Les Radioisotopes

Les radioisotopes ou radionucléides (également radioéléments), contraction de radioactivité et d'isotope, sont des atomes dont le noyau est instable. Cette instabilité peut être due soit à un excès de protons ou de neutrons, soit à un excès des deux. Les radioisotopes existent naturellement ou sont produits artificiellement en bombardant de petites quantités de matière avec des neutrons, usuellement produits dans un réacteur nucléaire.

En médecine, les radioisotopes sont largement utilisés à des fins de diagnostic ou de recherche. Les radioisotopes présents naturellement ou introduits dans le corps, émettent des rayons gamma et, après détection et traitement des résultats, fournissent des informations sur l'anatomie de la personne et sur le fonctionnement de certains organes spécifiques. Lorsqu'ils sont utilisés ainsi les radioisotopes sont appelés traceurs. La radiothérapie utilise aussi des radioisotopes dans le traitement de certaines maladies comme le cancer. Des sources puissantes de rayons gamma sont aussi utilisées pour stériliser le matériel médical. Dans les pays occidentaux, environ une personne sur deux est susceptible de bénéficier de la médecine nucléaire au cours de sa vie, et la stérilisation par irradiation gamma est quasiment universellement utilisée.

Dans l'industrie, les radioisotopes sont utilisés pour examiner les soudures, pour détecter les fuites, étudier la fatigue des métaux et pour toute sorte d'analyses sur les matériaux comme les minéraux.

De nombreux détecteurs de fumées utilisent un radioisotope dérivé du plutonium ou de l'américium produit artificiellement. Ces détecteurs ont déjà sauvés de nombreuses vies.
Les radioisotopes sont utilisés pour suivre et analyser les polluants, étudier les mouvements des eaux de surface, mesurer l'écoulement de la pluie et de la neige, ainsi que le débit des cours d'eaux.

Une grande quantité de radionucléides sont propulsés dans l'atmosphère terrestre et retombent plus ou moins rapidement sur le sol au moment d'une catastrophe nucléaire (telle que la catastrophe de Tchernobyl) ou lors de l'explosion d'une bombe atomique ou lors d'un essai nucléaire

LES ARMES NUCLÉAIRES

Je ne vais pas trop développer à ce sujet, mais la France, et plus particulièrement sa Marine, est équipée de tels engins. La protection du pays est basé sur la dissuation nucléaire : " Si on m'attaque, je suis en mesure d'immédiatement riposter et d'infliger de redoutables destructions à mon(mes) agresseur(s) ! ". Ce sont nos SNLE qui sont porteurs de ces armes dissuasives et qui patrouillent ou se positionnent à des endroits stratégiques de manière à pouvoir immédiatement riposter en cas d'agression.

Armes basées sur la fission nucléaire

La bombe A, communément appelée « bombe atomique » ou « bombe à fission », est basée sur le principe de la fission nucléaire et utilise des éléments fissiles comme l'uranium 235 et le plutonium 239. Les bombes à fission furent les premières armes nucléaires à être développées.

Principe

Le but d'une bombe atomique est de déclencher une réaction en chaîne. Pour cela, il faut avoir une quantité suffisante de matière fissile, c'est la masse critique. La masse critique est d'environ 52 kilogrammes pour l'uranium 235 et de 10 kilogrammes pour le plutonium 239. Une fois cette masse atteinte, la réaction en chaîne est déclenchée. Dans les bombes atomiques, la quantité de matière fissile doit même être supérieure à la masse critique, de l'ordre de trois fois en général. On parle alors de masse sur-critique.

Pour éviter que la réaction se déclenche n'importe quand, on sépare la matière fissile en deux. De cette manière la masse critique n'est pas atteinte et il n'y a donc aucun risque qu'une fission nucléaire s'amorce sans qu'on le désire.

Le déclenchement de l'explosion a lieu lorsque toutes les parties de la matière fissile sont brusquement réunies et atteignent une masse sur-critique. Alors, les atomes de la matière fissile se scindent et libèrent des neutrons, ces derniers vont alors percuter d'autres atomes de matière fissile, qui à leur tour vont libérer des neutrons et ainsi de suite. La réaction en chaîne est déclenchée et la matière se transforme en énergie, une énergie colossale en comparaison de la quantité de matière fissile mise en jeu.

L'important dégagement d'énergie produit lorsque la fission nucléaire a lieu s'explique par le fait qu'il y a ce que l'on appelle un défaut de masse. C'est-à-dire que les éléments qui sont le résultat de la fission ont une masse totale inférieure à celle de l'élément fissile qui les a produit. Ce défaut de masse fait que la masse perdue est transformée en énergie (E = mc²).

Schémas de bombes atomiques

Bombe à "insertion" (Hiroshima)


Bombe à "implosion" (Nagasaki)


Il s'agit des deux méthodes permettant d'atteindre la masse critique et ainsi de libérer une formidable quantité d'énergie avec une énorme production de chaleur et l'émission de radiations mortelles.

