IMWU-nlFusion nucléaire, qu'est-ce qui prend si longtemps?
NouvellesIl pourrait fournir une source d'énergie bon marché, sûre, propre, abondante et fiable à l'humanité, mais la fusion nucléaire est restée jusqu'ici hors de portée..
Bien qu’elle remplace théoriquement la production d’énergie à base de combustible fossile et de fission nucléaire depuis plus de 60 ans, la fusion nucléaire n’est toujours pas possible sur le plan commercial dans les centrales électriques. Alors qu'est-ce qui prend si longtemps?
Qu'est-ce que la fusion nucléaire??
Alors que dans les réacteurs nucléaires que nous possédons depuis les années 50, les atomes sont scindés en deux pour produire de l'énergie, la fusion nucléaire considère la fusion de deux isotopes d'hydrogène pour produire beaucoup plus d'énergie. Vous pouvez voir d’énormes réacteurs de fusion nucléaire à tout moment, simplement en allant à l’extérieur par une journée ensoleillée ou la nuit, et en levant les yeux.
Toutes les étoiles - y compris le Soleil - sont des réacteurs à fusion nucléaire naturels, mais les énormes forces de gravité sont difficiles à reproduire ici sur Terre..
Bien que les réacteurs à fusion ne soient jamais allés au-delà de la phase expérimentale, les chercheurs ont atteint des températures d'environ 100 millions de degrés. Le problème, c’est qu’ils ont dû mettre plus d’énergie qu’ils n’en ont dépensé, ce qui rend la fusion nucléaire - jusqu’à présent - un non-démarreur commercial.
La fission nucléaire est-elle dangereuse??
Les combustibles fossiles réchauffent notre planète et la fission nucléaire produit des déchets radioactifs toxiques.
Pendant ce temps, les réacteurs à fusion nucléaire - qui sont des beignets (Tokamak) ou des conteneurs de plasma en forme de sphère (nuage de protons, neutrons et électrons considérés comme le «quatrième état» de la matière) en suspension par des champs magnétiques - produisent de faibles niveaux de radioactivité, ils ne présentent pas de risque de fusion et leur matière première n'est pas de l'uranium super-rare. Au lieu de cela, ils utilisent beaucoup plus commun de deutérium et de tritium.
Malheureusement, le processus central qui produit l’énergie s’avère très difficile à apprivoiser..
Le problème central
Produire une puissance de fusion contrôlée est extrêmement difficile. La physique des plasmas est le problème central des scientifiques nucléaires. Dans un réacteur à fusion, le plasma doit être chauffé à au moins 100 millions de degrés et forcé à entrer en collision à l'aide d'électroaimants.
Malheureusement, le plasma étant instable et imprévisible, il est difficile de forcer les collisions très importantes..
"Nous voulons que le flux de plasma soit fluide, mais contrairement à un gaz ordinaire, le plasma obéit à des lois plus complexes", a déclaré le Dr James Lambert, de Applied Fusion Systems, à Londres..
"Dans un gaz, les interactions entre particules sont à courte distance et seules les collisions entre particules ont un effet… dans un plasma, toutes les particules sont chargées, de sorte qu'elles s'attirent, se repoussent et se détournent à grande distance, et les collisions simples ne jouent aucun rôle."
La solution à l'énigme de la fusion nucléaire consiste à développer des modèles informatiques de plasma beaucoup plus sophistiqués, afin de pouvoir prévoir et contrôler le comportement. C'est exactement ce qui se passe maintenant.
Qu'est-ce qui empêche la grande percée?
Si la fusion nucléaire est théoriquement possible, extrêmement importante et fait l'objet de recherches dans le monde entier, qu'est-ce qui empêche la grande avancée?
"Voici la chose - rien", dit Lambert. "Les supercalculateurs travaillent enfin assez vite pour pouvoir tester et valider rapidement les conceptions, et les supraconducteurs sont devenus assez économiques et solides pour pouvoir disposer de toutes les pièces du puzzle. Nous devons maintenant les assembler", a-t-il déclaré..
Le gros problème dans ce n'est pas vraiment la fusion du tout.
"Il y a un dicton: la fusion est facile, mais la physique des plasmas est difficile", a déclaré Lambert. "Mais avec l'avènement des superordinateurs bon marché, nous comprenons mieux que jamais la physique des plasmas."
C'est exactement ce qui s'est passé au Plasma Science and Fusion Center du MIT (Massachusetts Institute of Technology), où des chercheurs ont modélisé sur ordinateur les conditions à l'intérieur d'un réacteur à fusion pour tenter de rendre le processus autonome. La tâche a pris 15 millions d’heures de traitement informatique, ce qui peut expliquer pourquoi les progrès sont si lents.
Projets majeurs
Le principal projet de fusion nucléaire dans le monde est le réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER), un projet international de recherche échelonné sur 35 ans à Saint Paul-lez-Durance, en France, financé par la Chine, l'Union européenne, l'Inde, le Japon, Corée du Sud, Russie et États-Unis.
