ITER
Modèle:Infobox Organisation Le réacteur thermonucléaire expérimental international, ou ITER (acronyme de l'anglais Modèle:Langue, également mot latin signifiant « chemin » ou « voie »), est un projet international de réacteur nucléaire de recherche civil à fusion nucléaire de type tokamak, situé à proximité immédiate du centre d’études nucléaires de Cadarache à Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône, France). Le projet de recherche s'inscrit dans une démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire. Il associe trente-cinq pays : ceux de l'Union européenne ainsi que l'Inde, le Japon, la Chine, la Russie, la Corée du Sud et les États-Unis, ainsi que la Suisse et le Royaume-Uni en tant qu'États associés à la Communauté européenne de l'énergie atomique.
ITER est le plus grand projet scientifique mondial actuel. Par sa complexité, son ambition et son budget hors-norme, ce projet de haute technologie a été comparé au programme Apollo. Il est sujet à de nombreuses controverses, notamment concernant le montant des subventions sur fonds publics, passées de 5 à Modèle:Nobr d'euros, contributions principalement en nature des parties prenantes sous la forme de composants et de systèmes.
L'entrée en activité et la production du premier plasma est prévue pour 2030.
Selon les promoteurs du projet, la démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire nécessiterait de construire ensuite un second réacteur de recherche, Demo, plus proche d'un réacteur de production, puis PROTO, un réacteur à valeur de prototype industriel, avant la phase industrielle proprement dite.
Nom
« Iter » signifie « chemin » ou « voie » en latin<ref>Modèle:Gaffiot.</ref>. Les participants aux études de conception préliminaires (entre 1988 et 1992) ont choisi cet acronyme pour exprimer leur souhait de voir le monde coopérer au développement de la maîtrise d'une nouvelle forme d'énergie<ref>Glossary (A-Z) of ITER terms (« Glossaire alphabétique des termes utilisés dans ITER »), ITER (consulté le 31 juillet 2013).</ref>. Le projet a en effet été lancé par Ronald Reagan et Mikhaïl Gorbatchev dans le contexte de la perestroïka, sur proposition de l'URSS à la communauté internationale<ref>Histoire du projet ITER.</ref>. La forme développée du nom est Modèle:Traduction<ref>ITER : international thermonuclear experimental reactor (réacteur thermonucléaire expérimental international), Code de rédaction interinstitutionnel de l’Union européenne, Annexe A4 : « Sigles et acronymes », mise à jour du 3 avril 2019.</ref>.
Objectif
Le projet a pour objectif de démontrer que la fusion peut être utilisée comme source d'énergie à grande échelle, non émettrice de Modèle:CO2, pour produire de l'électricité<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien web.</ref>.
Le réacteur à fusion thermonucléaire ITER a été conçu pour produire un plasma de fusion équivalent à Modèle:Unité de puissance thermique pendant des durées de 400 à Modèle:Nobr, pour une puissance thermique injectée dans le plasma de Modèle:Unité, soit une multiplication par dix de la puissance thermique<ref>Modèle:Lien web.</ref>. La machine vise par ailleurs à démontrer la faisabilité d'une réaction auto-entretenue, ce qui n'a pas encore été réalisé dans un réacteur de fusion. L'électricité totale consommée par le réacteur et les installations se situera entre 110 et Modèle:Unité de pointe pendant trente secondes<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Le réacteur est conçu uniquement pour produire un plasma de fusion, et la chaleur émise par la réaction de fusion sera évacuée dans l'atmosphère sans générer d'électricité.
Le projet est une étape technologique pouvant conduire à un futur réacteur expérimental, baptisé Demo, d'une puissance prévisionnelle de Modèle:Unité, visant à mettre au point une production industrielle d’électricité par fusion nucléaire<ref>« À quoi sert le projet ITER ? », sur itercad.org.</ref>. La réaction de fusion est destinée à être utilisée comme source de chaleur pour une chaudière produisant de la vapeur d'eau, qui elle-même entraîne des alternateurs pour produire de l'électricité, comme dans la plupart des centrales électriques. Demo serait le premier réacteur de fusion produisant plus d'énergie que nécessaire pour son fonctionnement.
État d'avancement du projet et situation actuelle
En 2001, le projet ITER est planifié selon ses concepteurs pour un début de construction près de Cadarache (France) en 2006 pour achèvement en 2016. Puis en 2008, cette date fut repoussée à 2019, avec trois ans de retard sur le calendrier initial<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
En 2008, le budget, d'abord estimé à dix milliards d'euros (50 % pour la construction et 50 % pour l'exploitation) est porté à treize milliards<ref>Modèle:Lien brisé, Le Temps (Suisse), Modèle:Date-.</ref> puis en 2009 à vingt milliards<ref>Modèle:Lien brisé, Réseau Sortir du nucléaire.</ref>. En Modèle:Date-, la BBC annonce même seize milliards de dollars (environ onze milliards d'euros) pour la construction, somme pouvant inciter les responsables du programme à notablement diminuer l'ampleur du projet<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
En 2010, la première pierre du bâtiment du siège est posée<ref name="org">ITER, c'est quoi ?, Iter.org.</ref>.
En 2012, le décret autorisant le projet est publié (Journal officiel le Modèle:Date-), deux ans après le début des travaux. La phase d’excavation de la fosse d'isolation sismique est déjà profonde de Modèle:Unité (là où sera le tokamak), les Modèle:Nobr de Modèle:Unité de haut, dotés de patins parasismiques sont en construction<ref>Connaissance des énergies (2018) Reportage : ITER sort de terre, Modèle:Date-.</ref>.
En Modèle:Date-, le magazine américain Modèle:Lang publie le rapport d'évaluation du management du projet. Onze recommandations essentielles y figurent, dont : Modèle:Citation, Modèle:Citation, Modèle:Citation et Modèle:Citation<ref>Modèle:Lien web.</ref>. En Modèle:Date-, le Sénat américain publie un rapport indiquant que Modèle:Citation. Cependant, les États-Unis (qui s'étaient engagés à financer 9 % du coût total<ref name="Castelvecchi2016" />) ont poursuivi leur soutien, confirmé en Modèle:Date- pour au moins encore deux ans (jusqu'en 2018) au vu d'une amélioration de l'efficacité du projet<ref name="Castelvecchi2016" /> ; mais conditionné à une plus grande transparence dans la gestion des risques et à une réorganisation de la gestion, sous réserve du vote du budget de l'énergie par le législateur américain<ref name="Castelvecchi2016">Modèle:Article.</ref>.
Un retard de cinq ans est annoncé : les premiers essais prévus en 2020 sont reportés à 2025<ref name="AFPCE2018oct" />.
En Modèle:Date-, Bernard Bigot, directeur général d'ITER depuis 2015, indique que le premier plasma dans le réacteur est prévu en 2025 pour une pleine puissance en 2035 soit un nouveau calendrier qui induira un surcoût, évalué à Modèle:Nobr de budget de construction<ref name="EchosCoût" />. En Modèle:Date-, la réussite d'une expérience cruciale conduite sur le miniréacteur thermonucléaire du CEA appelé Modèle:Lang, fait souffler un vent d'optimisme : grâce à lui, ITER a franchi une étape importante vers la maîtrise de la fusion nucléaire<ref>ITER fait un pas de plus vers la fusion nucléaire, Les Échos, Modèle:Date-.</ref>.
En Modèle:Date-, l'état d'avancement des réalisations indispensables à la production du premier plasma atteint 50 % ; ITER confirme la date prévisionnelle du premier plasma : Modèle:Date-<ref>ITER produira son premier plasma en 2025, Futura-Sciences, Modèle:Date-.</ref> et du premier plasma en deutérium-tritium en 2035<ref name="org" />.
En 2018, les États-Unis sont en retard de paiement, mais les grands réservoirs indispensables à la sûreté de l'installation sont arrivés de Chine et des États-Unis et installés dans les bâtiments, dans les délais du calendrier replanifié deux ans plus tôt et selon M. Bigot (directeur du projet) les composants de la construction du tokamak « seront sur place en 2021, dans un bâtiment attendu pour le printemps 2020<ref name="AFPCE2018oct">AFP & Connaissance des énergies (2018) Fusion nucléaire : les premiers composants d'ITER sur place, les prochains d'ici 2021, Modèle:Date-.</ref> ».
En Modèle:Date-, le groupement mené par Vinci (60 %) avec l'espagnol Ferrovial (30 %) et le français Razel-Bec (10 %) annonce avoir achevé le gros œuvre du bâtiment principal, qui sera livré en Modèle:Date-. Ce bâtiment tokamak est une installation de Modèle:Unité, à comparer aux Modèle:Unité d'un réacteur pressurisé européen (EPR)<ref>Le méga chantier du principal bâtiment d'ITER s'achève, Les Échos, Modèle:Date-.</ref>.
