C’est le phénomène de fusion nucléaire – que les chercheurs tentent de reproduire et de contrôler à l’aide de stellarators – qui est à l’origine de l’énergie dégagée par les étoiles et par notre Soleil. © muratart, Shutterstock

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Fusion nucléaire : le champ magnétique du stellarator allemand Wendelstein 7-X fidèle aux prévisions

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Nathalie Mayer, Futura-Sciences

Le stellarator Wendelstein 7-X, construit par le Max Planck Institut for Plasma Physics à Greifswald (Allemagne), avait déjà montré qu'il était capable d’atteindre les objectifs qui lui avaient été fixés en matière de température de plasma. L'instrument continue de faire parler de lui. Toujours en bien. On apprend en effet aujourd’hui que le champ magnétique qu’il génère frôle la perfection. Deutsche qualität ?

Mis en service il y a environ un an, le stellarator allemand baptisé Wendelstein 7-X (W7-X) enchaîne depuis les succès. Le plus récent d'entre eux porte sur le champ magnétique qu'il est capable de générer. Après une campagne de mesures, des physiciens allemands et américains du Princeton Plasma Physics Laboratory annoncent en effet aujourd'hui que le champ magnétique de W7-X est parfaitement cohérent - à 1/100.000 près - avec le champ théorique qui lui avait été prévu.

Pour mesurer ainsi le champ magnétique généré par W7-X, les chercheurs ont lancé un faisceau d'électrons le long des lignes de champ. À l'aide d'un tube fluorescent et en balayant les lignes, ils ont ensuite pu obtenir des coupes transversales successives qui leur ont révélé la géométrie exacte du champ magnétique en question.

Des chercheurs sont parvenus à mesurer avec précision la géométrie du champ magnétique généré par le stellarator Wendelstein 7-X. © Princeton Plasma Physics Laboratory, Nature Communications

Le stellarator pour contrôler la fusion nucléaire ?

Rappelons qu'un stellarator est un dispositif destiné à produire des réactions de fusion nucléaire contrôlées par confinement de plasma à l'aide d'un champ magnétique. C'est le principe du tokamak, mais ici, la géométrie hélicoïdale du champ magnétique est autrement plus complexe. Elle permet, sur le papier du moins, un meilleur contrôle sur le plasma produit et, par conséquent, sur les réactions de fusion nucléaire induites.

Ne reste plus maintenant aux physiciens qu'à s'appuyer sur les résultats de cette étude pour déterminer si les stellarators constitueront les réacteurs à fusion nucléaire du futur. Ils annoncent déjà qu'il leur faudra encore quelques années de travail pour arriver à une conclusion.

Pour en savoir plus

Wendelstein 7-X : le stellarator donne entière satisfaction

Article de Laurent Sacco paru le 04/02/2016

En Allemagne, le « stellarator » Wendelstein 7-X a monté un plasma d'hydrogène à 80 millions de degrés : l'événement le place en piste pour concurrencer Iter, et les autres tokamaks, sur le dur chemin de la fusion contrôlée, espoir d'une source d'énergie verte, abondante et peu coûteuse.

Les réseaux intelligents pour exploiter à grande échelle l'énergie éolienne et solaire ou bien des réacteurs nucléaires à sels fondus, font partie des solutions qui, combinées, pourraient permettre de s'affranchir des énergies fossiles au cours du XXIe siècle. D'autres sont à trouver et, devant l'urgence, Bill Gates a annoncé la création la création de la Breakthrough Energy Coalition, un réseau réunissant pour l'instant une trentaine d'entrepreneurs comme Mark Zuckerberg, Xavier Niel et Richard Branson, pour investir dans des projets innovants de sources d'énergie propres en partenariat avec les gouvernements.

Parmi les projets du futur, celui qui fait le plus rêver est sans aucun doute celui de la fusion contrôlée. Même si le projet Iter est souvent présenté comme le seul chemin pouvant mener à la conquête de ce graal, celui de l'énergie propre et abondante dont notre civilisation a besoin pour éviter de s'effondrer si l'on en croit Jean-Marc Jancovici, d'autres voies sont étudiées, notamment celle des stellarators comme nous l'expliquions dans un précédent article. Ces appareils ont l'avantage, par rapport aux tokamaks, de confiner le plasma de façon plus efficace grâce à la forme tourmentée mais savamment calculée du bobinage magnétique. À de telles températures, en effet, le plasma ne doit jamais toucher la paroi de son enceinte, qui fondrait immédiatement.

Le stellarator Wendelstein 7-X fera-t-il mieux qu’Iter, et plus tôt ? Espérons-le ! © Euronews, YouTube

80 millions de kelvins pendant un quart de seconde

En décembre 2015, nous avions annoncé également que le stellarator Wendelstein 7-X, construit par le gouvernement allemand, avait commencé à fonctionner exactement selon les prévisions de ses créateurs, les membres de l'institut Max-Planck de physique des plasmas (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP) près de Greifswald. Environ un milligramme d'hélium, le gaz le plus adapté aux premiers tests de production et de confinement du plasma, avait permis d'obtenir un plasma chaud à une température d'un million de degrés pendant un centième de seconde. Mais les ingénieurs avaient aussitôt annoncé qu'il ne s'agissait que d'une première étape. D'autres devaient être franchies avec comme objectif de produire un plasma stable durant 30 minutes à plus de 100 millions de degrés, une nécessité pour obtenir des réactions de fusion efficaces.

La seconde étape était prévue pour le début de l'année 2016 et devait faire intervenir de l'hydrogène. L'événement était d'importance, de sorte que ce 3 février 2016, c'est la chancelière fédérale d'Allemagne Angela Merkel qui a poussé le bouton déclenchant l'injection d'une impulsion de micro-ondes de deux mégawatts dans le stellarator contenant de l'hydrogène. Les ingénieurs et physiciens ont finalement obtenu un plasma d'une température de 80 millions de kelvins pendant un quart de seconde, en parfaite conformité avec leurs prédictions.

L’image, en fausses couleurs, montre le plasma chauffé à presque 80 millions de kelvins obtenu le 3 février 2016 dans le stellarator Wendelstein 7-X. © Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP

Les tests vont se prolonger jusqu'à mi-mars 2016. S'ils donnent satisfaction, la machine sera ouverte pour que l'on tapisse son intérieur de tuiles de carbone et pour recevoir un « divertor », un analogue du dispositif équipant les projets West et Iter. Les chercheurs devraient alors pouvoir atteindre des températures et des durées plus longues, de l'ordre de 10 secondes pour le plasma d'hydrogène.

Rappelons que Wendelstein 7-X, comme Iter, n'est pas destiné à produire de l'énergie. C'est un engin expérimental pour vérifier qu'un stellarator peut faire aussi bien et même mieux qu'un tokamak pour produire des plasmas stables de longue durée et à plus de 100 millions de kelvins. C'est donc la voie technique menant à la fusion contrôlée qui se joue actuellement.

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