La bombe à neutrons est une bombe atomique de puissance explosive réduite, mais conçue pour produire une forte irradiation afin de détruire les organismes vivants et de préserver dans la mesure du possible les bâtiments, matériels, et infrastructures.

Elle a été inventée par Samuel Cohen.

La bombe à neutrons, aussi appelée bombe N, détruit peu les bâtiments, car les effets de souffle, de chaleur et de radiations sont limités, quoique toujours présents. En contrepartie, l'émission de neutrons est grandement amplifiée afin de tuer les organismes vivants situés dans le rayon d'action de la bombe. Comme la zone d'explosion de la bombe n'était pas durablement contaminée, et que les infrastructures étaient préservées, les militaires la considéraient comme une bombe «propre».

En raison de ses propriétés, la bombe à neutrons a été destinée à l'origine à stopper une avancée de chars d'assaut ennemis, en tuant les hommes se trouvant à l'intérieur.

Elle a également servi à la réalisation de missiles anti-missiles (stratégiques), du fait de ses effets destructeurs sur les équipements électroniques.

À cet effet, l'armée américaine ne l'a déployée que pendant une courte période précédant la signature du traité ABM, au sein de ses missiles anti-missiles Sprint, en 1975.

Effets de la bombe N

Les effets de la bombe à neutron résident dans le fait qu'un neutron rapide (E>1000 eV), est capable "d'ébranler" le noyau d'un atome. Le noyau positif se mettant à osciller dans un cortège électronique négatif, va produire un effet d'ionisation au niveau de ce cortège, et donc provoquer "l'expulsion" d'un ou plusieurs électrons de leur(s) orbite(s). L'atome devenu ainsi un cation, va déstabiliser la molécule où il se trouvait et provoquer sa rupture. Notons par ailleurs que plus les électrons qui partent sont contenus dans les couches profondes, plus leur départ provoquera un réarrangement électronique important, et par la même occasion, une émission d'un ou plusieurs photons (UV, Rayons X). Cependant, l'énergie du neutron qui heurte un noyau varie selon la quantité de nucléons (donc varie en fonction du nombre de masses A). En effet plus le nombre de masses sera petit, plus l'énergie cédée par le neutron sera importante. En revenant à la bombe N, les neutrons pourront donc traverser des blindages ou des murs, composés d'atomes avec un nombre de masses important, sans perdre "trop" d'énergie, et ainsi auront un effet dévastateur au niveau des molécules d'eau, qui rappelons-le, composent à hauteur de 70% l'organisme humain (le noyau d'hydrogène étant le plus simple des noyaux, avec simplement 1 proton, pour l'isotope le plus répandu).

Armes basées sur la fusion nucléaire

La bombe H, aussi appelée bombe à hydrogène ou bombe à fusion ou encore bombe thermonucléaire est une bombe nucléaire dont l'énergie provient de la fusion de noyaux légers.

Bombe H dite Teller-Ulam

Structure

Configuration d'une bombe à fission-fusion-fission

Une bombe à architecture Teller-Ulam est la même chose qu'une bombe à fission-fusion-fission. Une telle bombe est composée de deux parties principales:
• La partie haute, ou partie primaire : c'est la bombe à fission qui, en explosant, entraîne une très forte augmentation de la température et par la même le déclenchement de la fusion ;
• La partie basse, ou partie secondaire : c'est le matériel qui va fusionner, ici, du lithium, accompagné d'un coeur de plutonium et d'une enveloppe d'uranium 238. Cette partie est entourée d'une mousse en polystyrène qui permettra une montée très haute en température.
• Enfin, il est possible d'utiliser un troisième étage, du même type que le second, pour produire une bombe à hydrogène beaucoup plus puissante. Cet étage supplémentaire est beaucoup plus volumineux (en moyenne 10 fois plus) et sa fusion est amorcée par l'énergie dégagée par la fusion du deuxième étage. On peut donc fabriquer des bombes H de très grandes puissances en ajoutant plusieurs étages.

La bombe est elle-même entourée d'une structure qui va permettre de retenir l'apport massif de rayons X produits par l'explosion de la bombe à fission. Ces ondes sont alors redirigées afin de comprimer le matériel de fusion et l'explosion totale de la bombe peut alors commencer.

Déroulement de l’explosion de la bombe H

Avant toute explication, il faut savoir que l'explosion d'une bombe H se déroule sur un intervalle de temps très court : 6.10^-7s soit 600 milliardièmes de secondes ! La réaction de fission réclame en effet 550 milliardièmes de secondes et celle de fusion 50 milliardièmes.

