PROJET ITER

Le projet iter

Réalisé par Romy Denhez-Pasquier (cheffe de groupe), Clara Vermeulen Othmane Rhazere

Sommaire

I) Présentation du projet ITER

II) La fusion nucléaire

a) différence entre fusion et fission

b) la fusion nucléaire au sein des étoiles

c) la fusion nucléaire sur Terre

Quizz pour tester tes connaissances sur le projet ITER :

III) Le tokamak

a) qu'est-ce que le tokamak?

b) Les pièces du tokamak

c) Comment le tokamak fonctionne-t-il?

IV) Les enjeux du projet ITER

a) Les problèmes énergétiques d’aujourd’hui

b) La fusion nucléaire : l’energie du futur?

c) L’avancement du projet ITER

I) Présentation du projet ITER

Tout d'abord, testez-vous!

II) La fusion nucléaire

a) différence entre fusion et fission

Le projet ITER a pour but d’utiliser la fusion nucléaire comme nouvelle forme d’énergie. On peut alors se demander : Qu’est-ce que la fusion nucléaire ? Tout d’abord, il ne faut pas confondre fusion et fission nucléaire.

II) La fusion nucléaire

b) la fusion nucléaire au sein des étoiles

A l’origine, la fusion nucléaire est la source d’énergie des étoiles. Comme toutes les étoiles, le Soleil produit son énergie grâce à cette réaction. Cependant, la fusion nucléaire se réalise uniquement dans des conditions très spécifiques.

II) La fusion nucléaire

c) la fusion nucléaire sur Terre

On comprend ainsi que la principale difficulté pour réussir à réaliser la fusion nucléaire sur Terre est la création mais surtout la maîtrise de ce plasma.

III) Le tokamak

a) qu'est-ce que le tokamak?

Presque toutes les centrales cherchent à exploiter une ressource pour produire de l’énergie mécanique, qui sera transformée en énergie électrique par un alternateur. La centrale électrique d’ITER fonctionne également sur ce principe. En effet, le tokamak est une machine dont les parois de la chambre à vide absorbent l’énergie thermique produite par la fusion nucléaire.

Le projet ITER va pousser les limites du tokamak pour atteindre des records de puissance. Le tokamak d’ITER sera le plus grand jamais construit, pesant 23000 tonnes et atteignant une température de 150 millions de degrés Celsius. Il serait capable de produire 500MW grâce à partir de seulement 50MW de puissance injectée pour produire le plasma. Ce plasma sera le plus grand jamais réalisé avec un rayon de 6,2 mètres et un volume de 840m3.

Cette énergie sera utilisée pour chauffer de l’eau et en faire de la vapeur. Cette dernière met en en mouvement le rotor de l’alternateur pour produire de l’énergie électrique.

III) Le tokamak

b) Les pièces du tokamak

Le tokamak fonctionne grâce à 5 pièces essentielles :

III) Le tokamak

c) Comment le tokamak fonctionne-t-il?

Ainsi, pour produire de l’énergie grâce à un tokamak, on introduit dans la chambre à vide du deutérium et du tritium sous forme gazeuse. Ce sont deux isotopes de l’hydrogène : ils possèdent tous les deux un proton comme l’atome d’hydrogène mais le deutérium possède en plus 1 neutron et le tritium en possède 2. On a choisi cette réaction car c’est la fusion la plus facilement réalisable sur Terre en laboratoire. Grace à la température et la pression de la chambre à vide, ce gaz va se transformer en plasma. Les électrons qui sont négatifs vont se détacher de leur noyaux qui sont positifs. Les aimants supraconducteurs créent un champ magnétique très puissant qui confine le plasma dans la chambre à vide. Dans cet environnement les noyaux se déplacent très rapidement et peuvent se rencontrer ce qui les fait fusionner. Cette fusion crée une quantité énorme d’énergie sous forme d’énergie thermique. L’énergie thermique est absorbée par les paroi de la chambre à vide ce qui permet de chauffer de l’eau. La vapeur d’eau servira ensuite à faire fonctionner un alternateur pour produire de l’électricité.

