L’Université de Séville présente un réacteur à fusion nucléaire qui sera connecté au réseau électrique dans 10 ans | Technologie

Le système énergétique actuel approche de sa date d’expiration. Les réserves de sources fossiles non renouvelables sont insuffisantes pour les demandes croissantes, les politiques de décarbonation la rendent obsolète et les crises successives la poussent à des limites sans précédent. L’avenir passe par un mélange de sources renouvelables et de fusion nucléaire, la génération d’énergie à partir de l’union de deux noyaux d’atomes légers pour former un autre noyau. C’est imiter le Soleil pour disposer d’une source inépuisable, non polluante et sûre. “Un verre d’eau fournira de l’énergie à une famille pendant 80 ans”, déclare Eleonora Viezzer, membre du département de physique atomique, moléculaire et nucléaire de l’université de Séville (États-Unis) et fondatrice du groupe. Sciences du plasma et technologies de fusion avec le professeur Manuel García Muñoz. Tous deux ont participé aujourd’hui à la présentation du tokamak, un réacteur de fusion de particules de plasma, installé dans le port de la capitale andalouse pour se connecter au réseau électrique après trois phases qui s’étaleront sur 10 ans. L’investissement initial dépasse cinq millions d’euros.

Le projet que Séville a intégré à cette course énergétique s’appelle Fusion2Grid et comprend la participation de l’Université de Princeton, de son Institut de physique des plasmas, de General Atomics (Californie, États-Unis), du Culham Fusion Energy Center (Royaume-Uni), du consortium européen de fusion EUROfusion, l’Université de Séoul et Skylife, une société dérivée américaine responsable des bobines. Cette équipe a développé le tokamak à confinement magnétique SMART (Small Aspect Ratio Tokamak).

Ce réacteur confine le plasma de fusion (combustible) à des températures allant jusqu’à 100 millions de degrés Celsius et à des pressions élevées. On utilise le deutérium et le tritium, des isotopes plus lourds de l’hydrogène qui peuvent être extraits de l’eau de mer (deutérium) ou de la croûte terrestre (tritium). En fusionnant, une nouvelle particule (Alpha) est créée qui est l’hélium et libère une énergie de 17,6 méga-électron volts [MeV]. Comme l’explique Viezzer, Prix Princesse de Gérone pour la recherche, une quantité de deutérium et de tritium similaire à celle contenue dans une cuillère à café de café (2,5 grammes), par exemple, peut générer une quantité d’énergie similaire à celle produite par un terrain de football plein de brûler du charbon.

Le tokamak fonctionne en injectant un faisceau de particules neutres de haute énergie pour accéder au mode H, de fort confinement, qui se caractérise par la formation d’une barrière très fine où le transport d’énergie et de particules est plus réduit que dans le mode L -mode utilisé dans d’autres réacteurs. Ce mode H produit des gradients de pression élevés nécessaires à la fusion et, par conséquent, à l’augmentation de la puissance du réacteur.

Mais ce processus de confinement élevé, en enregistrant des gradients de pression de bord aussi élevés, génère des perturbations magnétohydrodynamiques qui produisent des charges thermiques élevées intermittentes sur les parois du réacteur, appelées Modes localisés sur les bords (ELM). Pour y faire face et réaliser l’équilibre des forces (compensation de la pression du plasma avec les champs produits par les bobines et le combustible lui-même), l’appareil américain a été conçu comme un tokamak sphérique compact, différent du design traditionnel en forme de beignet. , avec des électroaimants supraconducteurs à haute température et fonctionnant avec une triangularité négative du plasma (forme en D inversé). Ces caractéristiques se traduisent par la possibilité d’obtenir le même confinement plasma avec la moitié de la puissance externe, ce qui est essentiel pour l’efficacité du système. “Plus d’électricité à moindre coût”, résume García Muñoz. L’inconvénient est que la stabilité du plasma n’a pas encore été étudiée avec ce modèle.

Le résultat est un réacteur qui, pour la première fois au monde, utilisera cette triangularité négative, plus compact, efficace et robuste, capable d’atteindre des pressions et des températures de fusion plus élevées avec lesquelles générer jusqu’à dix millions d’énergie de plus par gramme que dans la combustion des combustibles fossiles.

Avec ce réacteur, Séville s’engage dans une course à la fusion nucléaire qui a déjà franchi le cap nécessaire pour la rendre efficace : générer plus d’énergie qu’il n’en faut pour le processus, ce qu’on appelle le gain net. Il a été réalisé en décembre dernier par une équipe scientifique américaine au Laboratoire national Lawrence Livermoreoù 192 faisceaux laser ont été focalisés dans un plasma d’hydrogène de la taille d’un “grain de poivre” pour générer trois mégajoules d’énergie en utilisant seulement deux.

Dans ce marathon scientifique, les coureurs sont nombreux. Le Royaume-Uni s’attend à avoir le premier prototype de réacteur en 2032 et ITER (le consortium des trois continents construisant le plus grand complexe de France) se bat pour respecter les délais dans cette décennie. Le groupe énergétique italien Eni, en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology (MIT), assure qu’« il aura sa première usine aux États-Unis en 2025 », selon Mónica Spada, responsable de la recherche et de l’innovation technologique de l’entreprise italienne. . Madrid possède un réacteur de technologie différente (TJ II Stellarator) de Séville au Laboratoire national de fusion CIEMAT.

L’Université de Séville a également participé à un récent record de production d’électricité par fusion : 59 mégajoules pendant cinq secondes. L’expérience, par le consortium EUROFusion, a été réalisée sur le dispositif Joint European Torus (JET), situé à Oxford et qui est la plus grande installation de fusion par confinement magnétique actuellement en service dans le monde. Mais le résultat a produit une énergie qui représentait 70% de celle utilisée pour la générer.

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