1- Après l'allumage de l'explosif chimique, la bombe à fission se déclenche.
2- L'explosion provoque l'apparition de rayons X, et viennent comprimer le matériel de fusion.
3- Irradiée, la mousse de polystyrène passe à l'état de plasma très chaud, ce qui renforce encore la compression du matériel de fusion.
4- Compressés, portés à de très hautes températures, le lithium (Li), l'hélium (He), le deutérium(D) ou encore le tritium (T) commencent la réaction de fusion.

Schémas de principe et de fonctionnement d'une bombe H

Nous venons de voir l'utilisation globale et instantannée de l'énergie nucléaire par la libération brutale de toute l'énergie contenue dans le combustible nucléaire, qui se traduit par une explosion, dans les deux formes d'application de cette énergie : fission et fusion.

Nous allons aborder maintenant la "domestication" de cette énergie par le contrôle des réactions nucléaires dans ce qu'on appelle les réacteurs nucléaires ou les chaufferies nucléaires.

En fait, à part avec les armes ou dans les laboratoires dans lesquels on produit des radioisotopes ou on pratique l'irradiation de matériaux, on ne sait pas utiliser directement l'énergie produite autrement que par ses effets thermiques. Que ce soit dans les centrales nucléaires productrices d'électricité ou dans les installation de propulsion navale, le réacteur est utilisé comme une chaudière. La chaleur dégagée par les réactions nucléaires est utilisée pour produire de la vapeur d'eau qui va servir à actionner des turbines.

Le fonctionnement des centrales nucléaires et des chaufferie nucléaires de navire est donc le même.

Coupe schématique du coeur d'un réacteur nucléaire


Représentation schématique d'une centrale nucléaire

Nous allons voir maintenant un schéma simplifié d'une installation nucléaire destinée à la propulsion d'un navire. En le comparant avec celui d'une centrale nucléaire de production d'électricité (voir message précédent), on va constater que globalement ils sont très proches. L'installation de propulsion va faire appel à des "accessoires" supplémentaires (réducteur, ligne d'arbre et sa butée, hélice extérieure) spécifiques à ce type d'utilisation.
Il existe sans doute un second "montage" qui utilise un moteur électrique alimenté par un(des) turbo-alternateur(s) et qui lui-même actionne la ligne d'arbre.

Schéma d'une installation de propulsion navale



Pour les bâtiments de surface futurs, il serait possible d'imaginer l'installation de POD(s) contenant des moteurs électriques alimentés par une mini-centrale nucléaire de production d'électricité embarquée...

Nous allons maintenant regarder concrètement comment a été équipé le porte-avions nucléaire (PAN) "Charles De Gaulle" :

Schémas de l'évolution de l'installation en cours d'études


Schéma simplifié de l'installation comportant deux chaufferie nucléaires et deux compartiments "Machine"

Un réacteur du PAN "Charles De Gaulle" dans son enceinte de confinement


Schéma de fonctionnement d'un Réacteur à Eau Pressurisés (REP) compact du type K15 (circuit primaire uniquement) :

Les chaufferies nucléaires du PAN "Charles De Gaulle"ont été conçues par TECHNICATOME, une filiale du CEA associée à la DCN. Les principaux composants des chaufferies ont été construits par l'établissement de la DCN à Indret, situé dans la région nantaise, tandis que TECHNICATOME , maître d'oeuvre de l'ensemble du programme, à réalisé sur le site de Cadarache (Centre d'étude du CEA dans le Vaucluse) le coeur des deux réacteurs de type K15 (les mêmes que ceux des SNLE-NG) installés à bord du porte-avions. Une équipe commune EMPAN assurera au cours des dix années de construction l'installation à bord des deux chaufferies, constituées de blocs indépendants. Chaque ensemble -chaufferie et appareil propulsif- est intégré dans un caisson renforcé dont l'accès est restrictif, et qui concerne seulement quelques dizaines de membres de l'équipage. De plus, une enceinte de confinement enveloppe le bloc chaudière, où sont placées la cuve du réacteur et le générateur de vapeur.

En juin 1994, les deux réacteurs nucléaires du PAN "Charles De Gaulle" posés sur la barge "Dino II" tractée par le remorqueur de 6.000 ch "Alcyon" assisté de deux remorqueur de 1.000 ch, sont transportés par mer jusqu'à Brest, avant leur mise en place dans les "entrailles" du porte-avions en construction :

Dans cette nouvelle étape du post, nous allons passer à la production d'énergie par fusion de deux noyaux légers, Deutérium et Tritium.

Pour le moment, les réacteurs de fusion construits sont tous expérimentaux. Cependant, il en existe un naturel, qui fonctionne parfaitement depuis des millions d'année et pour longtemps encore : le Soleil.

le Soleil


Le Soleil est une étoile naine évoluant sur la séquence principale, de type spectral G2, ce qui signifie qu'elle est légèrement plus chaude et plus brillante que la moyenne mais bien moins lumineuse qu'une géante rouge. Une étoile de type G2 reste sur la séquence principale du diagramme de Hertzsprung-Russell pendant environ dix milliards d'années. L'âge du Soleil et du système solaire est estimé à environ cinq milliards d'années.