En 2020, les composants ayant été livrés depuis plusieurs pays (Inde, Chine, Japon, Corée du Sud, Italie), la phase d'assemblage du réacteur démarre le Modèle:Date- et doit durer jusqu'à fin 2024 pour produire un premier plasma fin 2025 ou début 2026<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
En novembre 2022, la date du premier plasma (initialement prévue pour 2016 puis pour 2025) est reportée en 2030 ; ce retard de cinq ans fait suite à la découverte de défauts de soudure<ref name="lesechos">Iter : cinq ans de retard en vue pour le chantier du réacteur à fusion nucléaire, Les Échos, 24 novembre 2022.</ref>.
En 2023, trois éléments (modules) du tore du tokamak sont jugés défectueux et devront être désassemblés, ce qui risque d'accroître encore le retard du programme<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Histoire
Proposition initialement soviétique
Début Modèle:Date-, Mikhaïl Gorbatchev présente le projet à François Mitterrand lors de sa première visite en France<ref>[1].</ref>. Puis un mois plus tard lors du sommet de Genève, en Modèle:Date-, Mikhaïl Gorbatchev convainc Ronald Reagan de participer au programme international pour construire la prochaine génération de tokamak. L'Union soviétique travaillait, depuis plusieurs années, sur ce type de réacteur exploitant la fusion nucléaire, phénomène qui existe en permanence au sein des étoiles.
En Modèle:Date-, les États-Unis, l'Union européenne (Euratom) et le Japon acceptent de rejoindre l'Union soviétique au sein de ce projet. C'est ainsi qu'il est décidé de créer ITER, qui est placé sous l'autorité de l'AIEA. Initialement, seuls quatre membres y participaient : la Russie, les États-Unis, l'Union Européenne (en association avec le Canada) et le Japon<ref>Modèle:Lien web</ref>.
Phase d'étude, de conception et de coordination
En Modèle:Date-, débute la phase de conception (appelée Modèle:Langue ou CDA). Cette phase avait pour but de faire la synthèse des résultats des différents programmes existants pour les intégrer. La CDA s'est terminé en Modèle:Date-.
En Modèle:Date-, à Washington aux États-Unis, les quatre membres signent un accord qui lance la phase d'ingénierie (appelée Modèle:Langue ou EDA) qui dure six ans. Cette phase se termine comme prévu fin 1998.
Les États-Unis quittent le projet à la fin de la phase EDA, car ils jugent ce projet incertain et ruineux<ref>« Les chercheurs nous embarquent pour ITER », Le Canard enchaîné, le Modèle:Date-.</ref>.
À la suite du retrait des États-Unis est décidé le lancement de la deuxième phase de l'EDA. Cette seconde phase avait pour but de revoir à la baisse les objectifs de manière à prendre en considération le manque de financement engendré par le retrait des États-Unis. Cette phase se termine en Modèle:Date-.
La phase de coordination (appelée Modèle:Langue ou CTA) se termine fin 2002. Elle avait pour but de préparer la phase de conception et souleva la question de l'emplacement du site de construction, mais également celles du financement et du cadre juridique d'ITER.
En Modèle:Date-, la Chine rejoint le projet, suivie en février du retour des États-Unis et en juin de l'arrivée de la Corée du Sud.
Choix du site de construction du prototype
Initialement, quatre sites de construction ont été proposés :
- Cadarache, dans la région Provence-Alpes-Côte d'Azur (PACA), en France ;
- Clarington, en Ontario au Canada ;
- Rokkasho, au nord de l'île Honshū au Japon ;
- Vandellos, en Espagne.
Le choix du site était très important politiquement, mais surtout économiquement. L'investissement est estimé à dix milliards d'euros sur quarante ans<ref>Modèle:Pdf Modèle:Lien web.</ref>. Une étude réalisée en France en 2002 prévoit qu'ITER créera trois mille emplois<ref>Non trouvée le 24 mai 2017, sur provence-pad.com.</ref> indirects pendant les dix ans de construction et Modèle:Unité indirects pendant les vingt ans d'exploitation (dont les trois quarts environ en région Paca).
Après une querelle franco-espagnole<ref>Le réacteur ITER au forceps, Le Monde, 16 octobre 2004, sur sortirdunucleaire.org.</ref>, l'Espagne retire sa proposition le Modèle:Date-. Cadarache reste ainsi le seul site soutenu par l'Union européenne. La proposition canadienne de Clarington a disparu d'elle-même, faute de véritable financement et de volonté politique des Canadiens, qui ont décidé de rejoindre le point de vue de l'UE. Le site de Cadarache reçoit le soutien de la Chine et de la Russie tandis que le site de Rokkasho reçoit celui des États-Unis et de la Corée du Sud.
En mai 2005, avant même que le choix du site n'ait été arrêté, le site de Cadarache semble déjà avoir l'avantage<ref>ITER : les questions qu'il faut se poser, L'Internaute.</ref>, si bien que l'Union européenne décide, quelle que soit la décision, d'y commencer les travaux.
Alors que le gouvernement japonais défend toujours officiellement la candidature de son site, il laisse entendre à plusieurs reprises qu'il ne se battra plus pour avoir 100 % du projet. Le 5 mai à Genève en Suisse, un accord technique est signé entre le Japon et l'Union européenne<ref>Implantation du projet ITER dans le site de Cadarache Sur le site senat.fr.</ref>, où il est stipulé que le pays hôte (aucun nom n'est alors cité) assumera 40 % du prix de la construction, alors que le pays non hôte obtiendra :
- 20 % des contrats industriels pour la construction et 20 % des effectifs permanents ;
- un programme complémentaire de recherche d'un montant de Modèle:Nobr d'euros financé à moitié par les pays hôte et non-hôte ;
- la construction d'un centre d'étude de matériaux pour la paroi d'ITER, baptisé International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) ;
- le soutien du pays hôte à sa candidature pour le poste de directeur général.
Tous ces avantages seront obtenus sans que la contribution augmente par rapport aux autres membres non-hôtes, qui est de 10 % du coût de construction. Le Japon renonce alors implicitement à accueillir le réacteur, mais gagne sur de nombreux tableaux.
C'est finalement à Moscou, le Modèle:Date-, qu'est signée la déclaration commune de tous les membres du programme, désignant Cadarache comme le site de construction du réacteur<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Joint Declaration by the Representatives of the Parties to the ITER Negotiations, iter.org, Modèle:Date-.</ref>. Modèle:Lien, ancien ambassadeur japonais, nommé comme directeur général de l'organisation en décembre 2005, prend ses fonctions en octobre 2007, à l'occasion de l'entrée en vigueur de l'accord sur la création de l'organisation internationale ITER.
Accord final et début de la construction
Le Modèle:Date- est signé au Palais de l'Élysée l'accord final sur la construction d'ITER, par les représentants de la Chine, de la Corée du Sud, des États-Unis, de l'Inde, du Japon, de la Russie et de l'Union européenne<ref>Signature de l’accord international ITER (21 novembre 2006), Ministère de l'Europe et des Affaires étrangères.</ref>. La même journée, après la signature de l'accord, le premier conseil des gouverneurs d'ITER a eu lieu au Centre de conférences internationales à Paris.
La phase de construction débute en 2007 et doit durer dix ans. La première phase consiste à défricher la moitié des Modèle:Nobr du site, l'autre moitié restant à l'état naturel<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Durant cette phase, l'archéologie préventive met en lumière quelques découvertes comme une nécropole du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle et une fabrique de verre du Modèle:S mini- siècleModèle:Vérification siècle<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Pour acheminer les équipements nécessaires à la construction des installations, Modèle:Unité de routes et de pistes sont aménagés<ref>Fanny Costes, ITER, une ambition réaffirmée, site energiesactu.fr, consulté le 6 septembre 2013.</ref>.
Le Modèle:Date-, Vinci annonce la livraison d'une partie des premiers bâtiments<ref>https://bfmbusiness.bfmtv.com/entreprise/iter-l-incroyable-reacteur-qui-veut-produire-une-energie-inepuisable-1802467.html</ref>.
Phase d'enquête publique et autorisation
L'enquête publique relative à la création de l'installation à Cadarache, dans les Bouches-du-Rhône, est ouverte (quatre ans après le début de la construction) du Modèle:Date- au Modèle:Date- dans les communes de : Jouques, Gréoux-les-Bains, Corbières, Beaumont-de-Pertuis, Saint-Julien-le-Montagnier, Sainte-Tulle, Vinon-sur-Verdon, Ginasservis, Rians, Saint-Paul-lès-Durance, Mirabeau et Manosque. Le décret autorisant la construction de l'installation nucléaire de base ITER paraît au Journal Officiel le Modèle:Date-<ref>Décret no 2012-1248 du 9 novembre 2012 autorisant l'Organisation internationale ITER à créer une installation nucléaire de base dénommée « ITER » sur la commune de Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône), sur Légifrance.</ref>.
