La fusion est la source d'énergie du soleil et des autres étoiles. Une étoile commence à briller quand la matière en son coeur atteint, sous l'effet des forces de gravitation, des densités et des températures suffisantes pour déclencher des réactions thermonucléaires libérant de l'énergie. La tendance du plasma à se disperser, donc à se refroidir, est contrebalancée par la force gravitationnelle.
Sur terre, le confinement gravitationnel est impossible. Deux voies sont étudiées pour reproduire ces réactions:

• porter à très haute pression et à haute température un petit volume de matière pendant un temps extrêmement court, on parle alors de confinement inertiel. On cherche ainsi à obtenir le plus grand nombre possible de réactions de fusion avant que le plasma ne se disperse.
  

• piéger et maintenir à très haute température un plasma. Ce plasma est confiné dans une boîte immatérielle de forme torique créée par des champs magnétiques, on parle alors de confinement magnétique. 

Pour que le combustible, à l'état de plasma, puisse produire suffisamment de réactions thermonucléaires, il faut le maintenir dans un volume limité et l'éloigner de toute paroi matérielle afin de maintenir sa température élevée : c'est le confinement.

Dans un plasma à l'état libre, la trajectoire des particules est aléatoire (image 1 ci-contre) et les particules vont s'échapper.

Comme le plasma est formé de particules chargées, les champs magnétiques peuvent interagir sur celles-ci. Si ce même plasma baigne dans un champ magnétique rectiligne (image 2), les particules s'enroulent autour des lignes de champ et ne peuvent plus atteindre les parois latérales.

Afin d'éviter les pertes aux extrémités, on referme la boite magnétique en créant un tore (image 3). Le champ magnétique ainsi créé par une série d'aimants entourant le plasma s'appelle le champ magnétique toroïdal. Les aimants générant ce champ sont les aimants toroïdaux.

On montre que ce confinement n'est pas tout à fait suffisant et que pour minimiser encore les fuites de particules, les lignes de champ doivent être hélicoïdales (image 4). Ceci est réalisé en ajoutant au champ toroïdal un autre champ magnétique qui lui est perpendiculaire (le champ poloïdal). La méthode utilisée pour produire ces lignes de champ hélicoïdales a donné naissance à deux types de machines :

• Dans un  « tokamak », un ensemble de bobines produit un champ magnétique dans la direction du tore, auquel vient s'ajouter le champ magnétique créé par un courant intense axial circulant dans le plasma lui-même. Les deux champs générent la structure hélicoïdale des lignes de champ (image 5). Cette configuration a fait des progrès considérables depuis son invention dans les années 1960 par des chercheurs russes. C'est actuellement la voie de recherche la plus étudiée (un exemple de tokamak : Tore Supra)

• Dans un « stellarator », la configuration magnétique repose entièrement sur des courants circulant dans des bobines en hélice (image 6).

© CEA 2001 - Tous droits réservés