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Fusion nucléaire: le puzzle d’ITER

Le projet colossal d’ITER, réacteur thermonucléaire expérimental international, vit une époque charnière. Au milieu des tourments causés par les difficultés de gestion, les délais et la hausse des coûts, le site de construction accueillera bientôt les premiers composants

Depuis les fenêtres du bus qui relie Aix-en-Provence à Cadarache, le regard se pose sur les crêtes douces et la garrigue qui recouvre leurs flancs. Rien ne laisse supposer que ce paysage abrite le site d’un des projets scientifiques les plus co­lossaux au monde. C’est ici qu’un jour s’élèveront les murs de protection d’un autre soleil, artificiel ­celui-ci, appelé «ITER», acronyme pour «réacteur thermonucléaire expérimental international».

Depuis la réception des quartiers généraux de l’organisation, une centaine de mètres nous séparent du chantier, grand comme 60 terrains de football et où fleuriront un à un les bâtiments du site. La construction a été lancée il y a sept ans, après l’accord signé entre sept partenaires: l’Europe (dont la Suisse), les Etats-Unis, le Japon, la Russie, la Chine, la Corée du Sud et l’Inde. ITER sera le plus grand réacteur de fusion thermonucléaire jamais construit, avec, en son cœur, une énorme machine de 25 000 tonnes appelée «tokamak» (voir infographie).

A l’intérieur de cette structure de presque 30 mètres de diamètre se trouvera une chambre en forme de bouée en plastique qui abritera un plasma d’atomes d’hydrogène en fusion, autrement dit une «soupe extrêmement chaude» constituée de particules ionisées. Un plasma qui sera confiné là, sans toucher les parois du tokamak, grâce à un champ magnétique 260 000 fois plus puissant que celui de la Terre.

Contrairement à la fission nucléaire générée dans les centrales nucléaires et qui correspond à la libération d’énergie après cassure d’atomes, la fusion est l’assemblage de deux atomes, ce qui dégage une quantité faramineuse d’énergie; c’est d’ailleurs cette même fusion qui fait vivre notre Soleil. Le but ultime d’ITER? Mettre l’astre «en bouteille», afin de répondre aux besoins énergétiques de l’humanité dans le futur.

Sur le papier, ITER devrait générer dix fois plus d’énergie que celle qui aura été injectée dans la machine pour la faire tourner. L’alimentation électrique sera ainsi assurée par la ligne à haute tension qui fournit déjà la Provence depuis une centrale nucléaire. Le système de chauffage du tokamak, dégageant une énergie qui équivaut à celle de 24 000 fours à micro-ondes de cuisine, permettra d’atteindre une température du plasma de 100 millions de degrés, dix fois celle régnant au cœur du Soleil.

Dans les faits, il est aisé d’imaginer que la construction d’une telle machine constitue un énorme défi, autant scientifique que technique, et surtout politique. L’entreprise a déjà connu de multiples retards et des coûts croissants.

L’idée a été jetée sur le papier pour la première fois par les présidents Mitterrand, Reagan et Gorbatchev en 1985, et il a fallu attendre vingt ans avant la signature du premier accord international. Le choix du site, longtemps débattu entre la France et le Japon, s’est fi­nalement arrêté sur Cadarache, à proximité du site du Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA). En contrepartie, le Japon a obtenu la direction du projet: le scientifique japonais Osamu Motojima est directeur général de l’organisation ITER depuis 2010.

Alors que le budget initial avait été fixé en 2010 à 5 milliards d’euros, il atteint aujourd’hui près de 15 milliards. Au début annoncé avant 2020, le premier plasma d’ITER ne semble aujourd’hui envisagé que pour 2022, avec les premiers tests avec isotopes d’hydrogène en 2027.

L’orchestration du projet ITER, unique en son genre, n’est pas simple. Entre 10 et 15% du budget total du projet revient à l’organisation «mère» ITER, qui signe ensuite des contrats d’accord de livraison avec les sept «agences domestiques», qui représentent les sept partenaires. Le reste du budget est mis sur la table par les Etats qui fournissent «en nature» les composants de la structure finale du réacteur. Chaque partenaire peut ainsi développer chez lui le savoir-faire technologique nécessaire à la fabrication d’un tokamak dans la perspective de développer à long terme la fusion nucléaire sur son territoire. Mais ceci conduit aussi à un éclatement à travers le monde de la fabrication des millions de composants nécessaires à l’instrument, qui seront ensuite acheminés en France. ITER est un puzzle géant à l’échelle planétaire.

«L’accord est basé sur la contribution de chacun des partenaires et sur le partage de la propriété intellectuelle. C’est une forme de générosité, explique Carlos Alejaldre, vice-directeur général d’ITER. Les choses seraient plus faciles si tous les éléments étaient construits en un seul endroit. Mais ce n’est pas le cas. Du point de vue de l’intégration des éléments de la machine, c’est un défi.»

