Le soleil artificiel chinois prend la tête de la course à la fusion nucléaire

07/05/2021 à 08:00 CEST

Le 2 juin, l’Institut de physique des plasmas de l’Académie chinoise des sciences (ASIPP) a annoncé que son installation EAST avait atteint un double record dans le développement de la technologie des réacteurs de puissance à fusion.

L’État et la presse chinois n’ont pas tardé à nommer ce « Soleil artificiel chinois ». Un bon coup de pub.

Une telle chose peut ne pas convenir aux Japonais (leurs voisins et donc antagonistes), qui portent le Soleil comme symbole sur leurs deux drapeaux nationaux. Un souvenir historique de votre grand passé impérial. L’étoffe même des mythes nationaux. Toujours construit avec plus de passé que de futur et de présent. Malheureusement.

Mais, en fin de compte, ce nom est approprié : c’est pour imiter le Soleil ce que nous voulons avec les réacteurs à fusion.

Et une telle entreprise est devenue une course mondiale, ‘The Fusion Race’. Pour lesquels la Chine dispose de trois magnifiques installations expérimentales : les réacteurs tokamak HL-2A, J-TEXT (les plus modernes et les plus avancés) et l’EST qui nous intéresse ici (acronyme de « Experimental Advanced Superconducting Tokamak & rdquor;), en fonctionnement depuis 2006.

Il est clair que ces installations, comme toutes les nombreuses autres qui existent aujourd’hui dans différents pays, sont installations expérimentales. Autrement dit, son objectif n’est pas de produire de l’énergie, mais de produire les connaissances scientifiques et technologiques nécessaires au développement des centrales à fusion (réacteurs à fusion).

Nous ne sommes donc que sur la route. Maintenant & mldr; Nous sommes sur la bonne voie, comme en témoignent ces récents records chinois !

Quels sont précisément ces deux enregistrements ? :

D’une part, dans l’une de leurs expériences, ils ont réussi à maintenir le plasma d’hydrogène (le combustible d’un réacteur à fusion) à une température de 120 millions de degrés centigrades. pendant le temps record de 101 secondes.

Et, en plus, dans une autre de leurs expériences, ils ont réussi à maintenir ledit plasma pendant une durée de 20 secondes à la température record de 160 millions de degrés Celsius.

Ils n’ont pas encore atteint le grand objectif final : l’« allumage » (allumage) de la réaction de fusion nucléaire et son autonomie ultérieure (sous la forme d’une réaction en chaîne). Mais ce qu’ils ont réalisé est un grand objectif de vol vers cette fin.

Voyons pourquoi il en est ainsi et la pertinence de ce qui est prévu.

La physique de la fusion

La fusion est la réaction nucléaire qui transforme les étoiles en ce qu’elles sont : de généreux donneurs spatiaux d’énergie sous la forme, fondamentalement, de rayonnement électromagnétique (lumière, visible ou non).

Pour se faire une idée, c’est une infime partie de cette énergie qui, dans le cas de notre Soleil, a suffi à faire naître la vie sur Terre (presque entièrement dépendante d’elle), en même temps qu’elle entretient notre système climatique. que, de notre côté, nous nous efforçons tant de déséquilibrer.

(Et en passant, aussi peu que 500 parties sur un million de millions (!)).

Car il s’avère qu’une étoile n’est rien de plus qu’une gigantesque masse de gaz d’atomes légers dans le noyau desquels, en raison de l’intense attraction gravitationnelle, le des pressions et des températures très élevées nécessaires pour rapprocher suffisamment ces noyaux légers pour que la «force forte» entre en jeu (le type d’interaction qui maintient ensemble les protons et les neutrons dans le noyau des atomes), les faisant fusionner et donnant ainsi naissance à des noyaux atomiques de plus en plus lourds.

Ces noyaux légers sont, pour la plupart, des atomes d’hydrogène. L’élément primordial à partir duquel tous les autres ont été créés : de l’hélium au fer par ce processus (celui de la vie normale des étoiles, en tant que « fours de fusion ») et des atomes plus lourds que le fer par des événements hyperénergétiques éventuels et fugaces, tels que explosions de supernova. (Telle est l’origine, par exemple, de l’uranium que nous avons sur Terre).

Lors du processus de fusion des noyaux légers, une grande quantité d’énergie est libérée. De cela, une partie sert à auto-entretenir la réaction (sous la forme d’une réaction en chaîne), tandis que le reste se transforme en photons qui, après des dizaines de milliers d’années de carambole, finissent par émerger à la surface de l’étoile.

Après 20 ans d’idées précédentes d’autres physiciens, en 1939, le physicien Hans Beth a publié son article « La production d’énergie dans les étoiles & rdquor ; (ce qui lui a valu le prix Nobel de 1967) dans lequel il décrivait le « cycle de Bethe » : le processus de fusion des noyaux d’hydrogène qui expliquait les étoiles comme des fours de fusion nucléaire comme nous venons de le résumer brièvement.

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Le gigantesque défi technologique de la fusion

Le but de toute cette fusion est donc de se faire sur Terre et artificiellement, la même chose qui se produit spontanément dans le noyau du Soleil.

