Des projets innovants utilisant des supraconducteurs modernes permettront bientôt une fusion thermonucléaire contrôlée, selon certains optimistes. Les experts prédisent cependant que l'application pratique prendra plusieurs décennies.
Pourquoi est-ce si difficile ?
L'énergie de fusion est considérée comme une source potentielle d'énergie pour l'avenir. C'est l'énergie pure de l'atome. Mais qu'est-ce que c'est et pourquoi est-ce si difficile à réaliser ? Pour commencer, nous devons comprendre la différence entre la fission nucléaire classique et la fusion thermonucléaire.
La fission de l'atome se produit lorsque des isotopes radioactifs - l'uranium ou le plutonium - sont fissionnés et transformés en d'autres isotopes hautement radioactifs, qui doivent ensuite être enterrés ou recyclés.
La réaction de fusion consiste dans le fait que deux isotopes de l'hydrogène - le deutérium et le tritium - fusionnent en un seul ensemble, formant de l'hélium non toxique et un seul neutron, sans produire de déchets radioactifs.
Problème de contrôle
Réactions quise produire dans le Soleil ou dans une bombe à hydrogène - c'est la fusion thermonucléaire, et les ingénieurs sont confrontés à une tâche ardue - comment contrôler ce processus dans une centrale électrique ?
C'est un sujet sur lequel les scientifiques travaillent depuis les années 1960. Un autre réacteur de fusion expérimental appelé Wendelstein 7-X a commencé à fonctionner dans la ville de Greifswald, dans le nord de l'Allemagne. Il n'est pas encore conçu pour créer une réaction - c'est juste une conception spéciale qui est testée (un stellarator au lieu d'un tokamak).
Plasma haute énergie
Toutes les installations thermonucléaires ont une caractéristique commune: une forme annulaire. Il est basé sur l'idée d'utiliser de puissants électroaimants pour créer un champ électromagnétique puissant en forme de tore - un tube de vélo gonflé.
Ce champ électromagnétique doit être si dense que lorsqu'il est chauffé dans un four à micro-ondes à un million de degrés Celsius, un plasma doit apparaître au centre même de l'anneau. Il est ensuite allumé pour que la fusion puisse commencer.
Démonstration des possibilités
En Europe, deux expériences de ce type sont actuellement en cours. L'un d'eux est le Wendelstein 7-X, qui a récemment généré son premier plasma d'hélium. L'autre est ITER, une immense installation expérimentale de fusion dans le sud de la France qui est encore en construction et sera prête à être mise en service en 2023.
On suppose que de vraies réactions nucléaires se produiront à ITER, cependant, seulement danspendant une courte période de temps et certainement pas plus de 60 minutes. Ce réacteur n'est qu'une des nombreuses étapes vers la réalisation de la fusion nucléaire.
Réacteur à fusion: plus petit et plus puissant
Récemment, plusieurs concepteurs ont annoncé une nouvelle conception de réacteur. Selon un groupe d'étudiants du Massachusetts Institute of Technology, ainsi que des représentants de la société d'armement Lockheed Martin, la fusion peut être réalisée dans des installations beaucoup plus puissantes et plus petites qu'ITER, et ils sont prêts à le faire dans les dix ans.
L'idée de la nouvelle conception est d'utiliser des supraconducteurs modernes à haute température dans des électroaimants, qui présentent leurs propriétés lorsqu'ils sont refroidis avec de l'azote liquide, plutôt que des supraconducteurs conventionnels, qui nécessitent de l'hélium liquide. Une nouvelle technologie plus flexible permettra une refonte complète du réacteur.
Klaus Hesch, responsable de la technologie de fusion nucléaire à l'Institut de technologie de Karlsruhe, dans le sud-ouest de l'Allemagne, est sceptique. Il soutient l'utilisation de nouveaux supraconducteurs à haute température pour les nouvelles conceptions de réacteurs. Mais, selon lui, développer quelque chose sur ordinateur, en tenant compte des lois de la physique, ne suffit pas. Il est nécessaire de prendre en compte les défis qui se présentent lors de la mise en pratique d'une idée.
Science-fiction
Selon Hesh, le modèle étudiant du MIT ne montre que la possibilité d'un projet. Mais c'est en fait beaucoup de science-fiction. Projetsuggère que les graves problèmes techniques de la fusion ont été résolus. Mais la science moderne n'a aucune idée de comment les résoudre.
