{"id":93514,"date":"2022-09-23T10:45:05","date_gmt":"2022-09-23T10:45:05","guid":{"rendered":"https:\/\/yogaesoteric.net\/?p=93514"},"modified":"2022-09-23T10:45:05","modified_gmt":"2022-09-23T10:45:05","slug":"une-nouvelle-loi-dechaine-lenergie-de-fusion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/yogaesoteric.net\/fr\/une-nouvelle-loi-dechaine-lenergie-de-fusion\/","title":{"rendered":"Une nouvelle loi d\u00e9cha\u00eene l\u2019\u00e9nergie de fusion"},"content":{"rendered":"

Des physiciens de l\u2019EPFL, dans le cadre d\u2019une vaste collaboration europ\u00e9enne, ont r\u00e9vis\u00e9 l\u2019une des lois fondamentales qui a \u00e9t\u00e9 \u00e0 la base de la recherche sur le plasma et la fusion pendant plus de trois d\u00e9cennies, et qui a m\u00eame r\u00e9gi la conception de m\u00e9gaprojets comme l\u2019ITER. La mise \u00e0 jour montre que nous pouvons en fait utiliser en toute s\u00e9curit\u00e9 plus d\u2019hydrog\u00e8ne dans les r\u00e9acteurs de fusion, et donc obtenir plus d\u2019\u00e9nergie qu\u2019on ne le pensait auparavant.<\/p>\n

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La fusion est l\u2019une des sources d\u2019\u00e9nergie les plus prometteuses pour l\u2019avenir. Elle consiste \u00e0 combiner deux noyaux atomiques en un seul, lib\u00e9rant ainsi d\u2019\u00e9normes quantit\u00e9s d\u2019\u00e9nergie. En fait, nous vivons la fusion tous les jours : la chaleur du soleil provient de la fusion de noyaux d\u2019hydrog\u00e8ne en atomes d\u2019h\u00e9lium plus lourds.<\/p>\n

Il existe actuellement un m\u00e9gaprojet international de recherche sur la fusion appel\u00e9 ITER, qui vise \u00e0 reproduire les processus de fusion du soleil pour cr\u00e9er de l\u2019\u00e9nergie sur la Terre. Son objectif est de cr\u00e9er un plasma \u00e0 haute temp\u00e9rature qui offre l\u2019environnement id\u00e9al pour que la fusion se produise et produise de l\u2019\u00e9nergie.<\/p>\n

Les plasmas \u2013 un \u00e9tat ionis\u00e9 de la mati\u00e8re semblable \u00e0 un gaz \u2013 sont constitu\u00e9s de noyaux charg\u00e9s positivement et d\u2019\u00e9lectrons charg\u00e9s n\u00e9gativement, et sont presque un million de fois moins denses que l\u2019air que nous respirons. Les plasmas sont cr\u00e9\u00e9s en soumettant le \u00ab combustible de fusion \u00bb \u2013 des atomes d\u2019hydrog\u00e8ne \u2013 \u00e0 des temp\u00e9ratures extr\u00eamement \u00e9lev\u00e9es (10 fois celles du noyau du soleil), ce qui oblige les \u00e9lectrons \u00e0 se s\u00e9parer de leur noyau atomique. Le processus se d\u00e9roule \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur d\u2019une structure en forme de beignet (\u00ab toro\u00efdale \u00bb) appel\u00e9e \u00ab tokamak<\/em> \u00bb.<\/p>\n

\u00ab Pour cr\u00e9er un plasma pour la fusion, il faut tenir compte de trois \u00e9l\u00e9ments : une temp\u00e9rature \u00e9lev\u00e9e, une densit\u00e9 \u00e9lev\u00e9e d\u2019hydrog\u00e8ne et un bon confinement <\/em>\u00bb, explique Paolo Ricci du Swiss Plasma Center, l\u2019un des principaux instituts de recherche sur la fusion au monde, situ\u00e9 \u00e0 l\u2019EPFL.<\/p>\n

