Une vue de l'intérieur du tokamak Alcator C-Mod du MIT. La machine a battu son record du monde pour la pression du plasma dans un tokamak lors de son champ de cygne. © Plasma Science and Fusion Center

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Fusion contrôlée : nouveau record du monde pour la pression dans un tokamak

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Avant qu'Iter ne prenne vraiment la tête des expériences mondiales sur la fusion contrôlée, de petites équipes continuent à faire progresser la technologie dans ce domaine de recherche, cruciale pour le futur de l'humanité. Les chercheurs du MIT viennent ainsi de battre le record du monde pour la pression du plasma dans un tokamak.

La production industrielle d'électricité à partir de la fusion contrôlée ne devrait malheureusement pas devenir une réalité à l'échelle de la Planète avant la seconde moitié du XXIe siècle. Il devrait être trop tard pour éviter une crise mondiale comme jamais l'humanité  n'en a connue. C'est pourquoi certains rêvent encore à des percées imprévues qui pourraient se faire beaucoup plus tôt et avec des machines de plus petites tailles que des tokamaks comme le futur Iter, dont le gigantisme n'aidera pas à faire des progrès rapides, bien que l'on considère qu'il soit une nécessité pour réussir. Ces tokamaks confinent un gaz de particules chargées formant en réalité un plasma, un quatrième état de la matière, et que l'on chauffe à plusieurs dizaines de millions de kelvins voire même au-delà. Ce confinement est obtenu par des champs magnétiques afin de limiter drastiquement le contact du plasma avec les parois du dispositif en forme de tore le contenant qui ne peut bien sûr, que se vaporiser au-delà de quelques milliers de kelvins.

Parmi les expériences ayant servi à paver la voie du projet Iter, on peut citer celles effectuées avec le réacteur à fusion Alcator C-Mod du MIT Plasma Science and Fusion Center (PSFC). Ce tokamak du MIT, était le plus grand réacteur à fusion expérimentale universitaire du monde jusqu'à son arrêt le 30 septembre 2016. Il était en fonctionnement depuis 1993. Parmi les expériences sur la fusion par confinement magnétique, c'est celui où la pression du plasma et l'intensité du champ magnétique sont les plus élevées au monde. Son nom est d'ailleurs l'acronyme de l'italien Alto Campo Torus, ce qui signifie tore à champ élevé. Trois générations de ce type de tokamak se sont succédées, A, B et finalement C.

Une vidéo de présentation du tokamak Alcator C-Mod du MIT en 360°, il suffit d'utiliser sa souris. Ne pas hésiter à monter la résolution de l'image en HD. Pour obtenir une traduction en français assez fidèle, cliquez sur le rectangle blanc en bas à droite. Les sous-titres en anglais devraient alors apparaître. Cliquez ensuite sur l'écrou à droite du rectangle, puis sur « Sous-titres » et enfin sur « Traduire automatiquement ». Choisissez « Français ».© MIT Plasma Science and Fusion Center

Une production d'énergie qui croit avec le carré de la pression du plasma

Les chercheurs du MIT viennent de faire savoir que lors de son dernier jour de fonctionnement, Alcator C-Mod avait battu son propre record du monde (1,77 atmosphère en 2005) en ce qui concerne la pression du plasma dans un tokamak, en atteignant la valeur de 2,05 atmosphères. Pour réussir une telle prouesse, il a fallu un champ magnétique dont l'intensité est de 5,7 teslas, soit plus de 100.000 fois supérieure à celui de la Terre. La température atteinte dans le plasma était d'environ 35 millions de kelvins, plus de deux fois celle régnant au cœur du Soleil, et tout cela dans un volume de seulement un mètre-cube, durant deux secondes.

Pourquoi faire la course à des pressions de plus en plus élevées ? Tout simplement à cause du critère de Lawson, une formule simple que l'on doit au physicien britannique John David Lawson dans les années 1950. Sous la forme connue sous le nom de « produit triple », celui de la température du plasma par sa densité et un temps de confinement dans un tokamak, il permet d'évaluer un seuil au-delà duquel les réactions de fusions thermonucléaires peuvent produire plus d'énergie qu'elles n'en consomment pour exister. Au final, on constate avec ce critère que l'énergie produite par unité de temps est proportionnelle au carré de la pression dans le plasma. Multiplier par deux la pression permet donc de quadrupler la puissance générée dans un tokamak.

Normalement, il faudra attendre la mise en service d'Iter pendant les années 2030 pour battre le record de Alcator C-Mod. Une pression de 2,6 atmosphères devrait alors être atteinte dans le plasma.

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