L'un de ces problèmes est l'idée de bobines pliables. Les électro-aimants peuvent être démontés afin de pénétrer à l'intérieur de l'anneau qui contient le plasma dans le modèle de conception du MIT.
Ce serait très utile car on pourrait accéder aux objets du système interne et les remplacer. Mais en réalité, les supraconducteurs sont en matériau céramique. Des centaines d'entre eux doivent être entrelacés de manière sophistiquée pour former le bon champ magnétique. Et ici, il y a des difficultés plus fondamentales: les connexions entre eux ne sont pas aussi simples que les connexions de câbles en cuivre. Personne n'a encore pensé à des concepts qui aideraient à résoudre de tels problèmes.
Trop chaud
La température élevée est également un problème. Au cœur du plasma de fusion, la température atteindra environ 150 millions de degrés Celsius. Cette chaleur extrême reste en place - en plein centre du gaz ionisé. Mais même autour d'elle, il fait encore très chaud - de 500 à 700 degrés dans la zone du réacteur, qui est la couche interne d'un tuyau métallique dans laquelle le tritium nécessaire à la fusion nucléaire se "reproduira"
Le réacteur à fusion a un problème encore plus important: la soi-disant libération de puissance. C'est la partie du système qui reçoit le combustible usé, principalement l'hélium, issu du processus de fusion. Premièreles composants métalliques dans lesquels pénètrent les gaz chauds sont appelés "déviateurs". Il peut chauffer jusqu'à plus de 2000°C.
Problème de dérivation
Pour que la plante résiste à ces températures, les ingénieurs tentent d'utiliser le tungstène métallique utilisé dans les anciennes ampoules à incandescence. Le point de fusion du tungstène est d'environ 3000 degrés. Mais il existe également d'autres limitations.
Dans ITER, cela peut être fait, car le chauffage ne se produit pas constamment. On suppose que le réacteur ne fonctionnera que 1 à 3 % du temps. Mais ce n'est pas une option pour une centrale électrique qui doit fonctionner 24h/24 et 7j/7. Et, si quelqu'un prétend être capable de construire un réacteur plus petit avec la même puissance qu'ITER, il est sûr de dire qu'il n'a pas de solution au problème du divertor.
Centrale dans quelques décennies
Néanmoins, les scientifiques sont optimistes quant au développement des réacteurs thermonucléaires, cependant, il ne sera pas aussi rapide que certains enthousiastes le prédisent.
ITER devrait montrer que la fusion contrôlée peut en fait produire plus d'énergie qu'il n'en faudrait pour chauffer le plasma. La prochaine étape consiste à construire une toute nouvelle centrale électrique de démonstration hybride qui génère réellement de l'électricité.
Les ingénieurs travaillent déjà sur sa conception. Ils devront s'inspirer d'ITER, dont le lancement est prévu en 2023. Compte tenu du temps nécessaire à la conception, à la planification et à la construction, il sembleil est peu probable que la première centrale électrique à fusion soit lancée bien avant le milieu du XXIe siècle.
Rossi Cold Fusion
En 2014, un test indépendant du réacteur E-Cat a conclu que l'appareil produisait en moyenne 2 800 watts de puissance sur une période de 32 jours avec une consommation de 900 watts. C'est plus que n'importe quelle réaction chimique est capable d'isoler. Le résultat parle soit d'une percée dans la fusion thermonucléaire, soit d'une fraude pure et simple. Le rapport a déçu les sceptiques, qui doutent que le test soit vraiment indépendant et suggèrent une possible falsification des résultats du test. D'autres ont été occupés à découvrir les "ingrédients secrets" qui permettent à la fusion de Rossi de reproduire la technologie.
Rossi est un arnaqueur ?
Andrea est imposant. Il publie des proclamations au monde dans un anglais unique dans la section des commentaires de son site Web, prétentieusement appelé le Journal of Nuclear Physics. Mais ses précédentes tentatives infructueuses ont inclus un projet italien de valorisation des déchets et un générateur thermoélectrique. Petroldragon, un projet de valorisation énergétique des déchets, a échoué en partie parce que le déversement illégal de déchets est contrôlé par le crime organisé italien, qui a porté plainte contre lui pour violation des réglementations sur la gestion des déchets. Il a également créé un appareil thermoélectrique pour le US Army Corps of Engineers, mais lors des tests, le gadget n'a produit qu'une fraction de la puissance déclarée.
