Fournitures pour l'usine tritium
État des lieux à mi-parcours
12 juin 2023
L'alimentation en combustible des réactions de fusion d'ITER n'est pas un « processus à passage unique ». Le combustible résiduel présent dans la partie non consumée du plasma est extrait par pompage, avec les cendres d'hélium et les impuretés gazeuses, puis recyclé dans l'usine tritium afin d'être réutilisé. Ce cycle du combustible en boucle fermée fait appel à de nombreuses technologies avancées fournies par quatre agences domestiques et par ITER Organization. Le siège d'ITER a récemment accueilli un colloque consacré à l'usine tritium, l'occasion pour toutes les parties prenantes de présenter l'évolution de leurs travaux, de faire des propositions de standardisation et de définir un calendrier commun.
Le traitement du combustible deutérium-tritium nécessite une installation chimique assez poussée. Le siège d'ITER a récemment accueilli un colloque consacré à l'usine tritium qui a réuni des représentants de toutes les parties prenantes : les agences domestiques européenne, japonaise, coréenne et nord-américaine, ainsi qu'ITER Organization.
Les réactions de fusion d'ITER seront alimentées par deux isotopes de l'hydrogène : le deutérium et le tritium. Le « taux de combustion » effectif dans la chambre à vide est estimé à 1% à peine mais cela suffit pour que les cendres d'hélium commencent à s'accumuler et à diluer le cœur du plasma. Pour éviter ce phénomène, les puissantes cryopompes situées dans la zone du divertor évacuent en continu les cendres d'hélium ainsi que le combustible non brûlé et les impuretés. Les flux gazeux provenant de ces pompes sont transférés vers l'usine tritium (intégrée au Complexe tokamak), où les combustibles de fusion sont extraits afin d'être réinjectés dans le cycle d'alimentation en combustible.
Le processus d'extraction et de séparation assuré par l'usine tritium fait appel à de multiples technologies, regroupées en six sous-systèmes :
* Traitement des effluents du tokamak — prise en charge des effluents du réacteur et extraction des impuretés présentes dans les isotopes de l'hydrogène (fourni par les États-Unis).
* Séparation isotopique — prise en charge des isotopes de l'hydrogène sous forme de vapeur purifiée et séparation du deutérium et du tritium (fourni par l'Europe).
* Stockage et distribution — stockage du combustible, recyclé ou neuf, d'ITER (fourni par la Corée).
* Détritiation de l'atmosphère — récupération du tritium présent dans les impuretés gazeuses sous forme d'eau (fourni par le Japon et ITER Organization).
* Détritiation de l'eau — récupération du tritium présent dans l'eau tritiée et réinjection dans le circuit d'alimentation en combustible (fourni par l'Europe).
* Analyses — réalisation d'analyses chimiques et isotopiques pour les cinq autres sous-systèmes (fourni par ITER Organization).
Le cycle du combustible d'ITER se compose de trois boucles interconnectées. La boucle de droite (traitement des effluents du tokamak, séparation isotopique, stockage et distribution et détritiation de l'atmosphère et de l'eau) se déroule dans l'usine tritium d'ITER.
La plupart de ces sous-systèmes sont actuellement en phase de conception préliminaire. Seuls quelques éléments « captifs » ont déjà été fabriqués et installés dans les zones du Complexe tokamak qui ne seront plus accessibles par la suite (quelques exemples ici).
« Alors que les acteurs qui contribuent à l'usine tritium d'ITER travaillent à la conception finale des systèmes placés sous leur responsabilité, nous avons pensé que le moment était venu de comparer nos notes, de partager nos progrès et défis mutuels et de discuter des moyens de réduire les coûts et d'accélérer le projet », explique Ian Bonnett, le responsable du groupe Tritium Plant. Du 5 au 9 juin 2023, il a organisé chez ITER un colloque de l'usine tritium qui a réuni 65 personnes sur place et plusieurs dizaines de participants en visioconférence.
« La dernière réunion d'envergure sur le thème de l'usine tritium remontait à une bonne quinzaine d'années. Nous voulions permettre aux agences qui fournissent les différents systèmes de rencontrer les responsables techniques chargés des systèmes d'interface, les responsables de l'intégration et les spécialistes de la sécurité afin que chacun dispose des mêmes informations concernant l'état d'avancement des opérations de fourniture. »
Durant la première journée de la rencontre au sommet, chaque agence a présenté les travaux de conception des systèmes relevant de sa responsabilité ainsi que les échéances à venir, offrant aux participants un panorama complet de l'état d'avancement du programme. Dans la semaine, 31 ateliers ont été organisés pour étudier les moyens d'intégrer et de mutualiser les efforts des différents acteurs. Est-il possible de standardiser certains aspects pour réduire les coûts de fabrication des différents lots ? Est-il possible d'adopter une stratégie d'exploitation et de maintenance commune afin de standardiser les outils de l'usine tritium ? Est-il possible de se mettre d'accord sur une méthodologie commune d'étalonnage des équipements ?
