Des ingénieurs ont tiré les leçons d’un test historique réussi il y a trois ans impliquant un nouvel aimant construit à partir d’un matériau supraconducteur révolutionnaire. Cet exploit promet de transformer fondamentalement la viabilité économique de la fusion, ouvrant ainsi la voie à une ère de production d’électricité propre et quasiment illimitée.
Qu’est-ce que la fusion ?
La fusion nucléaire est un processus au cours duquel deux atomes légers se combinent pour former un atome plus lourd, libérant une grande quantité d’énergie. C’est le même processus qui alimente le soleil et les étoiles. Sur Terre, reproduire ce processus de manière contrôlée pour générer de l’énergie demeure cependant un défi complexe.
Dans le contexte de la fusion nucléaire contrôlée, les scientifiques utilisent des dispositifs appelés tokamaks, qui sont des chambres toroïdales dans lesquelles des atomes légers, tels que l’hydrogène, sont chauffés à des températures et des pressions extrêmement élevées. Sous ces conditions, les atomes fusionnent pour libérer de l’énergie.
Les aimants jouent un rôle crucial dans ces dispositifs de fusion. Ils sont en effet utilisés pour générer des champs magnétiques puissants qui confinent et maintiennent le plasma (un gaz ionisé) à l’intérieur du tokamak. Cela permet de maintenir les conditions nécessaires à la fusion nucléaire.
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Crédits : Peter Hansen/istockUne percée avec un nouvel aimant
En septembre 2021, une étape historique avait d’ailleurs été franchie au Plasma Science and Fusion Center (PSFC) du MIT. Les ingénieurs avaient en effet réussi un test révolutionnaire avec un nouvel aimant fabriqué à partir d’un matériau supraconducteur à haute température, atteignant un record mondial d’intensité de champ magnétique de 20 tesla.
L’aimant est plus précisément construit avec un matériau appelé REBCO, qui fonctionne à 20 kelvins, soit 16 kelvins plus chaud que les matériaux supraconducteurs précédents. Cette différence de température offre des avantages significatifs en termes de propriétés des matériaux et d’ingénierie pratique.
Ce nouveau matériau a cependant exigé une refonte totale des principes de conception des aimants supraconducteurs. L’équipe avait innové en éliminant l’isolation habituellement utilisée autour des rubans du supraconducteur. Contrairement aux aimants traditionnels, la bande était alors exposée, exploitant la conductivité améliorée du REBCO pour maintenir le courant sans courts-circuits.
Cette conception, bien que considérée comme risquée au départ, avait finalement prouvé sa stabilité lors du test initial et des deux tests suivants au cours desquels l’équipe avait délibérément créé des conditions instables pour évaluer la robustesse de l’aimant.
En tirer les leçons
Ce test initial avait naturellement été accueilli avec enthousiasme, car il répondait à tous les critères fixés pour le projet SPARC. Cependant, le processus ne s’est pas arrêté là. Les mois suivants ont été consacrés à la déconstruction minutieuse de l’aimant, à l’inspection de ses composants et à l’analyse des données.
Ces travaux ont abouti à un rapport détaillé proposant une analyse approfondie de divers aspects liés à l’aimant révolutionnaire utilisé dans le projet SPARC. Il détaille notamment les spécificités de la conception de l’aimant, y compris les caractéristiques du matériau supraconducteur à haute température (REBCO) utilisé, ainsi que les innovations apportées à la conception traditionnelle des aimants supraconducteurs. Il fournirait aussi des informations sur le processus de fabrication de l’aimant, les défis rencontrés lors de la production à grande échelle et les étapes cruciales qui ont contribué au succès du projet.
Le rapport donne également des détails sur les performances de l’aimant lors des tests en mettant en évidence la stabilité du champ magnétique, sa capacité à maintenir des conditions optimales pour la fusion nucléaire et d’autres aspects liés à son fonctionnement.
Enfin, les chercheurs ont inclus une section sur les leçons tirées tout au long du processus, mettant en évidence les réussites, les défis surmontés et les ajustements éventuellement nécessaires pour améliorer davantage la conception et les performances des aimants futurs.
En résumé, ce rapport fournit une documentation détaillée sur le développement, la fabrication, les performances et les enseignements clés liés à cet aimant révolutionnaire, offrant ainsi un aperçu complet du travail accompli dans le cadre du projet SPARC.
Pourquoi est-ce important ?
Avant cette démonstration, les aimants supraconducteurs disponibles étaient suffisamment puissants, mais trop volumineux et couteux. L’utilisation réussie de cet aimant à grande échelle a permis d’offrir une nouvelle perspective économique concernant les réacteurs de fusion.
Les dispositifs expérimentaux de fusion, tels que les tokamaks, pourraient en effet bénéficier considérablement de cette avancée, ce qui marquerait un changement majeur dans la capacité à réduire la taille et le coût des objets nécessaires à la fusion. Autrement dit, cette percée prometteuse offre une chance réaliste de rendre la fusion économiquement viable.
