Alternatives à la fusion nucléaire d’Iter

Voici les alternatives à la fusion nucléaire d’ITER :

La Z Machine

Il s’agit d’un générateur de rayons X pulsés. Cette technologie permet d’atteindre des milliards de degrés. Puissances atteintes :

1996 : 200TW,
1997 : 290TW, température : 1,8 million de degrés,
2003 : fusion de deutérium, température : 11,6 millions de degrés,
2006 : un plasma accidentel qui atteint 2 milliards de degrés,
2006 : températures ioniques de 2 à 3 milliards de degrés,

La Z machine permettra à terme la fusion d’atomes d’hydrogène avec des atomes de lithium ou de bores, et donc une fusion propre, sans émission de radioactivité, contrairement au deutérium et au tritium. Elle est opérée par une filiale du groupe Honeywell, spécialiste américain du nucléaire.

Autres machines utilisant le même procédé de générateur de hautes puissances pulsées : la ZR Machine (USA), le QiangGuang-I (Chine), le Sphinx (France), le MagPie (UK), le GIT-12 (Russie).

La ZR Machine

La ZR Machine est une mise à jour de la Z Machine. Avec 50% de puissance en plus, des générateurs Marx encore plus puissants. Elle a été construite en 2007. Elle est capable d’envoyer un tir de 26 millions d’ampères, contre 18 millions d’ampères précédemment, et ce en 95 nanosecondes. La puissance rayonnée atteint alors les 350TW, l’énergie X-Ray les 2,7 mégajoules. La nouvelle température obtenue depuis n’a pas été dévoilée.

A titre de comparaison, avec ITER on aura une puissance de 500MW et « seulement » 150 millions de degrés. Le soleil, lui, chauffe à 1 million de degrés sous sa croute.

Il y a une véritable guerre à la température parmi les différents pays lancés dans la course à la MHD.

La ZN Machine

C’est la version qui suivra la ZR Machine, pour accroitre encore plus le potentiel. Elle devrait pouvoir dégager plus de 20-30 mégajoules de puissance en fusion d’hydrogène. Les générateurs Marx seront remplacés par des pilotes de transformateur linéaire (LTDs) russes.

Après 8-10 ans d’opération, les ingénieurs espèrent pouvoir avoir une centrale test capable d’envoyer des « tirs de fusion » toutes les cent secondes.

La Z-IFE Machine

C’est la version finale de la Z Machine. Prévue pour atteindre 1PW de puissance. 1 pétawat équivaut 1 million de GW; la Terre a actuellement environ 7 000 GW de puissance avec les centrales à charbon, les centrales hydrauliques, à gaz naturel, nucléaire, solaire, éolien, … Elle utilisera les versions finales des LTDs de Sandia. La décharge électrique utilisée sera de 70 millions d’ampères. En théorie, une décharge comprise entre 60 et 70 millions d’ampères engendre une sortie d’énergie de 100 à 1000 fois supérieure en terme de retour.

D’après les dernières rumeurs, les concepteurs de la Z Machine en étaient en 2013 à 26-27 millions d’ampères.

La Z-IFE Machine sera le première prototype de centrale électrique à fusion pilotée par Z-pinch.

Le FRX-L

Cet engin emploie la fusion ciblée magnétisée. Pour le moment, 1,5 mégajoules d’énergie conduisent 1,5 millions d’ampères dans des bobines de champ magnétique autour d’un tube de quartz de 10 cm de diamètre, avec 2,3 millions de degrés pendant 15 µs. Ce projet est financé par le laboratoire national de Los Alamos, qui fait parti du département de l’énergie des États-Unis.

Le FRCHX

Ce système est similaire au FRX-L, il fonctionne avec une zone de compression du revêtement appelée Shiva Star. La température est de 50-60 millions de degrés.

Le General Fusion

Un autre concept qui s’abreuve de la fusion ciblée magnétisée. Il est financé par Amazon. En 2016, General Fusion a pu afficher une température de 5 millions de degrés durant 2 milisecondes. Le lithium circule dans un circuit combinant vortex et sphère.

