Fusion : un pas de géant pour l'énergie

Fusion : un pas de géant pour l'énergie

Vous avez probablement entendu parler de la fusion nucléaire dans les sciences de l'environnement au secondaire : elle a été conçue comme une source d'énergie propre, à haut rendement et pratiquement illimitée. Puis, la cloche a sonné, vous êtes allée déjeuner, et on n'en a plus jamais parlé. 

Pendant des décennies, l’énergie de fusion commerciale était une excellente idée handicapée par les limites de la physique des plasmas. Mais les récents progrès de la science des matériaux et des réacteurs à fusion pourraient changer cela 

Une bouteille très très chaude  

Les centrales nucléaires, comme celle où travaille Homer Simpson, utilisent la fission, le fractionnement des atomes d'uranium pour générer de l'énergie. La fusion fait le contraire, fusionnant des noyaux d'hydrogène pour libérer de l'hélium et de l'énergie. Les praticiens bien connus incluent notre propre soleil, d'autres étoiles de la galaxie et Matthew McConaughey dans Interstellar .     

La science sous-jacente à la fusion est bien comprise, mais sa réalisation ici sur Terre est assez délicate. Les scientifiques cherchent à "prendre une étoile et la mettre dans une bouteille", selon l'expert en fusion Brandon Sorbom. 

• Les obstacles techniques comprennent le chauffage du plasma jusqu’à 100 millions de ° C (ce que nous pouvons faire), le maintien de ces températures pendant de longues périodes (et le travaillant encore), et la construction d’un dispositif capable de résister au martèlement d’un million d’été de l’Arizona, une fois (aussi un travail en cours).
• Un autre défi majeur est de créer un système générant plus d’énergie qu’il consomme, explique Dennis Whyte, professeur au MIT et directeur du Plasma Science and Fusion Center. La bonne nouvelle est que, une fois que la réaction est en marche, tant que le carburant est alimenté en continu, vous pouvez laisser tomber. 

Selon la World Nuclear Association, il existe aujourd'hui deux approches principales de la fusion : le confinement magnétique (qui, vous l'avez deviné, utilise des champs magnétiques pour contenir le plasma) et le confinement inertiel (qui utilise des lasers ou des faisceaux de particules). La plupart des universitaires spécialisés dans la fusion se sont concentrés sur le confinement magnétique par le biais de tokamaks (chambres de confinement en forme de beignet), a déclaré Sorbom. 

• Leçon de vocabulaire : les Tokamaks tirent leur nom de « toroidalnya kamera ee magnetnaya katushka » - en russe pour la « chambre magnétique en forme de tore », qui n'est pas déroutante. Pour des raisons évidentes, nous allons nous en tenir à l'abréviation.

Ces dispositifs nécessitent beaucoup de main-d'œuvre et de ressources, alors n'hésitez pas à lancer un projet de grande envergure sans l'aide de fonds publics ni de philanthropes milliardaires. 

Dans le sud de la France, des scientifiques du monde entier abandonnent leurs promenades romantiques le long de la Riviera pour construire ITER , un projet de fusion international qui créera non seulement le plus grand tokamak au monde, mais (le doigt croisé) le premier appareil de fusion à générer de l'énergie nette. Avec 35 pays qui collaborent - y compris les États-Unis, la Russie, la Chine, l'Inde et les membres de l'UE -, il pourrait s'agir de l'un des seuls domaines de collaboration internationale pacifique .    

• À la fin des années 2030, le tokamak ITER devrait produire jusqu'à 500 mégawatts de puissance de fusion sous forme d'impulsions d'une durée de 400 secondes, a déclaré à Brew Brewing, responsable de la physique à l'Agence internationale de l'énergie atomique (AEM). 
• ITER est peut-être une entreprise à vocation scientifique, mais tout effort visant à faire progresser l'aiguille de R & D profite également aux entreprises commerciales. 

D'autres technologies, telles que la superinformatique, l'analyse de données volumineuses et l'impression 3D pourraient aider à accélérer les progrès sur le terrain, a déclaré Ridikas. L'informatique quantique, que nous avons décrite plus tôt cette semaine, devrait permettre des percées dans des domaines tels que la physique des hautes énergies.  

Le soleil est dans la bouteille, alors quelle est la prochaine ? 

Une fois que les scientifiques ont prouvé qu’ils pouvaient conserver le plasma pendant de longues périodes et générer un appareil en état de marche, ils pouvaient ensuite travailler sur une centrale de démonstration à fusion capable de se connecter au réseau électrique, a déclaré Ridikas. Et une fois qu'ils ont cela, ils peuvent travailler sur de futures centrales de fusion commerciales. Peasy facile, non ? 