Regardez jusque 1min 30

IV) Les enjeux du projet ITER

a) Les problèmes énergétiques d’aujourd’hui

Trouver une source d’énergie durable et écologique est un enjeu majeur pour les années à venir.

Les centrales nucléaires permettent de produire une grande quantité d’énergie électrique. Cependant, elles présentent de nombreux inconvénients. Certes, elles n’émettent pas de dioxyde de carbone mais ce n’est pas pour autant que ces centrales ne polluent pas. L’extraction de l’uranium, indispensable au fonctionnement des centrales nucléaires, est très polluante. De plus, ces centrales génèrent des énormes quantités de déchets radioactifs. Enfin, il y a des risques d’accidents nucléaires comme lors de Tchernobyl en 1986.Pour en savoir plus sur son fonctionnement:

Il existe des forme d’énergie renouvelable comme:

Mais ces énergies renouvelable sont très peu développées à cause de leur inconvénient. En effet, on considère souvent qu’elles ont beaucoup de contraintes car elles dépendent des conditions météorologiques, sont coûteuses à mettre en place et ont un rendement faible.

IV) Les enjeux du projet ITER

b) La fusion nucléaire : l’energie du futur?

Le projet ITER vise à résoudre tous ces problèmes énergiques avec une nouvelle forme d’énergie : la fusion nucléaire. Il a pour but d’ouvrir la voie aux centrales à fusion nucléaire de demain. Si le projet aboutit, la fusion nucléaire pourrait être utilisée à grande échelle afin de produire de l’électricité. Il est possible que ce soit l’énergie du futur !

En effet, la fusion nucléaire a de nombreux avantages :

Les avantages

IV) Les enjeux du projet ITER

c) L’avancement du projet ITER

Près de 15 ans après le début de la construction du projet ITER on considère que 85% des travaux de génie civile sont terminés. Le tokamak a commencé à être assemblé en 2020 et 75% des éléments indispensables à la production du plasma sont déjà construits. Les premiers essais de fusion nucléaire du projet ITER sont programmés pour novembre 2025. Mais la construction a pris du retard notamment à cause de la Pandémie de Covid-19. Il faudra sûrement encore attendre des décennies avant de produire de l’électricité par fusion nucléaire à grande échelle. Le projet ITER constitue une avancée majeure dans le domaine scientifique. Lorsque le tokamak d’ITER sera mis en fonctionnement on pourra considérer que pour la première fois, une étoile va naître sur Terre.

Quizz pour tester tes connaissances sur le projet ITER :

Quizz pour tester tes connaissances sur le projet ITER :

Quizz pour tester tes connaissances sur le projet ITER :

Quizz pour tester tes connaissances sur le projet ITER :

Quizz pour tester tes connaissances sur le projet ITER :

Le cryostat est une structure en acier inoxydable qui entoure la chambre à vide et les aimants supraconducteurs. Il permet de délimiter la zone sous vide et extrêmement froide de la machine.

Il n’y a aucun risque d’emballement de la réaction : Seule une petite quantité de réactif est présente dans dans la chambre à vide. Elle ne contient jamais plus de quelques grammes de réactif. La réaction ne peut durer que quelques secondes si le tokamak n’est pas alimenté.

Les réactifs sont disponibles en grande quantité : le deutérium est présent en grande quantité dans l’eau. Le tritium est produit à partir de lithium et de neutrons. Le lithium est un métal présent en abondance sur Terre. De plus, le Tokamak d’ITER devrait être autosuffisant en tritium. En effet, la réaction de fusion libère des neutrons qui vont fusionner avec le lithium contenu dans la couverture de la chambre afin de produire du tritium qui pourra à nouveau alimenter la réaction.

