International Thermonuclear
Experimental Reactor.
https://www.iter.org/doc/all/content/com/gallery/media/7%20-%20technical/tkmandplant_2016_72dpi.jpg
Un projet international discret à 20 milliards d’Euros.
Alors que les questions d’énergie et de transition écologique sont au cœur des débats politiques, un projet est mis en œuvre discrètement à l’échelle internationale : réaliser un prototype de centrale à FUSION thermonucléaire (soit dit en passant c’est cette même fusion thermonucléaire qui est à l’œuvre dans les bombes H).
Il s’agit d’essayer de maîtriser la fusion nucléaire de deux isotopes de l’Hydrogène, le Deutérium et le Tritium, selon la réaction nucléaire :
Deutérium + Tritium Hélium + neutron
La perspective est alléchante puisque la fusion d’un kilogramme de Deutérium avec la quantité nécessaire de Tritium dégagerait une énergie équivalente à celle de 20 000 tep (tonnes équivalent pétrole). La différence d’échelle s’explique par le fait que la fusion nucléaire met en œuvre la force nucléaire forte, alors que la combustion du pétrole concerne la force électrique, beaucoup plus faible, impliquée dans les réactions chimiques (interactions entre atomes).
La construction du prototype a lieu en France à Cadarache.
Prévisions :
2014 – 2021 : construction du tokamak (réacteur à fusion) ;
2025 – 2035 : expériences de fusion.
De nombreuses difficultés sont à surmonter : maîtrise des réactions de fusion, particulièrement d’une réaction auto-entretenue et risques d’instabilité ; production de tritium (inexistant à l’état naturel et radioactif à demi-vie courte) ; invention de matériaux capables de résister aux flux de neutrons pour les enceintes de confinement, etc.
Les critiques sont évidemment multiples : critiques scientifiques diverses sur la faisabilité ; détérioration rapide de la chambre de confinement ; remplacements réguliers ; quantité importante probable de matériaux radioactifs ; investissement considérable, aux dépends d’autres axes de recherche pour la maîtrise de l’énergie ou les énergies renouvelables, etc.
L’objectif du travail proposé est tout d’abord de vérifier par le calcul les valeurs d’énergie envisagées (20 00 tep pour 1 kg de Deutérium ?).
On vérifiera également qu’ITER n’est pas réellement une copie du fonctionnement du Soleil la puissance volumique au cœur du soleil est de l’ordre de 17 Watt par m3 (60 000 pour ITER et même 3000 pour un cycliste moyen !!!).
On trouvera également sur ce même site : Relativité (3) E = ???, Genius les commentaires sur la relation d’Einstein masse-énergie.
Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier énergie (6)).
Partie 1
Document de travail : [1-fusion.pdf]
Documents complémentaires: animation [fusion.swf] ; diapo [aston.pptx].
A l’issu du travail de groupe les résultats sont mis en commun par animation tableau.
Un diaporama [corrige1.pptx] permet les mises au point et la synthèse.
Un document complémentaire disponible pour la synthèse : diaporama [ITER.pptx].
Partie 2
ITER n’est pas du Soleil en boîte… Il s’agit de comparer les mécanismes nucléaires du Soleil et d’ITER. Document de travail : [1-energies.pdf] puis [2-puissances.pdf].
Comme précédemment, à l’issu du travail de groupe les résultats sont mis en commun par animation tableau.
Le [corrige2.pptx] permet les mises au point et la synthèse.
L’étonnement survient avec la comparaison des puissances volumiques ou massiques. Celles du Soleil sont (comme indiqué plus haut) beaucoup plus faibles que celle d’ITER, et même que celle du cycliste !!!
L’hypothèse convenable est d’ordre cinétique puisque on résonne en terme de puissance et donc par unité de temps. La cinétique de la première étape solaire (la fusion de deux protons avec conversion d’un proton en neutron) est très lente. En effet, sur l’ensemble des rencontres protons – protons par unité de temps, la probabilité de la réalisation de cette première étape est très faible. Mais évidemment la masse considérable concernée contrebalance ce problème !
On pourra utiliser le document complémentaire : [temps caracteristiques.pdf].
On pourra également visionner la vidéo [iter et soleil.mp4] : il s’agit d’un extrait de la conférence d’Etienne Klein(Conférence Cyclope – CEA Saclay – 2012) : « De quoi
l’énergie est-elle le nom ? ».
Tous les documents nécessaires sont téléchargeables à l’adresse DOCS (dossier énergie (6)).
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