La brillance du Soleil augmente d'environ 7% par milliard d'années écoulées.

Au centre du Soleil, des réactions de fusion nucléaire transforment l'hydrogène en hélium. L'énergie produite par ces réactions parvient jusqu'à la surface du Soleil, et est ensuite émise dans le milieu interplanétaire sous forme de rayonnements électromagnétiques (voir rayonnement solaire) et de flux de particules (le vent solaire).

L'énergie dégagée par le Soleil est de 382,6 YW ou 382,6×10^24 W. Chaque seconde, 0,7×10^12 kg d'hydrogène sont transformés en 0,695×10^12 kg d'hélium, la perte de masse de 5×10^9 kg étant convertie en énergie, principalement sous la forme de rayonnements et de particules.

Un modèle du Soleil [2] permet d'estimer la température de son noyau à 15,43 millions de kelvins et la densité à 145 700 kg/m³. Cette partie active du noyau n’occupe toutefois qu’un centième de son volume total.

Dans certains modèles, le «feu nucléaire» s'éteint à 175 000 km du centre (quart du rayon) ; la température a déjà chuté de moitié et la densité n'est plus que de 20 000 kg/m³ (comparable à celle de l'or).

À une distance du centre égale au 3/4 du rayon, la densité n'est plus que de 200 kg/m³ et nous nous trouvons en lisière de la zone de convection. Sur ces 380 000 km, la température a chuté de 7 MK à environ 2 MK.

Pour terminer, la température atteint 5780 K à la surface, où la densité n'est plus que de 1x10-4 kg/m³, près de dix mille fois inférieure à la densité de l'air (de la Terre) aux conditions normales de pression et de température.

La mesure du nombre de neutrinos reçus sur la Terre (ceux-ci sont produits dans le Soleil de façon quasi exclusive) n'est que le tiers de celui prédit par la théorie, ce qui a longtemps été inexpliqué. Récemment, il a été démontré que les neutrinos avaient une masse, extrêmement faible ; ainsi, une partie du flux de neutrinos émis par le soleil peut se transformer en d'autres variétés de neutrinos (non détectées) avant d'atteindre la Terre.

La structure et dynamique interne du Soleil peuvent être étudiées en utilisant les techniques de l'héliosismologie.

Caractéristiques physiques
Diamètre moyen : 1 392 000 km
Aplatissement aux pôles : 9×10^-6
Surface : 6,09×10^12 km²
Volume : 1,41×10^18 km³
Masse (Mo) : 1,9891×10^30 kg
Densité moyenne : 1 408 kg/m³
au centre : 150 000 kg/m³
Gravité à la surface : 273,95 m/s²
Vitesse de libération : 617,54 km/s
Température au centre : 14 MK
à la surface : 5770 K
à la couronne[1] : 5 MK
Luminosité (Lo) : 3,826×10^26 W

Mes chers camarades, ce sera tout pour aujourd'hui. Demain je terminerai cette description par l'évocation des réacteurs de fusion construits jusqu'à aujourd'hui et celle d'ITER le nouveau prototype de réacteur international qui va se construire en France à Cadarache.

Bonne soirée à tous et à demain !

Les futurs réacteurs nucléaires basé sur l'énergie "domestiquée" de fusion sont des TOKAMAK.

Un tokamak est une chambre de confinement magnétique destinée à contrôler un plasma nécessaire à la production d'énergie par fusion nucléaire. Ce terme vient du russe «toroidalnaja kamera magnetnaja katuska» (en français : chambre toroïdale à confinement magnétique). On rencontre - plus rarement – la dénomination tokomak.

Il s'agit d'une technologie expérimentale. L'objectif serait de produire de l'électricité en récupérant la chaleur produite par la réaction de fusion nucléaire d’une part (comme dans les centrales à fission), et d’extraire directement de l’électricité du plasma d’autre part.

Le tokamak fut inventé par les Russes Igor Tamm et Andreï Sakharov.

Dans la réalité, voici comment se présente l'intérieur d'un réacteur de fusion expérimental : le Joint European Torus (JET) qui est une réalisation européenne (EURATOM) en fonction à Culham en Angleterre.