Le projet ITER a pour objectif de créer un tokamak qui produit 10 fois plus d’énergie qu’il en consomme. Il devrait produire 500 mégawatts de puissance pour seulement 50 mégawatts de puissance consommé pour le fonctionnement de la machine. Le 5 décembre 2022, aux États Unis, a eu lieu la première expérience de fusion nucléaire contrôlée qui produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Depuis, d’autres essais ont été réalisés aux États Unis avec des rendements plus important. Les premiers essais de fusion du projet ITER devraient avoir lieu en 2025.

La couverture est composée de 440 modules qui mesurent 1 mètre par 1,5 mètres et pèsent près de 4,6 tonnes. Ils sont disposés sur toute le paroi de la chambre à vide. Elle est directement en contact avec le plasma c’est pour cette raison qu’elle est extrêmement résistante et peu supporter une charge thermique maximale de 736 mégawatts. Elle permet de protéger la chambre à vide et les aimants supraconducteurs des températures extrêmes et des neutrons issus de la réaction de fusion.

C’est l’un des plus gros projet au monde : 35 pays y participent parmis lesquels tous les membres de l’Union Européenne, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie, les Etat-Unis, le Royaume-Uni, et la Suisse. En effet, aucun pays n’aurait pu financer un tel projet, c’est pour cela qu’ils s’unissent. L’organisation a choisi pour mener son projet un site en France, dans les Bouches- du Rhône. La plateforme destinée au projet y a été construite en 2010.

Bibliographie : https://www.iter.org/fr/sci/whatisfusion https://www.iter.org/fr/sci/fusion https://www.iaea.org/fr/energie-de-fusion/quest-ce-que-la-fusion-pourquoi-est-elle-si-difficile-a-realiser#:~:text=En termes simples, la fusion,une énorme quantité d'énergie. https://pl1.plasma-laurentides.org/plasma-et-les-3-etats-de-la-matiere https://fr.vikidia.org/wiki/Matière https://www.republicain-lorrain.fr/science-et-technologie/2023/04/05/fission-et-fusion https://www.futura-sciences.com/sciences/dossiers/physique-energie-nucleaire-a-z-126/page/2/

Les étoiles sont des énormes boules de plasma. C’est un état différent de la matière : ce n’est ni un liquide, ni un gaz, ni un solide. Il est souvent considéré comme le « quatrième état de la matière ». C’est en réalité un gaz qui est dit ionisé car il est principalement composé de particules chargées : les noyaux des éléments sont positif alors que les électrons sont négatifs. En effet, lorsqu’un gaz est soumis à des températures très élevées, les électrons se séparent de leur noyau. Le cœur d’une étoile, comme le Soleil, atteint près de 15 millions de degrés. Plus la température est élevée, plus les élèments se déplacent rapidement.

Ainsi, à près de 15 millions de degrés, un plasma se forme et les éléments se déplacent à une vitesse très élevée. Cette vitesse est suffisante pour que deux noyaux d’hydrogène entrent en collision et fusionnent pour former de l’hélium malgré que les forces électrostatiques font qu’ils se repoussent. Lors de la fusion une grande quantité d’énergie est apparue. On peut calculer la quantité d’énergie grâce a la célèbre formule d’Einstein E=mc^2.

Bibliographie:https://www.greenpeace.fr/nucleaire-solution-climat/#:~:text=En%20effet%2C%20la%20production%20d,pendant%20plusieurs%20milliers%20d'ann%C3%A9es. https://www.revolution-energetique.com/dossiers/voici-les-7-inconvenients-de-lenergie-nucleaire/amp/ https://youmatter.world/fr/definition/energies-renouvelables-definition/#:~:text=Les%20inconv%C3%A9nients%20des%20%C3%A9nergies%20renouvelables&text=Les%20co%C3%BBts%20de%20production%20sont,en%20permanence%20de%20l'%C3%A9lectricit%C3%A9. https://www.iter.org/fr/sci/fusionfuels

Origine

ITER, qui signifie « le chemin » en latin est le sigle de l’International Thermonuclear Experimental Reactor. C’est une organisation internationale qui a pour but de résoudre la plupart des problèmes énergétiques actuels en concevant un nouveau type de centrale électrique qui fonctionnerai grâce a la fusion nucléaire, sans émettre de gaz à effet de serre. La finalité de ce projet serait d’utiliser la fusion nucléaire à grande échelle pour produire de l’énergie électrique.

