Problématique

La production d’énergie mondiale est aujourd’hui assurée essentiellement par du pétrole, du gaz et du charbon, répartie de manière inégale dans le monde. Le développement soutenu de l’Asie, et en particulier de la Chine et de l’Inde entraînera une importante augmentation de la consommation énergétique au cours des prochaines décennies. Les différents scénarios prévoient ainsi une multiplication par deux ou trois de la consommation d’énergie dans le monde à l’horizon 2050. Le modèle actuel basé sur la consommation d’énergies fossiles ne sera pas soutenable, les réserves de pétroles et de gaz étant limitées à quelques dizaines d’années seulement. De plus, l’utilisation de combustibles fossiles entraîne d’importantes émissions de gaz à effet de serre, responsables d’un changement climatique dont nous observons aujourd’hui les premières conséquences.

Objectifs

L’ensemble des technologies disponibles actuellement devra bien sûr être utilisé pour maîtriser la demande et assurer une production à partir de sources d’énergie diversifiées (hydroélectrique, éoliens, solaires, etc.). Cependant, les différentes sources d’énergie et les technologies existantes risquent de ne pas être suffisantes à l’avenir. Par conséquent, le développement d’une nouvelle source d’énergie suffisamment importante pour faire face à une consommation croissante est donc une nécessité. La fusion nucléaire apparaît comme la seule solution susceptible de produire une importante quantité d’énergie à partir de produits disponibles en grande quantité de part le monde. C’est pourquoi, en raison des délais particulièrement longs nécessaires au développement d’une telle technologie, la création d’un réacteur expérimental devait avoir lieu dès aujourd’hui.

Principes de fonctionnement

ITER est l’acronyme anglais de « International Thermonuclear Experimental Reactor ». Comme son nom l’indique, ITER est un réacteur à fusion nucléaire expérimental. Ce type de réaction est également appelé réaction thermonucléaire car elle nécessite une température très élevée pour se produire. L’objectif du projet ITER est de démontrer la faisabilité scientifique et technique de la fusion nucléaire pour produire de l'énergie.

Afin d’éviter toute confusion, il convient tout d’abord de distinguer les deux types de réactions nucléaires existantes : la fission et la fusion nucléaire.

1. La fission

La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (uranium ou  plutonium) se divise en plusieurs nucléides plus légers. Il est « cassé » par un bombardement de neutrons.

Les centrales nucléaires actuellement en fonctionnement à travers le monde sont basées sur ce principe de fission nucléaire. L’uranium naturel est composé de trois isotopes : l’uranium 235, l’uranium 238 et l’uranium 234. Mais seul l’uranium 235 est fissile c’est-à-dire susceptible de subir la fission nucléaire pour produire de l’énergie. Une réaction de fission nucléaire nécessite la présence de 3 à 5% d’uranium 235 fissile pour une utilisation civile. Or, l’uranium naturel contient 99,28% d’uranium 238 non fissile (mais fertile) et seulement 0,72 % d’isotope 235. Il est donc nécessaire d'enrichir l’uranium en augmentant la proportion d'isotope fissile 235. En France, l’enrichissement de l’uranium a lieu dans l'usine Georges Besse d'Eurodif, située à côté de la centrale nucléaire du Tricastin. Il s’agit d’ailleurs du plus important consommateur d’électricité de France, en raison du procédé utilisé (enrichissement de l'uranium par diffusion gazeuse).

Enfin, il convient également de ne pas confondre le projet ITER avec le projet EPR. Les futures centrales de type EPR, acronyme de European Pressurized Reactor, correspondent à la dernière génération des réacteurs à eau pressurisée, basées sur la fission, comme les centrales nucléaires existantes. Un chantier a déjà débuté en Finlande et un autre devrait débuter sur le site de Flamanville 3 dans la Manche, à partir de décembre 2007 pour une mise en service prévue en 2012.

Ce projet devrait permettre plusieurs avancées : l’augmentation de la puissance du réacteur à 1600MW, (contre 1450MW pour les centrales les plus récentes), une consommation de combustibles proportionnellement moins importante, une diminution de la production de déchets radioactifs à vie longue, et enfin l’amélioration de la sûreté des installations pour le personnel et les populations.

2. La fusion

Dans la fusion nucléaire, deux noyaux légers s'assemblent pour former un noyau plus lourd, dégageant ainsi une énorme quantité d’énergie. Parmi les différentes réactions de fusion, la plus accessible est la fusion des noyaux d'isotopes de l'hydrogène, deutérium et tritium, qui forment ensuite de l’hélium et libèrent des neutrons à très haute énergie. C’est cette réaction qui sera expérimentée dans le réacteur ITER de Cadarache.

Il s’agit en fait de reproduire sur Terre le même type de réactions à l'œuvre dans le soleil et dans certaines étoiles, à la différence qu’au cœur des étoiles, la fusion concerne des noyaux d'hydrogène.

L'objectif de cette technologie est d'obtenir une source d'énergie quasi inépuisable et non émettrice de gaz à effet de serre. Le deutérium est en effet disponible en grande quantité dans l’eau de mer. De plus, les produits radioactifs issus de la fusion nucléaire auront une durée de vie nettement inférieure à celle des produits créés dans les centrales à fission nucléaire.

La fusion contrôlée est cependant beaucoup plus complexe que l’utilisation de la fission. Le deutérium et le tritium étant chargé positivement, les deux noyaux se repoussent. Pour que la fusion soit possible, il faut les rapprocher suffisamment pour que les forces nucléaires puissent l'emporter sur la répulsion due à leur charge. Pour cela, il est nécessaire de comprimer les combustibles et de les porter à des températures extrêmement élevées.

La fusion a lieu dans ce qu’on appelle un Tokamak, il s’agit d’une chambre de confinement magnétique, de forme toroïdale, permettant d’isoler le plasma porté à très haute température et de le maintenir. Le plasma est le 4ème état de la matière, dans lequel les atomes forment un gaz ionisé de 100 millions de degrés. En utilisant 50MW pour chauffer le plasma, ITER devrait pouvoir produire 500 MW de puissance de fusion pendant 400 secondes, soit un facteur d'amplification d'énergie de 10.

Au cours des dernières décennies, plusieurs Tokamak ont déjà été construits dans le monde (Tore Supra, JET) et ont permis des avancés significatives de la recherche en matière de fusion nucléaire. ITER sera donc un Tokamak de dernière génération, destiné à poursuivre la recherche dans ce domaine. Ce sera le plus grand du monde et le plus proche de l’ultime étape de conception d’un réacteur industriel. Mais ce n’est qu’à partir de 2050 que l’on pourrait envisager la construction d’un prototype de centrale à fusion permettant d’alimenter le réseau électrique. Les réacteurs à fusions pourraient ensuite progressivement remplacer le parc des centrales nucléaires tel que nous le connaissons aujourd’hui.

Enfin, parallèlement au lancement du projet ITER en France, le Japon devrait accueillir le centre d’étude des matériaux, appelé IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility). Ce centre aura pour objectif de développer des matériaux pouvant résister durablement à des niveaux très élevés d’irradiation rencontrés au cours de la fusion.