A gauche, l'intérieur de la chambre toroïdale à l'arrêt. A droite, en fonctionnement : remarquez que le plasma est transparent bien que d'une température extrèmement élevée.


photo JET (EURATOM)

Nota : après avoir participé aux essais nucléaires en Polynésie en qualité de spécialiste du CEA/DAM, mon frère a travaillé plusieurs années sur le JET avant de terminer sa carrière à la Commission Européenne à Bruxelles

Fusion nucléaire

Le principe

La fusion nucléaire permet à partir de deux atomes très légers (par exemple le deutérium et le tritium) de créer des atomes plus lourds (hélium-4 + neutrons). Cette transformation produit un défaut de masse qui se manifeste sous forme d'énergie (E=mc² où E est l'énergie produite, m la masse disparue et c la vitesse de la lumière dans le vide). Cet excès d'énergie peut se transformer en excès de chaleur qui par convection peut être convertie en électricité au moyen d'une turbine. En second lieu, il y aurait la possibilité d’extraire directement de l’électricité à l’aide de dispositifs sophistiqués.

La température de fusion

Pour produire une réaction de fusion nucléaire il faut chauffer la matière à de très hautes températures (plusieurs centaines de millions de degrés). Dans ces conditions les électrons se détachent complètement de leur noyau, on dit que l'atome s'ionise. La matière entre dans un nouvel état : l'état de plasma (pour la fusion, cet évènement est appelé le breakeven).

Afin d'obtenir de telles températures plusieurs méthodes sont disponibles :
• l'utilisation de l'effet Joule produit par le déplacement des électrons (mais ce phénomène n'est plus très efficace au-delà d'une température de 10 millions de degrés) ;
• l'injection de particules accélérées dans un accélérateur de particule annexe ;
• l'échauffement obtenu par de puissants lasers (Effet Compton) ;
• l'utilisation d'ondes électromagnétiques aux fréquences caractéristiques du milieu plasmique (le principe d'échauffement pourrait être comparé à celui du four à micro-ondes).

Dans les réacteurs à fusion du futur, la température nécessaire serait sûrement obtenue par une combinaison de ces méthodes.

Mais plus encore, si les réactions de fusion sont en nombre suffisant, la température alors produite permettrait d'auto-entretenir les conditions de la réaction (Ce seuil est appelé ignition du plasma). On pourrait alors contrôler cet état en injectant la matière nécessaire à la réaction. Dans de telles conditions, le facteur du bilan d'énergie entre l'énergie nécessaire à la réaction et celle produite par la réaction deviendrait infini.

Mais pour obtenir de telles conditions il est nécessaire de contenir suffisamment longtemps une assez grande quantité de plasma.

Le confinement du plasma

L'enjeu consiste alors à contrôler ce plasma au cœur du tokamak dans un volume limité et suffisamment éloigné des équipements. Comme le plasma est constitué de particules chargées, on peut confiner leur trajectoire de déplacement à l'intérieur d'un tore au moyen de champs magnétiques. Pour cela on doit créer un champ toroïdal auquel on associe une composante de champ qui lui est perpendiculaire (champ poloïdal). Dans les dispositifs du type Tokamak, le champ poloïdal est créé par un fort courant induit au sein même du plasma.

Ce dispositif se distingue des Stellarators, qui adoptent la même configuration de chambre à fusion de forme torique, mais au sein desquels aucun courant ne circule dans le plasma.

Les avantages

Les avantages d'une telle technologie sont variés :
• Une grande quantité de « carburant » fusible disponible : la matière fusible choisie est constituée de deutérium et de tritium. On trouve le deutérium (ou eau lourde quand cet isotope est combiné à l'oxygène) à l'état naturel (1 atome de Deutérium pour 6 000 atomes d'hydrogène dans l'eau soit 30 mg/l d'eau). Et on peut facilement réintroduire le tritium produit par la réaction de fusion du réacteur. (Le réacteur auto-produirait ainsi une partie de son combustible).
• Une faible production d'éléments radioactifs : le combustible est faiblement radioactif (tritium) et sa production reste confinée dans l'enceinte du réacteur. À la fin de vie du réacteur, les éléments radioactifs à recycler sont pour la plupart dits « à vie courte ».
• Un faible risque d'accident nucléaire majeur : étant donné les conditions strictes nécessaires à la fusion, toute anomalie dans l'état de la réaction provoque l'arrêt immédiat des réactions en cours. Il n'y a donc pas de risque d'emballement de la réaction.

Les difficultés

Cette technologie est encore difficile à maîtriser :
• La physique des plasmas n'est pas encore bien maîtrisée, il est notamment très difficile de modéliser le comportement d'un plasma dans un confinement magnétique.
• Le choix et l'utilisation des matériaux sont très importants car les contraintes imposées sont nombreuses (température, résistance aux champs magnétiques, stabilité aux radiations, importante durée de vie ...).
• Le tritium pose le problème de sa diffusion élevée dans les différents matériaux. Cela complique d'autant le choix de ces matériaux et la décontamination du tritium.
• Pour atteindre l'objectif d'une fusion auto-entretenue rentable, il est nécessaire de confiner une grande quantité de plasma. La rentabilité des plasmas obtenus se lie à la taille des installations. Par exemple, la durée de confinement du plasma utile (fusible) varie avec le carré du grand rayon du plasma traité. Ainsi, malgré le faible coût d'acquisition du combustible, les charges concernant la construction et la maintenance de tels dispositifs seront très importantes.

