Une nouvelle machine satellite va enrichir le cosmique projet Iter. Vendredi 1er décembre, le Japon a inauguré, à travers une mise en fonction réussie, le réacteur à fusion nucléaire JT-60SA sur le site de l’Institut national des sciences et technologies quantiques (QST) à Naka. Il s’agit du tokamak – nom utilisé pour désigner un dispositif de confinement magnétique visant à exploiter l'énergie issue de la fusion nucléaire – expérimental le plus puissant au monde. Même s’il reste plus petit que son grand frère Iter, réacteur à fusion nucléaire sujet d'un projet international et en construction à Cadarache (Bouches-du-Rhône).
Car les deux machines sont bien liées. La construction de JT-60SA est le fruit d’un accord, nommé Broader Approach («approche élargie» en français), signé en 2007 entre le Japon et l'Union européenne. «Dans le cadre des négociations pour l’implantation du chantier d’Iter, la dernière ligne droite de la compétition s’est jouée entre l’Europe et le Japon, retrace Alain Bécoulet, le directeur scientifique d’Iter. L’accord Broader Approach est un peu une compensation, qui prévoit une contribution importante de l’Europe à la recherche en fusion du Japon.»
Des recherches qui vont préparer Iter
Tokamak supraconducteur de 15,5 mètres de haut et 13,5 mètres de diamètre, «JT-60SA reprend les mêmes technologies que Iter mais dans une machine plus petite : son volume de plasma est de 140 m3, contre 830 m3 attendu pour Iter», décrit Alain Bécoulet. En théorie, la machine japonaise est donc en capacité d’obtenir un facteur d’amplification de l’énergie – soit le rapport entre l’énergie produite et celle consommée par le réacteur – de 1, quand Iter est dimensionné pour atteindre un facteur 10.
Mais produire un maximum d’énergie n’est pas l’objectif visé par JT-60SA. «La performance d’un réacteur repose sur la puissance de la fusion, mais aussi sur sa durée, avec pour objectif de réussir à atteindre un état stationnaire [c’est-à-dire éternel et sans aucune variation], expose Alain Bécoulet. C’est là la grande mission de JT-60SA : investiguer les conditions de stationnarité des réactions de fusion. C’est donc un programme de recherche complémentaire, qui vise à préparer l’opération stationnaire que Iter va tenter d’atteindre.»
Plusieurs industriels français parmi les fournisseurs
Pour comprendre l’exercice, il faut revenir au fonctionnement même d’un réacteur à fusion de ce type. «Un tokamak est d’abord composé d’une cage magnétique de confinement, dans laquelle on chauffe du deutérium et du tritium pour créer un champ magnétique stationnaire, détaille le directeur scientifique d’Iter. A côté de cette cage, on a un deuxième aimant : c’est la colonne que l’on voit au milieu du donut [la forme prise par un tokamak] et qu’on appelle solénoïde central. Celui-ci va se décharger pendant quelques secondes pour créer un courant dans le plasma. C’est cette décharge qu’on cherche à remplacer par une génération non inductive de courant.» Autrement dit, par un moyen de générer un courant dans le plasma sans en modifier l’état stationnaire.
Cette quête, le CEA a déjà commencé à la faire avec un autre tokamak, West, situé à Cadarache et plus petit que JT-60SA. L’organisme français de recherche est le plus gros contributeur européen au réacteur japonais, et ce dès sa construction, appuyé par plusieurs industriels français. Le CEA a notamment fourni 10 des 20 aimants principaux de JT-60SA, fabriqués à Belfort (Territoire de Belfort) par General Electric ; l’ensemble des structures mécaniques de tenue des aimants, fabriquées par deux PME, Alsyom à Tarbes (Hautes-Pyrénées) et SDMS à Saint-Romans (Isère) ; et l’usine cryogénique permettant de faire fonctionner l’ensemble des aimants à une température de -269°C, est conçue, fabriquée et installée au Japon par Air Liquide avec le CEA.
Un timing opportun alors que Jet s’arrête
«Pour le CEA, JT-60SA offre l'opportunité de comparer et compléter les résultats obtenus sur son tokamak West», écrit dans son communiqué l’organisme de recherche. Pour contribuer aux expériences menés sur le réacteur japonais, le CEA s’est doté sur son site de Cadarache d’un centre de participation à distance, voué à être utilisé par tous les chercheurs européens qui prendront part au projet.
C’est depuis cette salle qu’Alain Bécoulet a suivi l’inauguration du réacteur japonais. «Les physiciens d’Iter vont continuer à se mettre à jour sur la fusion en participant aux expériences sur JT-60SA», salut le directeur scientifique, qui raconte que le transfert de connaissances a déjà eu lieu. «Au début de la mise en service de JT-60SA, on a détecté un problème de tenu en tension, rapidement identifié et résolu. Cette correction a été immédiatement intégrée dans Iter. Que ce soit le réacteur Jet au Royaume-Uni ou JT-60SA, ce sont à chaque fois des prototypes de la plus grosse machine que sera Iter et dont celle-ci s’inspire au quotidien.»
De ce point de vue, la mise en fonction du réacteur japonais tombe à pic. Car après 40 ans de service, le réacteur Jet a achevé sa dernière campagne et doit s’arrêter d’ici à la fin de l’année. Après avoir donné de très nombreuses leçons – en particulier sur le dimensionnement et la composition d’un tokamak – dans la longue quête de la fusion nucléaire.