Par exemple, il existe une trentaine de «boîtes» qui seront «greffées» sur le tokamak. Autant d’interfaces techniques avec le plasma pour le chauffer, injecter les combustibles ou mesurer diverses informations. Mark Henderson, physicien américano-suisse, est à la tête d’un groupe en charge des cinq boîtes faisant partie du système de chauffage «micro-onde» d’ITER; quatre d’entre elles sont construites en Europe, une au Japon. Elles seront connectées au tokamak par le biais de «prises» de 5 mètres de long et de 2 mètres de large fabriquées en Corée du Sud et en Russie (qui elle-même sous-traite à la Corée).

Le chercheur explique la difficulté pour tout intégrer: «Les pièces de métal qui forment l’enveloppe de la prise se tordent après soudure, ce qui diminue la taille du trou pour insérer les boîtes et augmente les interstices. Des neutrons générant une faible radioactivité pourraient alors s’échapper. Même si les moyens scientifiques existent pour combler ces espaces, les agences domestiques ne souhaitent pas y recourir à cause des coûts que cela engendrerait.» Il ajoute: «Nous allons à l’encontre de problèmes si les pièces ne s’assemblent pas correctement. Un petit changement à un endroit entraîne de multiples variations ailleurs, et des délais supplémentaires.»

Le physicien rappelle que ce type de problème survient dans tout grand projet, et qu’il faut gérer le subtil jeu d’équilibre entre les aspects scientifiques et les budgets. «L’organisation ITER ne contrôle pas l’argent pour payer les composants et a donc moins d’autorité pour assurer les conditions nécessaires à la fabrication, conditions qui n’avaient pas été clairement définies au moment de signer les contrats avec les agences domestiques.» Il semblerait donc qu’ITER aussi bien que les agences et les entreprises aient tous leurs responsabilités dans la difficulté d’intégration des pièces du tokamak.

ITER: une tour de Babel? Le conseil d’ITER a demandé à l’automne 2012 qu’une évaluation de la gestion du projet soit menée par un groupe d’experts externes. Confidentiel, le rapport a néanmoins été publié en ligne fin février 2014 sur le site internet du New Yorker . Les conclusions du document critiquent la gestion du projet, les relations difficiles entre l’organisation et les agences domestiques, et le manque de réalisme de l’agenda.

Parmi les onze recommandations que contient le texte figure le départ de l’actuel directeur général. «Ce serait une erreur de penser que changer de directeur réglerait tous les problèmes», dit Jean Jacquinot, physicien français et conseiller d’ITER. Mais le mandat de cinq ans d’Osamu Motojima arrive à échéance l’an prochain et ne sera très certainement pas renouvelé. «Il est peu probable que le changement ait lieu avant la fin de 2014. Il y aura sûrement une superposition des mandats pendant environ six mois avec le successeur», explique Jean Jacquinot.

Le physicien participe à un groupe de travail qui prépare des recommandations pour le ­conseil d’ITER, qui se réunira en juin: «Nous préconisons la création d’équipes intégrées et la collégialité dans la prise de décision entre l’organisation ITER et les agences domestiques, de façon à établir une dynamique de projet commune à toutes les équipes.» Et d’ajouter: «Le Conseil a été trop ­passif jusqu’à présent, ce qu’il reconnaît lui-même.» Les difficultés récentes ont aussi amené les Etats-Unis à faire pression pour que les choses changent, en menaçant de se retirer. «Ils veulent faire évoluer la situation, et ils ont raison», dit le physicien.

Les tourments de gestion ne semblent pourtant pas altérer l’enthousiasme des scientifiques. «Je suis très excité par la perspective d’ITER», dit Minh Quang Tran, directeur du Centre de recherche en physique des plasmas (CRPP) à l’EPFL, partenaire du projet.

«ITER est un défi, mais la recherche scientifique apportera de nouvelles connaissances sur les plasmas, qui constituent 99% de la matière de l’univers», explique Mark Henderson. Et d’interroger: «Quelle alternative énergétique avons-nous? Le charbon existe en abondance mais son industrie est très polluante. Et le solaire ne suffit pas pour fournir l’énergie dont nous avons besoin.» Pour les chercheurs, la fusion a de nombreux avantages: ressources en combustibles très larges, bilan énergétique convenable et stockage plus facile des déchets radioactifs que dans le cas de la fission.

Sur le site de Cadarache, même si les choses avancent, il reste encore bien des étapes avant d’allumer le soleil d’ITER. Le premier composant concret, un transformateur provenant des Etats-Unis, doit arriver d’ici à fin mai. Près de 250 convois exceptionnels sont attendus ces prochaines années pour acheminer les plus grosses pièces depuis la Méditerranée. Le gigantesque puzzle commencera alors à prendre forme.

L’intégration des éléments d’ITER est un défi: un changement à un endroit entraîne des variations ailleurs

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