Les prototypes

Il existe actuellement plusieurs prototypes de tokamak :
• International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), qui est en cours de construction à Cadarache
• Joint european torus (JET), basé à Culham au Royaume-Uni ;
• Tore Supra, basé à Cadarache en France ;
• Tokamak à Configuration Variable, ou TCV, basé à l'École polytechnique fédérale de Lausanne en Suisse

D'autres pistes d'étude de production d'énergie à partir de la fusion sont étudiées :
• La fusion froide avec le réacteur CFR v2.1 de Jean-Louis Naudin
• La fusion par confinement inertiel avec le laser mégajoule

Le JET (acronyme de l'anglais Joint European Torus, littéralement Tore commun européen) est le plus grand tokamak existant, situé au Culham Science Center, à Abingdon, près d'Oxford au Royaume-Uni jusqu'à la construction d'ITER. Sa construction a débuté en 1979 et il a produit son premier plasma en 1983. Le JET est le fruit d'une collaboration entre les différents laboratoires nationaux européens, dans le cadre de l'Euratom.

Le JET, comme l'ensemble des tokamaks construits jusqu'à présent, réalise la fusion nucléaire entre le deutérium et le tritium qui semblent les plus appropriés pour les futurs réacteurs nucléaires.

En 1997, le JET réalisa le record du monde d'énergie produite en fusion nucléaire avec une production de 16 mégawatts. Il réalisa aussi le meilleur "rapport" entre puissance produite et puissance induite qui est de Q = 0,7 environ (une centrale produit réellement de l'énergie pour Q > 1).

En 1999, l'Autorité Britannique de l'Energie Atomique (UKAEA) céda le contrôle de JET et de l'ensemble des installations de Culham à ses partenaires européens.

Depuis 2004, JET subit des travaux de mise-à-jour dans le but d'augmenter encore ses capacités et ainsi de pouvoir participer au développement du projet ITER.

vue d'artiste du réacteur expérimental européen "Joint European Torus" (JET) à Culham (Angleterre)



Principales caractéristiques
Grand rayon : 2,96 mètres
Petit rayon horizontal : 1,25 mètres
Petit rayon vertical : 2,1 mètres
Durée de pulsasion : 20 secondes
Champ magnétique maximum : 3,45 Teslas
Courant plasma maximum : 25 Mégawatts
Poids (noyau) : 2800 tonnes

le réacteur expérimental européen "Tore Supra" à Cadarache (France)



Vue (réelle) de l'intérieur de la chambre toroïdale de "Tore Supra"


photo Tore Supra EURATOM

L'International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER) est un projet de réacteur expérimental à fusion nucléaire (à ne pas confondre avec la fission nucléaire) basée sur la technologie du Tokamak. ITER s'inscrit dans la lignée d'engins de recherche fondamentale en Angleterre, aux États-Unis, en France et en Suisse, de plus en plus proches de l'objectif recherché.

L'objectif de ce type de réacteur est d'obtenir un moyen de production énergétique massive d'avenir, car l'aboutissement à un projet industriel permettrait d'exploiter une source d'énergie quasi inépuisable et peu polluante. Des controverses existent sur l'objectif lui-même et sur la capacité d'ITER à y contribuer.

La proposition soviétique

C'est lors du Sommet de Genève, en novembre 1985 que Mikhaïl Gorbatchev a proposé de réaliser un programme international pour construire la prochaine génération de tokamak. L'Union soviétique travaillait depuis plusieurs années sur ce type de réacteur exploitant la fusion nucléaire, phénomène qui existe en permanence au sein des étoiles.

En octobre 1986, les États-Unis, l'Europe et le Japon acceptent de rejoindre l'Union soviétique au sein de ce projet. C'est ainsi qu'il a été décidé de créer ITER, qui fut placé sous l'autorité de l'Agence internationale de l'énergie atomique (AIEA). Initialement, seuls quatre membres participaient à ITER :
• les États-Unis ;
• l'Europe, en association avec le Canada ;
• le Japon ;
• l'Union soviétique.

Phase d'étude, de conception et de coordination

En avril 1988, débuta la phase de conception (appelée Conceptuel design activities ou CDA). Cette phase avait pour but de faire la synthèse des résultats des différents programmes existants pour les intégrer à ITER. La CDA se termina en décembre 1990.

En juillet 1992, à Washington D.C. aux États-Unis, les quatre membres signèrent un accord qui lança la phase d'ingénierie (appelée Engineering design activity ou EDA) qui dura six ans. Cette phase se termina comme prévue fin 1998.

Les États-Unis quittèrent le projet à la fin de la phase EDA.

