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Le confinement du plasma

Dossier - Iter : la fusion nucléaire par confinement magnétique
DossierClassé sous :physique , Iter , fusion

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L'humanité est confrontée à un défi grandissant : celui de la demande énergétique. Jusqu'à présent, la majorité de notre énergie est produite à partir de réserves fossiles : charbon, pétrole, gaz. Tôt ou tard, ces réserves viendront à disparaître. Il est donc nécessaire de recourir à des sources d'énergies non-fossiles.

  
DossiersIter : la fusion nucléaire par confinement magnétique
 
Alcator C-Mod © Bobmumgaard, CC BY-SA 3.0

Afin d'atteindre les conditions requises pour amorcer des réactions de fusion nucléaire, un réacteur doit répondre à plusieurs impératifs :

  • créer, puis porter un plasma aux températures de l'ordre de 100 millions de degrés 5 ;
  • maîtriser, entretenir et récupérer l'énergie des réactions produites
  • recycler l'hélium issu de la combustion

Pour maintenir le plasma à des températures suffisantes, il faut le confiner (on parle de confinement du plasma), c'est-à-dire l'éloigner de tout ce qui pourrait le refroidir. Or, à ces températures extrêmes, aucun matériau n'est susceptible de contenir le plasma. De nombreux dispositifs ont été testés dans le monde entier pour confiner le plasma et deux approches sont principalement utilisées à l'heure actuelle pour atteindre ces conditions sur Terre :

• le confinement inertiel : le principe est d'engendrer une micro-explosion d'une petite quantité de combustible porté aux conditions de température et de pression suffisantes par un ensemble de lasers, de faisceaux de particules ou de forts courants (« driver »). Un réacteur basé sur ce concept serait de manière inhérente pulsé.
• le confinement magnétique : le principe est de confiner le plasma avec un champ magnétique. En effet, les particules d'un plasma (électrons et ions) sont électriquement chargées et sont déviées par un champ magnétique. Un réacteur basé sur ce concept pourrait être continu.

Dans ce dossier, nous n'aborderons pas les méthodes utilisées pour assurer le confinement inertiel ou électrostatique du plasma, mais seulement la méthode de confinement magnétique, principe utilisé par le réacteur expérimental Iter.

Références des pages précédentes :

3 - Paul Vandenplas and Gerd H.Wolf, 50 years of controlled nuclear fusion in the european union, europhysicsnews number 2, volume 39, 2008. http://www.europhysicsnews.org/index.php?option=article&access=doi&doi=10.1051/epn:2008006 
4 - Cf. Discours de I.V.Kurchatov à Harwell en 1956.http://www.jet.efda.org/pages/multimedia/yop/apr05.html
5 - On a la correspondance suivante : 1 eV (électronvolt) = 11400 K (Kelvin). 1MeV = 1.106 eV
6 - Un atome de tritium (T) est produit par atome de lithium-6 (6Li). Cette réaction est accompagnée d'une énergie de 2.05+2.73 =4.78 MeV. En incluant l'énergie libérée par les réactions de fusion D-T, une énergie de 22.38 MeV (=(14.1+3.5+4.78) est libéré par chaque atome de 6Li. Le contenu énergétique du lithium naturel est donc, dans ce contexte, de 27.1015 J/tonne.  Or, les ressources mondiales de lithium sont évaluées à 11 millions de tonnes. [Source : U.S. Geological Survey, Mineral Commodity Summaries, January 2009, http://minerals.usgs.gov/minerals/pubs/commodity/lithium/mcs-2009-lithi.pdf]. L'équivalent énergétique est donc de 9 103  TWan. Une production de 3 TWan conduit donc à 3000 mille ans. Pour plus d'information, cf. Energy for future centuries: Will fusion be an inexhaustible, safe and clean energy source? de J.P.H.E. Ongena et G. Van Oost, Transactions of Fusion Technology (1998)