Pourquoi l'énergie thermonucléaire est-elle nécessaire?
Pour empêcher que les températures mondiales augmentent de plus de 1,5
Et s'il y avait une solution énergétique capable de résoudre tous ces problèmes urgents? Bien que cela semble fantastique, cela existe.
L'une des formes d'énergie les plus puissantes que nousnous utilisons aujourd'hui l'énergie nucléaire. Bien que l'énergie nucléaire moderne soit extrêmement efficace et ne génère aucune émission de carbone, elle présente de nombreux inconvénients, et ils sont graves: des fusions nucléaires potentielles et des déchets radioactifs qui restent dangereux pendant des milliers d'années.
Mais il existe une meilleure façon.
Qu'est-ce que la fusion thermonucléaire et comment peut-elle être appliquée sur Terre?
Tous les réacteurs nucléaires actuels fonctionnent avecen utilisant la fission nucléaire, le processus de division des atomes pour produire de l'énergie. Pendant des années, les scientifiques se sont demandé comment utiliser le processus inverse - la fusion nucléaire, qui «alimente» le soleil en reliant les atomes entre eux - pour répondre aux besoins énergétiques croissants de la Terre. La fusion thermonucléaire elle-même est un processus ultra-puissant, plusieurs fois plus puissant que la fission, et n'entraîne pas la formation de déchets nucléaires, puisque son combustible n'est pas de l'uranium ou du plutonium, mais de l'hydrogène. En fait, si le développement d'un réacteur à fusion réussit, les scientifiques créeront un «mini-soleil» sur Terre.
"Réalisation de réactions thermonucléaires contrôlées,qui consomment plus d'énergie que nécessaire pour les générer et sont considérés commercialement comme une réponse potentielle au changement climatique », explique le correspondant scientifique Nathaniel Gronevold pour Scientific American. «L'énergie de fusion éliminera le besoin de combustibles fossiles et résoudra les problèmes de discontinuité et de fiabilité inhérents aux énergies renouvelables. L'énergie sera générée sans la quantité dangereuse de rayonnement qui soulève des inquiétudes concernant l'énergie de fission nucléaire. "
Fonctionnaires de l'International ThermonuclearExperimental Reactor (ITER), un projet multinational basé dans le sud de la France, a annoncé qu'il n'était plus qu'à 6,5 ans de First Plasma, une étape historique. Le projet ITER, soutenu par un consortium de 35 pays, est désormais achevé à 65%, selon un communiqué de presse cette semaine. La section nouvellement installée - la base du cryostat et le cylindre inférieur - ouvre la voie à l'installation du tokamak, la structure technologique choisie pour abriter le puissant champ magnétique qui entourerait le noyau de fusion du plasma surchauffé.
Problèmes de fusion nucléaire
La fusion nucléaire est si difficile à réaliser en raison dedes conditions extrêmes - par exemple, au cœur du Soleil - qui doivent être reproduites ici sur Terre. Comme l'explique le Département américain de l'énergie, "les réactions thermonucléaires sont étudiées par des scientifiques, mais elles sont difficiles à maintenir pendant de longues périodes en raison de l'énorme pression et température requises pour fusionner les noyaux".
L’énergie de fusion nécessite un confinementplasma très chaud sous haute pression. Le confinement magnétique d’un plasma très chaud – plusieurs fois plus chaud que le centre du Soleil – nécessite des champs magnétiques puissants. Elles doivent être 10 fois supérieures à la pression atmosphérique à la surface de la Terre. La force du champ magnétique est un paramètre essentiel pour atteindre ces conditions, car elle fournit à la fois une isolation pour maintenir le plasma chaud et une pression externe pour le maintenir stable, le tout sans contact physique entre le plasma et la surface du matériau.
Bien que la fusion nucléaire produisedes perspectives incroyables pour résoudre certains des problèmes les plus difficiles du monde moderne, le temps presse et de nombreux experts affirment que même si la fusion est à nos portes, le temps ne joue pas en notre faveur. Même si l’on espère qu’ITER sera lancé d’ici 2025 et pleinement opérationnel vers 2035, il est peut-être trop tard. En 2019, des experts du climat ont fait valoir que le délai de 12 ans que le Groupe d'experts intergouvernemental avait donné au monde pour inverser la situation changeante de la planète pourrait devoir être réduit à 18 mois. Hans Joachim Schellnhuber, de l'Institut climatique de Potsdam, l'expliquait ainsi il y a un an : « Les mathématiques du climat sont limpides : même si le monde ne sera peut-être pas guéri dans les prochaines années, il pourrait être mortellement blessé par la négligence avant 2020. »
Cependant, cette semaine, les espoirs d'énergie propre se sont ravivés.