Suite au retrait des États-Unis, il est décidé que la deuxième phase de l'EDA serait lancée. Cette seconde phase avait pour but de revoir à la baisse les objectifs d'ITER, de manière à prendre en considération le manque de financement apporté par le retrait des États-Unis. Cette phase se termina en juillet 2001.

La phase de coordination (appelée Coordinated technical activities ou CTA) se termina fin 2002. Elle avait pour but de préparer la phase de conception. Elle souleva la question de l'emplacement du site de construction, mais également sur le financement et le cadre juridique d'ITER.

En janvier 2003, la Chine rejoignit ITER, suivie en février du retour des États-Unis et en juin de l'arrivée de la Corée du sud.

Choix du site de construction du prototype

Initialement, quatre sites de construction ont été proposés :
• Cadarache, dans la région Provence-Alpes-Côte d'Azur (PACA), en France ;
• Clarington, dans l'Ontario au Canada ;
• Rokkasho-Mura, au nord de l'île Honshu au Japon ;
• Vandellos, en Espagne.

Le choix du site était très important politiquement, mais surtout économiquement. L'investissement d'ITER est estimé à 10,3 milliards d'euros sur 30 ans. Une étude réalisée en France en 2002 prévoit qu'ITER créera 3 000 emplois indirects pendant les 10 ans de construction et 3 250 emplois indirects pendant les 20 ans d'exploitation (dont les 3/4 environ en région PACA). On comprend ainsi que l'implantation d'ITER puisse être considérée par certains comme une aubaine pour la région choisie.

Après une querelle franco-espagnole, l'Espagne a retiré sa proposition le 26 novembre 2003. Cadarache est ainsi resté le seul site soutenu par l'Union européenne. La proposition canadienne de Clarington a disparu d'elle-même, faute de véritable financement et de volonté politique des Canadiens, qui ont décidé de rejoindre l'UE. Le site de Cadarache a reçu également le soutien de la Chine et de la Russie tandis que le site de Rokkasho-Mura recevait celui des États-Unis et de la Corée du Sud.

En mai 2005, avant même que le choix du site n'ait été arrêté, le site de Cadarache semblait déjà avoir l'avantage, si bien que l'Union européenne avait décidé, quelle que soit la décision, de commencer les travaux à Cadarache. La déclaration discrète du Premier ministre japonais Jun'ichirõ Koizumi le 2 mai 2005 semblait déjà confirmer l'installation d'ITER en France. Celle-ci a proposé de doubler son financement pour la phase de construction, qui passerait à 914 millions d'euros. Le gouvernement français a également demandé aux collectivités locales d'augmenter leur financement, qui est actuellement de 447 millions d'euros.

Alors que le gouvernement japonais défendait toujours officiellement la candidature de son site, il laissait entendre à plusieurs reprises qu'il ne se battrait plus pour avoir 100 % du projet. Le 5 mai à Genève en Suisse, un accord technique a été signé entre le Japon et l'Union européenne, où il était stipulé que le pays hôte (aucun nom n'est alors cité) assumerait 40 % du prix de construction d'ITER, alors que le pays non hôte obtiendrait :
• 20% des contrats industriels pour la construction ;
• 20% des effectifs permanents d'ITER ;
• un programme complémentaire de recherche d'un montant de 700 millions d'euros financé à moitié par le pays hôte et non-hôte ;
• la construction d'un centre d'étude de matériaux pour la paroi d'ITER, baptisé International Fusion Materials Irradiation Facility (IFMIF) ;
• le soutien du pays hôte à sa candidature pour le poste de directeur général d'ITER.
Tous ces avantages seront obtenus sans que la contribution n'augmente par rapport aux autres membres non hôtes, qui est de 10% du coût de construction. Le Japon renonce alors implicitement à accueillir le réacteur, mais gagne sur de nombreux tableaux.

C'est finalement à Moscou, le 28 juin 2005, qu'a été signée la déclaration commune de tous les membres du programme ITER, désignant Cadarache comme le site de construction du réacteur.

Phase de construction et d'exploitation

La phase de construction est prévue pour commencer fin 2006 ou début 2007 et durer de 8 à 10 ans.

La phase d'exploitation devrait commencer en 2015 et durer au minimum 20 ans. Après cela, si la validation complète d'ITER est réalisée, la conception d'un autre réacteur expérimental de puissance équivalente à un réacteur industriel sera lancée, destinée à étudier la possibilité d'une exploitation commerciale à proprement parler, après quoi les premiers réacteurs d'application pourront être fabriqués, sans doute pas avant 50 ans.

Organisation d'ITER

La gestion d'ITER est réalisée par un ensemble d'instances où se réunissent les différents membres.

La principale instance est le Conseil ITER, situé à Moscou en Russie. Il est composé de 8 membres :
• 2 européens,
• 2 russes,
• 2 japonais,
• 2 américains.

