Le tokamak Tore Supra mis en service dans les années 80, exploité par l’Institut de Recherche sur la Fusion Magnétique (IRFM) est en cours de transformation pour devenir une plateforme d’essai  des composants du divertor d’ITER : le projet WEST ((Tungsten (W) Environment Steady-state Tokamak). Il  permettra d’éprouver les composants en tungstène d'ITER, de préparer son exploitation et de tester les instruments de mesure spécifiques qui y seront associés.

Le test des composants en tungstène se fera sous des flux thermiques de plusieurs Mégawatt (MW) par mètre carré qui seront générés en chauffant le plasma avec des systèmes Radiofréquence (RF) de très forte puissance. WEST disposera de deux de ces systèmes. Le premier, le système « Lower Hybrid and Current Drive » (LHCD) fonctionnant à une fréquence de 3.7 GHz a d’ores et déjà été modifié en 2010-2011. Le second, le système « Ion Cyclotron Resonant Heating » (ICRH) fonctionnant à une fréquence de 55 MHz doit maintenant être adapté  aux contraintes de WEST pour coupler d’une façon fiable 9MW pendant 30s ou 3MW pendant 1000s au plasma à l’aide de trois antennes.

Qu’est-ce qu’un système HF ? Vous en connaissez tous au moins un. Ce sont les émetteurs de radiodiffusion répartis sur tout le territoire, en général sur les hauteurs,  et qui vous permettent de regarder ou écouter  vos émissions préférées. Ils sont composés de trois éléments principaux ; l’antenne émettrice (au sommet du  pylône),  l’amplificateur et ses alimentations (dans le local en bas du pylône) et les lignes de transmission qui connectent les deux (les câbles électriques qui cheminent le long du pylône). L’analogie entre un système RF pour la radiodiffusion ou la fusion s’arrête là. Si le premier  doit fournir une puissance de quelques dizaines de kilowatts (kW) 24heures sur 24 l’autre doit fournir plusieurs MW pendant environ 15 minutes et si l’antenne du premier est perchée au sommet d’un pylône celle du second est dans le tokamak, face au plasma.

Pourquoi le système HF de Tore Supra doit-il être modifié pour WEST ? L’antenne se trouve  en première ligne face au plasma qui, dans le cas de WEST, sera beaucoup plus performant et plus variable devant l’antenne entrainant des fortes variations temporelles de charge. L’antenne doit non seulement pouvoir injecter la puissance HF dans le plasma mais elle doit aussi  éviter que ces instabilités au bord du plasma soient ressenties  par l’amplificateur pour qu’il puisse fonctionner dans de bonnes conditions. Il faut donc développer un nouveau concept d’antenne résilient aux perturbations induites au bord du  plasma.

Une équipe internationale a donc été mise en place pour développer l’antenne du système ICRH pour WEST. Quatre laboratoires européens (CEA-France ; POLITO-Italie ; ERM-Belgique ; IPP-Allemagne) et un asiatique (ASIPP-Chine)  ont associés leurs forces pour couvrir les compétences en électronique HF, électrotechnique, physique des plasmas, mécaniques, électromagnétisme et thermomécaniques nécessaires à ce développement.  Après une année d’études conjointes, le design des antennes est maintenant finalisé (décembre 2013) et il répond à l’ensemble des contraintes du projet WEST. Les trois antennes identiques sont prêtes à être fabriquées.

Un accord , sous la forme d’un laboratoire commun,  a été signé en juillet 2013 entre le CEA et l’institut chinois ASIPP. La Chine assurera la fabrication des trois antennes qui seront résilientes aux perturbations, capables d’injecter jusqu’à 9 MW de puissance HF sur des durées allant jusqu’à plus de 15 minutes (1000 secondes) dans le plasma de WEST. Le CEA en assurera l’assemblage et l’exploitation à l’horizon 2016.