Phase de construction
En Modèle:Date-, la construction du futur réacteur expérimental de fusion nucléaire est achevée à 60 %. Après dix ans d'usinage complexe, les plus gros composants sont presque achevés et en 2020 commencera leur assemblage : un million d'éléments constitués de dix millions de pièces ; la phase des tests grandeur nature a démarré sur les machines d'assemblage<ref>ITER : derniers tests avant l'assemblage d'un des plus ambitieux chantiers scientifiques, Les Échos, 14 juin 2019.</ref>.
Malgré les sanctions liées à l'invasion de l'Ukraine, la Russie maintient sa participation au projet et envoie les éléments prévus en France en Modèle:Date-<ref>Modèle:Article.</ref>.
Projet
Organisation
Modèle:Section à sourcer La gestion d'ITER est réalisée par un ensemble d'instances où se réunissent les différents membres.
La principale instance est le Conseil ITER. Les membres du Conseil sont des représentants de tous les partenaires.
Ce Conseil est assisté d'un comité scientifique et technique (appelé le Modèle:Langue ou STAC) et d'un comité de gestion (appelé le Modèle:Langue ou MAC).
Bernard Bigot a été directeur général d'ITER entre 2015 et 2022. Après son décès en mai 2022, Eisuke Tada est devenu le dirigeant par intérim du projet<ref>Bernard Bigot, patron du programme Iter sur la fusion nucléaire, est mort à l'âge de 72 ans, France Info, Modèle:Date-.</ref>.
Pays membres du projet
En 2014, les pays membres du projet sont :
- la Russie ;
- la Chine ;
- la Corée du Sud ;
- les États-Unis ;
- le Japon ;
- les pays de l'Union européenne ;
- l'Inde, à hauteur de 10 %.
La Suisse, en raison de son association au programme européen de recherche, participe via Euratom au projet.
Le Brésil dépose également sa candidature pour rejoindre le projet. Ce financement supplémentaire peut devenir essentiel en cas de dépassement (fréquent dans les grands projets nucléaires) du budget alloué initialement au projetModèle:Référence nécessaire.
En 2007, le Kazakhstan fait savoir qu'il désire être membre à part entière du programme<ref>Modèle:Lien web.</ref>, ce qui peut se réaliser, sous réserve de l'accord des gouvernements des autres partenaires.
Le Royaume-Uni, quittant Euratom en 2020 dans le cadre du Brexit, va devoir trouver un nouvel accord pour continuer à participer au projet ; les contrats existants sont pour leur part maintenus<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Phase d'exploitation
La phase d'exploitation aurait dû commencer en 2025 (premier plasma)<ref>Modèle:Lien web.</ref>, mais Modèle:Citation<ref name="lesechos"/>.
L'objectif d'ITER est de pouvoir entretenir des fusions d'une durée de Modèle:Unité<ref>Modèle:Lien web.</ref>,<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Bernard Bigot présente, en Modèle:Date-, la phase d'exploitation d'ITER : après le premier plasma en 2025, les équipements de collecte de l’énergie seront installés. Cette étape majeure devrait se terminer vers 2028. Elle permettra de valider la phase de pré-fusion, c’est-à-dire de production d’énergie avec de l’hydrogène classique, du deutérium ou de l’hélium. Après cette phase, la machine sera disponible pendant dix-huit mois pour les scientifiques qui souhaiteraient mener des expériences. Dans un deuxième temps, à partir de 2030, des systèmes de chauffage complémentaires indispensables pour parvenir à un plasma de fusion, seront installés. C’est le cas du système de chauffage par injection de particules neutres qui permet d’accélérer les noyaux d’hydrogène à très grande vitesse pour augmenter le chauffage du plasma afin de le porter à la température de fusion de Modèle:Nobr de degrés, température nécessaire pour un plasma auto-entretenu. En 2032 une nouvelle campagne de travail sur la machine sera offerte aux physiciens ; en parallèle sera finalisée la construction de l’installation du cycle du combustible, qui séparera l’hélium produit au sein du plasma par la fusion de l’hydrogène et recyclera le tritium et le deutérium produits par la fusion pour les stocker temporairement et les réinjecter dans la machine. L’objectif est qu’en 2035<ref group=alpha>Soit dix ans après le premier plasma.</ref> ITER atteigne sa pleine puissance<ref name="Bigot11012019">ITER : vers une révolution énergétique, SFEN, 11 janvier 2019.</ref>.
Phase de démantèlement
Une fois la phase d'exploitation terminée, il faudra démanteler l'installation. Les sous-produits de fusion nucléaire issus d'ITER sont peu voire pas du tout radioactifs, ce qui n'est pas le cas de la chambre, qui devra être traitée comme il se doit pour respecter les normes de sécurité qui seront alors en vigueur. Des déchets vont également être indirectement produits par la dégradation de la chambre sous irradiation (rayonnements alpha échappant au confinement, neutrons). Par exemple, des atomes de carbone seront arrachés aux céramiques des parois, ce qui conduit à la production d'hydrocarbures tritiés, dans l'enceinte de confinement. La phase de désactivation devrait durer cinq ans<ref>ITER : l'avenir de la fusion nucléaire (14 novembre 2006), sur le site du Programme d'information internationale des États-Unis.</ref>, puis le démantèlement à la charge de la France devrait durer dix ans.
Après ITER
Après la phase d'exploitation et suivant les résultats obtenus (le « seuil de rentabilité » de production d'énergie dépassé ou non), un autre réacteur expérimental de puissance équivalente à un réacteur industriel pourrait être créé. Nommé Demo (pour demonstration power plant, « centrale électrique de démonstration »), il sera destiné à étudier la possibilité d'une exploitation commerciale à proprement parler. Demo devra atteindre le seuil d'« ignition » dans lequel le chauffage du plasma est réalisé par l'énergie des alphas produits sans apport d'électricité.
Bernard Bigot espère Modèle:Citation<ref name="Bigot11012019"/>.
Après Démo serait construit PROTO, un réacteur à valeur de prototype industriel<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Damian Hampshire, The roadmap to magnetic confinement fusion.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} MD Campbell, Beyond ITER Modèle:Pdf, 18 août 2008.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Michael Dittmar, Fusion Illusions, Nuclear Monitor, Issue: #698, no 5997, 27 novembre 2009.</ref>.
Par la suite, les premiers réacteurs d'application pourront être fabriqués. Les prototypes à construire sont de taille et puissance importantesModèle:Combien.
Description
ITER est le plus grand projet scientifique mondial des années 2010<ref name="Nice-matin">Iter: plongée dans les entrailles du plus gros chantier scientifique au monde, Nice-matin, 12 janvier 2020.</ref>,<ref>La France renforce son soutien à ITER, Le Figaro, 17 janvier 2013.</ref>,<ref>Bloomberg, Renewable Energy Threatens the World’s Biggest Science Project</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} ITER Fusion Reactor Tokamak Assembly Begins – World’s Largest International Scientific Collaboration, Sci Tech Daily, 2 juin 2020.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Iter, Modèle:Lien, sur Europa.</ref>. Il contiendra le plus grand réacteur à fusion nucléaire du monde lors de son achèvement en 2025. Il est intégré dans un complexe composé de trois bâtiments, sur une hauteur de Modèle:Unité et une largeur de Modèle:UnitéModèle:Sfn. Par son ampleur et son ambition, le projet a été comparé au programme Apollo<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Tokamak
ITER est un tokamak, c'est un réacteur nucléaire à fusion, destiné à générer de l'énergie à partir de combustible. Le combustible est stocké sous forme de quelques grammes de plasma dans une chambre à vide très poussé de forme toroïdale<ref>Les progrès de la fusion, iter.org, Modèle:Date-.</ref>. Ce plasma est chauffé à Modèle:Nobr de degrés pour déclencher des réactions de fusion, qui dégagent de l'énergie<ref>Qu'est-ce que la fusion, iter.org, Modèle:Date-.</ref>. Pour protéger les parois de la température, le plasma est confiné par un champ magnétique de Modèle:Unité<ref name="iter-org-magnets">Aimants, iter.org, Modèle:Date-.</ref>,<ref name=Moskowitz2021/>, généré par des Modèle:Lien maintenus à Modèle:Température<ref name=Moskowitz2021>Modèle:Article.</ref>. Les parois sont tout de même chauffées par les particules issues des réactions nucléaires et par le rayonnement thermique émis par le plasma, elles doivent donc être en permanence refroidies<ref name="iter-org-blanket">Couverture, iter.org, Modèle:Date-.</ref>.
Composants du réacteur
Chambre à vide
La chambre à vide est constituée de deux parois d'acier entre lesquelles circule de l'eau de refroidissement<ref name="iter-org-vacuumvessel">Chambre à vide, iter.org, Modèle:Date-.</ref>. Le volume de plasma qu'elle peut contenir est plus de huit fois plus important que dans les précédents tokamaks<ref name="iter-org-facts">ITER en chiffres, iter.org, Modèle:Date-.</ref>. Elle est percée de 40 trous qui permettent d'y connecter le système de chauffage du plasma, les pompes à vides, et qui permettent l'accès pour la maintenance.