Maintenant, le clonage de ce processus est loin d’être facile. Il s’agit de reproduire les forces qui opèrent au centre des étoiles à la surface de la Terre à travers notre intelligence et notre volonté (c’est de cela que sont faites les « choses artificielles »).

Pour commencer, nous n’avons pas les pressions colossales qui existent dans le noyau du Soleil (et, à ce jour, nous n’avons aucune idée de comment les atteindre).

En conséquence, nous devons fournir ces pressions avec une augmentation de la température. Au lieu du « solo & rdquor; A 15 millions de degrés Celsius du noyau du Soleil, nous devons atteindre des températures 10 fois ou plus supérieures.

Bref, on commence par un cocktail des variétés d’hydrogène appropriées (leurs isotopes deutérium et tritium), que l’on comprime le plus humainement possible et que l’on réchauffe comme la bête (au moyen de micro-ondes, comme le café du petit déjeuner que je viens de prendre).

Le résultat est une cuillerée d’ions (fragments de matière chargés électriquement) : une soupe chaude de noyaux atomiques sans leur entourage d’électrons (ions chargés positivement) dans un bouillon d’électrons libres (idem), à leur boule.

Ou, dans un langage un peu plus académique, une assiette de ‘plasma’. Le quatrième état de la matière : semblable à un liquide, mais avec la particularité d’être constitué de particules chargées.

Et il s’avère que, grâce à ces charges, le plasma est un fluide qui peut être apprivoisé au moyen de champs électromagnétiques.

Mais bien sûr, les températures du plasma dans un réacteur à fusion (et donc les vitesses de ses ions) sont si colossales que les champs magnétiques nécessaires pour l’entraîner sont tout aussi colossaux.

Et oui, nous sommes déjà capables de générer des champs magnétiques aussi formidables. Ceci grâce à notre connaissance et maîtrise technologique des supraconducteurs métalliques.

Or, ces métaux ne sont supraconducteurs que lorsqu’ils sont refroidis. Ils ont besoin d’être très, très refroidis. Plus précisément : presque tout ce qui est possible & mldr; presque au zéro absolu, la limite la plus basse possible pour la température, -273,15 degrés Celsius.

Bon, résumons :

Ainsi, un réacteur nucléaire se compose d’un cirque avec sa cour centrale et ses gradins.

Dans la piste (le four) la fusion a lieu et, pour cela, elle est à une température de quelques dizaines de millions de degrés Celsius.

Pendant ce temps, dans les tribunes se trouvent des bobines supraconductrices qui apprivoisent magnétiquement les bêtes (le plasma) de la piste et qui, pour cela, doivent être refroidies à des températures proches du zéro absolu.

Et ce besoin hyperbolique rend compte de l’ampleur du défi technologique :

Pour construire un réacteur à fusion, nous devons (entre autres) avoir le plus chaud enfermé dans le plus froid. Et maintenez cet état de fait de manière stable & mldr; Il n’y a rien!

Quel est l’intérêt de tout cela ?

Mais bon, pourquoi diable insistons-nous pour essayer des choses aussi difficiles ?

Pour les individus, la curiosité peut suffire. Mais ce n’est pas ainsi que fonctionnent les États ou les grandes entreprises. Et ce sont les volumes d’investissement et de ressources humaines et matérielles qui sont nécessaires dans la « course aux fusions ».

Eh bien, brièvement : la fusion nucléaire est le Saint Graal de l’énergie.

A propos, un Saint Graal qui, en même temps, est aussi la Pierre Philosophale. Ce qui ressemble à une blague de la renaissance sage ou quelque chose comme ça 🙂

La fusion est un moyen d’obtenir de l’énergie avec les merveilleuses caractéristiques suivantes : pratiquement inépuisable (l’eau et le lithium sont ses combustibles, tous deux très abondants), sans empreinte carbone et, bien qu’étant d’origine nucléaire ! & mldr; presque pas de déchets radioactifs Oui aucun risque d’accident.

Et quelle est la puissance de la fusion en tant que source d’énergie? & Mldr;

Eh bien, on estime que le deutérium dans un litre d’eau (33 milligrammes), associé à 50 milligrammes de tritium (qui peut être obtenu à partir du lithium dans 5 grammes de lithium minéral, très abondant sur Terre) produit autant d’énergie que celui qu’ils fournissent 360 litres d’huile (deux barils et un quart de pétrole).

En d’autres termes:

De par sa puissance énergétique, la fusion pourrait se substituer aux énergies fossiles en tant que pièce maîtresse (80% du total) de notre mix énergétique actuel.

Et par la disponibilité des combustibles nécessaires, nous aurions de l’énergie de fusion sur Terre pendant des millions d’années.

Et quiconque a de l’énergie a la possibilité de faire n’importe quel travail (l’énergie n’est rien d’autre). Avec énergie & mldr; tout est réalisable.

Donc, si nous pouvons ajouter un peu de sens à cela (quelque chose de presque aussi simple que de concevoir des réacteurs à fusion), les humains pourraient aller très, très loin.

Pensons comme une espèce !

Image du haut : des températures record dans le réacteur à fusion nucléaire HL-2M Tokamak, appelé le « soleil artificiel » en raison de l’énorme chaleur et de l’énergie qu’il produit. Agence de presse Xinhua.

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