Sorbom, responsable scientifique du Commonwealth Fusion Systems, une entreprise dérivée du MIT, a récemment été récompensé pour sa percée dans les systèmes électromagnétiques de tokamak permettant de réduire la taille des tokamaks ou des dispositifs de fusion. Avec des tokamaks, la taille d'une maison plutôt que celle d'un terrain de football… pourrait ouvrir la voie à un plus grand nombre de joueurs et accélérer le passage à l'énergie de fusion commerciale sur le réseau.   

• En 2025, le SCF et le MIT tentent de construire un prototype de centrale (appelé Sparc) utilisant le nouveau système électromagnétique. Sparc = Kitty Hawk pour l'énergie de fusion, ce qui prouve que cela peut être fait, mais ne vole que de quelques centaines de pieds. 
• Cinq à dix ans après le bon fonctionnement de Sparc, Sorbom et l’équipe du CFS espèrent avoir terminé Arc (une centrale de démonstration capable de mettre l’électricité sur le réseau). Arc = le vol transatlantique.

Transformer la production mondiale d’énergie actuelle en énergies renouvelables est une entreprise de grande envergure, et l’énergie de fusion aidera non seulement à nettoyer la production d’énergie, mais à la multiplier par dix, dans le monde entier, selon Sorbom. Ce sera "presque comme de l'énergie solaire, mais vous contrôlez l'interrupteur de la lumière sur le soleil et vous avez également un variateur d'intensité."

• Bonus : le carburant (isotopes d'hydrogène) est théoriquement illimité. 
• Double bonus :  l’énergie nucléaire a une mauvaise réputation, et autant que nous voulons une nouvelle saison de surveillance de Chernobyl, personne ne veut que cela se produise dans leur jardin. Mais avec la fusion, "il n'y a pas de risque d'accident de fusion", a déclaré Ridikas. « En cas de perturbation, le plasma se refroidit en quelques secondes et la réaction de fusion s'arrête. » Peut-être une émission spéciale HBO à propos d'une panne de courant ?   

Pourquoi maintenant ?  Jusqu'à récemment, l'énergie de fusion était dominée par la physique des plasmas, ce qui en a fait un joli créneau, a déclaré Sorbom. Maintenant sur le chemin lent et régulier vers #mainstream, la communauté a besoin de personnes de tous les horizons pour s’impliquer.

• Oui, cela signifie des ingénieurs et des scientifiques qui peuvent aider à construire un réacteur à fusion. Mais cela signifie également que les hommes d’affaires peuvent s’adapter, commercialiser et intégrer l’énergie de fusion dans le monde réel. 
• L’un des aspects les plus intéressants de la R & D sur la fusion est son intérêt pour l’écosystème, qui consiste à déterminer à quoi ressemblerait une économie axée sur la fusion, ainsi que les objectifs et les applications économiques, a déclaré Whyte du MIT. 

Une bonne dose de réalité :  Il y a une blague qui court que la fusion est l'énergie du futur… et le sera toujours. Même si des projets tels que celui de CFS atteignent leurs objectifs de référence, l’énergie de fusion est dans des années ou des décennies, sans parler de l’intégration au réseau et de la portée mondiale. Mais Sorbom et Whyte étaient tous deux optimistes quant à la possibilité de voir fonctionner l’énergie de fusion au cours de leur vie. 

Quelle que soit la manière dont vous la définissez, la promesse d'une puissance de base propre et sans émissions de carbone, pouvant générer un rendement quatre fois supérieur à celui des réacteurs à fission, est une bonne affaire et vaut la peine d'essayer. 

Est-ce que tu as compris tout ça ? Voici quelques rafraîchissements au cas où 

La promesse :  une énergie propre, sans carbone, avec une source de combustible théoriquement illimitée, capable de rendements supérieurs à l’énergie de fission existante. 

Les barrages routiers : les scientifiques peuvent chauffer le plasma jusqu’à 100 millions de ° C, mais ils s’efforcent de maintenir ces températures pendant de longues périodes et de construire des réacteurs capables de résister à la chaleur. 

La chronologie : les experts pensent que nous verrons fonctionner l’énergie de fusion de notre vivant. Ils essaient encore de construire de meilleurs réacteurs aujourd'hui (et après cela, ils doivent s'attaquer aux centrales de démonstration puis aux centrales commerciales), mais les avancées récentes ont de nombreuses perspectives optimistes. 

Les acteurs:  gouvernements (États-Unis, Union européenne, Russie, Japon, Chine, Brésil, Canada, Corée), entreprises (Lockheed Martin, systèmes de fusion du Commonwealth, général Fusion, énergie de Tokamak, AGNI Energy), universités (MIT, Princeton) et milliardaires (Jeff Bezos, Bill Gates, Peter Thiel).

A.G.M
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