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xxxxxxxxxxx of Thursday, 3 June 2021

Source: www.bbc.com

Sciences : des aimants époustouflants pourraient débloquer une énergie abondante

Les yeux du Dr Greg Brittles brillent d'excitation lorsqu'il explique le projet sur lequel il travaille.

"C'est vraiment le rêve de tout ingénieur, d'avoir un projet qui est techniquement difficile, qui vous oblige à développer de nouvelles technologies et des solutions à des problèmes difficiles, mais qui sont simultanément importants pour le monde."

Depuis la fin de ses recherches à l'université d'Oxford il y a cinq ans, il travaille pour Tokamak Energy, une start-up britannique qui envisage de construire un réacteur à fusion.

La fusion est la réaction qui alimente le soleil et les étoiles. Si cette énergie pouvait être exploitée sur Terre, elle fournirait une source d'énergie abondante, à partir d'une quantité minuscule de combustible et sans produire de dioxyde de carbone. Qu'est-ce qu'on ne peut pas aimer ?

Le principe est assez facile à comprendre. Prenez deux atomes d'hydrogène, ajoutez suffisamment de chaleur et de pression et ils fusionneront pour former de l'hélium. Au cours de ce processus, une partie de la masse d'hydrogène est transformée en chaleur, que vous pouvez utiliser pour produire de l'électricité.

Le problème est que pour que la fusion se produise ici sur Terre, il faut chauffer les isotopes d'hydrogène à des centaines de millions de degrés, jusqu'à ce qu'ils deviennent si énergétiques qu'ils se brisent en un état tourbillonnant de la matière appelé plasma.

Le défi a toujours été de contenir ce plasma. Les étoiles le font grâce à la gravité, mais sur Terre, la méthode la plus courante consiste à utiliser de puissants champs magnétiques pour maintenir le plasma confiné.

Une grande partie du défi technique consiste à construire des aimants. Ils doivent être suffisamment puissants pour contenir une masse de matière tourbillonnante et incroyablement chaude, mais ne pas consommer tellement d'électricité que votre réacteur utilise plus d'énergie qu'il n'en produit.

Dans le courant de l'année, le Dr Bob Mumgaard et son équipe du Commonwealth Fusion Systems (CFS) testeront un aimant révolutionnaire qui, selon eux, permettra de faire ce bond en avant.

Pesant 10 tonnes, l'aimant en forme de D est suffisamment grand pour qu'une personne puisse le traverser. Environ 300 km d'un ruban électromagnétique très spécial sont enroulés dans cette forme en D. Le ruban lui-même est une prouesse d'ingénierie.

Le ruban lui-même est une prouesse d'ingénierie dont le développement a pris des décennies. De fines couches d'oxyde de baryum-cuivre de terres rares (ReBCO) supraconducteur sont déposées sur un ruban métallique. Lorsqu'il est refroidi, ce faisceau de ruban peut conduire l'électricité de manière extrêmement efficace, ce qui est essentiel puisque 40 000 ampères le traversent, soit suffisamment d'électricité pour alimenter une petite ville.

Lorsque l'industrie de la fusion parle de refroidissement, cela signifie que le ruban est refroidi à moins 253 °C, ce qui peut vous sembler absurde mais qui, dans le monde des matériaux supraconducteurs, est plutôt chaud.

"Cela signifie que le réfrigérateur que nous utilisons est comme un réfrigérateur qui pourrait tenir dans votre cuisine", explique le Dr Mumgaard, qui a cofondé le CFS et en est le directeur général.

"La même chose avec la génération précédente de technologie... aurait nécessité un réfrigérateur de la taille de votre maison".

Le CFS prévoit un réacteur qui abritera 18 de ces aimants, disposés en anneau - une configuration connue sous le nom de tokamak - et a récemment choisi un site pour le réacteur dans le Massachusetts.

