Le réacteur de fusion tokamak sphérique ST-40Tokamak Energy

L’entreprise technologique britannique Tokamak Energy, basée à Oxford, a franchi une étape importante dans la recherche sur la fusion financée par le secteur privé. En effet, son réacteur tokamak sphérique ST-40 a atteint une température de 100 millions de degrés Celsius, ce qui, selon elle, constitue le seuil de l’énergie de fusion commerciale.

Depuis plus de 75 ans, la promesse d’un réacteur de fusion pratique est restée désespérément hors de portée, la promesse d’un tel réacteur ne semblant se concrétiser que dans quelques décennies. Cependant, les implications d’une telle technologie de réacteur et sa capacité à fournir à l’humanité un approvisionnement pratiquement illimité en énergie propre et bon marché changent tellement la donne que les scientifiques et les ingénieurs continuent à la rechercher.

Le principe de la fusion nucléaire est relativement simple. Il suffit de prendre des atomes d’hydrogène et de les soumettre au type de chaleur et de pression que l’on trouve à l’intérieur du Soleil, suffisamment longtemps pour qu’ils fusionnent et forment des atomes plus lourds, libérant ainsi d’énormes quantités d’énergie.

Malheureusement, il s’agit d’un exemple classique de quelque chose comme un violon, qui est facile à jouer en théorie, mais incroyablement difficile à réaliser en pratique. Pour faire simple, il n’est pas si difficile d’équilibrer les trois principaux facteurs (chaleur, pression et temps) pour produire une fusion. En fait, lors de l’exposition universelle de New York en 1964, le public a pu observer un réacteur à fusion de table fonctionner en temps réel pendant une fraction de seconde. Depuis lors, le plus difficile est de trouver un réacteur capable de produire des quantités pratiques d’énergie de manière régulière et en quantité supérieure à celle qu’il faut injecter pour démarrer la réaction.

Vue en coupe d’un réacteur tokamak sphérique

L’un des plus prometteurs est le réacteur tokamak, qui a été mis au point en Union soviétique dans les années 1950. Le concept de base est un anneau creux entouré de bobines qui créent un champ magnétique à l’intérieur. L’anneau contient un vide dans lequel sont introduits des atomes d’hydrogène. Le champ magnétique contraint et pince les atomes lorsqu’ils atteignent des millions de degrés, les dépouillant de leurs électrons et les transformant en un plasma qui tourne autour de l’anneau. Lorsque les conditions sont réunies, la fusion se produit.

La plupart des réacteurs tokamaks construits au cours des 70 dernières années étaient des réacteurs de recherche financés par le gouvernement qui se sont concentrés sur l’étude du comportement des plasmas d’hydrogène et des problèmes que la construction d’un réacteur pratique pourrait rencontrer. Cela signifie que ces tokamaks ont tendance à être extrêmement grands et coûteux et qu’ils canalisent des quantités d’énergie tellement énormes que, si elle est libérée accidentellement, toute la machine saute comme un paquebot qui prend l’air.

Diagramme du champ magnétique d’un réacteur à fusion

À l’autre bout de l’échelle se trouvent les réacteurs financés par le secteur privé, comme le tokamak sphérique ST40 de Tokamak Energy. Alors que les réacteurs gouvernementaux ont déjà atteint la barre des 100 millions de °C, le faire avec un réacteur commercial beaucoup plus petit, pour un coût de seulement 50 millions de livres sterling (59 millions d’euros) et le faire confirmer par des observateurs extérieurs est un véritable exploit.

Selon la société, l’objectif de ST40 est de se concentrer sur les applications commerciales de l’énergie de fusion. Plus précisément, il s’agit de rendre les réacteurs économiquement viables. C’est pourquoi le ST40 est un tokamak sphérique.

Alors que les tokamaks classiques ont de grandes chambres toriques, le réacteur sphérique est beaucoup plus compact et remplace les aimants qui encerclent tout par des aimants qui se rejoignent au centre de la chambre sous la forme d’un poteau. Cela donne au réacteur une forme aplatie, un peu comme une pomme. Les aimants sont donc plus petits et consomment moins d’énergie, tout en générant des champs plus intenses.

En outre, le ST40 utilise des aimants supraconducteurs à haute température (HTS) fabriqués à partir d’oxyde de cuivre et de baryum à base de terres rares (REBCO) et formés en bandes étroites de moins de 0,1 mm d’épaisseur. Ces aimants « haute température » fonctionnent à une température comprise entre -250 et -200 °C, soit à peu près la température de l’azote liquide. Il est donc beaucoup moins coûteux de maintenir les aimants du réacteur à température que ceux qui utilisent de l’hélium liquide.

Gros plan sur les bobines de champ du réacteur

Cette configuration permet d’obtenir un réacteur plus petit et plus simple où le plasma reste beaucoup plus stable dans les conditions qui favorisent la réaction de fusion. Toutefois, la pression globale du réacteur est inférieure à celle des tokamaks classiques et le pilier central est vulnérable à la désintégration du plasma et doit être remplacé régulièrement.

L’entreprise travaille actuellement sur un réacteur plus avancé, le ST-HTS, qui sera mis en service dans quelques années et fournira, on l’espère, des informations pour la conception de la première véritable centrale commerciale dans les années 2030.

« Nous sommes fiers d’avoir réalisé cette percée qui nous rapproche un peu plus de la fourniture au monde d’une nouvelle source d’énergie sûre et sans carbone », a déclaré Chris Kelsall, PDG de Tokamak Energy. « Associés à des aimants HTS, les tokamaks sphériques représentent la voie optimale pour parvenir à une énergie de fusion commerciale propre et peu coûteuse. Notre prochain dispositif combinera pour la première fois ces deux technologies de pointe mondiales et est au cœur de notre mission visant à fournir une énergie à faible coût avec des modules de fusion compacts. »

https://www.tokamakenergy.co.uk/tokamak-energy-moves-closer-to-commercial-fusion/