétiques ne sont pas non plus illimitée.
Si on veut éviter une grosse crise, il va falloir apprendre a beaucoup moins consommer, que l'on ait la fusion nucléaire ou non.

Citation Envoyé par JppPleur Voir le message
De plus je trouve cet article limite.

On dit qu'on gagne plus d'énergie qu'on en fourni, c'est complètement faux et ça viole la première loi de la thermodynamique.
Bien évidement l'article, comme absolument tout le monde le fait dès qu'on parle de production d'énergie, parle de l’énergie exploitable. On est sur developpez.com pas dans une conférence scientifique entre experts de l'énergie atomique, et encore même eux comprendraient très bien de quoi on est en train de parler.
Avoir une culture scientifique c'est bien, vouloir l’étaler sans que ça n'apporte rien au débat c'est juste inutile et chiant.
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Avatar de Mingolito
Membre extrêmement actif https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:29
La tu parles de la construction. Si on suis ton raisonnement alors on ne doit pas construire de panneaux solaires, pas d'éoliennes, pas de voitures électriques,... A un moment donné il faut bien construire quelque chose si on veux arriver quelque part.

Ce qui est intéressant en théorie c'est l'utilisation :

Propre, parce que la quantité de déchets radioactifs produits par fusion est faible et que leur période radioactive est bien plus courte que celle des déchets de la fission nucléaire ; inépuisable parce que les combustibles utilisés pour la fusion se trouvent en quantité suffisante pour satisfaire un besoin énergétique
Le gros problème de cette technologie c'est sera-t'il possible un jour de construire un réacteur fonctionnel ? On en sais rien en fait, c'est au stade de la recherche.
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Avatar de SofEvans
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:36
Citation Envoyé par JppPleur Voir le message
En quoi la fusion est une énergie propre ? C'est quoi le coût de fabriquer une centrale à fusion ? C'est propre et écologique de couler 100 tonnes de béton pour la construire ?
Avec ce genre de raisonnement, aucune énergie au monde n'est propre.

Le but est que la chaîne d'exploitation (ça comprend les déchets, entre autres) soit la plus "propre" possible (Il y a évidemment bien d'autre aspect qui rentre en jeu).
La construction du site de production n'est qu'un coût ponctuel, qui n'as que peu de poids en face du coût d'exploitation qui lui sera présent tout le temps (encore une fois, ça dépend évidemment : si le coût de construction équivaut à 2000 ans de coût de production ... enfin bref).

Maintenant, c'est une bonne nouvelle, même si ce genre d'annonce fait assez bizarre dans le sens où le fait de pouvoir

[...] produire une énergie propre et pratiquement illimitée
donne vraiment l'impression d'une solution miracle (limite science-fiction).
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Avatar de imperio
Membre chevronné https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 13:46
Citation Envoyé par JppPleur Voir le message
Oui donc ce n'est pas une énergie propre, deuxièmement il y a aussi des déchets radioactifs certes moins que pour la fission mais ils existent.

Je trouve ça complètement aberrant d'utiliser le terme propre avec énergie. Au mieux c'est de la com, voire de la fumisterie.

Aucune énergie n'est propre.
T'as zappé les cours de physique à l'école ? La fusion nucléaire (ici je vais prendre l'exemple avec le deuterium et le tritium) crée de l'hélium "radioacif". Cependant il n'émet quasiment aucune radiation en comparaison des déchets générés par une fission et surtout cette radioactivité a presque complètement disparu about de 60 ans. La liste des avantages de la fusion par-rapport à la fission est longue, et je ne parle pas de la comparaison avec les énergies fossiles...
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Avatar de Mingolito
Membre extrêmement actif https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 13:55
Citation Envoyé par JppPleur Voir le message
De plus je trouve cet article limite.
On dit qu'on gagne plus d'énergie qu'on en fourni, c'est complètement faux et ça viole la première loi de la thermodynamique.
Ta loi c'est pour les réactions chimiques, pas les explosions nucléaires, parce que la fusion c'est une explosion nucléaire, celle utilisé par les étoiles (et le soleil aussi soit dit en passant), qu'ils essayent de mettre en boite.

