Le rêve de la fusion nucléaire en tant que source d’énergie inépuisable, sûre et propre est un pas de plus. Alors qu’en Espagne des progrès sont réalisés dans le JT-II du Laboratoire espagnol de fusion nucléaire-Ciemat, où les particules d’hydrogène atteignent des températures 10 fois supérieures à celles du centre du Soleil, l’un des projets américains (dans lequel l’Espagnol a également participe Pablo Rodríguez) a opté pour une bande supraconductrice innovante à haute température qui permet créer des réacteurs de fusion plus petits et plus efficaces. C’est encore un autre exemple du potentiel des supraconducteurs comme le LK-99, le premier à fonctionner à température ambiante.
Ce matériau révolutionnaire est le résultat de décennies de recherche et de collaboration entre Commonwealth Fusion Systems (CFS) et le Massachusetts Institute of Technology (MIT). Les scientifiques de l’entreprise et de la prestigieuse organisation éducative travaillent main dans la main à la conception et au développement de SPARC, un réacteur de puissance compact à fusion nette à champ magnétique élevé.
Basé sur la physique établie, l’appareil devrait produire entre 50 et 100 MW de puissance de fusionbien qu’il reste encore un long chemin à parcourir pour obtenir un gain d’énergie, c’est-à-dire qu’il produise plus d’énergie qu’il n’en dépense pour démarrer la réaction nucléaire.
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Le matériel, qui superposés et empilés en grandes bobines pour former de puissants électroaimantsest l’axe sur lequel tourne la construction du réacteur pilote qui se dessine sur une base de l’armée américaine près de Boston, selon le magazine spécialisé IEEE Spectrum. L’objectif fixé est qu’il commence à fonctionner en 2025, même si des décennies de recherche et développement resteront probablement pour qu’il soit commercialement viable.
L’aimant le plus puissant
L’approche du CFS et du MIT en matière de fusion nucléaire n’est pas basée sur le confinement inertiel, qui est le pari avec lequel le Lawrence Livermore National Laboratory a annoncé le premier gain net d’énergie d’un processus de fusion nucléaire. Au lieu de cela, ce que des réacteurs comme SPARC feront, c’est mettre en œuvre un confinement magnétique, qui utilise de puissants électroaimants pour contenir le plasma.
Certains des éléments qui seront utilisés dans le réacteur de fusion Sparc Gretchen Ertl / CFS / MIT Omicrono
Pour y parvenir, les nouveaux supraconducteurs à haute température (HTS) présentent des propriétés uniques : ils peuvent transportent beaucoup de courant même lorsqu’ils sont immergés dans des champs magnétiques puissants, évitent les pertes de chaleur et assurent une isolation thermique de haute qualité pour le plasma. Jusqu’à récemment, les aimants de fusion étaient réalisés avec des conducteurs en cuivre ou des supraconducteurs à basse température (LTS), qui avaient le handicap de limiter l’intensité du champ magnétique qui pouvait être produit.
Ce ruban supraconducteur à haute température Il n’a commencé à être commercialisé qu’il y a seulement 8 ans. Celui choisi par les techniciens du MIT est composé d’oxyde d’yttrium, de baryum et de cuivre (YBCO). Pour obtenir du ruban adhésif et des câbles fabriqués à partir de ces matériaux, un laser est d’abord utilisé pour vaporiser les composants. Un film mince de YBCO est ensuite déposé sur un substrat en acier et soumis à un processus d’oxygénation, qui modifie la structure YBCO dans un état qui permet la supraconductivité.
Conception SPARC MIT et CFS CFS
La grande différence avec les matériaux utilisés jusqu’à récemment est que les aimants supraconducteurs à haute température sont capables de fonctionner sans avoir besoin de systèmes de réfrigération excessivement complexes ou coûteux, qui utilisent de l’hélium liquide. Les matériaux HTS comme ceux qu’ils utilisent pour le développement de SPARC fonctionnent dans une plage de 20 à 77 kelvins, c’est-à-dire entre -200 et -250 ºC. Cette plage de température, aussi froide qu’elle puisse paraître, est considérablement plus chaude que les températures requises par les supraconducteurs typiques, qui ne peuvent fonctionner qu’à des températures proches du zéro absolu (-273,15 ºC).
« Ces nouveaux matériaux ouvrent une nouvelle voie vers l’énergie de fusion car, en plus de leurs capacités supraconductrices à des températures cryogéniques plus élevées, ils sont également capables d’atteindre des champs magnétiques très élevés », a déclaré Scott Hsu, conseiller principal au Département américain de l’énergie (DOE ) et le coordinateur principal des fusions de l’agence. « Ces propriétés offrent la possibilité de concevoir des systèmes de fusion plus petits, moins complexes et moins coûteux, plus rapides à construire et plus faciles à démonter pour la maintenance« , il ajouta.
Kilomètres de tapis roulant
La bande HTS est empilée pour former de puissants électroaimants capables de contenir le plasma et d’empêcher la plupart des particules chargées d’entrer en collision avec les parois du tokamak. Mais cela implique une énorme quantité de matériel, pour laquelle l’équipe de recherche a passé deux ans acheter la majeure partie de l’approvisionnement mondial en ruban HTS de 4 mm de largeprovenant du stock d’entreprises américaines mais aussi de pays comme le Japon et la Russie.
Les techniciens ont enroulé la bande en 16 bobines, assemblées en une colonne de plus de trois mètres pour créer un aimant à champ toroïdal. En septembre 2021, au Plasma Science and Fusion Center du MIT, l’équipe est entrée dans l’histoire en allumant l’aimant pour atteindre une puissance de 20 tesla, 400 000 fois plus forte que la valeur typique du champ magnétique terrestre.
Aimant supraconducteur MIT MIT Omicrono
Maintenant, pour magnétiser le SPARC, les responsables de l’enquête ils travaillent à la création de 18 aimants similaires, plus quelques bobines plus petites. C’est pourquoi, à proximité de l’endroit où prend forme le futur prototype de réacteur à fusion, se trouve une usine d’assemblage d’aimants dont la cadence de production ne cesse d’augmenter. « Nous avons réduit de moitié le temps d’assemblage, mais nous devrons encore le diviser par quatre pour qu’ils fonctionnent dans les délais », a déclaré Brandon Sorbom, directeur scientifique du CFS, à l’IEEE.
Le but ultime est srendre plus facile et moins onéreuse la construction de réacteurs plus petits et plus efficaces rendre viable le rêve de la fusion nucléaire. C’est une alternative très importante aux expériences de fusion comme ITER, le gigantesque réacteur en cours de construction à Cadarache (France) grâce à une collaboration internationale. Ce projet ambitieux est en cours depuis plus d’une décennie et les responsables estiment un coût final de près de 20 000 millions d’euros (bien au-dessus des 5 600 initialement prévus).
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