Foire Aux Questions

Q0a : COMMENT POSER UNE QUESTION ?

Posez votre question au Webmaster du site. 

Q0b : Comment visiter Tore Supra ?

Le CEA est ouvert au public. Pour visiter gratuitement ses laboratoires de recherche, inscrivez-vous : Ouverture du CEA au public (, )
En raison de la mise en place du plan Vigipirate sur l'ensemble des sites du CEA, les visites du public sont provisoirement suspendues.

Q01 : L'inventaire global du tritium présent dans l'installation est limité de façon à ce qu'un "accident majeur" n'exige pas l'évacuation des populations avoisinantes." => définition d'un accident majeur ? conséquences d'un accident majeur ?

Le terme " accident majeur " est une expression technique signifiant " accident le plus grave " susceptible de se produire sur une installation. Les conséquences de tous les accidents sont déterminées par analyse d'arbres de défaillance. En pratique, ces arbres sont constitués par une succession de questions/réponses du type : " si telle canalisation est rompue à tel endroit, quelles sont les conséquences sur tel ou tel autre composant ? Si ce composant devient à son tour défaillant, quelles sont les conséquences sur les autres parties du système ? etc… " A la fin des arbres de défaillance, on arrive aux questions importantes pour le public : le public doit-il être évacué des alentours de l'installation ? L'accident ayant les conséquences les plus importantes est alors qualifié d'accident majeur.

La conclusion globale des études de sûreté effectuées par des équipes européennes exprime que les réacteurs de fusion présentent des propriétés intéressantes en terme de sûreté, en particulier, l'emballement des réactions est intrinsèquement impossible et aucun accident ne peut conduire à la fusion des matériaux de structure : l'intégrité physique du réacteur n'est donc jamais remise en cause. On montre aussi que malgré la présence de tritium, aucun accident sur une installation de fusion ne conduit à l'évacuation du public, opération obligatoire quand il y a relâchement de produits toxiques (SEVESO) ou radioactifs (TCHERNOBYL).

Q02 : Combien de foyers un réacteur à fusion peut-il alimenter ? Quelle est la superficie occupée par ce type de réacteur ?

La puissance électrique d'un réacteur de fusion sera voisine de la puissance délivrée par un gros réacteur à fission, soit environ 1500 MW électriques (MWe). L'utilisation de la puissance électrique produite par fusion sera la même que pour un réacteur à fission, en particulier, il sera possible de l'utiliser à toute heure de la journée (on parle alors de fonctionnement "en base "), ce qui est impossible avec la majorité des énergies renouvelables (solaire et éolien en particulier). La puissance moyenne délivrée à un foyer français est de l'ordre de 10 kW (cf les abonnements EDF), ce qui signifie qu'un réacteur de fusion de 1500 MWe peut alimenter 150 000 foyers prélevant leur énergie maximale en même temps (scénario évidemment non réaliste). Au premier janvier 1999, la puissance électrique installée en France était de 114 500 MWe dont 63 000 MWe délivrés par des centrales nucléaires. Si l'on suppose que toute cette puissance est utilisée pour les besoins de la France et que l'on conserve la répartition nucléaire/non nucléaire, 42 réacteurs de fusion de 1500 MWe suffisent à ses besoins.

La surface occupée par ce type de réacteur est voisine de celle occupée par un réacteur nucléaire " classique " en y incluant tous les auxiliaires. A titre d'exemple, un site EDF de centrale nucléaire " classique " occupe une surface de l'ordre de 1 km2 . Sur ce site il y a toujours 2 voire 4 réacteurs nucléaires, soit de 1800 MWe à 5200 MWe. A titre de comparaison, il faut environ 150 km2 de cellules photovoltaïques ou 2500 éoliennes de 600 kW (rotor de 50m) fonctionnant en continu (ce qui n'est jamais le cas) sur un site particulièrement favorable pour produire la même puissance qu'un réacteur à fusion de 1500 MWe.

Q03 : Les matériaux de structure sont activés par la production de neutrons, ce qui réduit leur durée d'utilisation. Quelle est la durée de vie d'un réacteur à fusion ? Quelle réutilisation de ces matériaux prévoyez-vous ?