Couverture de la chambre à vide
La couverture de la chambre à vide est constituée de dalles en cuivre et recouverte de béryllium<ref name="iter-org-blanket"/>. Elle a deux fonctions. La première est d'absorber les neutrons produits par les réactions de fusion et de capter leur chaleur pour la transmettre aux systèmes de refroidissement. La deuxième est la production de tritium à partir de lithium. Cette deuxième fonction ne sera utilisée que dans les dernières phases de recherche au sein d'ITER, lors desquelles seront testés différents types de dalles proposés par des équipes de recherche<ref name="conf-cea-03-2014">CEA, La fusion contrôlée par confinement magnétique, le CEA et ITER, YouTube, Modèle:Date-.</ref>. L'étude de l'auto-production de tritium par ITER est un des principaux sujets de recherche pour le passage à l'industrialisation de la fusion.
Système d'aimants
Quatre types d'électroaimants participent au contrôle du plasma et de la réaction<ref name="iter-org-magnets"/>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Key Engineering Features of the ITER-Feat Magnet System and Implications for the R&D Programme, ITER, Modèle:Date- Modèle:Pdf.</ref> :
- les bobines toroïdales ont pour rôle principal de confiner le plasma ;
- le solénoïde central induit le courant dans le plasma et contribue à son chauffage ;
- les bobines poloïdales Modèle:Lien le plasma, en conjonction avec le courant induit dans le plasma lui-même, et contribuent à l'éloigner des parois de la chambre ;
- les aimants de correction.
Ces électroaimants sont supraconducteurs, refroidis par le système cryogénique à Modèle:Unité. Les caractéristiques des aimants sont données dans le tableau ci-dessous.
| Matériau conducteur | Longueur de bobinage | Masse | Courant nominal | Champ magnétique | Énergie stockée | Coût (prévision en 2011) | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Bobines poloïdales | NbTi | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité |
| Bobines toroïdales | Nb3Sn | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité |
| Solénoïde central | Nb3Sn | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité | Modèle:Unité |
Paramètres techniques
Les principales caractéristiques d'ITER sont<ref>Modèle:Lien brisé, iter.org, Modèle:Date-.</ref> :
- puissance thermique de la fusion : Modèle:Unité ;
- puissance électrique consommée au démarrage : Modèle:Unité ;
- puissance électrique pour chauffer le plasma : Modèle:Unité consommée (produisant seulement Modèle:Unité de puissance thermique injectée);
- puissance électrique pour le fonctionnement lors de la création de plasma maximum : Modèle:Unité ;
- petit rayon du plasma : Modèle:Unité ;
- grand rayon du plasma : Modèle:Unité ;
- hauteur du plasma : Modèle:Unité ;
- volume plasma : Modèle:Unité ;
- masse plasma : variable, de l'ordre du gramme ;
- courant plasma : Modèle:Unité ;
- champ magnétique toroïdal : 5,3 T ;
- durée de maintien : de six minutes à une heure ;
- bilan énergétique : Qplasma = 10 (rapport entre l'énergie fournie par le plasma et l'énergie extérieure fournie au plasma).
Les puissances électriques mises en jeu sont importantes et supposent l'existence d'un réseau électrique robuste pour faire face aux appels de charge<ref>alimentation électrique de ITER, iter.org (consulté le 27 novembre 2019).</ref>.
Site d'implantation
Le site de Cadarache est organisé autour du bâtiment tokamak. Il comprend de nombreux bâtiments annexes destinés à la fabrication de certaines pièces, au montage du réacteur, ainsi qu'à son alimentation en électricité<ref>Bâtiment et emprise, iter.org, Modèle:Date-.</ref>.
Complexe tokamak
Ce complexe est composé du bâtiment tokamak et de plusieurs bâtiments qui lui sont accolés. Ces bâtiments contiennent les tours de refroidissement, les pompes à vide, la salle de contrôle ainsi qu'un système de maintenance robotisé qui permet de démonter ou monter à distance les éléments de la chambre de combustion, afin de limiter l'exposition des opérateurs à la radioactivité. Le tokamak est monté sur des patins anti-sismiques. Un bouclier en béton armé de trois mètres d'épaisseur bloque les radiations qu'il émet et protège les installations qui l'entourent. Cet édifice pèse Modèle:Unité et mesure Modèle:Unité de large, Modèle:Unité de long et Modèle:Unité de haut<ref>Le complexe tokamak, iter.org, Modèle:Date-.</ref>.
Bâtiment PF
Le bâtiment PF est destiné au bobinage des aimants à champ poloïdal trop grands pour être assemblés dans les pays partenaires (Modèle:Langue en anglais, abrégé en PF)<ref name="bat-PF">Les plus gros aimants assemblés sur place, iter.org, Modèle:Date-.</ref>. Il mesure Modèle:Unité de long pour Modèle:Unité de large. Sa construction est achevée en Modèle:Date- et le bobinage des aimants commence en 2013<ref name="bat-PF"/>.
Atelier cryostat
L'atelier cryostat est destiné à assembler les composants du cryostat, fabriqués en Inde<ref name="AtelierCryostat">Atelier cryostat, ITER, Modèle:Date-.</ref>. Le bâtiment est terminé en Modèle:Date- et le premier élément de cryostat devait être livré en Modèle:Date-<ref name="ItermagCold">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Keeping it cold, ITER, Modèle:Date-.</ref>.
Le cryostat est une structure en acier soudé destinée à isoler thermiquement les aimants et toute la machine<ref name="AtelierCryostat" />. En effet, les aimants sont constitués de bobines supra-conductrices refroidies à Modèle:Température. Enveloppant la chambre à vide et les aimants supraconducteurs, le cryostat est lui-même sous vide et remplit également une fonction de structure mécanique<ref name="ItermagCold" />.
Bâtiment d'assemblage
Dans le bâtiment d'assemblage sont pré-assemblés les éléments du tokamak avant leur installation<ref>Bâtiment d'assemblage, iter.org, Modèle:Date-.</ref>.
Il est situé près de la fosse sismique et du complexe tokamak. Il mesure Modèle:Unité de haut, Modèle:Unité de long, Modèle:Unité de large.
Le siège
Le bâtiment administratif contient des bureaux pour huit cents personnes ainsi que des salles de conférence, de réunion, un restaurant, une bibliothèque, un auditorium et une salle de réalité augmentée. Le siège d'ITER est situé en contrebas de la plateforme et conçu en forme d'aile. Il a été achevé en 2012, mais une extension a été finalisée en 2014 pour accroître la capacité d'accueil du bâtiment (jusqu'à 800 personnes) <ref>Le siège d'ITER, iter.org, Modèle:Date-.</ref>.
Les objectifs techniques
Deux objectifs principaux
Le premier objectif consiste à générer un plasma de fusion équivalent à Modèle:Unité de puissance thermique en consommant seulement environ Modèle:Unité de puissance électrique pendant Modèle:Unité (Modèle:Heure), dépassant ainsi le « seuil de rentabilité »<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} ITER is a showcase for the drawbacks of fusion energy.</ref>. Le record mondial est, en 2020, une puissance thermique de Modèle:Unité générée pour une puissance électrique fournie de Modèle:Unité, pendant une seconde, réalisée par le tokamak européen JET.
Le second objectif vise à maintenir les réactions de fusion dans le plasma pendant au moins Modèle:Unité (Modèle:Heure) et jusqu'à Modèle:Unité (Modèle:Unité). Dans ce cas, pour Modèle:Unité fournis, seuls Modèle:Unité seraient produits. Le record mondial de durée est, en 2020, de Modèle:Heure, réalisé par le tokamak français Tore Supra en 2003.
Autres objectifs
- Démontrer la capacité du système à régénérer le tritium au moins de façon théorique
- Démontrer la capacité du système à extraire l'hélium produit
Problématiques scientifiques et techniques
La fusion est un domaine à la fois novateur conceptuellement et techniquement. Les problèmes à résoudre sont nombreux et très complexes. Tous sont clairement identifiés depuis le début du projet et font l'objet de recherches intenses par de nombreux laboratoires de par le monde. Certains défis semblaient impossibles à relever il y a une dizaine d'années. De nos jours, même les plus grosses difficultés présentent des axes de tests et d'essai, qui sont justement le but d'un réacteur expérimental.
Problèmes majeurs
Contrôle des disruptions
Dans un fluide en écoulement turbulent et soumis à d'intenses champs magnétiques, des concentrations locales du champ magnétique peuvent créer des boucles de champs (modes de disruptions). L'exemple typique sont les protubérances solaires. Le même phénomène peut se produire dans le plasma et conduire à la projection de particules hautement énergétiques sur la paroi du réacteur, phénomène appelé une disruption. Les conséquences sont une dégradation de la paroi du réacteur, un arrêt de la réaction et une sollicitation mécanique intense des bobines et de la structure.