Le Conseil ITER est assisté par 2 comités :
• le comité technique (appelé le Technical advisory committee ou TAC) ;
• le comité de gestion (appelé le Management advisory committee ou MAC).

La conception d'ITER est réalisée à Naka, au Japon et à Garching, en Allemagne. Le nombre total de personnes présentes à Naka et à Garching est d'environ 150.

Membres du projet

Actuellement, les membres du projet sont :
• la Chine,
• la Corée du Sud,
• les États-Unis,
• le Japon,
• l'Union européenne,
• la Russie.
• l'Inde, à hauteur de 10 %

Le Brésil et la Suisse ont également déposé leur candidature pour rejoindre le projet. La Suisse propose de participer au projet à hauteur de 20 millions d'euros. Ces financements supplémentaires pourraient devenir essentiels en cas de dépassement (fréquent dans ces grands projets) du budget alloué initialement au projet.
(sources : WikipédiA, CEA, JET, ITER)

Projet du réacteur international ITER en 1993



vue d'artiste du réacteur de fusion international ITER dans sa version définitive



Principaux paramètres de Tore Supra, JET, ITER

Grand rayon du plasma (m)
TORE SUPRA : 2.25
JET : 3
ITER : 6.21

Petit rayon du plasma (m)
TORE SUPRA : 0.7
JET : 1.25
ITER : 2.0

Volume du plasma (m³)
TORE SUPRA : 25
JET : 155
ITER : 837

Courant plasma (MA)
TORE SUPRA : 1.7
JET : 5-7
ITER : 15

Champ magnétique (T)
TORE SUPRA : 4.5
JET : 3.4
ITER : 5.3

Durée des impulsions (s)
TORE SUPRA : minute(s)
JET : 10
ITER : > 300 s

Type de Plasma
TORE SUPRA : D-D
JET : D-D / D-T
ITER : D-T

Puissance thermonucléaire (P récupérée)
TORE SUPRA : ~ kW
JET : 50kW/ 10MW
ITER : 500 MW

Q = P récupérée / P injectée
TORE SUPRA : ~ 0
JET : ~1
ITER : >10

Puissance neutronique au bord
TORE SUPRA : 20 W/m²
JET : 60 kW/m²
ITER : 0.57 MW/m²

J'espère par ce post avoir interessé un bon nombre de membres de l'équipage, même si, parfois, les explications n'étaient ni "jouissives" ni "jubilatoires", mais il fallait nécessairement en passer par là pour faire comprendre les phénomènes.

Je me suis efforcé d'illustrer les propos le plus clairement possible en fabriquant parfois quelques animations, mais y suis-je parvenu ? Ce sera vous, chers camarades, qui pourrez répondre à cette question.

Au sein de l'équipage, les anciens et actuels sous-mariniers sont cordialement conviés à ajouter des détails concernant les navires à propulsion nucléaire sur lesquels ils sont, ou ont été embarqués.

Absolument remarquable tant sur le point de la technique que sur le plan de la rechrche

J'ai effectué l'essentiel de ma carriere sur snle ou j'ai passé la QUALIF de controleur missile je pense donc en connaitre un peu tant sur le plan des armes MSBS M20 M4 M45 que sur le reacteur que j'ai bachoté au CS
merci monsieur Bonnerue

Comme je l'avais évoqué plus haut, pour observer des particules infiniment petites, les physiciens sont obligés de mettre en oeuvre des "instruments" gigantesques. Le Large Hadron Collider (LHC) de 27 km de circonférence qui devrait entrer en service en 2007 au Centre Européen de Recherche Nucléaire (CERN) situé sur la frontière franco-suisse, près de Genève, couplé avec cinq très gros détecteurs de particules, peut être assimilé à un super-microscope. En voici quelques schémas et photos :

Schéma de l'installation d'accélérateurs et de collisionneurs de particules du CERN



le grand cercle, en haut du schéma, est de dimensions égales à celles du boulevard périphérique de Paris : 27 km de circonférence.

Le tunnel d'accélération du LHC (en bleu à partir de la gauche, les électro-aimants "supraconducteurs" (dans leurs cryostats) qui entourent les deux anneaux du collisionneur sur les 27 km de circonférence)


Deux des cinq détecteurs de particules positionnés aux intersections des deux anneaux du collisionneur LHC : ATLAS et CMS
Schéma du détecteur ATLAS

Schéma du détecteur CMS


Pour avoir une idée de la taille des détecteurs, remarquez les petites silhouettes humaine dessinées à côté d'eux.

j'etais chargé du commissioning de 1985 à 1989 des chambres à vide du LEP (Large Electron Positon collisionneur ) Pere du LHC puisque à l'origine du tunnel de 27 Km de circonférence.
J'ai travaié aussi sur JET et sur TORSUPRA

Merci Danile pour tout ces renseignements