Pour être économiquement viable, la durée de vie totale d'un réacteur à fusion devra être comparable voire supérieure à la durée de vie d'autres installations productrices d'énergie (au moins 30 ans). Un certain nombre de composants devront être remplacés périodiquement (on peut citer les composants les plus proches du plasma dont la durée de vie est estimée entre 2 et 5 ans). En préambule à la réutilisation des matériaux d'un réacteur de fusion, on se rappellera que la réaction de fusion ne produit pas de déchets radioactifs. Par contre, les structures seront activées comme dans toute installation soumise à des flux de neutrons. D'après les connaissances actuelles, 40% des matériaux pourront être déclassés, c'est à dire réutilisés hors la filière nucléaire, le reste étant recyclé dans la filière nucléaire, principalement aux endroits ou dans les objets soumis à rayonnement.

Q04 : Les deux méthodes de confinement (magnétique et inertiel) utilisent l'énergie électrique. Le bilan est-il suffisamment positif ? Les installations sont elles rentables ?

Il ne faut pas perdre de vue qu'à ce jour, le développement de l'énergie fusion en est au stade expérimental. La notion de rendement s'applique plutôt à des réacteurs de fusion électrogènes (c'est à dire des installations connectées au réseau électrique) qui ne sont pas prévus avant 2050.

Bilan énergétique : si l'on s'en tient à la partie plasma, ce bilan porte le nom de facteur Q dans le jargon des physiciens du plasma. Il représente le rapport entre l'énergie fournie par le plasma (la puissance fusion) et l'énergie extérieure fournie au plasma (le chauffage). A ce jour, on retiendra que JET a réalisé des plasmas voisins de Q=1 (le plasma a fourni à peu près autant d'énergie qu'il lui en a été donné). La machine ITER est conçue pour réaliser des plasmas à Q=10. Le réacteur devra réaliser des plasmas avec Q>50. Vu sous cet angle, un réacteur à fusion est un amplificateur de puissance qui fournit 50 fois plus d'énergie que ce qu'il consomme. On notera qu'il est possible de réaliser des plasmas auto-entretenus, c'est à dire des plasmas qui ont assez d'énergie pour entretenir eux-mêmes les températures nécessaires à la réalisation des réactions de fusion. Dans cet état, l'apport d'énergie extérieure n'est plus nécessaire: c'est l'ignition (Q=infini).

Rendement : si l'on prend en compte l'ensemble de l'installation, cette notion n'a pas de sens pour une installation expérimentale. Elle devient par contre capitale au niveau du réacteur dont l'objectif est d'être un moyen de production d'énergie économiquement crédible. Les réacteurs de fusion sont étudiés depuis longtemps. Les conceptions récentes de réacteur de fusion montrent que des rendements globaux (de la source d'énergie jusqu'au réseau électrique) compris entre 33% et 45% sont envisageables, ce qui est comparable au rendement des réacteurs à fission opérationnels de nos jours. On montre que l'ignition n'est pas nécessaire et que des plasmas ayant un bilan énergétique >50 (Q>50) sont suffisants.

Q05 : Pensez-vous que cette technologie sera bientôt utilisée ?

Les études sur la fusion thermonucléaire en sont encore à un stade expérimental et la connexion au réseau de la première centrale à fusion ne peut être imaginée avant 2050. Cela peut paraître lointain mais il faut se rappeler que le concept de réacteur à fusion en vigueur aujourd'hui n'a été pensé qu'en 1958 par deux physiciens russes. Cent ans de développement entre l'idée originelle et la réalisation finale ne sont pas si inhabituels (le principe des cellules solaires date de 1839, A. Becquerel).

Les progrès remarquables accomplis ces dernières années ont amené les recherches sur la fusion contrôlée à une étape importante de son histoire : la conception puis la construction d'une installation expérimentale de grande envergure (ITER) démontrant la faisabilité de la fusion contrôlée. Ce projet, actuellement en phase finale d'ingénierie, est le fruit d'une collaboration internationale intense entre l'Europe, le Japon, la Russie (les Etats-Unis ont participé à la première phase du projet).

Q06 :  Quelles sont les performances des Tokamaks ?