Beaucoup ne font pas confiance à Rossi, et le rédacteur en chef du New Energy Times l'a carrément qualifié de criminel avec une série de projets énergétiques ratés derrière lui.
Vérification indépendante
Rossi a signé un contrat avec la société américaine Industrial Heat pour mener un test secret d'un an sur une centrale de fusion froide de 1 MW. L'appareil était un conteneur d'expédition rempli de dizaines d'E-Cats. L'expérience devait être contrôlée par un tiers qui pouvait confirmer que la génération de chaleur avait bien lieu. Rossi affirme avoir passé une grande partie de l'année écoulée à vivre pratiquement dans un conteneur et à superviser les opérations pendant plus de 16 heures par jour pour prouver la viabilité commerciale de l'E-Cat.
Le test s'est terminé en mars. Les partisans de Rossi attendaient avec impatience le rapport des observateurs, espérant l'acquittement de leur héros. Mais à la fin, ils ont obtenu un procès.
Litige
Dans un dossier déposé devant un tribunal de Floride, Rossi affirme que le test a réussi et un arbitre indépendant a confirmé que le réacteur E-Cat produit six fois plus d'énergie qu'il n'en consomme. Il a également affirmé qu'Industrial Heat avait accepté de lui payer 100 millions de dollars - 11,5 millions de dollars d'avance après l'essai de 24 heures (apparemment pour les droits de licence afin que l'entreprise puisse vendre la technologie aux États-Unis) et 89 millions de dollars supplémentaires après la réussite de l'extension essai dans les 350 jours. Rossi a accusé IH d'avoir dirigé un « stratagème frauduleux »dont le but était de voler sa propriété intellectuelle. Il a également accusé l'entreprise d'avoir détourné des réacteurs E-Cat, d'avoir copié illégalement des technologies et des produits innovants, des fonctionnalités et des conceptions, et d'avoir abusé d'un brevet sur sa propriété intellectuelle.
Mine d'or
Ailleurs, Rossi affirme que lors d'une de ses manifestations, IH a reçu 50 à 60 millions de dollars d'investisseurs et 200 millions de dollars supplémentaires de la Chine après une rediffusion impliquant de hauts responsables chinois. Si cela est vrai, alors beaucoup plus de cent millions de dollars sont en jeu. Industrial Heat a rejeté ces allégations comme étant sans fondement et va se défendre activement. Plus important encore, elle affirme qu'elle "a travaillé pendant plus de trois ans pour confirmer les résultats que Rossi aurait obtenus avec sa technologie E-Cat, sans succès".
IH ne croit pas au E-Cat, et le New Energy Times ne voit aucune raison d'en douter. En juin 2011, un représentant de la publication s'est rendu en Italie, a interviewé Rossi et a filmé une démonstration de son E-Cat. Un jour plus tard, il a fait part de ses graves préoccupations concernant la méthode de mesure de la puissance thermique. Au bout de 6 jours, le journaliste a posté sa vidéo sur YouTube. Des experts du monde entier lui ont envoyé des analyses, qui ont été publiées en juillet. Il est devenu clair qu'il s'agissait d'un canular.
Confirmation expérimentale
Cependant, un certain nombre de chercheurs - Alexander Parkhomov de l'Université de l'Amitié des Peuples de Russie et du Martin Fleishman Memorial Project (MFPM) -réussi à reproduire la fusion thermonucléaire froide de la Russie. Le rapport du MFPM était intitulé "La fin de l'ère du carbone est proche". La raison d'une telle admiration était la découverte d'une bouffée de rayonnement gamma, qui ne peut s'expliquer autrement que par une réaction thermonucléaire. Selon les chercheurs, Rossi a exactement ce qu'il dit.
Une recette ouverte viable pour la fusion froide pourrait déclencher une ruée vers l'or énergétique. Des méthodes alternatives peuvent être trouvées pour contourner les brevets de Rossi et le tenir à l'écart du secteur énergétique de plusieurs milliards de dollars.
Alors peut-être que Rossi préférerait éviter cette confirmation.
