Programme britannique d'énergie de fusion : présentation du prototype de centrale électrique STEP 

L'approche britannique en matière de production d'énergie de fusion a pris forme avec l'annonce du programme STEP (Spherical Tokamak for Energy Production) en 2019. Sa première phase (2019-2024) s'est achevée avec la publication d'un concept de prototype de centrale électrique à fusion intégrée. Il sera basé sur l'utilisation d'un champ magnétique pour confiner le plasma à l'aide d'une machine tokamak, mais le STEP britannique utilisera un tokamak sphérique au lieu du tokamak traditionnel en forme de beignet utilisé à ITER. Un tokamak sphérique est censé présenter plusieurs avantages. L'usine sera construite dans le Nottinghamshire et devrait être opérationnelle au début des années 2040.  

Le besoin d’une source fiable d’énergie propre pour répondre à la demande croissante d’énergie d’une population et d’une économie mondiale en croissance, qui pourrait rapidement aider à relever les défis (posés par les combustibles fossiles épuisables, les émissions de carbone et le changement climatique, les risques environnementaux associés aux réacteurs de fission nucléaire et la faible évolutivité des sources renouvelables) n’a jamais été ressenti aussi intensément qu’à l’heure actuelle.  

Dans la nature, la fusion nucléaire alimente les étoiles, y compris notre Soleil, qui se déroule au cœur des étoiles où les conditions de fusion (à savoir une température et une pression extrêmement élevées de l'ordre de plusieurs centaines de millions de degrés centigrades) prévalent. La capacité à créer des conditions de fusion contrôlées sur Terre est essentielle pour une énergie propre illimitée. Cela implique la création d'un environnement de fusion à très haute température pour provoquer des collisions à haute énergie, qui a une densité de plasma suffisante pour augmenter la probabilité de collisions et qui pourrait confiner le plasma pendant une durée suffisante pour permettre la fusion. De toute évidence, l'infrastructure et la technologie permettant de confiner et de contrôler le plasma surchauffé sont la condition essentielle à l'exploitation commerciale de l'énergie de fusion. Différentes approches sont explorées et appliquées dans le monde entier pour le confinement du plasma en vue de la réalisation commerciale de l'énergie de fusion.   

Fusion par confinement inertiel (ICF) 

Dans l'approche de fusion inertielle, les conditions de fusion sont créées en comprimant et en chauffant rapidement une petite quantité de combustible de fusion. Le National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utilise une technique d'implosion par laser pour faire imploser des capsules remplies de combustible deutérium-tritium à l'aide de faisceaux laser à haute énergie. Le NIF a réussi l'allumage de la fusion pour la première fois en décembre 2022. Par la suite, l'allumage de la fusion a été démontré à trois reprises en 2023, ce qui a confirmé la preuve de concept selon laquelle la fusion nucléaire contrôlée peut être exploitée pour répondre aux besoins énergétiques.  

Approche par confinement magnétique du plasma  

L'utilisation d'aimants pour confiner et contrôler le plasma pour la fusion est actuellement expérimentée dans de nombreux endroits. IITER, la collaboration la plus ambitieuse en matière d'énergie de fusion entre 35 pays basée à Saint-Paul-lez-Durance dans le sud de la France, utilise un tore annulaire (ou dispositif magnétique en anneau) appelé tokamak, conçu pour confiner le combustible de fusion pendant de longues périodes à des températures suffisamment élevées pour que l'allumage de la fusion ait lieu. Concept de confinement du plasma de pointe pour les centrales à fusion, les tokamaks peuvent maintenir la réaction de fusion tant que le plasma est stable. Le tokamak d'ITER sera le plus grand du monde.   

Programme de fusion STEP (tokamak sphérique pour la production d'énergie) du Royaume-Uni : 

Comme ITER, le programme de fusion STEP du Royaume-Uni est basé sur le confinement magnétique du plasma à l'aide d'un tokamak. Cependant, le tokamak du programme STEP sera de forme sphérique (au lieu de la forme en anneau d'ITER). Un tokamak sphérique est compact, rentable et peut être plus facile à mettre à l'échelle.  

Le programme STEP a été annoncé en 2019. Sa première phase (2019-2024) s'est achevée avec la publication d'un concept pour le prototype de centrale à fusion intégrée.  

Un numéro thématique de Philosophical Transactions A de la Royal Society, intitulé «Fournir de l’énergie de fusion – Le tokamak sphérique pour la production d’énergie (STEP)" Un rapport comprenant 15 articles évalués par des pairs a été publié le 26 août 2024, qui détaille les progrès techniques du programme de conception et de construction de la première centrale prototype du Royaume-Uni destinée à produire de l'électricité à partir de la fusion. Les articles présentent un aperçu complet de la conception et des technologies de base requises et de leur intégration dans une centrale prototype d'ici le début des années 2040.  

Le programme STEP vise à ouvrir la voie à la viabilité commerciale de la fusion en démontrant l'autonomie énergétique nette, l'autonomie en combustible et la viabilité de la maintenance de la centrale. Il adopte une approche holistique pour fournir une centrale prototype entièrement opérationnelle qui prend également en compte le démantèlement dans le cadre de la conception. 

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Références:  

1. Gouvernement britannique. Communiqué de presse – Le Royaume-Uni est le leader mondial de la conception de centrales à fusion. Publié le 03 septembre 2024. Disponible à l'adresse https://www.gov.uk/government/news/uk-leading-the-world-in-fusion-powerplant-design  

2. « Fournir de l'énergie de fusion – Le tokamak sphérique pour la production d'énergie (STEP). L'édition thématique de la Royal Society de Philosophical Transactions A,. Les 15 articles évalués par des pairs du numéro thématique publié le 26 août 2024. Disponible à https://royalsocietypublishing.org/toc/rsta/2024/382/2280  

3. Des chercheurs britanniques dévoilent un aperçu des plans d'une nouvelle centrale à fusion. Science. 4 septembre 2024. DOI :  https://doi.org/10.1126/science.zvexp8a 

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