Du tungstène solide dans la chambre de combustion du réacteur à fusion JET

Les scientifiques et les ingénieurs du Centre de recherche de Jülich (FZJ – Rhénanie du Nord-Westphalie) ont conçu et construit de nouveaux composants essentiels de la paroi intérieure de la chambre de combustion pour le réacteur nucléaire à fusion expérimental JET [1], leader mondial dans ce domaine. Avec la paroi « ITER-like » réalisée à base de tungstène solide, le FJZ contribue au succès du réacteur à fusion international ITER [2].

Jülich apporte ainsi son savoir-faire unique dans la recherche en matériaux pouvant résister à des contraintes extrêmes : la formation d’un plasma à 100 millions de degrés Celsius au sein de la chambre de combustion. Les scientifiques recherchent également comment le plasma, qui réagit violemment avec les surfaces de la chambre de combustion, peut être influencé et déformé. Le FZJ a acquis par ce biais une somme importante de connaissances scientifiques, et développé des procédés uniques ainsi que des composés technologiques pour les expériences de fusion.

JET, le réacteur thermonucléaire (ou Tokamak [3]) expérimental européen du site anglais de Culham, a été remis en fonctionnement en septembre 2011 après une longue période de rénovation. La paroi de la chambre de combustion a été reconfigurée et dotée d’un nouveau revêtement ; les scientifiques de Jülich spécialistes de la fusion y ont apporté leurs expertises. La nouvelle surface ayant coûté 8 millions d’euros est composée de tungstène solide, un métal dont la température de fusion s’élève à 3.455°C. Le tungstène a été déposé en une structure de type lamellaire comprenant plus de 9.000 éléments et pesant un total de quatre tonnes. Plus précisément, il a été appliqué à l’endroit où la charge thermique est la plus élevée, le « Divertor », dans la partie basse de la chambre de combustion. La conception de Jülich trace la voie pour l’élaboration de la chambre de combustion ITER permettant d’obtenir un plasma en fusion produisant de l’énergie. D’après les projets de recherche internationaux, il est question de recouvrir entièrement le mur intérieur du réacteur de fusion de Tungstène solide, afin de minimiser l’accumulation d’éléments radioactifs des gaz combustibles Deutérium et Tritium dans la matière constitutive de la paroi.

Chambre de combustion avec la structure lamellaire de tungstène colorée en rouge
Crédits : (c) EFDA-JET

Deux millions d’euros supplémentaires seront investis dans le développement de composants du diagnostic de la paroi « ITER-like ». D’une part les chercheurs de Jülich ont développé un système optique complexe afin de collecter, transporter et analyser la lumière générée par l’interaction entre la matière en fusion à chaud et les couches de Tungstène. D’autre part, ils ont construit un système de mise à feu rapide du gaz, permettant d’empêcher la formation en amont des instabilités du plasma en fusion, et ainsi de protéger efficacement la paroi de Tungstène.

Dans le contexte d’un triplement de la demande mondiale en énergie attendu pour 2050, la fusion nucléaire serait une option « sans carbone » et durable pour la deuxième moitié du 2ème siècle. Après plusieurs dizaines d’années de recherche fondamentale sur la physique des plasmas, le chemin vers la fusion nucléaire est maintenant clairement montré : la construction à Cadarache (France) d’ITER, réacteur de fusion nucléaire devant produire pour la première fois 500 millions de Watt après 2020, est en marche. Ce programme s’inscrit dans le cadre de la coopération internationale, avec la participation cruciale de l’Union Européenne.

Pour en savoir plus, contacts :

– [1] JET : Joint European Torus (Tore commun européen) : http://www.jet.efda.org/
– [2] ITER : International Thermonuclear Experimental Reactor (réacteur thermonucléaire expérimental international) : http://www.iter.org/fr/accueil
– [3] Tokamak : Réacteur nucléaire à fusion
– Informations supplémentaires sur la recherche dans le domaine de la fusion : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/M3rl8

Sources :

« Massives Wolfram in der Brennkammer », communiqué de presse du Centre de recherche de Jülich – 24.10.11 – http://redirectix.bulletins-electroniques.com/CHWTE

Rédacteur :

Marie-Laetitia Catta, catta@afast-dfgwt.eu