Réussite des tests magnétiques sur le stellarator W7-X

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17 juillet 2015

Une étape importante en vue de la mise en service de l’installation de fusion nucléaire Wendelstein a été franchie. Le Wendelstein 7-X (W7-X) est un prototype de réacteur à fusion de type stellarator. Avec l’installation Grande Helical Device au Japon, le W7-X est le plus grand centre de recherche au monde de ce type.

Le stellarator (de l’anglais stellar : stellaire, et generator : générateur) est un dispositif analogue au tokamak destiné à la réaction de fusion nucléaire [1]. Contrairement au tokamak, le confinement du plasma est entièrement réalisé par le champ magnétique hélicoïdal créé par l’arrangement complexe de bobines autour du tore, alimentées en courants forts et appelées bobines poloïdales. Ainsi, le stellarator ne nécessite pas de courant toroïdal circulant à l’intérieur du plasma pour que celui-ci soit confiné.

Le W7-X est en cours de construction à Greifswald (Mecklembourg Pomeranie-Occidentale), sous la responsabilité de l’Institut Max Planck pour la physique des plasmas (IPP) [2]. Il vise à permettre l’étude et la maîtrise de plasmas (gaz à très faible densité et très haute température) confinés dans une structure fermée. L’objectif à long terme de la fusion thermonucléaire est la mise au point d’une machine capable de stabiliser le plasma dans la structure est de récupérer l’énergie produite par voie neutronique pour générer de l’électricité.

La quantité de combustible a priori disponible (du deutérium et du tritium présents notamment dans l’eau de mer) fait espérer que cette filière puisse régler définitivement les problèmes d’énergie sur notre planète. Par rapport au nucléaire de fission, elle présente aussi l’avantage de ne pas utiliser de matériaux radioactifs comme l’uranium ou le plutonium (et donc de ne pas présenter de risque de contamination) et d’avoir comme seule conséquence radiologique l’activation des structures métalliques internes.

L’objectif du W7-X est de vérifier la capacité d’un tel plasma à fonctionner en régime continu (jusqu’à 30 minutes), condition indispensable à la poursuite des études. La construction de la machine a commencé dans les années 2000, suivi par son assemblage à partir de 2005. Le premier plasma est attendu avant la fin 2015. La machine est actuellement en configuration "fermée", prête pour les premières expérimentations. Celles-ci ne seront menées qu’avec des plasmas d’hydrogène, et ne produiront donc pas d’énergie, au contraire du réacteur ITER de Cadarache qui utilisera des mélanges deutérium-tritium. Ceux-ci produisent des réactions de fusion libérant des neutrons permettant la récupération d’énergie, mais conduisant à l’activation radioactive des composants impactés. Les réacteurs industriels utiliseront ce mélange gazeux.

Grâce à la réussite de tous les tests des soixante-dix bobines magnétiques, la fonction de la composante technologique au cœur du W7-X est maintenant assurée. Les bobines supraconductrices vont produire la cage magnétique pour confiner le plasma de fusion à chaud. Un anneau de 50 bobines magnétiques supraconductrices d’environ 3,5 mètres de haut, constitue le cœur du système. Refroidie par de l’hélium liquide à la température de supraconduction absolu (proche du zéro absolu), elles consomment ainsi très peu d’énergie après la commutation. Les formes spéciales sont le résultat de calculs d’optimisation. Elles devraient créer une cage magnétique pour le plasma particulièrement isolante d’un point de vue thermique. Afin de pouvoir faire varier le champ magnétique, une deuxième série de 20 bobines supraconductrices plates y est superposée.

Depuis plus d’un an les dispositifs de préparation pour la mise en service du W7-X sont en cours.. Depuis avril 2015, des tests magnétiques ont été effectués. En particulier, il a été examiné comment les bobines se comportent pendant une situation de "Quench", c’est-à-dire lorsque la bobine perd soudainement ses propriétés supraconductrices et devient un conducteur normal. Les tests ont vérifié avec succès que la bobine peut résister à des charges élevées et qu’elle conserve sa supraconductivité même après refroidissement.

La première production de plasma est prévue pour l’automne 2015.

[1] Pour plus d’informations sur le tokamak, voir : http://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/tokamak

[2] L’Institut Max-Planck de physique des plasmas (en allemand, Max-Planck-Institut für Plasmaphysik, IPP) est un institut de recherche fondamentale voué à l’étude de la physique des plasmas. Il est installé sur 2 sites : Garching près de Munich (fondé en 1960) et Greifswald (fondé en 1994). La Société Max-Planck (MPG), à laquelle l’IPP est affilié, est une organisation de recherche indépendante d’intérêt public, au statut juridique d’association. Elle regroupe une multitude d’institutions en Allemagne et à l’étranger. Elle mène des travaux de recherche fondamentale dans les domaines des sciences naturelles, sciences de la vie et sciences humaines et sociales.

Plus d’informations :

Source : « Magnettests an Wendelstein 7-X erfolgreich abgeschlossen », Communiqué de presse de l’IPP, 07/07/2015 - http://www.ipp.mpg.de/de/aktuelles/presse/pi/2015/06_15

Rédacteur : Daniela Niethammer, daniela.niethammer[a]diplomatie.gouv.fr - www.science-allemagne.fr