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ITER (historique et organisation)
Un projet trop lourd techniquement et financièrement pour être porté uniquement par l’Europe d’où une organisation internationale complexe et le problème du choix pour le site d’implantation.
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2 - ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor)
2-1 HISTORIQUE DU PROJET ITER
ITER est un projet international visant à la réalisation d’un prototype de démonstration sur la faisabilité d’un réacteur de fusion thermonucléaire contrôlé capable de produire de l’électricité.
1985 Proposition de l’URSS de construire une nouvelle génération de TOKAMAK avec la collaboration des quatre principaux programmes existants dans le monde. Réponse favorable des USA , du Japon et de la Communauté Européenne.
1988 Début des travaux de la ITER CDA (Conceptual Design Activities) pour définir les objectifs programmatiques et techniques du projet et orienter les recherches des diverses parties vers des buts communs.
Déc 1990 fin des travaux de l’ITER CDA
Juillet 1992 création de l’EDA (Engineering Design Activities) . Le Canada et le Kazakstan sont associés au projet. Créé au départ pour 6 ans, cet organisme a pour but de mettre au point un projet intégré complet d’ITER avec les données techniques nécessaires pour sa construction.
Les six années de collaboration internationale aboutissent en 1998 à un projet conforme aux objectifs fixés.
1998 Les parties renoncent au projet initial pour des raisons financières. Les différents pays recherchent des options qui permettraient une réduction de 50% du coût de construction, pour cela on prolonge jusqu’en juillet 2001 les activités de l’EDA. Le coût estimé du projet est de 6.7 milliards d’euros.
1999 Les USA abandonnent le projet considéré comme trop coûteux et trop hasardeux.
2000 Fin 1999, les grandes lignes d’un projet moins ambitieux, ITER-FEAT ( Fusion Energy Advanced Tokamak), est soumis aux parties restantes. Un rapport final est proposé qui permet aux diverses parties de préciser les coûts et de mettre en place les étapes pour la réalisation. Le coût du projet est ramené à 3.5 milliards d’euros.
2001 Le Canada s’associe au projet et propose un site pour l’accueillir.
2002 17-18 septembre réunion à Toronto pour évaluation du site canadien
2003 janvier. Décision des USA de revenir dans le projet pour une contribution financière à hauteur de 10% .
2003 janvier Demande de la Chine de s’associer au projet ITER.
2003 19 février Réunion à St Péterbourg, des délégations de l’UE, du Japon, de la Russie, du Canada, des USA et de la Chine. Les quatre sites d’implantation proposés sont admis comme conformes au cahier des charges.
2003 20 et 21 mai 9ème réunion à Vienne des délégations.
2-2 ITER-FEAT : LES OBJECTIFS
Atteindre le breakeven (mais pas encore l’ignition)
· La création d’un plasma dans les conditions thermonucléaires.
· L’ignition pendant de larges impulsions.
· Etude des matériaux de la paroi matérielle face au plasma soumise à d’importants flux thermiques et neutroniques (flux de neutrons produits par la réaction).
· Etude de la régénération et de l’alimentation en tritium (fourni par des sources extérieures)
· La viabilité écologique et économique
Les paramètres du prototype seraient :
· Une intensité de courant dans le plasma de 13.3 MA
· La chambre torique aurait un rayon maximum de 6.2m et un rayon minimum de 1.9m. Le volume offert au plasma serait de 837m3.
· Le temps de réaction serait supérieur à 400s et la puissance de fusion atteindrait environ 500MW.
· Le rapport entre la puissance de fusion et la puissance de chauffage auxiliaire serait supérieure à 10. L’appareil serait donc un amplificateur de puissance.
Calendrier
Il est prévu une durée de 8 années entre l’obtention de l’autorisation de construire et la production du premier plasma. Le début de la construction serait en 2006 et le fonctionnement commencerait en 2014. Les premières années seraient consacrées à des simulations de plasma utilisant uniquement de l’hydrogène avant de passer à l’utilisation des mélanges Deutérium, Tritium qui pourrait se faire cinq ans plus tard.
2-3 ITER : L’ORGANISATION
ITER est un projet international qui associe la Russie, Le japon, la Communauté Européenne et le Canada depuis 2001. Cela suppose une coordination administrative, financière, scientifique et technique complexe.
Une direction générale en liaison avec une équipe internationale localisée sur deux sites Garching près de Munich en Allemagne et Naka près de Tokyo au japon.
Des équipes en provenance de plus de 10 nations participent de façon semi permanente à l’équipe internationale pour apporter l’ensemble des compétences requises par le projet.
Organisation européenne pour la fusion
En Europe l’ensemble des recherches sur la fusion est intégrée au sein d’un programme unique : Le Programme Euratom pour la Fusion. Il associe les organismes nationaux des pays membres de l’Euratom et des pays associés (La Suisse et plusieurs pays de l’est).
