Le Wendelstein 7-X enregistre un record mondial

L’installation de fusion Wendelstein 7-X avait été équipée d’un revêtement interne en septembre 2017. Des carreaux de faïence en graphite recouvrent désormais la paroi de la cuve, ce qui rend possible des températures plus élevées du plasma et des décharges plus longues. Par ailleurs, la pureté et la densité du plasma sont désormais ajustées grâce au divertor. «Les premières expériences avec les nouveaux éléments de la paroi sont très positives», a déclaré Thomas Sunn Pedersen. En effet, si les durées d’impulsion obtenues lors de la première campagne, entre décembre 2015 et mars 2016, étaient de six secondes, elles peuvent désormais atteindre 26 secondes. Cela permet d’injecter dans le plasma une énergie thermique de 75 MJ, ce qui est 18 fois plus que lors de la première phase de fonctionnement, sans divertor. La puissance thermique a elle aussi pu être augmentée. Il s’agit d’une condition à une densité de plasma plus élevée.

Un peu plus proche du plasma en combustion

D’après l’IPP, une valeur record a été atteinte pour le «produit de fusion». Ce produit de la température des ions, de la densité du plasma et de la durée de confinement de l’énergie montre que l’état de plasma en combustion est proche. Pour une température d’ions d’environ 40 millions de degrés et une densité de 0,8 x 10²⁰ particules par mètres cube, le Wendelstein 7-X atteint un produit de fusion de 6 x 10²⁶ degrés par seconde par mètre cube – un record mondial pour un stellarator. «Il s’agit d’une valeur exceptionnelle au vu de la taille de la machine, qui a par ailleurs pu être obtenue dans des conditions réalistes, c’est-à-dire avec une température élevée des ions contenus dans le plasma», explique M. Sunn Pedersen. La durée de confinement de l’énergie obtenue de 200 millisecondes – qui témoigne de la qualité de l’isolation thermique du plasma confiné magnétiquement – indique que le calcul d’optimisation sur lequel se base le Wendelstein 7-X est réaliste.

L’évaluation des données de mesure de la première campagne d’expérimentations de 2015/16, publiée dans le magazine Nature Physics en mai 2018, montre que l’optimisation n’a pas une influence uniquement sur l’isolation thermique. Les analyses indiquent que le courant dit «de bootstrap» se comporte lui aussi comme ce qui était attendu. Ce courant électrique est généré par des différences de pression à l’intérieur du plasma et est capable de déformer le champ magnétique pourtant créé sur mesure. Les particules sur le bord du plasma ne se rencontrent plus aux bons endroits du divertor. Le courant «de bootstrap» doit donc être maintenu aussi faible que possible dans les stellarators. Or l’analyse confirme désormais que cela a effectivement été accompli dans la géométrie de champ optimisée. L’auteur principal, Andreas Dinklage, a déclaré à ce sujet: «La première campagne d’expérimentations a ainsi déjà pu attester des aspects majeurs de l’optimisation.» Les futures expérimentations permettront d’aboutir à une évaluation exacte et systématique pour une puissance thermique sensiblement plus élevée et une pression de plasma elle aussi plus importante.

De nouvelles transformations ont été réalisées sur le Wendelstein 7-X depuis fin 2017: ainsi, de nouveaux appareils de mesure et systèmes de chauffage ont notamment été installés. Les expérimentations sur le plasma devraient recommencer cet été. D’après l’IPP, une transformation importante est prévue à compter de l’automne 2018: les carreaux de faïence en graphite du diverteur seront remplacés par des éléments en carbone renforcés en fibres de carbone, qui peuvent également être refroidis à l’eau. Ces éléments permettront d’atteindre des décharges jusqu’à 30 minutes. Les scientifiques souhaitent ainsi vérifier que le Wendelstein 7-X peut également atteindre ses objectifs d’optimisation dans la durée.

Objectif: un fonctionnement continu

Un anneau composé de 50 bobines magnétiques supraconductrices d’environ 3,5 mètres de long compose la cage magnétique du Wendelstein 7-X. Les formes spécifiques de ces bobines sont le fruit de calculs d’optimisation poussés. Bien que le Wendelstein 7-X ne produise pas d’énergie, l’installation doit permettre de démontrer l’aptitude de ce type de construction pour de futures centrales. Le Wendelstein 7-X doit permettre pour la première fois d’atteindre une qualité de confinement du plasma dans un stellarator qui soit comparable à celle d’installation concurrentes de type tokamak. L’installation doit notamment mettre en évidence l’atout majeur des stellarators: à savoir leur capacité au fonctionnement continu.