in

Le plus grand réacteur à fusion nucléaire au monde ouvre au Japon

réacteur fusion nucléaire
Crédits : John D/istock

Le 1er décembre, le Japon a inauguré le JT-60SA qui est considéré comme le plus grand tokamak supraconducteur du monde. La structure, chargée de produire de l’énergie à partir de la fusion nucléaire, bénéficie du soutien de l’Union européenne (UE) et on la voit comme un précurseur du réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) en cours de construction en France. Ce dernier devrait entrer en service dans quelques années.

Le principe de fusion nucléaire

La fusion nucléaire dans un tokamak, comme le JT-60SA, est un processus complexe qui vise à recréer les conditions présentes au cœur des étoiles, où les atomes fusionnent pour libérer une énorme quantité d’énergie.

Pour ce faire, le tokamak, qui est une structure en forme de beignet, utilise un mélange de gaz légers, généralement des isotopes d’hydrogène comme le deutérium et le tritium. Ces gaz sont chauffés à des températures extrêmement élevées pour former un plasma. Il s’agit d’un état de la matière où les électrons sont libres de se déplacer, créant ainsi une charge électrique.

Le plasma chaud est ensuite maintenu et confiné à l’aide de puissants champs magnétiques générés par des bobines supraconductrices qui évitent que le plasma n’entre en contact avec les parois du tokamak, ce qui engendrerait une perte d’énergie.

Des méthodes de chauffage supplémentaires, telles que des ondes radiofréquences ou des faisceaux de particules neutres, sont utilisées pour augmenter la température du plasma à des niveaux extrêmes qui atteignent des millions de degrés Celsius. À de telles températures, les noyaux des atomes acquièrent une énergie cinétique élevée.

Lorsque le plasma atteint des températures suffisamment élevées, les noyaux d’hydrogène (deutérium et tritium) commencent à fusionner pour former un noyau d’hélium, libérant ainsi un neutron et une quantité considérable d’énergie.

L’énergie libérée sous forme de neutrons peut être utilisée pour chauffer un fluide, généralement un mélange de lithium et de béryllium, qui à son tour produit de la vapeur pour générer de l’électricité à travers une turbine.

fusion nucléaire Hélion Microsoft
Crédits : Dragon Claws/istock

Préparer ITER

Le principal défi dans la fusion nucléaire est de maintenir des conditions stables et de créer un gain net d’énergie. En d’autres termes, il faut que la quantité d’énergie produite par la fusion dépasse celle nécessaire pour maintenir le processus. Ce sera justement l’objectif principal du JT-60SA : démontrer que sa conception peut générer plus d’énergie qu’il n’en consomme.

JT-60SA tokamak Japon fusion nucléaire
Vue externe du JT-60SA. Crédits : Fusion pour l’énergie

Comme dit en préambule, les avancées et les enseignements tirés de JT-60SA pourront contribuer à l’effort global de recherche sur la fusion et bénéficier directement à ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Pour rappel, il s’agit d’une initiative internationale majeure visant à construire et à exploiter un réacteur de fusion nucléaire expérimental. Les membres comprennent l’ensemble de l’Union européenne, la Suisse, le Royaume-Uni, l’Inde, le Japon, la Russie, la Chine et les États-Unis. Le site de construction d’ITER est situé à Saint-Paul-lès-Durance, dans le sud de la France.

Le projet, actuellement en phase de construction intensive, doit passer par plusieurs étapes d’exploitation. La première consiste à démontrer la combustion du plasma et à générer plus d’énergie qu’il n’en est consommé. La phase suivante est de réaliser une fusion complète où le réacteur produit une quantité nette d’énergie, avec l’objectif d’atteindre cela d’ici 2035.