Couverture

Les 440 modules de couverture qui tapissent les surfaces internes de la chambre à vide protègent la chambre et les aimants de la chaleur et des flux de neutrons issus de la réaction de fusion. Ils ralentissent les neutrons, transformant leur énergie cinétique en énergie thermique qui sera dissipée par l'eau de refroidissement. Dans les centrales de fusion, cette énergie sera utilisée pour produire de l'électricité.

Chaque module mesure 1 x 1,5 mètre et pèse jusqu'à 4,6 tonnes. Il en existe quelque 180 variantes (en fonction de l'emplacement du module au sein de la chambre à vide). Toutes ont en commun une première paroi démontable positionnée directement face au plasma et chargée d'en évacuer la charge thermique, ainsi qu'un bouclier assurant une protection contre les neutrons. Les modules doivent en outre permettre le passage de plusieurs systèmes de diagnostic, des dispositifs de visualisation et des systèmes de chauffage du plasma.

La couverture est l'un des composants d'ITER les plus critiques et les plus délicats à réaliser du point de vue technique car elle se trouve, tout comme le divertor, directement positionnée face au plasma chaud. En raison de l'intensité des dépôts de chaleur que l'on anticipe, la couverture est conçue pour supporter une charge thermique maximale de 736 MW ; ITER sera également la première machine de fusion dotée d'une couverture à refroidissement actif.

À un stade ultérieur du programme ITER, des modules expérimentaux, dits « tritigènes », testeront diverses solutions visant à générer le tritium dans l'enceinte même de la machine. ITER consommera la quasi-totalité de l'inventaire mondial de tritium (une quarantaine de kilos) et les futures centrales de fusion devront produire in situ le tritium qui alimentera la réaction. L'avenir industriel de la fusion passe nécessairement par l'autosuffisance en tritium.

En 2023, ITER Organization a décidé de remplacer le matériau de protection de la première paroi de la chambre à vide, substituant le tungstène au béryllium initialement prévu. Deux raisons justifient ce changement. D’une part, toutes les futures machines de fusion conçues pour générer des plasmas en ignition seront équipées d’un matériau de protection en tungstène. Dans cette perspective, le choix du béryllium pour ITER ne s’accordait pas avec la feuille de route choisie par la communauté internationale de fusion ; d’autre part les propriétés du béryllium et leurs conséquences – toxicité et problématiques de maintenance, érosion et génération de poussières, risques de dégradation de la paroi sous l’effet de certains « événements plasma » etc. – justifient que l’option tungstène ait été privilégiée.

Démarrer la campagne d’expérimentations avec une première paroi en tungstène élimine la nécessité de remplacer, le moment venu, la paroi de béryllium initialement prévue—d’où, gain de temps sur le planning et réduction significative de la quantité de déchets radioactifs. Pour les équipes internationales d’ITER, le changement de matériau va cependant conduire à de nouvelles études et travaux préparatoires : de nouveaux panneaux de première paroi doivent être développés, qualifiés et fabriqués ; dans le cadre d’une modification de la contribution des systèmes de chauffage et du courant plasma, la puissance de chauffage par résonnance électronique cyclotronique devra être significativement augmentée ; une procédure nouvelle, appelée « boronisation » devra être mise en œuvre, consistant à recouvrir la paroi de tungstène d’une fine couche de bore de manière à améliorer la capture des atomes d’oxygène qui pourraient aggraver la contamination du plasma (le béryllium lui, opérait spontanément cette capture).

Ces changements apportés aux éléments et aux systèmes doivent être intégrés à la machine et à l’agencement des bâtiments. Le programme scientifique (ITER Research Plan) doit lui aussi être revu et affiné. L’ensemble de ces actions est en cours.

Les modules massifs de couverture assurent la protection de l'enceinte à vide et des composants extérieurs (bobines magnétiques) contre le flux neutronique du plasma. Ils sont refroidis par une boucle d'eau pressurisée qui arrive aux blocs de blindage et en repart à travers des collecteurs et des canalisations de raccordement. Chaque module sera fixé à l'enceinte à vide par quatre attaches. L'installation des 440 modules massifs représente un défi technologique majeur : elle repose sur un système de télémanipulation particulièrement sophistiqué en prévision des opérations de maintenance qui seront réalisées pendant l'exploitation en deutérium-tritium, et sur une approche particulièrement délicate pour les opérations d'assemblage des modules, compte tenu des très faibles tolérances prévues (10 mm globalement et +/-4 mm entre modules). Pour respecter les tolérances requises, les éléments qui nécessitent une adaptation seront individuellement usinés pendant la phase d'installation. (Sur la photo, on voit comment les éléments de première paroi se fixent sur les modules massifs en acier.)