Plusieurs solutions sont étudiées. La première est d'augmenter le volume du plasma pour le stabiliser, d'où en partie le volume du réacteur. Les autres solutions testées dans ITER reposent sur un système de détection rapide des disruptions (opérationnel à ce jour, mais encore trop lent pour éviter que certaines décharges disruptives n'endommagent le matériel)<ref>Modèle:Lien web.</ref> pour :
- neutraliser le plasma (injection de gaz neutres) ;
- désamorcer les disruptions par modulation du chauffage micro-ondes.
Maîtrise de la radiolyse
La radiolyse de l'eau est connue depuis plus d'un siècle. Elle est un problème pour toutes les installations qui utilisent de l'eau près de sources radioactives intenses<ref name=nimbe>Modèle:Lien web.</ref>. Au vu de l'intensité des rayonnements en jeu, les risques de radiolyse sur les matériaux du réacteur sont très importants sur ITER (environ dix fois plus élevés que dans une centrale nucléaire<ref name=nimbe/>). On peut identifier deux produits particulièrement sensibles :
- la paroi du réacteur, en contact direct avec le flux ;
- l'eau de refroidissement, proche de la paroi (avec un risque de corrosion ou d'explosion des tuyaux).
Le défi est de trouver la solution optimale qui limitera les déchets radioactifs et de maîtriser les flux de particules et rayonnement au travers des différents matériaux. C'est l'un des axes notables de recherche autour d'ITER, et l'une de ses raisons d'être.
Contrôle de l'érosion de la paroi et de certains éléments insérés dans la paroi
Grâce au confinement magnétique, le plasma est très chaud dans sa partie confinée mais beaucoup moins chaud en périphérie (zone dite « plasma de bord »). La température électronique du cœur du plasma magnétisé atteint environ Modèle:Unité, alors que le bord se maintient entre Modèle:Unité. Les concepteurs du tore d'ITER y ont prévu des flux thermiques moyens de l’ordre du mégawatt par mètre carré pour les parois, mais pouvant atteindre Modèle:Unité localement ou épisodiquement sur les composants les plus sollicités des parois<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Pitts, R. A., Kukushkin, A., Loarte, A., Martin, A., Merola, M., Kessel, C. E.... & Shimada, M., Modèle:Lang, Physica Scripta, 2009(T138), 014001 (résumé).</ref>, Modèle:Citation<ref name=Fedorczac>Fedorczak, N., Gunn, J., Ghendrih, P., Ciraolo, G., Garbet, X., Tamain, P.... & Brochard, F. Étude expérimentale des propriétés 3D du transport turbulent au bord d’un plasma de tokamak. Experimental investigation of the 3D properties of turbulent transport in edge Tokamak plasmas Modèle:Pdf, Journées scientifiques Propagation et plasmas.</ref>.
Des écoulements plasmas périphériques auto-générés contrôlent en grande partie la migration des impuretés métalliques issues de l'érosion de ces parois, et il est possible que ces écoulements puissent rétroagir sur les processus de déconfinement et influencer l’établissement spontané de Modèle:Citation<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} LaBombard, B., Rice, J. E., Hubbard, A. E., Hughes, J. W., Greenwald, M., Irby, J.... & Smick, N. (2004). Transport-driven scrape-off-layer flows and the boundary conditions imposed at the magnetic separatrix in a tokamak plasma, Nuclear fusion, 44(10), 1047.</ref>, mais les fortes asymétries de flux sont encore mal comprises. ITER utilise l'hydrogène et ses isotopes, or l'hydrogène se solubilise dans de nombreux métaux et les fragilise ; le phénomène de fragilisation par l'hydrogène doit être dans ce contexte parfaitement maîtrisé et pris en compte.
En fonctionnement, et en cas d'accident avec entrée d'air, l’un des risques posés par ITER est la possible formation d’une atmosphère inflammable composée de poussières et d'hydrogène, explosive dans ce contexte. En effet, il est prévu que le plasma contenu dans la cuve à vide (VV) érodera lentement les surfaces des parois composées de tungstène, de béryllium et de graphite en générant Modèle:Citation. Si de l’eau ou de l’air pénètre dans le tore aux températures rencontrées là, la vapeur peut réagir avec les poussières et les matériaux métalliques (béryllium et tungstène essentiellement), dont les surfaces seront chaudes, et réagir en produisant de l’hydrogène (par craquage de l'eau). Une explosion serait source de charges de pression élevéesModèle:Référence souhaitée.
Avant 2016, il existait une littérature scientifique assez abondante sur le phénomène de détonation d'hydrogène<ref name=Lee2008>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} J. H. S. Lee, The Detonation Phenomenon, Cambridge University Press, 2008.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} V. I. Manzhalei, Fine structure of the leading front of a gas detonation, Combustion, Explosion, and Shock Waves 13 (3), 1977, p.402–404.</ref>,<ref>Kaneshige M & Shepherd J.E (1997) Shepherd, Detonation database, Tech. Rep. FM97-8, GALCIT.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Shepherd J.E, Chemical kinetics of hydrogen-air-diluent detonations, Progress in Astronautics and Aeronautics, 106, 1986, p.263–293.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} R. Strehlow, Transverse waves in detonations: Ii. structure and spacing in h2-o2, c2h2-o2, c2h4-o2 and ch4-o2 systems, AIAA Journal, 7, 1969, p.492–49 (résumé Modèle:Pdf).</ref> et sur la combustion de mélanges à base d'hydrogène<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} G. Ciccarelli, T. Ginsberg, J. Boccio, C. Economos, K. Sato, M. Kinoshita, Detonation cell size measurements and predictions in hydrogen-air-steam mixtures at elevated temperatures, Combustion and Flame 99 (2), 1994, 212–220.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} G. Ciccarelli, T. Ginsberg, J. Boccio, C. Finfrock, L. Gerlach, H. Tagawa, A. Malliakos, Detonation cell size measurements in high-temperature hydrogen-air-steam mixtures at the bnl high-temperature combustion facility, Nureg / cr-6391, bnl- nureg-52482, Brookhaven National Laboratory, 1997.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} S. Tieszen, M. Sherman, W. Benedick, J. Shepherd, R. Knystautas, J. Lee , Detonation cell size measurements in hydrogen- air-steam mixtures., Progress in astronautics and aeronautics, 106, 1986, Modèle:P.–219.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} D. Stamps, S. Tiesze, The influence of initial pressure and temperature on hydrogen-air-diluent detonations, Combustion and Flame, 83 (3), 1991, 353–364 (résumé).</ref>, évoquant notamment l'importance des vitesses de combustion laminaire<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} V. Kishore, R. Muchahary, A. Ray, M. Ravi, Adiabatic burning velocity of h2-o2 mixtures diluted with co2/n2/ar, International Journal of Hydrogen Energy, 34 (19), 2009, 8378–838.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} L. Qiao, Y. Gu, W. Dahm, E. Oran, G. Faeth, A study of the effects of diluents on near-limit H2 air flames in microgravity at normal and reduced pressures Modèle:Pdf, Combustion and Flame , 151 (12), 2007, p. 196–208.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} N. Lamoureux, N. Djebali-Chaumeix, C. Paillard, Laminar flame velocity for H2-air-He-CO2 mixtures using the spherical bomb method., Experimental Thermal and Fluid Science, 27, 2003, p. 385–339 (résumé).</ref>, des délais d'auto-inflammation aux échelles de pressions et de températures qui sont celles d'ITER<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} S. Reehal, D. Kalitan, T. Hair, A. Barrett, E. Petersen, Ignition delay time measurements of synthesis gas mixtures atengine pressures, Proceedings of the fifth U.S. Combustion, 2007, meeting 5, paper C2.</ref> ou encore des paramètres de détonation<ref name=Lee2008/>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} V. I. Manzhalei, Fine structure of the leading front of a gas detonation, Combustion, Explosion, and Shock Waves, 13 (3), 1977, p. 402–404.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} M. Kaneshige & J. E. Shepherd, Detonation database, Tech. Rep. FM97-8, GALCIT, 1977.</ref>, mais aucune donnée n’était disponible sur les mélanges gazo-nanoparticulaires ou particulaires tels que ceux prévus dans le tore d'ITER. Cette lacune commence à être comblée avec une étude de 2016, qui présente plusieurs modèles de réactions explosives dues à la combustion de mélanges poussière métallique-hydrogène-air dans une enceinte fermée de ce type<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Mével, R., Sabard, J., Lei, J., & Chaumeix, N., Fundamental combustion properties of oxygen enriched hydrogen/air mixtures relevant to safety analysis: Experimental and simulation study, International journal of hydrogen energy, 41(16), 2016 Modèle:Pdf, p. 6905-6916.</ref>.