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Trace temporelle du flux de gaz, de la densit\u00e9 \u00e9lectronique issue de la diffusion Thomson, de l\u2019intensit\u00e9 du rayonnement et des perturbations magn\u00e9tiques pour la d\u00e9charge JET n\u00b0 80823. L\u2019\u00e9v\u00e9nement MARFE est identifi\u00e9 par la forte augmentation du rayonnement mesur\u00e9 au-dessus du point X. L\u2019apparition de MARFE pr\u00e9c\u00e8de l\u2019apparition d\u2019un mode verrouill\u00e9, qui conduit finalement \u00e0 la perturbation du plasma. La ligne verticale en pointill\u00e9s rouges repr\u00e9sente le moment de l\u2019apparition du MARFE, tM \u2243 20,9 s. L\u2019apparition du mode verrouill\u00e9 N = 1 se produit \u00e0 21,95 s, tandis que le moment de la perturbation est \u00e0 21,1 s.<\/figcaption><\/figure>\n

Dans le cadre d\u2019une vaste collaboration europ\u00e9enne, l\u2019\u00e9quipe de M. Ricci vient de publier une \u00e9tude qui met \u00e0 jour un principe fondamental de la g\u00e9n\u00e9ration de plasma et montre que le futur tokamak de l\u2019ITER peut en fait fonctionner avec deux fois plus d\u2019hydrog\u00e8ne et donc g\u00e9n\u00e9rer plus d\u2019\u00e9nergie de fusion que pr\u00e9vu.<\/p>\n

\u00ab L\u2019une des limites de la production de plasma dans un tokamak est la quantit\u00e9 d\u2019hydrog\u00e8ne que l\u2019on peut y injecter<\/em> \u00bb, explique M. Ricci. \u00ab Depuis les premiers jours de la fusion, nous savons que si l\u2019on essaie d\u2019augmenter la densit\u00e9 du combustible, il se produit \u00e0 un moment donn\u00e9 ce que nous appelons une <\/em>“<\/em> perturbation <\/em>“<\/em> \u2013 en fait, on perd totalement le confinement et le plasma se r\u00e9pand partout. C\u2019est pourquoi, dans les ann\u00e9es 80, on a essay\u00e9 de trouver une sorte de loi permettant de pr\u00e9dire la densit\u00e9 maximale d\u2019hydrog\u00e8ne que l\u2019on peut mettre dans un tokamak. <\/em>\u00bb<\/p>\n

La r\u00e9ponse est venue en 1988, lorsque le scientifique sp\u00e9cialiste de la fusion Martin Greenwald a publi\u00e9 une loi c\u00e9l\u00e8bre qui \u00e9tablit une corr\u00e9lation entre la densit\u00e9 du combustible, le rayon mineur du tokamak (le rayon du cercle int\u00e9rieur du beignet) et le courant qui circule dans le plasma \u00e0 l\u2019int\u00e9rieur du tokamak. Depuis lors, la \u00ab limite de Greenwald<\/em> \u00bb est un principe fondamental de la recherche sur la fusion ; en fait, la strat\u00e9gie de construction des tokamaks de l\u2019ITER est bas\u00e9e sur cette loi.<\/p>\n

Greenwald a d\u00e9riv\u00e9 la loi de mani\u00e8re empirique, c\u2019est-\u00e0-dire en se basant sur des donn\u00e9es exp\u00e9rimentales, et non sur une th\u00e9orie test\u00e9e ou sur ce que nous appelons les \u00ab premiers principes<\/em> \u00bb, explique Ricci. \u00ab Pourtant, la limite fonctionnait assez bien pour la recherche. Et, dans certains cas, comme DEMO (le successeur de l\u2019ITER), cette \u00e9quation constitue une grande limite \u00e0 leur fonctionnement, car elle dit qu\u2019on ne peut pas augmenter la densit\u00e9 du combustible au-del\u00e0 d\u2019un certain niveau. <\/em>\u00bb<\/p>\n

En collaboration avec d\u2019autres \u00e9quipes de tokamak, le Centre suisse du plasma, a con\u00e7u une exp\u00e9rience o\u00f9 il \u00e9tait possible d\u2019utiliser une technologie tr\u00e8s sophistiqu\u00e9e pour contr\u00f4ler pr\u00e9cis\u00e9ment la quantit\u00e9 de combustible inject\u00e9e dans un tokamak. Ces exp\u00e9riences massives ont \u00e9t\u00e9 men\u00e9es dans les plus grands tokamaks du monde, le Joint European Torus (JET) au Royaume-Uni, ainsi que dans l\u2019ASDEX Upgrade en Allemagne (Institut Max Plank) et dans le tokamak TCV de l\u2019EPFL. Ce vaste effort exp\u00e9rimental a \u00e9t\u00e9 rendu possible par le Consortium EUROfusion, l\u2019organisation europ\u00e9enne qui coordonne la recherche sur la fusion en Europe et \u00e0 laquelle l\u2019EPFL participe d\u00e9sormais par le biais de l\u2019Institut Max Planck pour la physique des plasmas en Allemagne.<\/p>\n