Projet SPARC
Des scientifiques développent une version compacteUne série de documents de recherche ont montré qu'un réacteur à fusion nucléaire fonctionnait, ravivant l'espoir que l'objectif longtemps insaisissable d'imiter la production d'énergie du soleil puisse être atteint et, à terme, contribuer à la lutte contre le changement climatique.
Centre de recherche sur le plasma et thermonucléaireLe MIT, en collaboration avec la start-up privée Commonwealth Fusion Systems (CFS), développe le projet concept SPARC. Il s'agit d'une expérience haute tension compacte avec de l'énergie thermonucléaire pure. Le SPARC devrait avoir la taille des dispositifs de fusion de milieu de gamme existants, mais avec un champ magnétique beaucoup plus fort. Sur la base des lois de la physique, les scientifiques espèrent que l'appareil produira de 50 à 100 MW d'énergie thermonucléaire. Une telle expérience sera la première démonstration de la création d'énergie propre et de la possibilité de créer un appareil construit à l'aide d'une nouvelle technologie supraconductrice. SPARC fait partie d'une stratégie globale visant à accélérer le développement de la fusion grâce à l'utilisation de nouveaux aimants supraconducteurs à haute température et à champ élevé (HTSC).
La centrale à fusion Sparc sera relativement petite, comme le montre cette image de la chambre de réaction.
T. Henderson / CFS / MIT-PSFC
Temps de construction
Il est prévu que la construction du réacteur sousLe nom SPARC, qui est développé par des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology et une filiale de Commonwealth Fusion Systems, commencera au printemps prochain et prendra trois ou quatre ans, ont déclaré des chercheurs et des responsables de l'entreprise.
Bien qu'il existe encore de nombreux problèmes graves,la société a déclaré que la construction serait suivie d'essais et, en cas de succès, d'une centrale électrique qui pourrait utiliser l'énergie de fusion pour produire de l'électricité à partir de la prochaine décennie.
Ce calendrier ambitieux est bien plus rapide quele plus grand projet d'énergie de fusion au monde, un projet multinational dans le sud de la France appelé ITER. Ce réacteur est en construction depuis 2013 et, bien qu'il ne soit pas conçu pour produire de l'électricité, il devrait produire des réactions de fusion d'ici 2035.
Bob Mumgaard, PDG du CommonwealthFusion, et l'un des fondateurs de la société, a déclaré que l'objectif du projet SPARC est de développer la fusion thermonucléaire à temps pour jouer un rôle dans l'atténuation des effets du réchauffement climatique. «Nous nous concentrons sur l'obtention d'énergie thermonucléaire le plus rapidement possible», a-t-il déclaré.
Fusion thermonucléaire, dans laquelle des atomes légersse rassembler à des températures de plusieurs dizaines de millions de degrés pour libérer de l'énergie est devenu un moyen pour le monde de faire face aux impacts de la production d'électricité sur le changement climatique.
Comme une centrale nucléaire à fission conventionnelle, qui divise les atomes, une centrale à fusion ne brûlera pas de combustibles fossiles et ne produira pas d'émissions de gaz à effet de serre.
Critique du projet
Malgré les ambitions du projet, des obstacles sur le cheminla création d'une machine capable de créer un plasma de fusion et de manipuler un nuage d'atomes très chaud tourbillonnant qui endommage ou détruit tout ce qu'il touche est énorme.
Certains scientifiques qui ont travaillé sur l'énergie thermonucléaire pendant des décennies disent que s'ils sont enthousiasmés par les perspectives de Sparc, le calendrier peut être carrément irréaliste.
«Lire ces documents (articles de recherche- environ. ed.) me donne le sentiment que les développeurs auront le plasma thermonucléaire thermonucléaire contrôlé dont nous rêvons tous », a déclaré Carey Forest, physicien à l'Université du Wisconsin qui n'est pas impliqué dans le projet. Cependant, il n'est pas sûr que le calendrier du projet soit réaliste.