Bibliographie: https://www.iter.org/fr/mach/tokamak https://www.iter.org/fr/mach/vacuumvessel https://www.iter.org/fr/mach/magnets https://www.iter.org/fr/mach/divertor https://www.iter.org/fr/mach/blanket https://www.iter.org/fr/mach/cryostat https://reporterre.net/Le-futur-reacteur-nucleaire-Iter-un-projet-titanesque-et-energivore https://en.wikipedia.org/wiki/ITER

Les problèmes énergétiques sont nombreux dans notre société. On utilise énormément d’énergies fossiles comme le gaz, le pétrole ou le charbon. Mais ces sources d’énergies sont épuisables et leur combustion est extrêmement polluante car elle dégage du dioxyde de carbone

La chambre à vide est une structure en acier inoxydable. Elle est en forme d’anneau et complètement hermétique afin de confiner le plasma. À l’intérieur de la chambre à vide, grâce a la température et à la pression extrême, le gaz présent dans la machine va se transformer en plasma permettant ainsi les réactions de fusion entre le deutérium et le tritium.

Tout d’abord, il faut des températures très élevées pour former le plasma et que les particules se déplacent très rapidement afin qu’elles puissent entrer en collision. Ensuite, il faut qu’il y ait un grand nombre de particules dans le plasma pour augmenter les probabilités que les particules se rencontrent et fusionnent. Enfin, il faut maintenir le plasma dans un état confiné pour réaliser la fusion alors qu’il a tendance à s’étendre. La science qui étudie les plasmas s’appelle la physique des plasmas.

Toute la difficulté du projet ITER est de construire le plus grand tokamak : une énorme machine qui pourrait maitriser la fusion nucléaire pour produire de l’énergie. Le tokamak créerai un plasma dans lequel aurait lieu des réactions de fusion nucléaire dont on pourrait exploiter l’énergie. La maîtrise de ce plasma pourrait résoudre tous les problèmes énergétiques actuels. L’énergie que peut produire le tokamak dépend de sa taille, cela explique pourquoi le projet ITER veut construire le plus gros tokamak possible. Il veut améliorer les tokamaks en le rendant plus puissant et auto-entretenant. ITER va également permettre aux scientifiques d’étudier le plasma et d’expérimenter la production de tritium, un élément indispensable à la fusion nucléaire. La construction du tokamak a commencé en 2020.

Regarder jusque 0:40

La fission nucléaire est un phénomène durant lequel un gros noyau se divise en deux noyaux plus petits libérant ainsi de l’énergie. Depuis 1951, l’Homme utilise la fission nucléaire pour produire de l’énergie grâce aux centrales nucléaires. Cependant, la fission nucléaire comme source d’énergie pour produire de l‘énergie électrique a de nombreux inconvénient comme l’extraction de la matière première (uranium) qui très polluante et la création d’énormes quantités de déchets radioactifs qui sont également très polluant. C’est pour cette raison que l’Homme cherche à développer de nouveaux moyens de produire de l’énergie électrique, comme par exemple avec le projet ITER qui vise à développer la fusion nucléaire.

Des aimants supraconducteurs : à très basse température (-269°C, proche 0 absolu), les aimants deviennent supraconducteurs. Ils conduisent le courant presque parfaitement pour produire un champ magnétique plus puissant. Ces aimants génèrent donc un champ magnétique qui permettra de confiner et maitriser le plasma dans la chambre à vide.

Le divertor est un élément placé sur le sol de la chambre à vide. Son rôle est d’évacuer les impuretés produites par les réactions du fusion. Ces pièces sont capables de supporter les températures extrêmes causées par les réactions de fusion.