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Fusion nucléaire : les bobines supraconductrices françaises prêtes pour le tokamak JT-60SA


Après la validation des dernières bobines supraconductrices de champ toroïdal, la contribution du CEA à la construction du tokamak japonais JT-60SA, dédié à l’étude de la fusion nucléaire, approche de son terme. Dix d’entre elles (sur vingt) ont été fabriquées sous la responsabilité du CEA par GE Power à Belfort. Ces bobines de près de 16 tonnes chacune s’envoleront mi-février pour Naka pour y rejoindre leurs sœurs et intégrer la structure du tokamak nippon. Ces composants essentiels pour la machine de fusion japonaise s’inscrivent dans le projet dit de l’Approche élargie à Iter1.

Publié le 30 janvier 2018
Le 16 janvier 2018, la dixième et dernière bobine de champ toroïdal pour JT-60SA, sortie des ateliers GE2 Power (ex Alstom) de Belfort, et construite sous la responsabilité du CEA, a passé avec succès les tests de réception finaux. Dix bobines complémentaires sont fabriquées en Italie par ASG3, sous la responsabilité de l’organisme de recherche ENEA4. Le réacteur JT-60SA n’utilisera que dix-huit bobines, deux bobines (italiennes) étant fabriquées en plus afin principalement de garantir le planning de fourniture et pallier tout contretemps.

L’ensemble des vingt bobines supraconductrices européennes construites pour le réacteur japonais JT-60SA a fait l’objet de tests dans la station d’essai cryogénique dédiée située sur le centre de recherches du CEA à Saclay (Essonne). Ces tests ont permis de qualifier ces grandes bobines magnétiques supraconductrices, électro-aimants de 7,5m mètres de hauteur sur 4,5 m de largeur et 45 cm d’épaisseur, dans leurs conditions nominales de température de fonctionnement (4,5 K ; -268,5°C) et de courant (25,7 kA). 
Une des bobines supraconductrices équipée de sa structure externe. © P.Dumas/ CEA

Toutes les bobines ont satisfait aux critères requis et ont subi un test de quench5 permettant de déterminer la marge de fonctionnement en température de celles-ci, dont la bonne marche est la base des futurs succès du tokamak JT-60SA.

Les deux dernières bobines, après avoir été équipées chacune de leur structure de liaison externe, dont l’assemblage nécessite une précision submillimétrique, ont été solidement installées dans leur emballage de transport. La masse des deux colis avoisine les 31 tonnes (16 pour la bobine, 5 pour la structure externe et 10 pour la structure d’emballage). Ces deux bobines ainsi équipées vont s’envoler mi-février à bord d’un avion gros porteur Antonov 124 spécialement affrété pour rejoindre Naka où elles retrouveront leurs 16 sœurs aînées au sein de la structure du tokamak nippon.



1 Iter, pour ‘International Thermonuclear Experimental Reactor’ et ‘le chemin’ en latin est un projet international de réacteur de recherche civil à fusion nucléaire actuellement construit à Cadarache (Bouches-du-Rhône), en France.
 General Electric.  
 3 ASG Superconductors.
 4 Agenzia nazionale per le nuove tecnologie, l'energia e lo sviluppo economico sostenibile.
 5 Le risque de « quench » correspond au retour incidentel de l’aimant de l’état supraconducteur vers l’état résistif. Au cours d’un tel incident, l’énergie stockée dans l’aimant va être dissipée dans une résistance externe pour minimiser l’augmentation de température dans l’aimant et les contraintes mécaniques qui pourraient apparaître.
 6 Également installées et mise en service au Japon sous la responsabilité du CEA.
 7 Installée et mise en service à Naka par les équipes du CEA et du concepteur et fabricant, Air Liquide, leader mondial des gaz, technologies et services pour l’industrie et la santé.
Pour l’ensemble de ces bobines, c’est donc une aventure technique et humaine de plus de dix ans qui s’achèvera dans les prochains jours. Elle a compris bien des étapes depuis la définition des spécifications, du design, la contractualisation, la définition, la qualification et la validation des processus de fabrication et la mise en place d’un contrôle qualité exigeant avant le lancement des premières fabrications en décembre 2013.

La mise en service de JT-60SA est prévue pour l’été 2020. Il deviendra, alors, le plus grand tokamak au monde en fonctionnement jusqu’au démarrage d’Iter. Son exploitation est dès à présent attendue avec impatience par la communauté scientifique internationale. 
 
Le réacteur JT-60SA en cours d’assemblage à Naka au Japon. © CEA

Une Approche élargie vers l’exploitation industrielle de la fusion

Pour soutenir la feuille de route internationale de la R&D sur la fusion qui passe notamment par le projet Iter, la Communauté européenne de l’énergie atomique (Euratom) et le gouvernement japonais ont signé en 2007 un accord baptisé « Approche élargie » (ou Broader Approach) définissant un programme de recherche et de développement en commun. Les objectifs de l’Approche élargie sont de préparer l’exploitation d’Iter, d’élargir son programme de recherche et de développer la R&D pour dimensionner un réacteur électrogène prototype, Demo, économiquement attractif.
Dans le cadre de cette Approche élargie, la France s’est engagée à fournir au Japon et son nouveau tokamak toute une série d’équipements de pointe:
  • dix bobines supraconductrices et leur station d’essai
  • leurs structures mécaniques associées
  • cinq alimentations électriques spécifiques pour les aimants supraconducteurs dont l’une permettra d’alimenter en série les 18 bobines de champ toroïdal6
  • l’usine cryogénique7 destinée à les refroidir à des températures extrêmement basses ont également été fournies

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