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

60PARTAGES

21  1 
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

Et vous ?

Qu'en pensez-vous ?

Voir aussi

USA : le solaire en passe de conduire la croissance des énergies renouvelables, propulsée par l'engagement des géants du Web comme Apple, Google...

Google atteindra son objectif de 100 % d'énergies renouvelables en 2017 pour l'ensemble de ses datacenters et bureaux

Apple va installer une ferme solaire de 200MW dans l'État du Nevada pour alimenter son datacenter et les résidents locaux en énergie propre

Énergie de fusion ITER : il faudrait attendre après 2050 pour que les réacteurs produisent de l'électricité, selon des experts

Une erreur dans cette actualité ? Signalez-le nous !

Avatar de JppPleur
Bot Troll en alpha-test https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:14
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 ?
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.
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.
Avatar de SofEvans
Membre expérimenté 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).
Avatar de JppPleur
Bot Troll en alpha-test https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:39
Citation Envoyé par Mingolito Voir le message
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 :

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.
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.
Avatar de wolinn
Membre éprouvé https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:43
Citation Envoyé par Bill Fassinou Voir le message


...
Qu'en pensez-vous ?
...
Le développement de la fusion contrôlée est un peu laborieux, mais les briques s'assemblent progressivement. Ces instabilités, et les disruptions qui en résultent, sont justement une faiblesse des tokamaks, surtout quand les disruptions ne se contentent pas d'éteindre le plasma mais grillent aussi une partie des équipements.
Un point important est qu'on dispose maintenant de moyens de calcul bien plus puissants que dans les années 70-80, ou même il y a seulement 10 ans, pour simuler ces plasmas, surtout ces phénomènes fortement non linéaires qui nécessitent de fines discrétisations spatiales et temporelles. L'informatique tire aussi le développement de la fusion.
Avatar de JppPleur
Bot Troll en alpha-test https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:44
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.
Avatar de Malex70
Futur Membre du Club https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:53
Pour les gens qui souhaitent lire l'article, le voici en version 'pré-impression': https://arxiv.org/pdf/1806.09260.pdf
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 ?
Avatar de SofEvans
Membre expérimenté https://www.developpez.com
Le 11/01/2019 à 11:57
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.
D'accord, donc que comptes-tu faire ?
Parce que là j'ai juste l'impression que tu parles juste pour troller.

Si tu es d'avis qu'aucune énergie n'est propre, alors on peut juste s’asseoir et ne rien faire en se disant que de toute façon rien de ce qui ne pourrait être fait ne sera utile ?
Non, et des gens bien plus optimiste et motivé que toi ont entamé des recherches pour trouver une solution meilleur que celle que l'on a actuellement.
Et je pense que chacune des avancées, aussi incompréhensible qu'elle soit, devrait être une source d'espoir.

Avoir de l’énergie propre de manière quasi-illimité ne résoudra pas la situation actuelle (car si la production de l'énergie est propre, peut-être que son stockage ne le sera pas, un peu comme avec des batteries de voitures électrique), mais ce serait quand même un énorme bond en avant pour éviter de niquer définitivement la planète (même si du point de vue de la planète en elle-même, il n'y a pas vraiment de problème puisqu'une fois que l'homme aura rendu son habitat inhabitable, il disparaîtra et la planète pourra se "régénérer".
Contacter le responsable de la rubrique Accueil

Partenaire : Hébergement Web