La fusion thermonucléaire des noyaux légers est connue depuis des décennies comme le processus de production d'énergie au sein des étoiles. Sa grande densité d'énergie spécifique la rend attractive pour envisager une nouvelle filière de réacteurs nucléaires électrogènes à partir des isotopes de l'hydrogène portés à quelques dizaines de millions de degrés. Cet article présente les principes physiques régissant la dynamique de la fusion et les résultats récents des grands projets. Les différents processus physiques mis en oeuvre dans les deux filières technologiques sont passés en revue : la voie du confinement magnétique (FCM) dans des machines toriques et la voie du confinement inertiel de microballons implosés par laser (FCI).
Les réactions de fusion nucléaire se produisent lorsque des gaz d’atomes légers (l’hydrogène est un exemple) sont portés à des températures élevées de plusieurs dizaines de millions de degrés. Ces réactions peuvent être observées couramment ; elles sont, en effet, typiques du fonctionnement des étoiles et sont, en particulier, à l’origine de la chaleur et de la lumière que nous envoie le Soleil. Maîtriser sur Terre de telles réactions, à des fins de production d’énergie, ouvrirait la voie à des ressources quasiment illimitées puisque chaque litre d’eau de mer sur lequel on prélèverait 3,3 mg de deutérium deviendrait l’équivalent énergétique de plus de 250 litres de pétrole. On peut ajouter aussi que le produit de ces réactions, l’hélium, est inoffensif chimiquement et radiologiquement, et n’intervient pas dans l’effet de serre. L’intérêt d’une maîtrise de la fusion est donc grand, mais les difficultés à vaincre sont tout aussi grandes. Dans les étoiles, la force qui maintient en équilibre le milieu réactif est la force de gravité ; par les masses concernées un tel mécanisme est impossible à reproduire sur Terre. D’autres voies ont donc été explorées. La suite du texte va examiner en parallèle, les deux voies de recherche que sont la fusion par confinement magnétique (ou FCM) et la fusion par confinement inertiel (ou FCI). Cet examen se fera en commençant par les bases physiques indispensables à la compréhension des phénomènes et se poursuivra par l’examen de la problématique du réacteur de fusion. Il faut souligner ici que, malgré les difficultés rencontrées, des machines de fusion ont été, depuis peu, capables de produire plusieurs dizaines de mégajoules en « fondant » effectivement les noyaux de deux isotopes de l’hydrogène. De tels résultats, bien compris et bien renouvelés, sont des succès réels pour la recherche physique, mais ils autorisent aussi des extrapolations pouvant aller, maintenant, jusqu’au réacteur électrogène. Il n’est donc plus irréaliste aujourd’hui de penser le réacteur de fusion et de faire des projets pour les années futures dont on sait déjà la grande faim énergétique. Précisons encore un point sur lequel nous ne reviendrons plus par la suite. Le sujet est si vaste et si divers que l’on s’en tiendra, d’une part, aux bases indispensables à une première approche du sujet et, d’autre part, sans soucis du détail, aux ordres de grandeur nécessaires pour ancrer le sujet dans la réalité de l’ingénieur.
Le renouveau du nucléaire a poussé les constructeurs à relancer leurs travaux d'étude, de qualification et de mise au point de nouveaux modèles conçus pour satisfaire aux critères de sûreté, d'exploitation et d'économie, assignés à la 3 e génération de réacteurs de puissance. Le réacteur à eau ordinaire bouillante (REB), filière de centrales électronucléaires la plus répandue au monde après celle du réacteur à eau sous pression (REP), fait l'objet d'un article de base [BN 3 130v2] présentant la conception, le fonctionnement et la sûreté des REB actuellement en service. La conception de KERENA™ marque une évolution importante : tout en s'appuyant sur la technologie éprouvée et le retour d'expérience d'exploitation, elle satisfait à des caractéristiques de sûreté supérieures et aux exigences les plus rigoureuses des exploitants de centrales électronucléaires, notamment européens. Les nouvelles centrales de 3 e génération, arrivant sur le marché, sont des unités de forte puissance (1 500 à 1 700 MWe), comme l'EPR d'AREVA (cf. [BN 3 102]), ou de puissance moyenne (1 100 à 1 250 MWe), comme l'AP 1000 de Toshiba-Westinghouse, l'une et l'autre étant des réacteurs à eau ordinaire sous pression (REP). KERENA™, centrale de puissance moyenne (1 250 MWe) développée par AREVA, illustre parfaitement la capacité du REB à satisfaire au niveau d'exigences attendu de cette 3 e génération. KERENA™ est le produit d'innovations précoces et de l'expérience de l'industrie allemande dans la filière à eau bouillante, complétées par les travaux approfondis de conception et de validation expérimentale conduits par AREVA et aboutissant notamment : à la simplification des systèmes et équipements, pour atteindre à la compétitivité avec les plus grands réacteurs ; à l'intégration de systèmes de sûreté passifs, entièrement autonomes et ne nécessitant aucune source d'énergie ou d'information externe, capables de mettre et de maintenir le réacteur à l'état sûr dans le cas très peu probable d'un accident grave – ces systèmes intervenant parallèlement aux systèmes de sûreté actifs redondants et indépendamment. Rappelons que la sûreté passive fait l'objet d'importantes études, depuis de nombreuses années, tout particulièrement pour les petits réacteurs qui seraient destinés à des zones isolées ou à des pays en développement. KERENA™, concept « avancé » mais prudent, tire le meilleur parti de l'expérience actuelle et des récents progrès de la technologie. La conception de base (Basic Design) est en cours d'achèvement en collaboration avec la société allemande de production d'électricité E.ON.
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