Le Wendelstein 7-X

Ce dispositif se base sur le modèle du stellarator Wendelstein. La ligne du champ magnétique suit une voie torsadée (torique). En 2015, un générateur expérimental atteint 1 million de degrés avec un plasma à hélium; en 2016 : 80 millions de degrés avec un plasma à hydrogène. Ce projet est surtout financé par l’Allemagne. D’après les concepteurs, le Wendelstein 7-X pourrait avoir une décharge de plasma d’hydrogène d’une durée de 30 minutes.

Le CBFR

C’est le réacteur de fusion à faisceau de collision. Ce projet est financé entre autres par Google et Microsoft. Le modèle C-2 avait atteint en 2010 près de 5 millions de degrés durant 3 millisecondes. En 2015, le C-2U avait lui touché les 10 millions de degrés pendant 5 millisecondes.

Le but est de créer une centrale nucléaire de la taille d’un camion avec une puissance de 100MW.

Autres concepts

La fusion par confinement inertiel (HYLIFE-II, Sombrero), la fusion à confinement magnétique (START, NSTX, MAST, Globus-M), la propulsion par impulsion nucléaire d’antimatière catalysée (CERN), la fusion de bulles, la fusion aneutronique, le mégajoule laser (National Ignition Facility [NIF], French Laser Mégajoule), le miroir magnétique (TMX, TMX-U), les tokamaks (Tore Supra, JET, JT-60, T-15, STX, ITER, ARC fusion reactor), la fusion laser (Novette, Nova, Nike, Omega EP System), la fusion pyroélectrique (HiPER), la fusion inertielle à revêtement magnétique (MagLIF), le plasma tore compact, la configuration à inversion de champ (LSX machine), le focus à plasma dense (AAAPT, IPFS, ICDMP, Pladema, Speed-2, INTI Plasma Focus, NX3, KSU, IR-MPF-100), le polywell (HEPS, EMC-2, WB-6, WB-7), le réacteur de fusion à bêta élevé (Lockheed Martin T-4, T4B, TX), le spheromak.

En 2012, le NIF a annoncé avoir obtenu un jet d’énergie de 500TW. En 2013, ils ont eu plus d’énergie en sortie que celle injectée au départ.

Lockheed Martin’s compte pouvoir proposer prochainement un réacteur à fusion de 10MW de la taille d’un réacteur à fission similaire à celui d’un sous-marin.

Une solution au problème de l’énergie sur Terre d’ici 15 ans ?

C’est du moins l’avis de Bill Gates qui investit dans le secteur. Selon lui la fusion nucléaire sera au point d’ici 15 ans. Alors que les ingénieurs d’ITER s’accordent sur le fait qu’il faudra attendre peut-être 1 siècle voire 1 siècle et demi, car ils comptent décupler la puissance tous les dix ans pour avoir une capacité suffisante et la construction de chaque centrale test est une tâche gargantuesque à réaliser.

Si ces technologies délivrent une telle puissance, avec une telle température, alors pourquoi ne les utilise t-on pas déjà ? Car, comme pour ITER, pour le moment on est capable de maintenir les plasma que pendant quelques secondes. Alors qu’il faudrait les préserver pendant au moins 1 minute afin de transmettre l’énergie dans des batteries à gros format.

Ou alors il faudrait que les batteries soient capables de stocker ces jets d’énergies en moins de 2-3 secondes, une évolution qui a peu de chance de se concrétiser avant la fin du siècle.

Il faut donc constamment augmenter la puissance des prototypes pour être en mesure d’envoyer assez d’énergie et que le plasma final soit assez conséquent pour durer 100 secondes environ, voire plus.

Exploration de l’espace lointain

Les réacteurs compacts à fusion nucléaire permettront en outre à l’humain d’envoyer des astronautes au delà du système solaire, en attendant de pouvoir plier l’espace temps.


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