Contrôle de la diversion des déchets
Comme toute réaction, la fusion fabrique des déchets. Son processus génère dans le réacteur des résidus d'érosion du tore (centaines de kilogrammes de poussière de métal) et de l'hélium (produits de la réaction). Pour cette raison, il faut faire diverger une partie du flux du plasma contenant l'hélium vers le bas du tokamak. C'est le rôle du divertor, pièce hautement sensible du réacteur<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Merola, M., Escourbiac, F., Raffray, A. R., Chappuis, P., Hirai, T., Gicquel, S.... & Team, B. I. P., Engineering challenges and development of the ITER blanket system and divertor, Fusion Engineering and Design, 96, 2015, 34-41 (résumé).</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Bykov, I., Hollmann, E., Pigarov, A., Guterl, J., Groth, M., Osborne, T., & Unterberg, E., Metal vs. graphite divertor: effects of material choice on intrinsic fueling source, APS Meeting Abstracts, 2018.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}}Pitts, R. A., Bonnin, X., Escourbiac, F., Hirai, T., Gunn, J. P., Kukushkin, A. S.... & De Temmerman, G., Physics basis for the ITER tungsten divertor, Presentation, 23rd International Conference on Plasma Surface Interactions, Princeton, USA, 2018 (résumé Modèle:Pdf).</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Hirai, T., Panayotis, S., Barabash, V., Amzallag, C., Escourbiac, F., Durocher, A.... & Wirtz, M., Use of tungsten material for the ITER divertor. Nuclear Materials and Energy, 9, 2016, 616-622.</ref>. Des divertors fonctionnent dans d'autres tokamaks depuis des décennies. Le divertor d'ITER a une géométrie et une technologie de base arrêtée depuis longtemps. En revanche, la maîtrise fine du flux et des matériaux de la paroi conditionneront la rentabilité industrielle du système, d'où l'importance de la recherche qui sera menée autour de cet élément.
Problèmes secondaires
Isolation thermique
L'isolation thermique du plasma était un grand défi, car le plasma chauffé à de telles températures rayonne beaucoup, ce qui correspond à une perte d'énergie, comme un morceau de fer chauffé à blanc (rayonnement notamment en infrarouge, cause essentielle de son refroidissement). De plus, il est très peu dense, donc se refroidit très vite. Dans des petits tokamaks, on atteint rapidement des températures où le plasma perd quasi instantanément toute l'énergie qu'il reçoit, ce qui représente une limite de température. Cette limite est trop basse pour pouvoir déclencher les réactions de fusion.
La solution consiste à construire un réacteur plus gros, qui permette d'augmenter le volume du plasma et donc de limiter son rayonnement : une plus grande proportion de rayonnement sera dirigé et re-capté par une autre région du plasma, limitant grandement les pertes thermiques. C'est une des raisons essentielles de la taille et de l'envergure du projet ITER.
Approvisionnement en deutérium
Le deutérium constitue 0,015 % des atomes d'hydrogène et peut être extrait de l'eau de mer (≈Modèle:Unité) pour un coût d'environ Modèle:Unité (estimation de 2001)<ref>Georges Vendryes, Les ressources énergétiques de la fission et de la fusion nucléaires, sur ecolo.org, septembre 2001.</ref>.
Techniquement, il n'y a pas de défi technologique, et ce problème ne concernerait que les centrales de production industrielles (et pas un réacteur expérimental tel qu'ITER).
Approvisionnement en tritium à partir du lithium
Modèle:Section à sourcer Modèle:Article connexe
Généralités
La période ou demi-vie du tritium (Modèle:Nobr) est trop courte pour le trouver naturellement autrement qu'à l'état de traces infimes. La conservation du tritium sur de longues durées suppose des extractions périodiques de l'Modèle:Lnobr produit par radioactivité bêta ; environ 5,47 % du tritium est ainsi perdu chaque année. On ne sait en fabriquer qu'en faible quantité, notamment dans les réacteurs à eau lourde, et à un coût de trois mille dollars par gramme en 2004. La charge de tritium d'ITER représente donc une masse importante en comparaison des stocks détenus par les principaux producteurs, l'Inde ou le Canada<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
L'inventaire total en tritium sur ITER pendant son exploitation en phase nucléaire sera de l'ordre de Modèle:Unité<ref>Modèle:Lien web.</ref>, ce qui nécessitera une prise en charge spécifique pour éviter tout impact biologique et écologique du tritium.
La solution proposée, le confinement du tritium (en faibles volumes et pour de faibles durées), ne pose pas de problème majeur mais une vigilance particulière est inhérente à la manipulation d'un gaz radioactif qui peut contaminer l'air et l'eau (eau tritiée). En revanche, la génération in situ de ce tritium est un enjeu important : l'utilisation de lithium dans des cellules génératrices de tritium installées dans la paroi du réacteur permettrait de générer automatiquement le tritium nécessaire (par désintégration du lithium sous le bombardement de particules issues du plasma). C'est le concept de paroi tritigène.
Génération de tritium
Un des enjeux d'ITER est que le réacteur produise le tritium dont il a besoin, matière première de la fusion. Ce tritium est produit à partir d'une source dite tritigène, le lithium :
- la réaction de fusion du deutérium et du tritium libère un unique neutron<ref group=alpha>En comparaison, la fission, de l'uranium 235 produit 2,4 neutrons en moyenne, celle du plutonium 239 en produit 2,9.</ref> de forte énergie (14,1 MeV), dans tous les cas, accompagné d'une particule alpha (chargée électriquement donc restant dans le tokamak) de Modèle:Unité (total libéré par la fusion nucléaire deutérium tritium = Modèle:Unité) ;
- la formation d'un atome de tritium à partir d'un atome de lithium demande un neutron ; lorsqu'il capture un neutron, le noyau de Modèle:Lnobr se désintègre en une particule α et un noyau de tritium. La réaction étant exothermique la cellule tritigène doit être refroidie, avec des précautions le cas échéant, car le lithium explose au contact de l'eau, et l'eau ne doit pas être craquée en hydrogène et oxygène par la radioactivité ambiante ou liée aux disruptions. Une autre réaction (endothermique, à seuil de Modèle:Unité) est envisageable avec le Modèle:Nobr, mais son rendement est moindre.
Idéalement, le neutron formé par la réaction deutérium–tritium réagit avec un noyau de lithium, générant ainsi le noyau de tritium perdu. Cependant, en pratique ces neutrons sont perdus en grande proportion, du fait du procédé. Le neutron, ne possédant pas de charge, est insensible au confinement, et finalement le flux de neutrons est presque isotrope, c'est-à-dire dispersé. En outre, il est à sa naissance très rapide (Modèle:Unité), donc très pénétrant, et sort rapidement du plasma pour aller causer de graves dommages à la structure, qui devient aussi radioactive, dans ce cas par activation neutronique.
Bilan neutronique
Pour régénérer le tritium dépensé, il faut donc multiplier les neutrons de fuite pour compenser ceux absorbés par la structure. Ceci est possible via la réaction d'un neutron sur un noyau de plomb, qui libère deux neutrons. Le mélange plomb/lithium est ainsi envisagé pour les couvertures du tokamak en remplacement du carbone, qui ne résistait pas à la disruption et à l'érosion par le plasma<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Extraction de l'hélium
Lors de la fusion, les noyaux d'hélium produits (chargés électriquement) restent dans le tokamak et étouffent progressivement la réaction deutérium tritium. Il faut donc extraire l'hélium produit du mélange deutérium tritium de façon continue ou plus probablement périodiquement, de façon pulsée ; on parle du « pompage » de l'hélium. Dans la perspective d'un fonctionnement continu, il est nécessaire que cette opération soit faisable assez rapidement, sauf à devoir maintenir un stock important de deutérium tritium.
Fragilisation des matériaux par les neutrons rapides
Le prix Nobel de physique japonais Masatoshi Koshiba exprime des réserves au vu des problèmes posés par les neutrons rapides : Modèle:Citation bloc
Pierre-Gilles de Gennes craint également que les bobines supraconductrices ne résistent pas au flux de neutrons : Modèle:Citation En l'état actuel de conception, il est prévu que la paroi et l'eau de refroidissement limiteront grandement les flux de particules énergétiques et que les matériaux les plus sensibles seront régulièrement remplacésModèle:Référence nécessaire.
Modèle:Lien et ses collaborateurs ont publié une méthode qui permettrait de supporter le flux des neutrons<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} R. Majeski Modèle:Et al., Recent liquid lithium limiter experiments in CDX-U, Nucl. Fusion, 45, 2005, 519-523.</ref>. Cette méthode consiste en une première barrière de lithium liquide avec pour but de protéger la seconde barrière qui, elle, est solide. Cette méthode aurait été expérimentée avec succès sur le réacteur d'essai Current Drive Experiment-Upgrade (CDX-U) du laboratoire PPPL de l'université de Princeton. Les performances du réacteur auraient également été améliorées, la tension pour maintenir le courant dans le plasma ayant été divisée par quatre<ref>Une barrière de lithium liquide pour les futurs réacteurs à fusion, Futura.</ref>,<ref>Modèle:Article.</ref>.
