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La Suisse très active dans la recherche sur la fusion nucléaire

          Le Centre de recherche en physique des plasmas plasmas (CRPP) a été en 1961 et le Tokamak à configuration variable (TCV) créé en 1962 font de la Suisse un acteur essentiel de la recherche sur la fusion nucléaire.  Enviscope résume dans l’article ci-dessous le dossier remarquable produit par l’Ecole de Lausanne.

L’EPFL n’a pas attendu les crises climatiques et énergétiques pour s’engager dans la recherche d’une source d’énergie propre, sûre et potentiellement inépuisable.  Le Centre de recherche en physique des plasmas plasmas (CRPP) a été créé en 1961 et le Tokamak à configuration variable (TCV)  mis en service dès 1962.  l’Ecole  est devenue un acteur majeur de la recherche en fusion nucléaire,  réaction qui  a lieu au cœur des étoiles, du Soleil  qui nous envoie une énergie plus qu’abondante depuis des milliards d’années et pour longtemps encore.

        La chaleur intense et la pression au cœur des étoiles entrainent la fusion des atomes, notamment des paires d’atomes d’hydrogène. Dans ce plasma brûlant, lorsque deux noyaux légers comme ceux de l’hydrogène fusionnent pour former un noyau plus lourd, ils perdent un peu de masse, une masse convertie en énergie selon la formule d’Einstein, E=mc2 . Ces réactions sont à l’origine des énormes quantités d’énergie libérées dans l’univers.
        Les scientifiques sont déjà capables de créer des réactions de fusion sur Terre. Le défi  :  les maintenir sur la durée et  récupérer l’énergie ainsi générée pour produire ( par des turbines) davantage d’électricité qu’il n’en a fallu pour chauffer le plasma.

Plus de 100 millions de degrés

       A l’EPFL, une chambre à confinement toroïdal, un tokamak, permet de porter à plus de 100 millions de degrés un gaz de deutérium – un isotope de l’hydrogène. A ces températures, les électrons sont séparés de leurs atomes  et des collisions très énergétiques se produisent entre noyaux.

     Le Swiss Plasma Center , environ 200 personnes dispose de son propre tokamak le TCV (tokamak  à configuration variable), reconnu comme l’une des plates-formes de recherche en fusion les plus importantes d’Europe. Nous avons construit tout cela avant l’existence d’internet, et le cœur de la machine est toujours le même aujourd’hui”, se réjouit Basil Duval, responsable des systèmes de mesure du TCV . Des centaines de publications ont enrichi la connaissance des plasmas. “Pour un pays de la taille de la Suisse, disposer d’une expérience de ce calibre, c’est tout à fait exceptionnel !” En parallèle, le Swiss Plasma Center a lancé le premier Mooc public dédié à la fusion, qui a déjà été suivi par 45’000 personnes.

      Le Swiss Plasma Center accueille en ce moment les représentants du consortium EUROfusion, en charge de plusieurs initiatives dont la mise au point des fondements théoriques, testés au TCV de l’EPFL, qui donneront toutes ses chances au méga-réacteur ITER en construction dans le Sud de la France. Ambrogio Fasoli, directeur du Swiss Plasma Center, président d’EUROfusion et vient d’en être nommé directeur de programme. « Nous avons alimenté les connaissances sur le comportement des plasmas depuis 30 ans et comptons bien continuer dans cette même voie. De nombreuses améliorations apportées à la machine nous fourniront de précieuses données qui alimenteront l’élaboration d’ITER, de DEMO et de tous les réacteurs du futur – afin de faire de la fusion nucléaire une réalité dans les prochaines décennies »  . 

    

     Le TCV sert principalement à étudier l’effet de la forme du plasma sur ses caractéristiques (température, qualité du confinement) ainsi qu’à investiguer de nouvelles formes de plasma. Il permet d’étudier la configuration du  dispositif permettant de contrôler l’échappement de l’énergie du cœur du plasma, l’un des défis à résoudre pour que les plasmas puissent être maintenus, sans endommager le réacteur, pendant de longues durées.
   Le TCV est composé d’une chambre à vide en forme de tore à l’intérieur de laquelle on injecte le gaz qui va devenir plasma. Les champs magnétiques créés par de grandes bobines permettent de guider les particules pour éviter qu’elles ne touchent la paroi. En outre, une colonne centrale composée de bobines, génère un courant électrique dans le plasma, assurant la stabilité de ce dernier, tandis qu’un autre champ magnétique permet de lui conférer une forme spécifique.

   Dans les usines à fusion du futur, la chaleur des réactions de fusion alimentera des turbines, comme dans les centrales actuelles à fission, afin de produire de grandes quantités d’une électricité durable et sans émissions de gaz à effet de serre ni de déchets radioactifs à longue durée de vie.  Marginale pendant plusieurs années,  la fusion reprend du galon. Outre les institutions de recherche soutenues par des Etats, des dizaines de start-up  lancées dans la course ont rassemblé ces dernières années 6 milliards de dollars pour assembler leurs prototypes.

    Du côté de l’EPFL – et de l’Union européenne, rassemblée avec d’autres partenaires internationaux autour du mégaprojet ITER –, c’est sur les installations de grande taille fonctionnant sur le principe du confinement magnétique que l’on mise en priorité.

Pas de déchets à long terme

     Les réactions de fusion nucléaire ne font intervenir que deux isotopes d’hydrogène, le deutérium et le tritium, ce dernier n’étant que faiblement et brièvement radioactif. La réaction  tend à rendre radioactifs certains composants des tokamaks, mais seulement de façon temporaire : la  demi-vie de ces composants est relativement courte, de l’ordre de 10 à 20 ans, contre des centaines de millions d’années pour l’uranium.

     Sur le plan de la sécurité, le fonctionnement n’entraine aucun risque d’emballement des réactions de fusion, alors que dans un réacteur nucléaire ” standard”, la réaction est ” en chaine” entretenue constamment, son ralentissement ou son arrêt étant réalisés par la descente de barres qui arrêtent les collisions entre barres de combustible.  Dans un tokamak, les réactions s’arrêtent immédiatement lorsque l’apport de combustible est fermé

     Enfin, la fusion a comme atout la grande disponibilité et le faible coût des matières premières Le deutérium est bon marché, abondant dans l’eau de mer. Le tritium peut être fabriqué à partir d’une faible quantité de lithium. L’énergie contenue dans le combustible destiné à la fusion permet, à masse égale, de générer 4 millions de fois plus d’énergie que le charbon ou le pétrole

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