«Stellarator», la machine allemande qui pourrait révolutionner l’énergie

Le prototype d'un Stellarator | Capture d'écran Youtube/Science Magazine

Le prototype d’un Stellarator | Capture d’écran Youtube/Science Magazine

Pour la première fois, l’énergie atomique propre, inépuisable et sans risque semble à portée.

En 1950, Lyman Spitzer, un astrophysicien américain, inventait le Stellarator. Près de soixante-cinq ans plus tard, l’Institut Max-Planck de physique des plasmas en Allemagne est sur le point de réaliser son rêve en fabriquant pour la première fois son projet. Si la construction de ce dispositif de production nucléaire a tant tardé, c’est que le défi technique qu’imposait la réalisation de la machine était sans précédent, comme le prouve cette vidéo du site Science Magazine.

La technologie aura coûté plus d’un milliard de dollars (plus de 900 millions d’euros) rapporte le site Business Insider. Wendelstein 7-X (W7-X), c’est son nom, est un anneau d’environ seize mètres dans lequel la fusion nucléaire pourra avoir lieu à environ 82 millions de degrés Celsius. Le feu vert pour sa construction a été donné dans les années 1993-1994 par les autorités allemandes, à peine réunifiées. Sa fabrication a nécessité plus d’un million d’heures de travail.

Plus fiable que le tokamak

 La machine terminée en mai 2014 passe depuis, avec succès, des contrôles pour vérifier son bon fonctionnement. «Tout semble, avec une précision extrêmement élevée, exactement comme il se doit», explique le professeur Thomas Sunn Pedersen de l’Institut Max-Planck. Ce procédé est le même que celui qui fait marcher notre soleil depuis plus de quatre milliards d’années.

Aujourd’hui, la technologie la plus répandue pour permettre la fusion nucléaire et la création d’énergie est appelée tokamak. D’invention russe, la machine a été fabriquée plus de 200 fois et plusieurs dizaines d’entres elles permettent aujourd’hui de fabriquer de l’énergie nucléaire. Bien plus facile à concevoir que le Stellarator, le tokamak est néanmoins dépassé sur deux points clés par son concurrent: la régularité et la fiabilité.


Fusion contrôlée : le stellarator Wendelstein 7-X démarre avant Iter

par Laurent Sacco 14 Décembre 2015

Fusion contrôlée : le stellarator Wendelstein 7-X démarre avant Iter

http://jlduret.blog.sfr.fr/2015/12/fusion-controlee-le-stellarator-wendelstein-7-x-demarre-avant-iter.html

L’image, en fausses couleurs, montre le plasma chauffé à presque un million de kelvins obtenu le 10 décembre 2015 dans le stellarator Wendelstein 7-X. © Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP

Les stellarators étaient initialement plus prometteurs que les tokamaks avant que leur technologie ne bute sur de sérieux obstacles. L’un d’entre eux, Wendelstein 7-X, vient pourtant de démarrer en produisant du plasma de façon prometteuse. Mais le chemin vers la production d’électricité reste encore long et semé d’embûches.

Comme nous l’expliquions dans un précédent article, la construction, en Allemagne, du stellaratorWendelstein 7-X a été menée à terme en 2014. Il s’agit d’un concurrent sérieux aux tokamaks sur la voie menant, on l’espère, à la production industrielle d’énergie en utilisant la fusion contrôlée.

En effet, du début des années 1950 jusqu’à la fin des années 1960, ce ne sont pas les tokamaks russes qui semblaient porteurs des meilleurs espoirs pour contrôler la fusion thermonucléaire, opérant au cœur des étoiles.

Le grand astrophysicien états-unien Lyman Spitzer (1914-1997) avait montré qu’il devait être possible de corriger les problèmes de dérive des particules de plasma confinées magnétiquement dans un tore en utilisant plutôt une forme en bretzel.

La machine proposée a reçu le non évocateur de stellarator.

En creusant la question, les ingénieurs et les physiciens ont en effet réalisé qu’il faut réaliser un bobinage avec des aimants à la forme précise mais tourmentée pour que le champ magnétique confine de façon vraiment stable le plasma au sein duquel se dérouleraient des réactions de fusion. Mais la réalisation de ces aimants s’est heurtée à des problèmes presque insurmontables avec la technologie du XXe siècle. Bien que pas totalement abandonnées, les recherches sur les stellarators sont passées au second plan.

Les stellarators se piloteraient plus facilement que les tokamaks

Pourtant, les stellarators permettraient en théorie de gérer bien plus efficacement le problème des « disruptions », des instabilités spontanées qui peuvent se produire dans certains régimes de fonctionnement du plasma magnétiquement confiné.

De façon imagée, on pourrait se le représenter comme les analogues de la brusque apparition des éruptions solaires à la surface de notre étoile. Ces disruptions pourraient endommager la paroi d’un tokamak. Il existe cependant des moyens de lutter contre leur apparition en pilotant correctement le fonctionnement d’un tokamak comme celui d’Iter.

Ce risque semble absent par construction dans le cas des stellarators.

Aujourd’hui, il semble possible que les stellarators soient finalement la meilleure solution pour atteindre le Graal de l’énergie propre et abondante dont notre civilisation a besoin pour éviter de s’effondrer si l’on en croit Jean-Marc Jancovici.

Cette possibilité technique sera jaugée dans les années à venir car les membres de l’institut Max-Planck de physique des plasmas (Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP) près de Greifswald ont obtenu leur premier plasma avec le stellarator Wendelstein 7-X (W7-X).

Le stellarator aura nécéssité un million d’heures de travail

W7-X est le fruit de presque 20 années de recherche et sa construction a nécessité plus d’un million d’heures. La machine a coûté environ un milliard d’euros et la mise au point des 50 aimants supraconducteurs pesant 425 tonnes au total s’est révélée très délicate.

Il aura fallu attendre ce 10 décembre 2015pour la mettre en fonctionnement alors que son démarrage était prévu dans le courant de l’année 2006. L’utilisation des supercalculateurs a été cruciale pour le succès des opérations.

Selon l’un des chercheurs impliqués dans le fonctionnement de W7-X, Hans-Stephan Bosch : « Tout s’est passé comme prévu. Nous sommes très satisfaits ».

Environ un milligramme d’hélium, le gaz le plus adapté aux premiers tests de production et de confinement du plasma, a bien été ionisé en formant un plasma chaud à une température d’un million de degrés pendant un centième de seconde.

À terme, le plasma produit devra rester stable durant 30 minutes. Dès l’année prochaine, l’hélium sera remplacé par de l’hydrogène, un préalable avant de tenter d’allumer de vraies réactions de fusion.

Mais avant cela, il faut déjà étudier comme se déroule le chauffage du plasma d’hélium avec des micro-ondes, car il faut passer d’un million de degrés à plus de 100 millions de degrés pour que les réactions de fusion soient efficaces.

 

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

Un time-lapse montrant la réalisation du stellarator Wendelstein 7-X. © YouTube, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik

 

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