Critiques
Des physiciens, bien que favorables à l'énergie nucléaire, estiment qu'il est prématuré de construire ITER alors que des Modèle:Citation n'ont pas été levés :
- Sébastien Balibar, physicien de l'École normale supérieure, indiquait en 2005 : Modèle:Citation ;
- Pierre-Gilles de Gennes, prix Nobel de physique 1991, indiquait en 2006 : Modèle:Citation. Bien qu'ancien ingénieur du CEA, il a formulé de nombreuses réticences vis-à-vis du réacteur expérimental ITER et des multiples difficultés du projet comme l'instabilité des plasmas, les fuites thermiques et la fragilité des métaux supraconducteurs.
Critiques de militants antinucléaires :
- Frédéric Marillier, ingénieur en génie de l’environnement<ref>[2].</ref> chez Greenpeace et directeur d'Enercoop<ref>[3].</ref>, dénonçait le projet en 2005 dans L'Humanité, affirmant que Modèle:Citation ;
- les militants antinucléaires dénoncent en 2006 un projet incertain, dangereux et très coûteux<ref>Modèle:Lien web.</ref> ;
- Stéphane Lhomme, militant associatif antinucléaire, soutient en 2005, en tant que porte parole de Greenpeace, que l'on ne parviendra jamais à produire de l'énergie de façon industrielle avec la fusion nucléaire<ref>Il faut arrêter la course-poursuite entre surproduction et surconsommation : interview de Stéphane Lhomme, porte-parole du Réseau Sortir du nucléaire, L'Internaute, juillet 2005.</ref>. Le projet de recherche ITER serait donc selon lui un moyen de financer indirectement l'industrie nucléaire ;
Rendement énergétique
Le journaliste américain Steven B. Krivit, spécialisé dans la fusion froide, estime qu'ITER consomme Modèle:Unité d'électricité, et non Modèle:Unité comme l'affirment les responsables d'ITER, pour produire Modèle:Unité d'énergie thermique, qui peuvent alors hypothétiquement être convertis en Modèle:Unité d'énergie électrique. Autrement dit, ITER ne pourrait produire aucune énergie électrique nette. L'enquête de Steven B. Krivit remonte à 1997 et l'installation JET, dont le coefficient Q=0,63 (record du monde de 1997) serait erroné. Selon lui, ces chiffres auraient été truqués pour induire les décideurs en erreur et obtenir le financement du projet<ref>Steven B. Krivit, Th.P. (traducteur), Mes Échanges Avec le Directeur Scientifique du Projet ITER, sur newenergytimes.net, 22 novembre 2020.</ref>.
Un article de Reporterre cite les analyses de Steven B. Krivit concluant à une incapacité de l'installation de recherche à produire un excédent d'énergie, l'énergie produite compensant à peine l'énergie nécessaire à son fonctionnement global. En effet, les chiffres mis en avant pour décrire la fusion nucléaire comme source d'énergie (Modèle:Unité d'énergie initiale donnent Modèle:Unité d'énergie finale) reposent sur le bilan énergétique des particules impliquées dans la fusion, qui ne prend pas en compte toute l'énergie nécessaire pour créer et maintenir les conditions permettant la fusion : refroidissement des aimants, confinement électromagnétique du plasma<ref>Modèle:Lien web.</ref>... Cette confusion entre rendement théorique et rendement réel aurait été soigneusement entretenue pour faire financer le projet ITER.
Un rapport de la Commission nationale du débat public française fournit en 2006 une estimation précise de coût énergétique de l'installation : Modèle:Citation et Modèle:Citation, alors que le même rapport indique que le but de l'ITER est de démontrer qu'Modèle:Citation. Une part importante de la consommation électrique est destinée au système de refroidissement qui évacuera la puissance thermique générée par le fonctionnement d’ITER : Modèle:Citation<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>.
Critiques liées au projet
- La présence de plusieurs kilogrammes de tritium, matière nécessaire à la confection des bombes thermonucléaires (bombes H). Bien que la technologie des bombes H soit très complexe et totalement différente de celle d'ITER, la production de tritium ferait courir un risque de prolifération nucléaire<ref name="prolif">{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Étude des risques de prolifération liés au développement de la fusion civile : ITER: The International Thermonuclear Experimental Reactor and the Nuclear Weapons Proliferation Implications of Thermonuclear Fusion Energy Systems ArXiv.org (André Gsponer, Jean Pierre Hurni), janvier 2004.</ref>.
- Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène de période courte. Le risque est lié à la possibilité de rejets accidentels non contrôlés, dans l’environnement.
- G. A. Wurden, physicien au National Nuclear Security Administration (États-Unis) est très critique quant à la durée de vie d'ITER principalement à cause des disruptions mettant en jeu d'énormes quantités d'énergie<ref>Modèle:Ouvrage.</ref>. Le physicien Cédric Reux, dans sa thèse de doctorat, conclut, au sujet des disruptions, que Modèle:Citation<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
- Si l'on n'apprend pas à empêcher les disruptions, la détérioration rapide de la chambre de confinement (notamment évoquée ci-dessus par le professeur Masatoshi Koshiba) imposerait des remplacements réguliers (coûteux et nécessitant d'interrompre le fonctionnement) et produirait une quantité importante de déchets radioactifs. Cependant, même si la maîtrise de ces événements violents n'est pas obtenue, une autre configuration que le tokamak, le stellarator permet d'éliminer ce problème. Cette configuration n'a pas été retenue pour ITER car elle n'était pas aussi avancée que la filière Tokamak à l'époque du choix de la conception du projet.
- Investissement considérable, aux dépens d'autres axes de recherche (notamment sur les réacteurs à fission surgénérateur selon Georges Charpak<ref>Modèle:Lien web.</ref>, ou pour la maîtrise de l'énergie ou les énergies renouvelables selon certaines associations de scientifiques ou écologistes dont le Groupement de scientifiques pour l'information sur l'énergie nucléaire (GSIEN) et Modèle:Lang. Selon Marc Denis, docteur en physique atomique, Modèle:Citation<ref>Modèle:Lien web.</ref>). Georges Charpak et deux autres chercheurs, Jacques Treiner et Sébastien Balibar, prônent l'arrêt du projet de réacteur ITER et estiment que, après la révision à la hausse des coûts du projet, la dépense pour la France représente plus que l'ensemble des crédits dont disposent tous ses laboratoires de physique et de biologie pendant vingt ans<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
- Modèle:Pourquoi.
Critique de la faisabilité
D'après des physiciens, dont Sébastien Balibar, Yves Pomeau et Jacques Treiner, la mise en œuvre d'un réacteur à fusion à l'échelle industrielle suppose de résoudre préalablement plusieurs problèmes<ref>La France et l'énergie des étoiles, Le Monde, Modèle:Date-.</ref> :
- maîtrise des réactions de fusion, particulièrement d'une réaction auto-entretenue ;
- maitrise et gestion d'une production massive de tritium ;
- invention d'un matériau résistant aux flux de neutrons (produits par la fusion) pour les enceintes de confinement<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} G. Cambi, D.G. Cepraga, M. Frisoni, F. Carloni, Modèle:Lang, 330-333, 1999.</ref>,<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} D. S. Gelles, Modèle:Lang. Modèle:Lang. 283-287:838-840.2000.</ref> ;
- maîtrise de l'inhibition de la radiolyse de l'eau par addition d'hydrogène, car cette inhibition est très sensible à la concentration de l'hydrogène, à la température de l'eau, à la nature du rayonnement et à la présence éventuelle d'impuretés chimiques, par exemple issue de la corrosion qui peut être exacerbée par la radiolyse (formation d'oxygène et d'eau oxygénée augmentant la corrosion<ref name="Hickel97" />) ou certains dysfonctionnements du réacteur (Modèle:Citation<ref name="Hickel97">B. Hickel, La radiolyse de l'eau, Phases Magazine ; CEA/DSM, La lettre du DRECAM et du SPht Modèle:Numéro avec majuscule décembre 1997 Modèle:Numéro avec majuscule.</ref>). L'acide borique est classiquement utilisé, mais au-delà d'une certaine concentration (seuil variant selon divers paramètres dont la température, la pression…), la décomposition de l'eau est brutalement accentuée, Modèle:Citation ;
- maîtrise des conséquences des disruptions en situation de très fortes température, pression et rayonnement.
Le tokamak ITER ne s'attaque explicitement qu'au premier de ces problèmes, même si l'installation Modèle:Lang a été incluse dans le projet pour l'étude de la résistance des matériaux aux neutrons de Modèle:Unité.
Non-conformités
Le Modèle:Date-, l'Autorité de sûreté nucléaire (ASN) a jugé que la gestion des non-conformités n'était pas satisfaisante lors de l'inspection des patins parasismiques.
