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centrale à Fusion nucléaire

par izaack007, le 02/11/2017 à 15:34 - 352 visites

Actuellement le projet ITER au sud de la france envisage à l'aide d'un énorme tocamac de tester la fusion nucléaire.
"Pour réaliser une fusion nucléaire il faut un plasma avec des températures infernales de l’équivalent de 150 millions de degrés afin de reproduire ces conditions optimales"... le tout maintenu dans un champ magnétique ... afin qu'il ne puisse pas fondre les matériaux de qui le contient.

En effet ma question est: comment feront ils les ingénieurs de ITER pour arriver tout d'abord à chauffer le combustible à une température de 150 millions de degrés avant que la fusion commence ?

Réponse du Guichet du savoir

par bml_sci, le 04/11/2017 à 15:06

Réponse du département Sciences & Techniques

Bonjour,

Qu’est-ce que l’ITER pour le commun des mortels que nous sommes. Tout d’abord, le projet ITER sera terminé dans une dizaine d’année, mais surtout ITER ne produira jamais d’électricité, c’est un prototype, un réacteur test.

Citer:
En France, dans le département des Bouches-du-Rhône, 35 pays sont engagés dans la construction du plus grand tokamak jamais conçu, une machine qui doit démontrer que la fusion — l'énergie du Soleil et des étoiles — peut être utilisée comme source d'énergie à grande échelle, non émettrice de CO2, pour produire de l'électricité. Source : www.iter.org


Les résultats du programme scientifique d'ITER seront décisifs pour ouvrir la voie aux centrales de fusion électrogènes de demain.
ITER sera la première installation de fusion capable de produire une quantité d'énergie nette (quand la machine générera plus d’énergie qu’elle n’en recevra pour faire fonctionner ses systèmes).
La machine réalisera des décharges de plasma de longue durée et testera également, pour la première fois, les technologies, les matériaux, ainsi que les régimes de plasma requis pour produire de l'électricité dans une perspective commerciale.



Nous en apprenons plus dans :Iter: le chemin des étoiles ? de Robert Arnoux et Jean Jacquinot. Édition : Edisud, 2006.
Citer:
Le premier objectif est de libérer une puissance de 500MW pendant 400 secondes en ne consommant que 50 MW. Rappelons que le record actuel (2007), détenu par le JET, est de 16MW libérés pendant 1 seconde pour autant de MW consommés. Dans le cas d’un réacteur économiquement viable, le bilan énergétique devra être 5 fois supérieur à celui d’ITER.
Le deuxième objectif vise à libérer une puissance de 250 MW pendant 1000 secondes (plus de 16 minutes) en ne consommant toujours que 50 MW. Rappelons que le record de la plus longue durée de confinement, détenu par le tokamak Tore Supra, est de 6 minutes. […]
La grande nouveauté d’ITER, par rapport au JET, est l’utilisation de bobines supraconductrices pour générer les champs magnétiques.




Qu’est-ce qu’un tokamak ?

C’est une chambre de confinement magnétique de plasma.

Musée des sciences et de la technologie du Canada
L’énergie nucléaire sans les radiations dangereuses. Voilà le rêve captivant du réacteur Tokamak, notre sujet aujourd’hui de Vive les sciences! Pour célébrer la semaine Parlons énergie, Dave visite les coulisses avec la curatrice Anna Adamek pour découvrir les histoires électrisantes derrière certains des artefacts de notre collection, provenant du domaine de l’énergie.



Citer:
Un tokamak est une machine en forme d’anneau métallique creux (tore). Elle est utilisée par les scientifiques afin d’y créer des réactions de fusion nucléaire, pour produire de l’énergie. […]
Des plasmas y sont chauffés à plusieurs millions de degrés au centre de l’anneau.
Source :www.connaissancedesenergies.org


La fusion en laboratoire
Citer:
Trois conditions doivent être remplies pour obtenir la fusion au laboratoire : une température très élevée (pour provoquer des collisions fortement énergétiques), une densité de particules de plasma suffisante (pour augmenter la probabilité des collisions) et un temps de confinement suffisant (pour maintenir le plasma, qui a tendance à se dilater, dans un volume défini).

