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Fusion contrôlée : la Terre sur les traces du Soleil :
Le tokamak est aujourd'hui la machine la plus utilisée pour créer un plasma de fusion par confinement magnétique. Mode d'emploi.
Le tokamak, du plasma en boite
, Chapitre 3Le tokamak est aujourd'hui la machine la plus utilisée pour créer un plasma de fusion par confinement magnétique. Mode d'emploi.
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Pour atteindre les 100 millions de degrés nécessaires à la fusion, trois modes de chauffage complémentaires sont utilisés. Le premier, dit ohmique, est le courant électrique qui circule au cœur du plasma. À son passage, ce dernier s’échauffe par effet joule, à l’instar du filament d’une ampoule. Un autre consiste à injecter des atomes de deutérium très énergétiques dans la chambre à vide. Leur neutralité électrique leur permet de franchir la barrière du champ magnétique de confinement pour venir frapper les particules du plasma et augmenter leur agitation, donc la température. Enfin des ondes radio émises dans la chambre du tokamak communiquent, sous certaines conditions, leur énergie aux ions et aux électrons du plasma. Une fois les réactions de fusion déclenchées, les noyaux d’hélium produits participent à leur tour au chauffage du plasma en percutant les autres particules.
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Pour créer le plasma, un mélange gazeux de deutérium et de tritium (de quelques milligrammes au gramme), introduit dans la chambre à vide du tokamak par un conduit, est ionisé par une intense décharge électrique. Plusieurs moyens existent pour alimenter le plasma ainsi formé. Le conduit qui a déjà servi à introduire les premiers grammes de gaz peut fournir le combustible supplémentaire. Simple mais peu efficace, car moins de 20% des particules parviennent à pénétrer la décharge de plasma. L’injection de deutérium, servant au chauffage du plasma, permet du même coup de le ravitailler. Enfin, une troisième méthode, beaucoup plus efficace que les deux précédentes, consiste à lancer dans le plasma de minuscules glaçons quelques millimètres de diamètre) de deutérium ou de tritium à l’aide d’un dispositif semblable à un pistolet à air comprimé. Les billes de glace s’entourent d’un nuage de vapeur au contact du plasma et peuvent ainsi y pénétrer profondément.
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Comment maintenir le plasma dans un volume limité et le tenir éloigné de toute paroi qui pourrait le refroidir ? En employant un subtil agencement de champs magnétiques intenses (50000 fois le champ terretre). Toute particule dotée d’une charge électrique est sensible à ces champs, qui se matérialisent dans l’espace par des lignes. Lignes qu’elle suit fidèlement lorsqu’elle est en mouvement. Mais pas de n’importe quelle façon: elle tourne autour, décrivant ainsi une hélice, fine comme un cheveu. Confiner un plasma revient donc à faire pirouetter les noyaux et les électrons autour de lignes fermées sur elles-mêmes. Impossible pour eux de descendre de ce manège! Dans un tokamak, le champ magnétique, lui aussi en forme d’hélice, est généré par des courants électriques qui circulent à la fois à l’extérieur (dans des bobines) et à l’intérieur (au cœur du plasma) de la chambre à vide.
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Dans le futur, plus la peine de fournir le tritium de l’extérieur : il sera produit à l’intérieur même du réacteur à fusion. Les parois internes seront en effet constituées de matériaux contenant du lithium. Celui-ci, bombardé par les neutrons issus de la réaction de fusion, se transmutera en tritium. Cette réaction, énergétique, participe au chauffage des parois du tokamak.
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Ce n’est pas la réaction de fusion qui produira directement de l’électricité. Derrière les parois chauffées à blanc par les neutrons issus de la fusion (insensibles au champ magnétique de confinement), circulera un fluide caloporteur, par exemple de l’eau. Celle-ci transportera la chaleur vers un échangeur où elle la cédera à un autre circuit. Transformée en vapeur, l’eau de ce second circuit actionnera des turbines qui produiront de l’électricité.
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