IFMIF-DONES sort de terre

Les neutrons rapides produits par une réaction de fusion deutérium-tritium sont tout à la fois une bénédiction et un sérieux problème quand il s'agit de maîtriser la fusion nucléaire à des fins de production d'énergie. En effet, lorsque les neutrons traversent les parois du tokamak, leur énergie cinétique est convertie en chaleur, ce qui permet de générer d'importantes quantité d'énergie. Cependant, tout au long de ce processus de « bombardement », ces mêmes neutrons très énergétiques causent une dégradation du matériau par un phénomène de transmutation. Lorsqu'un neutron traverse un matériau, il peut en perturber la structure atomique ou déclencher des réactions nucléaires, ce qui génère un gonflement, un fluage et une fragilisation du matériau, tout en générant de la radioactivité dans les parois.

Les niveaux d'irradiation neutronique d'ITER, bien que non négligeables, seront beaucoup moins élevés que ceux des réacteurs qui lui succéderont. Ces réacteurs dits « de démonstration » (DEMO) produiront des plasmas en combustion de longue durée afin de démontrer la faisabilité de la production d'électricité. Un plasma en combustion de plus longue durée génère plus de réactions de fusion, si bien qu'un plus grand nombre de neutrons impactent les parois, ce qui accroît les processus de transmutation ainsi que l'activation des matériaux. Le niveau d'irradiation neutronique attendu n'a jamais été testé dans des conditions réelles pour ce type de réacteur. Les matériaux utilisés pour construire les réacteurs DEMO devront être capables de soutenir ce type de bombardements très intenses, c'est pourquoi les développeurs s'intéressent aux sources de neutrons pour tester les matériaux dans des conditions réelles d'un réacteur de fusion.

Le programme IFMIF-DONES est la solution que propose l'Europe pour aborder la question des matériaux. Actuellement en cours de construction à Grenade, en Espagne, cette installation d'essai des matériaux simulera des conditions de type DEMO afin d'évaluer les matériaux de structure potentiels. IFMIF-DONES utilisera un accélérateur de particules pour produire un faisceau d'ions deutérium (D+) en fonctionnement quasi-continu dirigé vers une cible constituée d'un rideau de lithium liquide. L'interaction entre le deutérium et le lithium générera suffisamment de neutrons libres pour simuler le flux de neutrons attendu dans le DEMO européen, qui est en cours de conception par l'équipe DEMO centrale au sein d'EUROfusion. Situé directement derrière la cible de lithium, le module d'essai à flux élevés contiendra des capsules d'échantillons de matériaux, dont le comportement sous flux neutronique pourra ainsi être analysé.

« L'installation IFMIF-DONES servira notamment à tester EUROFER, un alliage d'acier à faible activation qui devrait être utilisé comme matériau structurel pour la première paroi de DEMO, explique Angel Ibarra, le directeur de l'installation. Il est important de réaliser ces expérimentations dès que possible, et dans un environnement analogue à celui d'une installation de fusion afin de valider ce matériau pour le DEMO européen. Nous testerons des centaines d'échantillons d'EUROFER et d'alliages similaires dans diverses conditions de flux neutronique et de charge thermique afin de mieux comprendre les propriétés mécaniques de ce matériau. »

Au-delà d'EUROFER, Angel Ibarra souligne que le rôle d'IFMIF-DONES n'est pas de choisir les matériaux à tester mais plutôt de veiller à ce que la communauté européenne de la fusion dispose d'une source de neutrons reproduisant les conditions de la fusion pour tester des échantillons de tous les matériaux susceptibles d'être utilisés pour DEMO. En d'autres termes, IFMIF-DONES constituera progressivement une base de données sur les différents matériaux utilisables.

Ainsi, alors qu'ITER aide l'Europe à comprendre comment construire sa machine DEMO en validant le concept de plasma en combustion avec gain d'énergie dans un tokamak, IFMIF-DONES apportera des réponses sur les matériaux qui pourront être utilisés pour DEMO.

Les principaux domaines de coopération sont la gestion des connaissances et la technologie. « Les succès du programme ITER ces quinze dernières années et les enseignements qui en ont été tirés peuvent contribuer à l'optimisation opérationnelle d'IFMIF-DONES alors que l'installation entre dans sa phase de construction, indique Angel Ibarra. En outre, certaines des technologies développées pour ITER seront également utiles pour notre programme, ce qui nous permettra peut-être de simplifier le processus de développement ». Par ailleurs, Angel Ibarra explique qu'IFMIF-DONES, une fois opérationnel, pourra aussi contribuer à la phase opérationnelle d'ITER en testant les matériaux sur un large spectre neutronique.

IFMIF-DONES validera les matériaux destinés au réacteur DEMO européen mais Angel Ibarra estime que toute nation qui souhaiterait développer une source d'énergie de fusion aura besoin d'une installation de ce type pour tester ses matériaux. IFMIF-DONES est actuellement engagé dans des discussions avec plusieurs pays susceptibles de rejoindre le programme, qu'ils soient membres ou non de l'Union européenne. Dans tous les cas, que d'autres pays deviennent membres d'IFMIF-DONES ou qu'ils utilisent les enseignements tirés du programme pour construire leurs propres installation d'essai des matériaux, Angel Ibarra pense que l'installation est une « source de neutrons qui pourrait faire date dans l'histoire » en établissant une feuille de route pour la validation des matériaux dans l'environnement d'un réacteur de fusion. IFMIF-DONES peut ainsi aider la communauté mondiale de la fusion à progresser vers le stade DEMO.

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