En parall\u00e8le, Maurizio Giacomin, doctorant dans le groupe de Ricci, a commenc\u00e9 \u00e0 analyser les processus physiques qui limitent la densit\u00e9 dans les tokamaks, afin de d\u00e9river une loi de premier principe qui puisse corr\u00e9ler la densit\u00e9 du combustible et la taille du tokamak. Pour ce faire, il a fallu recourir \u00e0 une simulation avanc\u00e9e du plasma r\u00e9alis\u00e9e \u00e0 l\u2019aide d\u2019un mod\u00e8le informatique.<\/p>\n

\u00ab Les simulations exploitent certains des plus grands ordinateurs du monde, tels que ceux mis \u00e0 disposition par le CSCS, le Centre national suisse de supercalcul, et par EUROfusion<\/em> \u00bb, explique Ricci. \u00ab Et ce que nous avons d\u00e9couvert, gr\u00e2ce \u00e0 nos simulations, c\u2019est qu\u2019au fur et \u00e0 mesure que l\u2019on ajoute du combustible dans le plasma, des parties de celui-ci se d\u00e9placent de la couche froide ext\u00e9rieure du tokamak, la fronti\u00e8re, vers son c\u0153ur, car le plasma devient plus turbulent. Ensuite, contrairement \u00e0 un fil de cuivre \u00e9lectrique, qui devient plus r\u00e9sistant lorsqu\u2019il est chauff\u00e9, les plasmas deviennent plus r\u00e9sistants lorsqu\u2019ils se refroidissent. Ainsi, plus vous mettez de combustible dans le plasma \u00e0 la m\u00eame temp\u00e9rature, plus certaines de ses parties se refroidissent \u2013 et plus il est difficile pour le courant de circuler dans le plasma, ce qui peut conduire \u00e0 une perturbation. <\/em>\u00bb<\/p>\n

Cette situation \u00e9tait difficile \u00e0 simuler. \u00ab La turbulence dans un fluide est en fait la question ouverte la plus importante de la physique classique<\/em> \u00bb, d\u00e9clare Ricci. \u00ab Mais la turbulence dans un plasma est encore plus compliqu\u00e9e car vous avez \u00e9galement des champs \u00e9lectromagn\u00e9tiques<\/em> \u00bb.<\/p>\n

En fin de compte, Ricci et ses coll\u00e8gues ont r\u00e9ussi \u00e0 d\u00e9chiffrer le code, et ont mis \u00ab la plume sur le papier<\/em> \u00bb pour d\u00e9river une nouvelle \u00e9quation pour la limite de combustible dans un tokamak, qui s\u2019aligne tr\u00e8s bien avec les exp\u00e9riences. Publi\u00e9e dans Physical Review Letters<\/em>, elle rend justice \u00e0 la limite de Greenwald, en s\u2019en rapprochant, mais en l\u2019actualisant de mani\u00e8re significative.<\/p>\n

La nouvelle \u00e9quation postule que la limite de Greenwald peut \u00eatre multipli\u00e9e par pr\u00e8s de deux en termes de combustible dans l\u2019ITER ; cela signifie que les tokamaks comme l\u2019ITER peuvent en fait utiliser pr\u00e8s de deux fois la quantit\u00e9 de combustible pour produire des plasmas sans craindre de perturbations. \u00ab C\u2019est important car cela montre que la densit\u00e9 que l\u2019on peut atteindre dans un tokamak augmente avec la puissance dont on a besoin pour le faire fonctionner<\/em> \u00bb, explique Ricci. \u00ab En fait, DEMO fonctionnera \u00e0 une puissance beaucoup plus \u00e9lev\u00e9e que les tokamaks actuels et l\u2019ITER, ce qui signifie que vous pouvez ajouter plus de densit\u00e9 de combustible sans limiter la production, contrairement \u00e0 la loi de Greenwald. Et c\u2019est une tr\u00e8s bonne nouvelle<\/em> \u00bb.<\/p>\n

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yogaesoteric
\n23 septembre 2022<\/strong><\/p>\n

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