Récipient de fusion magnétique Tokamak en forme de beignet, il est prévu de commencer les expériences utilisant le plasma en 2025, soit 10 ans plus tard que prévu, et viser à terme à produire 500 mégawatts d'énergie à partir de 50 mégawatts.
Cependant, son budget a déjà grimpé de 5 milliards USD à 20 milliards USD.
"Les tokamaks ont très tôt augmenté la température, alors les chercheurs ont abandonné leurs propres projets et se sont consacrés à des tokamaks", a déclaré Lambert..
"Une conception concurrente majeure, le stellarator, nécessite une conception tellement déformée qu'elle ne soit que maintenant devenue un projet de recherche viable." C'est exactement ce qui se passe au stellarator Wendelstein 7-X de l'Institut Max Planck de physique du plasma (IPP) en Allemagne..
Financement de la fusion
Confrontés à des coûts aussi lourds et à un manque de progrès présumé, une vague de startups de fusion financées par des fonds privés est apparue ces derniers temps, qui s'appuie sur les toutes dernières idées en matière de pensée - parmi lesquelles la fusion canadienne, Tri Alpha Energy et Helion Energy aux États-Unis, et la société britannique Applied Fusion Systems, Tokamak Energy et First Light Fusion - tentent tous de casser la science critique et de réaliser de petits réacteurs de fusion nucléaire.
"Nous avons des délais d'exécution plus courts pour pouvoir appliquer rapidement les nouvelles connaissances et évoluer plus rapidement vers de meilleures conceptions", a déclaré Lambert..
"Le problème avec les grands projets est qu’au moment où ils sont construits, les connaissances qui ont informé leur conception sont obsolètes."
Problèmes structurels
Pour qu'une industrie réalise un saut technologique géant, elle nécessite le genre de leadership et de concentration que le secteur nucléaire n’a tout simplement pas..
À la suite de l'incident de Fukushima au Japon en 2011, une vague d'opinion publique anti-nucléaire se fait jour et les accords internationaux contraignants qui en résultent sur les quotas environnementaux entraînent beaucoup de bureaucratie. Rien de tout cela n'aide la cause de la fusion.
Il y a aussi un problème majeur de dotation en personnel. "Il y a une pénurie chronique de main-d'œuvre qualifiée dans l'industrie nucléaire", a déclaré Matthew Sykes, responsable de l'énergie et du nucléaire chez Spencer Ogden, qui recrute pour des centrales nucléaires..
"Trouver des candidats qualifiés et compétents, qui possèdent également une autorisation de sécurité nucléaire, est un défi." Sykes ajoute que la main-d'œuvre vieillit et qu'un grand nombre de travailleurs qui ont occupé des postes dans le secteur ont maintenant atteint la fin de leur carrière..
Fabriqué en Bretagne?
"Le nucléaire présente un risque très élevé, il évolue lentement, et il y a beaucoup de discussions mais très peu de progrès", a déclaré Sykes qui a en partie imputé la lenteur des progrès à la maîtrise internationale des projets..
Par exemple, le projet controversé de Hinkley Point au Royaume-Uni est financé par des intérêts français et chinois. Malgré cela, le Royaume-Uni occupe la première place dans la course au développement de réacteurs à fusion nucléaire.
Malgré les projets de grande envergure menés aux États-Unis et en France, certains pensent que le Royaume-Uni est le mieux placé pour faire de la fusion nucléaire une réalité commerciale. En fait, le plus grand tokamak du monde se trouve dans le cadre du projet Joint European Torus (JET) du Culham Center for Fusion Energy, à Oxfordshire, au Royaume-Uni..
"La plupart des Britanniques sont surpris lorsque je leur dis que le Royaume-Uni est le chef de file mondial en matière de recherche sur la fusion", a déclaré Lambert. "Nous sommes dans la meilleure position possible pour ouvrir la voie à une nouvelle révolution énergétique."
La fusion nucléaire en dix ans?
Lorsque nous disposerons physiquement de l'énergie de fusion nucléaire, la production dépendra principalement non pas de scientifiques, mais de fonctionnaires, qui ne sont pas réputés pour leur rapidité et leur agilité administratives..
"Les gouvernements n'agissent pas rapidement lorsqu'il s'agit d'acheter de nouvelles centrales", a déclaré M. Lambert. "Regarde Hinkley Point."
Même s’il s’agissait à présent d’une technologie éprouvée, l’adoption massive de la fusion nucléaire - et donc la solution à la crise énergétique mondiale imminente - prendrait probablement des décennies. Mais la technologie de fusion nucléaire elle-même sera avec nous plus tôt que nous le pensons. "Nous aimerions que le terrain soit inauguré dans dix ans", a déclaré Lambert à propos des premières centrales à fusion nucléaire.
Le monde peut et attendra une source inépuisable d'énergie propre et sans émissions de carbone, mais cela ne se produira pas demain. Cependant, pour une technologie qui a toujours été "dans 20 ans", attendre une dizaine d'années est peut-être une demi-vie qui devrait nous enthousiasmer.
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