Dans le cas d'ITER, la réaction de fusion se produira dans un tokamak, une machine qui utilise des champs magnétiques pour confiner et contrôler le plasma chaud. La fusion du deutérium et du tritium (D-T) produira un noyau d'hélium, un neutron et de l'énergie.
Source : www.iter.org


La fusion nucléaire peut-elle nous sauver ?

La fusion nucléaire peut-elle nous sauver ? YOUTUBE - FUTUREMAG – ARTE
Reproduire « l’énergie du soleil » par la fusion nucléaire : ce défi, certains chercheurs l’annoncent depuis des décennies comme une vraie possibilité technique. Cela apparaît très prometteur car la fusion nucléaire serait propre, inépuisable et génèrerait beaucoup plus d’énergie que celle produite par la fission de nos centrales nucléaires actuelles. La recherche se mobilise à travers le monde notamment à travers le projet ITER, mais les résultats se font attendre et les sommes englouties sont colossales. Pour les sceptiques, les obstacles technologiques sont trop nombreux. Utiliser la fusion nucléaire contrôlée de manière efficace à grande échelle est-elle vraiment possible ?


Citer:
La fusion est-elle une énergie propre ?

Le seul déchet produit par la réaction de fusion elle-même est l'hélium, un gaz inoffensif pour l'environnement. Par contre, les neutrons libérés lors des réactions de fusion viennent percuter les parois du réacteur. La matière se trouve dès lors bouleversée, devient instable et radioactive. Les matériaux de construction des réacteurs deviendront ainsi des déchets radioactifs, qu'il faudra stocker pendant une centaine d'années avant de pouvoir les réutiliser.
Par ailleurs, quelques grammes de combustible suffiront pour déclencher et entretenir les réactions de fusion. Une centrale à fusion aura ainsi besoin de 100 kg de deutérium et de 3 tonnes de lithium (contre 1,5 millions de tonnes de charbon pour une centrale thermique) pour fonctionner toute une année.

La fusion : réalité ou fiction ?

On ne sait pas aujourd'hui récupérer suffisamment d'énergie des réactions de fusion pour produire de l'électricité en grande quantité. Grâce à ITER et aux connaissances internationales déjà acquises dans le domaine, les physiciens ont relevé le pari de démontrer qu'une centrale à fusion peut produire en continu 30 à 40 fois plus d'énergie qu'elle n'en consomme. Cette rentabilité est en effet indispensable à atteindre pour que le projet soit économiquement viable. Dans le meilleur des mondes, la première génération de réacteurs à fusion industriels verra le jour en 2050.

Source (et suite) sur CEA espace jeunes
Source : Guichet du savoir : Energie solaire à Cadarache


Comment créer un plasma ?

Selon Iter: le chemin des étoiles ? de Robert Arnoux et Jean Jacquinot. Édition : Edisud, 2006..
« La manière la plus simple de créer un plasma est de faire passer un courant électrique dans un gaz. Ainsi, l’éclair est un plasma créé dans l’air par un courant alimenté par les charges électriques accumulées dans un nuage. En laboratoire, le procédé utilisé le plus couramment consiste à enfermer dans une ampoule étanche un gaz raréfié et de faire circuler un courant électrique entre deux électrodes plongées dans le gaz. On peut également créer le plasma en illuminant le gaz avec des ondes électromagnétiques. »


Atteindre les 150 millions de degrés Celsius
Citer:
Pour obtenir des réactions de fusion, il faut porter les particules du plasma à très haute température. ITER mettra simultanément en œuvre plusieurs techniques de chauffage pour porter le plasma à 150 millions de degrés Celsius dans le cœur de la machine.

Dans le tokamak, les variations des champs magnétiques utilisés pour contrôler le plasma génèrent un effet de chauffage. En effet, les phénomènes d'induction créent un courant électrique de forte intensité. Lorsque ce courant circule dans le plasma, les électrons et les ions sont excités et entrent en collision. Ces collisions créent une « résistance » qui produit à son tour de la chaleur mais, paradoxalement, quand la température du plasma augmente, cette résistance, et donc l'effet de chauffage qu'elle produit, diminuent. La chaleur transférée par ce courant de haute intensité — le « chauffage ohmique » — ne dépasse pas une certaine intensité. Pour obtenir des températures encore plus élevées et atteindre le seuil à partir duquel la fusion devient possible, il faut utiliser d'autres méthodes de chauffage depuis l'extérieur du tokamak.