De nombreux résultats ont été obtenus sur la période 1995-2000 dans diverses installations expérimentales de par le monde. On rappellera que l'installation européenne JET est à ce jour la plus grande machine expérimentale au monde. Comme les performances plasma sont étroitement liées à la taille du plasma, les résultats les plus marquants ont été obtenus dans cette machine. On citera par exemple fin 1997 la réalisation de 16MW de puissance fusion dans cette installation. Bien que plus modeste en taille, les résultats obtenus récemment sur Tore Supra sont tout aussi capitaux pour l'avenir de la fusion. Tore Supra est le plus grand tokamak au monde possédant des aimants toroïdaux supraconducteurs (les aimants de JET  sont en cuivre). Ceci permet à Tore Supra de réaliser des plasmas de durée importante (2 minutes et plus) et donc d'étudier la physique et les technologies relatives à la maîtrise des impulsions longues. Des impulsions de 2 minutes ont été réalisées dès 1996. En étant très réducteur, on peut retenir que JET étudie les plasmas performants sur des durées courtes (<10 s) tandis que Tore Supra s'attache à maîtriser des chocs moins performants mais sur des durées beaucoup plus importantes (2 minutes et plus). Pour être complet, l'étude des chocs performants de longue durée sera l'objectif principal de la prochaine machine expérimentale ITER actuellement en cours de conception (accord de construction prévu en 2001).

Q07 :  Un accident de type "Tchernobyl" est-il possible avec un réacteur à fusion ?

Un emballement de la réaction est intrinsèquement impossible à cause des lois de la physique. En fusion magnétique contrôlée, un plasma, très chaud, est confiné dans une " boîte magnétique " à l'intérieur d'une enceinte de confinement. Dès que la " boîte magnétique " est imparfaite, le plasma chaud atteint les parois, se refroidit et la réaction de fusion s'arrête automatiquement.

L'accident le plus important qui puisse survenir est une rupture de l'enceinte de confinement et de la couverture (dont la fonction est de générer le tritium) entraînant le relâchement de quelques éléments solides radioactifs et un peu de tritium. Comme le combustible présent à l'intérieur de l'enceinte n'est suffisant que pour quelques secondes de fonctionnement, la radioactivité relâchée hors du réacteur n'atteint jamais le niveau nécessaire pour une évacuation de la population. Des études détaillées ont montré que la probabilité d'un tel événement est pratiquement nulle en raison des énergies internes du système. Même si sa probabilité est quasiment nulle, cet accident majeur est cependant pris en compte dans les règles de sûreté très strictes de l'Agence Internationale de l'Energie Atomique (AIEA ) qui sont bien entendu utilisées pour la conception des réacteurs à fusion.

Q08 :  Y a-t-il des problèmes de radioactivité liés à la fusion thermonucléaire ?

Les combustibles de base de la réaction de fusion la plus "facile" à réaliser, le deutérium (un élément naturel encore nommé l'hydrogène lourd) et le lithium ne sont pas radioactifs. Le produit de la réaction est l'hélium (un gaz noble) qui n'est pas radioactif.  

• l'activation des structures :
  Les neutrons induisent une radioactivité de l'enceinte de confinement et des autres dispositifs proches du plasma. Cependant, en utilisant des matériaux de structure présentant des propriétés de basse activation (ces matériaux ont la propriétés de perdre leur activité très rapidement), cette radioactivité induite peut être limitée à une échelle de temps de 50-100 ans au-delà de laquelle elle devient inférieure à la radioactivité des poussières relâchées par une centrale à charbon (Cf Fusion et Sûreté).
  
  

• la présence de tritium :
  Le tritium est un élément radioactif de période radioactive de 12.3 ans. Il est produit et stocké sur site pour une utilisation par le réacteur. Son rayonnement est peu pénétrant puisque 5 millimètres d'air suffisent à l'arrêter. La contamination ne peut donc intervenir qu'en cas d'absorption ou de respiration. Le tritium ne s'accumule pas dans les organismes biologiques : il disparaît naturellement avec une période de l'ordre de 10 jours (période biologique). Sa période radioactive de 12.3 ans fait qu'il disparaît rapidement : au bout de 125 ans, il n'en reste qu'un millième. Il faut noter que la technologie tritium est maîtrisée par de nombreux laboratoires fusion et hors-fusion.

En savoir plus : le tritium, fusion et sûreté