D'où tu sort toi ? Tu es payé par le lobby du charbon ? Par le Qatar ?
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Avatar de captaindidou
Inactif https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:31
Je croise les doigts pour que la fusion nucléaire sauve le monde de sa perte.
C'est-à-dire qu'elle soit introduite dans notre consommation bien avant les 30 ans annoncés pour limiter l'impact de l'homme sur le rechauffement. Car je ne crois plus à la sagesse du monde.
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Avatar de Aiekick
Membre extrêmement actif https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 14:01
Citation Envoyé par wolinn Voir le message
Je pense que Jpppleur voulait juste montrer qu'il a entendu parler d'équivalence masse-énergie, ce qui n'est d'aucun intérêt ici. Il n'y a rien a redire à cet article, 10 fois l'énergie consommée signifie qu'on vise un gain thermonucléaire de 10, rapport entre l'énergie sortante et l'énergie entrante du plasma, tout le monde comprend de quoi il s'agit.

On peut tout au plus préciser que ce gain thermonucléaire n'est pas le gain total du dispositif, cette énergie sortante est disponible sous forme de chaleur (après thermalisation de l'énergie des neutrons) qui doit être convertie en électricité par une machine thermique (donc avec rendement limité par Carnot),à la fois pour faire fonctionner le système lui-même et avoir une production nette utile.
Au final, sur un système complet (donc pas ITER), on récupèrerait plutôt 3 fois plus d'énergie électrique utile que ce qui est injecté dans le plasma.
oui donc sa remarque c'est ce que j'appelle du pinaillage, il aurait pus aussi décider de ne pas intervenir.
les gens non constructifs ne servent a rien. ce sont les mème qui rétorquent au gens qui essai de créer et d'inventer, que ça existe deja ou que ça ne marchera jamais.
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Avatar de wolinn
Membre éprouvé https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 18:48
Citation Envoyé par disedorgue Voir le message

...
Dans une centrale à fusion, on aura certainement aussi des déchet de central à fission car si on suit le même principe que pour les H, on aura un fusion mais l'allumette pour atteindre la température en conséquence est la fission...
Euh... un réacteur à fusion n'est pas une bombe H
Le plasma est chauffé par des micro-ondes et faisceaux de particules.
Et en sortie, le produit de la réaction de fusion est de l'hélium, non radioactif, et même chimiquement inerte.
Tellement inoffensif que les plongeurs à grande profondeur respirent un mélange d'hélium et d'oxygène.
Les deux sources de radioactivité sont :
- un des réactifs, le tritium. N'existe pas dans la nature, mais est produit dans le réacteur lui-même, à partir de lithium. Les vraies intrants d'un réacteur à fusion sont le deutérium et le lithium (non radioactifs). Et ce tritium est consommé par la réaction.
- au fil des années, les neutrons produits par la fusion peuvent activer les structures du réacteur.
Par captures successives, le fer, par exemple, est transmuté en cobalt-60, radioactif avec une demi-vie de 5 ans.
Après démantèlement, il reste des déchets dont l'activité disparait essentiellement en quelques dizaines d'années.
Les ordres de grandeurs sont totalement différents de ce qui est généré par les réacteurs à fission.
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Avatar de wolinn
Membre éprouvé https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:53
Citation Envoyé par JppPleur Voir le message
De plus je trouve cet article limite.

On dit qu'on gagne plus d'énergie qu'on en fourni, c'est complètement faux et ça viole la première loi de la thermodynamique.
On injecte dans le système x Joules pour chauffer le plasma et allumer les réactions de fusion, et on récupère en sortie 10*x Joules.
Qu'est-ce qui vous pose problème ?
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