Pour porter le plasma d'ITER à la température recherchée, deux grandes techniques de chauffage externes, l'injection de neutres et les ondes électromagnétiques à haute fréquence, interviendront en complément du chauffage ohmique.

L'injection de neutres consiste à « tirer » des particules à haute énergie dans le plasma. À l'extérieur du tokamak, des particules de deutérium chargées sont accélérées jusqu'au niveau d'énergie nécessaire. Ces ions accélérés traversent ensuite un « neutralisateur de faisceaux d'ions » qui élimine leur charge électrique. Les particules neutres peuvent alors pénétrer à grande vitesse au cœur même du plasma au sein duquel, par le biais de collisions rapides, elles transfèrent leur énergie aux particules déjà présentes dans le plasma.

Cette technique permet de transférer au plasma des millions de watts de puissance calorifique et de porter ainsi sa température à un niveau plus proche de celui que requièrent les réactions de fusion. Une troisième source de chaleur, les ondes électromagnétiques à haute fréquence, sera intégrée à la conception du tokamak ITER pour faire monter la température jusqu'aux 150 millions de degrés Celsius requis.

Comme les micro-ondes du four du même nom communiquent la chaleur aux aliments, l'énergie transportée par les ondes à haute fréquence qui pénètrent dans le plasma est transférée aux particules chargées. Elles accélèrent ainsi leurs mouvements chaotiques et augmentent leur température. Se fondant sur ce principe, ITER utilisera trois types d'ondes, correspondant chacune à une certaine fréquence des ions et des électrons du plasma, de manière à maximiser le transfert de chaleur.

Les effets du chauffage ohmique, de l'injection de neutres et des ondes à haute fréquence se cumuleront dans le tokamak ITER pour porter le plasma à la température à laquelle les réactions de fusion deviennent possibles. À terme, les chercheurs espèrent obtenir un « plasma en combustion », dans lequel l'énergie des noyaux d'hélium produits par la réaction de fusion suffira à entretenir la réaction. Il deviendra alors possible de minimiser le recours aux méthodes de chauffage externes, voire de s'en passer totalement. L'obtention d'un plasma en combustion générant de lui-même au moins 50 % de l'énergie nécessaire à la réaction de fusion est une étape déterminante sur la voie de la production d'énergie de fusion.

Source : www.iter.org


Pour en savoir plus n’hésitez pas à visite le site www.iter.org.

Vous pouvez également visiter virtuellement le chantier ici


Sources :
Iter: le chemin des étoiles ? de Robert Arnoux et Jean Jacquinot. Édition : Edisud, 2006.
A Cadarache, près d'Aix-en-Provence, 31 nations s'apprêtent à construire Iter, une machine monumentale, pouvant permettre d'utiliser la fusion thermonucléaire contrôlée (l'énergie des étoiles) dans une perspective industrielle. L'ouvrage explique de façon pédagogique les enjeux de cette entreprise qui permettrait d'offrir à l'humanité une source d'énergie sûre, propre et inépuisable.

www.iter.org
site futura-sciences
Sciences et avenir :États-Unis un petit pas vers la fusion nucléaire.

Aller plus loin :
Guichet du savoir : Energie solaire à Cadarache
Futura sciences. Iter : la fusion nucléaire par confinement magnétique.
Guichet du savoir : ITER, débat public
wikipédia : ITER
Les Echos : ITER fait un pas de plus vers la fusion nucléaire par Yann Verdo le 16/01/2017
le figaro : ITER un réacteur de fusion plein d’avenir par Tristan Vey.
le parisien : ITER un coût toujours plus élevé pour une grande ambition.
La fusion thermonucléaire contrôlée de Jean-Louis Bobin. Édition : EDP sciences, 2011.
La fusion nucléaire: de la recherche fondamentale à la production d'énergie ? Édition: EDP sciences, 2007.
La fusion nucléaire: un espoir pour une énergie propre et inépuisable de Alessandra Benuzzi-Mounaix. Édition: Belin : Pour la science, 2008.


Bonne lecture !
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