"Nous avons été les premiers à faire en sorte que cet aimant dépasse l'échelle de la table, de la R&D [recherche et développement], que les gens avaient réalisée dans de petites entreprises et dans certains laboratoires nationaux.

"Nous sommes maintenant tous à l'échelle où il est nécessaire de construire des machines de fusion. Il n'est pas nécessaire de passer de l'échelle du jouet à celle de la fusion", explique M. Mumgaard.

Le bond en avant de la technologie des aimants est également au cœur du projet de fusion de Tokamak Energy au Royaume-Uni.

Le Dr Brittles a passé les cinq dernières années à développer cette technologie et participe actuellement à la construction d'un démonstrateur qui comportera une série d'aimants puissants fonctionnant ensemble.

"Il s'agira d'un assemblage de très nombreuses bobines générant des forces qui interagissent et se tirent les unes les autres pour former un ensemble équilibré. Cela doit être contrôlé, sinon les forces pourraient être déséquilibrées", explique-t-il.

Les forces que de tels champs magnétiques peuvent générer sont époustouflantes. Lorsqu'il fonctionne à pleine puissance, le Dr Brittles compare la force générée par ses aimants au double de la pression au fond de la fosse océanique la plus profonde.

Lorsque ces aimants seront prêts, ils iront dans un tokamak sphérique - un réacteur de fusion en forme de pomme.

Les recherches suggèrent qu'un tel modèle produira plus d'énergie pour chaque unité de puissance utilisée que le tokamak en forme de beignet, plus couramment utilisé - le modèle utilisé par le CFS et d'autres.

"Le véritable défi est la fusion commerciale. Et c'est vraiment ce qui nous motive, pourquoi nous nous concentrons sur le tokamak sphérique en raison des avantages commerciaux à long terme", déclare le Dr David Kingham, l'un des fondateurs de Tokamak Energy et actuellement vice-président exécutif.


"Nous pensons que notre technologie pourra être déployée dans une usine pilote de fusion au début des années 2030", dit-il. "Je pense que ce sera une course mondiale. Il y a des entreprises privées intéressantes aux États-Unis. Et nous serons dans une course avec eux".

La promesse d'un réacteur à fusion fonctionnel existe depuis des décennies (et existera toujours, selon la vieille blague).

Le plus grand projet est en cours dans le sud de la France, où un consortium de nations construit ITER, un réacteur géant dont la construction a coûté jusqu'à présent des milliards de livres sterling et qui a pris des années de retard sur son calendrier initial.

Cependant, des conceptions plus compactes, comme celles prévues par Tokamak Energy et CFS, attirent les investisseurs privés, qui parient qu'elles seront des propositions commerciales viables.

Le Dr Wal van Lierop a fondé sa société de capital-risque, Chrysalix, il y a 20 ans et, depuis 2008, il a investi des dizaines de millions de dollars dans la société canadienne General Fusion.

Selon lui, l'industrie de la fusion a toujours eu du mal à trouver des financements, en partie parce que beaucoup d'argent a été investi dans ITER, mais tout cela est en train de changer.

"Je vois plus d'argent investi, plus d'intérêt, et les gens commencent à réaliser qu'il s'agit d'une très grande plateforme technologique et que ce n'est plus quelque chose qui pourrait ou non fonctionner d'ici 2050."

Le Dr van Lierop souligne que le prix potentiel est énorme. Le marché mondial de l'électricité représente environ 3 trillions de dollars (2,15 milliards de livres) par an et ne peut que s'accroître.

"Si cette [fusion] réussit, cela ouvrira la plus grande transition industrielle que nous ayons jamais vue."

De retour au front de taille (ou peut-être au front de plasma), le Dr Brittles avoue qu'il y a encore beaucoup de travail d'ingénierie à faire, mais il est confiant.

"Nous travaillons dur pour relever de nombreux défis qui pourraient nous faire trébucher à tout moment. Mais d'après ce que nous savons, il n'y a rien qui puisse nous empêcher de progresser.

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