En France, l’organisme qui a la responsabilité du programme sur la fusion est le DRFC (Département de Recherche sur la Fusion Contrôlée), qui dépend, au sein du CEA (Commissariat à l’Energie Atomique) de la DSM (Direction des Sciences de la matière)
Le DRFC, qui emploie 300 personnes environ en permanence plus une cinquantaine de membres non permanents, est implanté à Cadarache.
Adresse :
Association Euratom-CEA
DRFC
CEA-Cadarache F
13108 Saint Paul Lez Durance
Tel : 04.42.25.70.00
Site internet : http://www.fusion-magnetique.cea.fr
2-4 ITER : LE CHOIX DU SITE
Actuellement quatre sites, dont deux européens, sont en concurrence pour accueillir le projet :
Cadarache en France en Vandellos en Espagne pour l’EUROPE
Clarington près de Toronto pour le Canada
Rokkasho-Mura dans la Préfecture d’Aomori pour le japon.
Pour l’Europe, l’EFDA, a créé en octobre un organisme, EISS (European Iter Site Study), qui prépare les bases techniques pour les propositions de site. Ses objectifs sont :
· Etablir la conformité des sites européens avec les exigences techniques du projet ITER.
· Identifier les éléments clés pour les procédures d’autorisation.
· Evaluer les aspects spécifiques de la construction d’ITER et le coût des opérations.
· Evaluer les impacts sociaux et environnementaux.
· Assister les négociateurs européens en leur procurant les informations sur les sujets précédents.
Une réunion des parties s’est tenue les 17 et 18 septembre 2002 à Toronto pour présenter le site Canadien. Le site japonais a été présenté en octobre 2002, Cadarache le 5 décembre 2002 et le site espagnol ensuite.
L’arbitrage se fera probablement au plus haut niveau. On parle d’une décision d’un G8 vers l’été 2003.
2-5 ITER - LE PRECURSEUR (JET)
Sans refaire tout l’historique des recherches sur la fusion thermonucléaire contrôlée il est intéressant de considérer les projets qui servent de point de point de départ au projet ITER
L’expérience du TFR (Tokamak de Fontenay aux Roses) réalisé par le CEA a démontré que pour atteindre le critère de Lawson il fallait augmenter le temps de confinement et que celui ci était proportionnel au volume du plasma.
Pour atteindre l’ignition il fallait donc augmenter la taille des machine (volume de 1000 m3 pour le plasma) et donc, simultanément ,les coûts de construction et de fonctionnement (il fallait multiplier par 1000 le volume des installations par rapport aux précédentes).
De ces considérations sont nés les grands tokamak qui ont précédés le projet ITER :
JET, Joint European Torus projet européen en Angleterre, TFTR, Tokamak Fusion Test Reactor, aux USA, et JT-60 au Japon .
Ces projets ont été mis en service dans les années 80 après 10 ans de gestation. Les considérations financières ont conduit à réduire l’objectif. L’URSS a du renoncer à son projet T20.
Dans le projet JET le volume du plasma est 50 fois plus grand que dans TFR, l’intensité du courant dans le plasma est 10 fois plus grande.
Le projet TORE SUPRA construit en France à Cadarache est un tokamak de une taille plus modeste. Il a été mis en service en 1988 et utilise des aimants supraconducteurs (refroidis vers -270°C) qui ont permis d’obtenir des courants de plasma pendant des durées « longues » de 90secondes.
Le projet JET (Joint European Torus)
Projet européen décidé lors du Conseil des ministres de la CE en juin 1978, au départ pour une durée de 12 ans, mais prolongé jusqu’en janvier 2000.
Actuellement, l’usage collectif de l’installation est gérée par l’EFDA (European Fusion Development Agreement) qui a été mis en place par la commission européenne pour une durée limitée de janvier 1999 jusqu’au 31 décembre 2002.
L’installation est localisée à ABINGDON près d’OXFORD en Angleterre. Son financement est assuré à 80% par Euratom, 10% par l’UKAEA (United Kingdom Atomic Energy Agency), le reste par des pays utilisateurs non membres d’Euratom.
Le principe est celui d’un TOKAMAK, caractérisé essentiellement par un confinement magnétique du plasma dans une chambre de configuration torique. Cette configuration, imaginée en URSS dans les années 60, s’est imposée comme la plus prometteuse pour la fusion contrôlée.
La mise en service est effective en 1983. Le JET est opérationnel en 1991, date à laquelle on effectue la première réaction entre du deutérium et du tritium directement injecté dans le mélange.
Le JET a approché (sans l’atteindre) le breakeven à l’automne 1997 avec les performances suivantes :
Production d’une énergie de fusion de 21MJ.
Puissance de fusion produite de 16 MW avec un rapport puissance de fusion sur puissance fournie de 65%.
A noter que dans ces dernières expériences, la réaction a également été produite entre du deutérium et du tritium directement injecté dans la chambre.
Mise au point d’un divertor et d’un dispositif de manipulation à distance pour les éléments.
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