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ITER

Contribuer à l’énergie du futur

ITER est un réacteur de fusion expérimental international en cours de construction à Saint-Paul-Lez-Durance (France). Cette technologie est la clé d’une énergie quasi-illimitée, sûre et peu polluante. La construction du réacteur a démarré en 2014. L’usine cryogénique conçue par Air Liquide est un élément clé du dispositif dont elle assure le refroidissement.

La fusion, une énergie du futur

Exploiter une source d’énergie comparable à celle du noyau solaire pour répondre aux besoins énergétiques des générations futures, telle est l’ambition d’ITER et de son réacteur de fusion expérimental. Le projet fait le pari scientifique et technique de démontrer qu’une centrale à fusion peut produire 10 fois plus d’énergie qu’elle n’en consomme.

Pour recréer des réactions de fusion, les atomes doivent être chauffés à une température extrêmement élevée (150M°C). Sous l’effet de la chaleur, le mouvement des atomes s’intensifie, les électrons se détachent des noyaux qui entrent alors en collision et fusionnent, libérant une énergie cinétique d’une puissance exceptionnelle.

Le projet fait le pari scientifique et technique de démontrer qu’une centrale à fusion peut produire 10 fois plus d’énergie qu’elle n’en consomme

Récupérée sous forme de chaleur, cette énergie sera utilisée pour produire de l’électricité. Des champs magnétiques extrêmement puissants sont alors nécessaires pour confiner les réactions de fusion dans l’enceinte du réacteur (appelée Tokamak) afin de les stabiliser et d’en maitriser les effets.

Focus

Tokamaks et fusion nucléaire

Air Liquide, partenaire des principaux tokamaks, dont KSTAR en Corée du Sud et JT-60SA au Japon.

En savoir plus

Le premier tokamak, acronyme russe pour  « chambre toroïdale avec bobines magnétiques », a été mis au point dans les années  1950-1960 par les physiciens russes Andreï Sakharov et Igor Tamm.

Le tokamak est une chambre de confinement en forme d’anneau métallique creux (forme torique)  utilisée pour contenir le plasma – produit lors du réchauffement des atomes – nécessaire à la création  des réactions de fusion nucléaire. Plus de 200 tokamaks ont été construits à travers le monde, dont les principaux actuellement en fonctionnement sont Tore Supra en France, Jet au Royaume-Uni et KSTAR en Corée du Sud. JT-60SA, en cours de construction au Japon, s'ajoutera prochainement.

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Vers la plus grande unité de réfrigération d’hélium au monde

Pour obtenir les champs électromagnétiques nécessaires au confinement de la fusion, il faut utiliser des aimants supraconducteurs qui ne fonctionnent qu’à une température extrêmement basse, proche du zéro absolu (-273° C). La résistance électrique des aimants devient alors nulle, leur permettant de transporter des densités de courant très élevées. Le système magnétique d’ITER, constitué de gigantesques bobines et de 10 000 tonnes d’aimants, sera ainsi refroidi grâce aux équipements cryogéniques fournis par Air Liquide.

L’unité hélium doit occuper 3 000m² sur les 5 400m² réservés à l’usine cryogénique ITER. Elle se compose de plusieurs stations de compression et de 3 boîtes froides de 21 mètres de long, 4,2 mètres de diamètre et de 135 tonnes chacune. Les trois unités de réfrigération hélium, fourniront en moyenne, une capacité globale de réfrigération de 75kW à 4,5K (soit -269°C), ce qui se traduit par un taux de liquéfaction maximum de 12 300 litres/h.

Le tout constituera la plus grande usine cryogénique centralisée d'hélium au monde

Dans le cadre du programme ITER, nous fournissons également les unités azote et lignes cryogéniques. Le tout constituera, avec l’unité hélium, la plus grande usine cryogénique centralisée d'hélium au monde.

Projet majeur pour Air Liquide, ITER vient s’ajouter à d’autres programmes de recherche similaires dans le monde auxquels nous participons. L’expertise acquise sur ces chantiers est un atout supplémentaire pour le Groupe sur des projets liés à liquéfaction d’hélium.

Le tokamak d'ITER s'apppuiera sur la plus grande unité cryogénique jamais construite.

1. Système de production cryogénique

Il est composé d’unités de réfrigération à l’hélium (a) et à l’azote (b) et de larges capacités de stockage d’hélium et d’azote, fournies par Air Liquide.

a. Unités hélium

Elles sont constituées de trois réfrigérateurs de 20 mètres de long et de 120 tonnes chacun. Elles ont une capacité globale de réfrigération de 75 kW à -269 °C. L’hélium liquide est ensuite distribué par des lignes cryogéniques longues de 2 km jusqu’au tokamak pour assurer le refroidissement des aimants, des pompes à vide et de certains systèmes de diagnostic.

b. & c. Unités azote et capacités de stockage

Deux réfrigérateurs d’azote prérefroidiront entre autres l’usine de réfrigération hélium à -269 °C et les boucles d’hélium à -193 °C. Les stockages d’hélium et d’azote gazeux et liquides permettront d’optimiser la récupération des fluides dans les différentes phases d’opération du tokamak.

2. Cryodistribution

Air Liquide pourrait également apporter son savoir-faire au système complexe de distribution reliant le tokamak à l’usine au travers de la fourniture de lignes cryogéniques et de boîtes à vannes cryogéniques.

3. Le Tokamak

Au cœur d’ITER, le combustible, constitué d’isotopes de l’hydrogène, est chauffé à plus de 150 millions de degrés Celsius : à cette température extrême, les électrons sont séparés des noyaux et le gaz se transforme en plasma (en jaune sur le schéma), un gaz chaud électriquement chargé. Les noyaux d’hydrogène fusionnent alors pour produire de l’énergie. Cette réaction est possible grâce au confinement magnétique du plasma dans une chambre à vide en forme d’anneau, appelée « tokamak » : le champ magnétique intense est produit par des aimants supraconducteurs refroidis avec de l’hélium liquide.