En 2012, des fissures microscopiques ont été détectées sur les murs de soutènement. Une inspection de l'ASN a permis de montrer que l'organisation interne dans le suivi de ces non-conformités avait été à nouveau défaillante<ref>Fissures dans le béton d'ITER : l'ASN exige des explications, La Provence, Modèle:Date-.</ref>. Ces non-conformités dans le béton restent cependant inévitables dans un projet de cette envergure qui n'est pas un projet industriel, mais qui relève de la rechercheModèle:Référence souhaitée.
Dépassement de budget
Le coût d'ITER est passé de 5 à Modèle:Nobr d'euros, auxquels s'ajoutent Modèle:Nobr d'euros de coût d'exploitation sur Modèle:Nobr<ref name="EchosCoût">Modèle:Lien web.</ref>,<ref name="budget">Le budget d’ITER, sur itercad.org.</ref>, soit près de quatre fois les estimations de 2006, ce qui pose des problèmes de financement au niveau européen<ref>Le financement d'ITER menace l'innovation et la recherche européennes, EurActiv, Modèle:Date-.</ref>. La France a déjà investi Modèle:Nobr d'euros et la commission européenne Modèle:Nobr<ref>« Nucléaire : le siège d'ITER à Cadarache inauguré demain jeudi sous haute tension », Les Échos, Modèle:Date-.</ref>. Au coût direct pris en charge par la France, on peut associer une partie du coût de construction du réacteur Jules Horowitz. En effet, un des intérêts techniques de ce dernier projet est de tester les enceintes soumises au bombardement du spectre neutronique intense, qui est un point clef à résoudre pour la viabilité du projet Iter<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lang, Modèle:Lang, no 38, Iter, Modèle:Date-.</ref>.
À titre de comparaison, le marché mondial de l'énergie représente un volume annuel d'environ Modèle:Unité d'euros<ref name="budget" />. Le coût du projet ITER pèse pour 15 % de l'ensemble du budget consacré à la recherche nucléaire ; notamment, la contribution de la France au projet, prévu pour Modèle:Nobr, est inférieure à celle dévolue au CERN et à son accélérateur de particules.
Impact sur l'environnement
Rejets radioactifs
Selon les concepteurs d'ITER, un accident aurait des conséquences considérablement moins importantes que dans le cas d'un réacteur à fission. En effet, les réacteurs de fusion nucléaire ne produisent pas de déchet de haute activité à vie longue (cf. ci-dessous, « Déchets radioactifs »).
Les risques d'accidents nucléaires ne sont pas comparables, car il n'y a pas de risque d'explosion nucléaire : la quantité de combustible présente dans le réacteur ne permet d'alimenter la combustion que pendant quelques secondes ; comme les conditions très spécifiques de la réaction de fusion sont difficiles à obtenir et à maintenir, toute perturbation entraînera un refroidissement quasi instantané du plasma et un arrêt de la réaction ; le processus de fusion ne présente donc aucun risque en soi et il n'existe aucun danger d'emballement de la réaction conduisant à une explosion.
Contrairement aux réacteurs à fission, où tout le combustible nucléaire est placé dans le cœur du réacteur dès le début (une centaine de tonnes d'uranium et/ou de plutonium pour un REP<ref>Assemblages REP, sur le site la radioactivite.com.</ref>), un réacteur à fusion est alimenté au fur et à mesure en combustible (quelques grammes). La réaction nucléaire peut être arrêtée immédiatement : il suffit d'arrêter d'injecter du combustible dans l'enceinte sous vide<ref>Les combustibles de la réaction de fusion, sur iter.org.</ref>.
Il n'existe pas non plus de risque de contamination à grande échelle : la conception d'ITER est telle que, même en cas de brèche accidentelle dans le tokamak, les niveaux de radioactivité à l'extérieur de l'enceinte seraient encore très faibles ; pendant l'exploitation normale, l'impact radiologique d'ITER sur les populations les plus exposées sera mille fois inférieur au rayonnement ionisant naturel, et dans les scénarios les plus pessimistes, comme un incendie dans l'installation de traitement du tritium, aucune évacuation des populations avoisinantes ou autre contre-mesure ne serait nécessaire<ref>La sûreté d'ITER, sur iter.org.</ref>. La Commission européenne estime qu'en cas d'accident les rejets d'effluents radioactifs, sous quelque forme que ce soit, ne seront jamais susceptibles d'entraîner, même en cas d'accident nucléaire, une contamination radioactive à l'extérieur des frontières françaises<ref>Avis de la Commission du 11 juin 2012 concernant le projet de rejet d'effluents radioactifs provenant de l'ITER conformément à l'Modèle:Nobr du traité Euratom, Texte du 11/06/2012, paru au Journal Officiel des Communautés européennes le 12 juin 2012 Modèle:Pdf, sur EUR-Lex.</ref>.
Déchets radioactifs
La quantité, l'activité et la durée de vie des déchets nucléaires seront nettement plus faibles. Il n'y a pas production de déchets radioactifs à haute activité ou à durée de vie longue. Le produit de la fusion est de l'hélium, un gaz non radioactif. Seuls les matériaux soumis à l'impact des neutrons de la réaction vont devenir radioactifs, mais la demi-vie de la plupart des radioéléments présents dans ces déchets ne dépasse pas la dizaine d'années, si bien que leur radioactivité aura diminué fortement au bout de cent ans, rendant ainsi possible le recyclage des matériaux<ref name="Environnement-PdV-Iter-Organisation">Modèle:Lien web</ref>,<ref>La fusion nucléaire, une promesse énergisante, Le Parisien, 5 février 2019.</ref>. Par comparaison, les centrales à fission produisent des déchets dont la durée de vie va jusqu’à des centaines de milliers d'années.
Comparaison avec une bombe à fusion
Modèle:... La réaction thermonucléaire étant également en œuvre dans une bombe à hydrogène, la question pourrait se poser du risque d'explosion d'un tel réacteur. Il n'y a toutefois pas de rapport entre une bombe H et un tokamak. Dans la première, on réalise une explosion en comprimant le mélange de tritium et de deutérium jusqu'à une densité supérieure à celle de l'état solide<ref>La Fusion par confinement inertiel, Laser Mégajoule.</ref> ; dans un réacteur à fusion, la densité du mélange deutérium-tritium est dix millions de fois plus petite que celle de l'air ambiant<ref>Fusion thermonucléaire : deux difficultés en moins pour le projet ITER, Futura.</ref>.
Risques de prolifération et application militaire
La recherche sur la fusion par confinement magnétique, dont ITER est une étape importante, n'a pas d'applications militaires (contrairement à la recherche sur la fusion inertielle, telle que menée sur le laser mégajoule à Bordeaux). Un pays qui maîtriserait une technologie de type ITER ne serait pas plus avancé si son objectif est d'obtenir une bombe H.
Impact local sur la biodiversité
Modèle:Article détaillé La forêt centenaire de Cadarache, qui s’étendait sur mille deux cents hectares avant le début des travaux, est maintenant réduite à huit cents hectaresModèle:Référence nécessaire. La surface totale défrichée pour l’installation proprement dite des infrastructures d'ITER s’élève à une centaine d’hectares<ref>Modèle:Chapitre.</ref>.
Afin de limiter et réduire, autant que possible, les impacts sur la biodiversité locale, ITER a pris des mesures compensatoires en application du Code de l'environnement<ref>ITER Les mesures compensatoires environnementales, commission locale d’information de Cadarache (consulté le 30 mars 2022).</ref>.
Autres projets
- Modèle:Passage à actualiser
- Le projet d'utilisation de Z machine des laboratoires Sandia, filiale de la compagnie américaine de défense Lockheed & Martin, repose sur la production d'onde de choc à rayons X par constriction du plasma. Cela requiert un très fort courant électrique (Modèle:Unité circulant dans des fils électriques)<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Modèle:Lien.</ref>,<ref>Le réacteur de fusion annoncé par Lockheed Martin : faut-il y croire ?, Sciences et avenir, 21 octobre 2014.</ref>. L'objectif est de construire des réacteurs à fusion nucléaire de taille réduite et comparable à celle des réacteurs à fission des sous-marins à propulsion nucléaire<ref>{{#invoke:Langue|indicationDeLangue}} Lockheed says makes breakthrough on fusion energy project, Yahoo! News, 15 octobre 2014.</ref>.
- Stellarator, dispositif analogue au tokamak à la différence qu'il n'utilise pas de courant toroïdal circulant à l'intérieur du plasma pour le confiner.
Notes et références
Notes
Références
Voir aussi
Bibliographie
Articles connexes
- Fusion nucléaire
- Liste des réacteurs à fusion nucléaire
- Autres projets : Hiper, Z machine
Liens externes
- Modèle:Site officiel
- Modèle:Autorité
- Modèle:Dictionnaires
- Modèle:Bases
- «Voyage au centre d'ITER», La Méthode scientifique, France Culture, 2 septembre 2020.
- «ITER Mythes et Réalités d'un projet nucléaire 1/5» Commentaire du projet ITER par Jean-Pierre Petit Modèle:Video
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