« Les technologies utilisées par les différents systèmes de l'usine tritium présentent de nombreux points communs, souligne Ian Bonnett. Standardiser la solution qualifiée par l'un d'entre nous pour un élément courant comme une vanne d'isolement nous permettrait de gagner du temps et de réaliser des économies à l'échelle du projet. »
Sur la base de l'état d'avancement de l'usine tritium constaté lors du colloque, le prochain défi consistera à établir une feuille de route intégrée fusionnant les échéances de construction du Bâtiment tritium et les échéances prévisionnelles des agences domestiques et d'ITER Organization concernant les équipements. « Nous espérons disposer d'une feuille de route intégrée d'ici la fin de l'année », dit Ian Bonnett. Dans le cadre de ces travaux prospectifs, les équipes tiendront compte du processus de redéfinition de la feuille de route qui est actuellement mené à l'échelle du projet et intégreront les modifications correspondantes du plan d'exploitation de la machine.
Au final, le principal objectif de la rencontre, une appropriation collective du projet de l'usine tritium, a été atteint. Une nouvelle rencontre est prévue en 2024.
Pour en savoir plus sur l'usine tritium d'ITER, consultez cette vidéo ITER Talks.
« Alors que les acteurs qui contribuent à l'usine tritium d'ITER travaillent à la conception finale des systèmes placés sous leur responsabilité, nous avons pensé que le moment était venu de comparer nos notes, de partager nos progrès et défis mutuels et de discuter des moyens de réduire les coûts et d'accélérer le projet », explique Ian Bonnett, le responsable du groupe Tritium Plant. Du 5 au 9 juin 2023, il a organisé chez ITER un colloque de l'usine tritium qui a réuni 65 personnes sur place et plusieurs dizaines de participants en visioconférence.
« La dernière réunion d'envergure sur le thème de l'usine tritium remontait à une bonne quinzaine d'années. Nous voulions permettre aux agences qui fournissent les différents systèmes de rencontrer les responsables techniques chargés des systèmes d'interface, les responsables de l'intégration et les spécialistes de la sécurité afin que chacun dispose des mêmes informations concernant l'état d'avancement des opérations de fourniture. »
Durant la première journée de la rencontre au sommet, chaque agence a présenté les travaux de conception des systèmes relevant de sa responsabilité ainsi que les échéances à venir, offrant aux participants un panorama complet de l'état d'avancement du programme. Dans la semaine, 31 ateliers ont été organisés pour étudier les moyens d'intégrer et de mutualiser les efforts des différents acteurs. Est-il possible de standardiser certains aspects pour réduire les coûts de fabrication des différents lots ? Est-il possible d'adopter une stratégie d'exploitation et de maintenance commune afin de standardiser les outils de l'usine tritium ? Est-il possible de se mettre d'accord sur une méthodologie commune d'étalonnage des équipements ?
« Les technologies utilisées par les différents systèmes de l'usine tritium présentent de nombreux points communs, souligne Ian Bonnett. Standardiser la solution qualifiée par l'un d'entre nous pour un élément courant comme une vanne d'isolement nous permettrait de gagner du temps et de réaliser des économies à l'échelle du projet. »
Sur la base de l'état d'avancement de l'usine tritium constaté lors du colloque, le prochain défi consistera à établir une feuille de route intégrée fusionnant les échéances de construction du Bâtiment tritium et les échéances prévisionnelles des agences domestiques et d'ITER Organization concernant les équipements. « Nous espérons disposer d'une feuille de route intégrée d'ici la fin de l'année », dit Ian Bonnett. Dans le cadre de ces travaux prospectifs, les équipes tiendront compte du processus de redéfinition de la feuille de route qui est actuellement mené à l'échelle du projet et intégreront les modifications correspondantes du plan d'exploitation de la machine.
Au final, le principal objectif de la rencontre, une appropriation collective du projet de l'usine tritium, a été atteint. Une nouvelle rencontre est prévue en 2024.
Pour en savoir plus sur l'usine tritium d'ITER, consultez cette vidéo ITER Talks.