Selon le Dr Mumgaard, SPARC sera beaucoupplus petit qu'un ITER - la taille d'un court de tennis par rapport à un terrain de football - et beaucoup moins cher qu'un projet international, qui, selon les estimations officielles, coûtera environ 22 milliards de dollars, mais ce chiffre n'est pas la limite. Commonwealth Fusion, fondée en 2018 et comptant environ 100 employés, a levé 200 millions de dollars à ce jour pour son projet.
Différences entre Sparc et ITER
Depuis qu'ils ont commencé il y a près d'un siècleDans le cadre d'expériences de fusion, la perspective de créer un dispositif de fusion pratique capable de produire plus d'énergie qu'il n'en consomme est restée insaisissable.
Mais, selon les conclusions des scientifiques du Journal of Plasma Physics, le projet SPARC réussira et produira 10 fois plus d'énergie qu'il n'en consomme.
La recherche «confirme que le projet estcelui avec lequel nous travaillons fonctionnera probablement », a déclaré Martin Greenwald, directeur adjoint du MIT Center for Plasma Research and Fusion et l'un des principaux scientifiques du projet. Le Dr Greenwald est le fondateur de Commonwealth Fusion mais n'est actuellement pas affilié à la société.
SPARC utilise le même type d'appareil queITER: Un tokamak, ou chambre en forme de beignet, dans lequel une réaction de fusion a lieu. Parce que le nuage de plasma est si chaud - plus chaud que le Soleil - il doit être retenu par des forces magnétiques.
Pour ce faire, ITER utilise d'énormes bobines électromagnétiques contenant des fils supraconducteurs qui doivent être refroidis avec de l'hélium liquide.
Modèle du réacteur de fusion ITER (coupe transversale)
CC BY-SA 2.0 fr
Selon Greenwald, SPARC utiliseles avantages d'une nouvelle technologie électromagnétique qui utilise des supraconducteurs dits à haute température, qui peuvent créer un champ magnétique beaucoup plus fort. En conséquence, le plasma est beaucoup plus petit.
Les documents montrent que «ce chemin à hautele champ semble toujours viable », a déclaré le Dr Greenwald. "Si nous pouvons surmonter les défis techniques, cette machine fonctionnera comme nous l'avons prévu."
Commonwealth Fusion a annoncé qu'il annoncerait les allées et venues du SPARC dans quelques mois.
Qui d'autre travaille sur l'énergie thermonucléaire et y a-t-il un espoir?
Commonwealth Fusion est l'un des nombreuxentreprises travaillant au développement et à la commercialisation de l'énergie de fusion en partenariat avec des instituts de recherche, soutenues par des centaines de millions de dollars d'investissement.
Par exemple, TAE Technologies, baséeen Californie du Sud, travaille sur une conception utilisant un dispositif linéaire qui projette deux nuages de plasma l'un sur l'autre pour produire une fusion nucléaire.
First Light Fusion, une filiale de l'Université d'Oxford en Angleterre, utilise de l'énergie pour comprimer et comprimer le combustible thermonucléaire.
Le Dr Forest a déclaré :En utilisant des champs magnétiques plus puissants, SPARC peut être considéré comme plus « conservateur ». « Cela la différencie complètement de toutes les startups, qui par définition sont plutôt des start-ups. risqué», souligne-t-il.
William Dorland, physicien à l'Université du Maryland etLe rédacteur en chef du Journal of Plasma Physics, a déclaré que le journal avait demandé aux représentants de certains de ces projets de fusion de "parler de leur physique". Le MIT et le groupe Commonwealth Fusion ont rapidement accepté, a-t-il déclaré.
«De mon point de vue, c'est le premier de ces groupes,qui a de l'argent privé, ce qui est en fait très clair sur ce qu'ils font », a déclaré le Dr Dorland. - Les gens raisonnables ne sont pas d'accord sur le fait que cela fonctionne. Mais je suis juste heureux qu'ils se soient mobilisés et nous disent, en utilisant la science normale, ce qui se passe », conclut-il.
En fin de compte, à quelles conséquences s'attendredévelopper un réacteur à fusion? Si les processus technologiques sont débogués et contrôlés, cela sauvera l'humanité. L'énergie propre provenant de la fusion des atomes au lieu de les fission protégera au moins la planète des déchets nucléaires.
Quelle est la ligne du bas?
Malgré tout le danger et la complexité des projets surdéveloppement de la fusion thermonucléaire, il ne semble pas que l’humanité ait d’autres alternatives. Les capacités de la planète sont limitées, contrairement aux besoins humains. Que SPARC, ITER ou toute autre start-up tiendront leurs promesses, le temps nous le dira.
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