Chine : un « soleil artificiel » pour produire une énergie éco-responsable
Et si le Soleil, cette immense étoile qui rend la vie possible sur notre planète, nous permettait aussi de répondre aux enjeux énergétiques d’aujourd’hui et de demain ?
Reproduire artificiellement sur Terre les conditions de la fusion nucléaire qui alimente l’activité solaire permettrait en effet de produire en abondance une énergie propre, renouvelable et peu coûteuse !
Un « Soleil artificiel » donc, sur lequel des scientifiques chinois travaillent depuis près de 15 ans. Cette initiative pourrait bien franchir une nouvelle étape en 2020. En effet, le lancement du projet « HL-2M Tokamak » a officiellement été annoncé lors de la China Fusion Energy Conférence (CFEC) fin 2019.
On vous explique tout dans notre article de la semaine.
De la fiction à la réalité
Si cette idée de « Soleil artificiel », source d’une énergie illimitée, vous semble familière, c’est qu’elle n’est pas nouvelle : vous l’avez même sans doute déjà vue dans un film de SF.
Bien sûr, il ne s’agit pas d’une boule en fusion comme le Soleil. L’enjeu est de reproduire à l’identique la fusion nucléaire de celui-ci, mais au sein d’un réacteur. Ce dernier aura pour fonction de contenir cette réaction, de la capter, pour distribuer l’énergie qui s’en dégage.
La Chine n’en est d’ailleurs pas à son coup d’essai. L’Empire du Milieu dispose déjà d’un « Soleil artificiel ». On parle du réacteur « Experimental Advanced Superconducting Tokamak » qui aura bientôt 15 ans puisqu’il existe depuis 2006.
Fin 2018, les scientifiques chinois avaient d’ailleurs annoncé que la température des électrons du plasma de ce réacteur venait de dépasser les 100 millions de degrés Celsius. Quant à la température des électrons, elle atteignait alors atteint les 50 millions de degrés Celsius.
Reproduire la fusion nucléaire du Soleil
Comment fonctionne la fusion nucléaire, capable d’alimenter un astre tel que le Soleil ?
Cette réaction permet de fusionner deux noyaux atomiques légers pour former un seul noyau plus lourd, libérant ainsi une très importante quantité d’énergie.
Au cœur du Soleil, les températures avoisinent les 15 millions de degrés Celsius. C’est là que les noyaux d’hydrogène (composant principal du soleil à plus de 70%) se combinent pour former de l’hélium.
Pour recréer cette réaction sur Terre, les scientifiques doivent chauffer le combustible (des types d’hydrogène) à des températures supérieures à 100 millions de degrés Celsius.
À cette température, le carburant se transforme alors en plasma.
Pour rappel, en physique le plasma désigne un état de la matière (au même titre que le liquide, le solide ou le gazeux), partiellement ou totalement ionisé.
Ce plasma, extrêmement chaud, est alors confiné à l’aide d’une méthode développée par les scientifiques chinois du projet HL-2M Tokamak. Le plasma est placé dans un appareil de confinement magnétique en forme de Donuts appelé « Tokamak ».
Cette machine, permet aussi d’étudier le plasma, notamment la possibilité de production d’énergie par fusion nucléaire. Toutefois, Tokamak est susceptible d’être endommagési le plasma génère des salves qui touchent les parois du réacteur.
Pour le moment, le premier réacteur a produit une fusion nucléaire stable. Néanmoins, la quantité d’énergie nécessaire pour produire les réactions dépasse encore malheureusement la quantité d’énergie générée.
« HL-2M » : 13 fois plus chaud que le Soleil lui-même !
Le nouveau projet de réacteur baptisé « HL-2M » va encore beaucoup plus loin que le premier « Soleil artificiel ». Surtout, il compte bien trouver des solutions aux problèmes de son aîné.
Tout d’abord, comme le précisent les scientifiques, il faut distinguer la température des électrons à celle des ions qui représentent la source d’énergie recherchée.
Le « HL-2M » atteindra comme son prédécesseur 100 millions de degrés Celsiusau niveau des électrons, mais également 100 millions de degrés Celsiusau niveau ionique ! Un record qui porterait donc la température globale de HL-2M à 200 millions de degrés Celsius.
C’est 185 millions de degrés de plus que le Soleil lui-même, dont la température du noyau avoisine les 15 millions de degrés.
Ensuite, comme l’a précisé James Harrison, principal physicien de la fusion à la United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA), le « Tokamak HL-2M » chinois diffère des précédents appareils grâce à la flexibilité de son champ magnétique.
Les scientifiques chinois pourront donc adapter ce champ pour protéger les parois de l’intérieur de l’appareil de tout contact lorsqu’il fonctionne à haute puissance.
« Les dispositifs de fusion à confinement magnétique – tels que les tokamaks – déposent généralement la chaleur d’échappement et les particules du noyau producteur de fusion dans une couche très étroite, de centimètres à millimètres de large, ce qui conduit à des charges de chaleur et de particules très élevées qui peuvent endommager les surfaces qui tapissent l’intérieur de l’appareil dans un réacteur; la flexibilité disponible sur le HL-2M permettra aux chercheurs d’explorer de nouvelles solutions à ce problème. »
Toujours d’après James Harrison, les prochaines étapes du « HL-2M » consisteraient dans les tests de chaque partie du système individuellement. S’ensuivront d’autres tests des systèmes intégrés avant de pouvoir commencer les expériences.
« Le HL-2M fournira aux chercheurs des données précieuses sur la compatibilité des plasmas de fusion haute performance avec des approches pour gérer plus efficacement la chaleur et les particules évacuées du cœur de l’appareil. C’est l’un des plus grands problèmes auxquels est confronté le développement commercial réacteur de fusion ».
Une source d’énergie propre ?
Nucléaire mais propre ? Oui !
Car à l’inverse de la fission nucléaire, la fusion nucléaire ne rejette pas de déchets radioactifs.
Malheureusement, encore aujourd’hui, cette fusion nucléaire ne peut être opérée dans nos centrales nucléaires actuelles. Cela s’explique par les températures et pressions trop élevées nécessaires, comme le démontre une nouvelle fois le projet chinois.
Maintenant que le réacteur est opérationnel, si les prochains tests sont concluants et que les contraintes matérielles n’entravent pas la production d’énergie, alors HL-2M franchirait un nouveau cap, et pas des moindres. Ce « soleil artificiel » pourrait alors devenir une source d’électricité renouvelable quasi-illimitée, et ce avec un impact écologique proche de 0.
Le projet HL-2M Tokamak fait d’ailleurs partie du programme ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Basé en France, il implique des dizaines de pays. A date, son coût est estimé à environ 20 milliards d’euros.
Dès son aboutissement prévu pour 2025, le projet ITER cédera alors sa place au programme DEMO. Celui-ci a pour but d’aboutir à l’horizon 2040, à un réacteur à fusion nucléaire pleinement utilisable et susceptible d’intéresser l’industrie.