Qu'est-ce qu'un tokamak ?

On produit de l'électricité en utilisant l'énergie des combustibles fossiles, des réactions de fission nucléaire, ou celle des ressources renouvelables, comme l'eau ou le vent. Quelle que soit la source d'énergie, les centrales génèrent de l'électricité en transformant une puissance mécanique, comme la rotation d'une turbine, en puissance électrique. Dans le cas des énergies fossiles et de l'énergie nucléaire, la chaleur produite transforme l'eau de refroidissement en vapeur, laquelle actionne des turbines qui produisent de l'électricité par l'entremise d'un alternateur.

Le tokamak est une machine expérimentale conçue pour exploiter l'énergie de la fusion. Elle permet de créer et de confiner un plasma de fusion grâce à des champs magnétiques intenses. Dans l'enceinte d'un tokamak, l'énergie générée par la fusion des noyaux atomiques est absorbée sous forme de chaleur par les parois de la chambre à vide. Tout comme les centrales électrogènes classiques, une centrale de fusion utilisera cette chaleur pour produire de la vapeur, puis, grâce à des turbines et à des alternateurs, de l'électricité.

ITER est une étape importante sur le chemin d'un réacteur à fusion. Son exploitation permettra d'établir de nouveaux records de puissance de fusion et de tester un grand nombre de technologies dans des conditions qui seront celles d'une centrale à fusion. Mais ITER ne produira pas d'électricité et il reste des défis clés sur le chemin d'un réacteur de fusion. (Cliquez pour plus d'informations sur les défis majeurs de l'énergie de fusion et les étapes après ITER.)

À l’intérieur d’un tokamak

Le cœur d'un tokamak est constitué d'une chambre à vide en forme d'anneau.

À l'intérieur, sous l'influence d'une température et d'une pression extrêmes, le gaz d'hydrogène se mue en plasma — un gaz chaud électriquement chargé. Dans les étoiles, comme dans les machines de fusion, les plasmas constituent un milieu dans lequel les atomes d'hydrogène peuvent fusionner et générer de l'énergie.

Les particules qui composent le plasma, électriquement chargées, peuvent être confinées et contrôlées par les imposantes bobines magnétiques placées autour de l'enceinte. On tire parti de cette propriété pour maintenir le plasma chaud à l'écart des parois de l'enceinte. Le mot « tokamak » est un acronyme russe qui signifie : « chambre toroïdale avec bobines magnétiques » (тороидальная камера с магнитными катушками).

Pour enclencher le processus, il faut parvenir à créer une étanchéité parfaite dans la chambre à vide ; à ITER, des puissantes pompes mécaniques et cryogéniques évacueront la totalité de l'air et des impuretés présents. Les systèmes magnétiques, qui assurent le confinement et le contrôle du plasma, sont alors activés puis le combustible gazeux à basse densité est introduit dans la chambre à vide par un système d'injection de gaz. On fait alors circuler un courant électrique dont l'action déclenche un « claquage » puis une ionisation du gaz (les électrons sont séparés des noyaux), et enfin sa transformation en plasma.

Stats

La température du plasma doit atteindre

150 millions de degrés

Les électrons et les ions du plasma, excités par le courant électrique, entrent en collision et la température du plasma monte. Plusieurs techniques de chauffage complémentaires interviendront alors pour porter le plasma d'ITER à la température à laquelle les réactions de fusion deviennent possibles (entre 150 et 300 million °C). Des particules « accélérés » de la sorte franchissent la barrière que les forces électrostatiques dressent entre des charges électriques et ils fusionnent, libérant de considérables quantités d'énergie.

Issu de la recherche soviétique des années 1960, le tokamak, avec des résultats surprenants, s'est depuis imposé comme le concept dominant parmi les chercheurs qui travaillaient sur la fusion par confinement magnétique.

ITER sera le plus grand tokamak au monde—deux fois la taille de la plus grande machine en opération (le tokamak JT-60SA au Japon), avec un volume de plasma six fois plus grand.