Visite du Wendelstein 7-X

Le vent pousse les nuages qui viennent caresser les toits de Greifswald. Une rocade semi-circulaire conduit directement les visiteurs en provenance du nord jusqu'à l'IPP situé à l'extrémité sud de la ville universitaire hanséatique. Le paysage rural environnant ne laisse absolument pas présager que dans les années à venir, de nouvelles découvertes en matière de recherche sur la fusion seront faites ici. Un coup d'œil aux données démographiques permet cependant de constater que Greifswald est un site attractif pour l'enseignement et la recherche: un quart des 60'000 habitants ont entre 18 et 30 ans, et la ville compte quelque 70 instituts, centres et installations de recherche. Rien de surprenant donc à ce qu'un tiers des habitants travaille dans la recherche, le développement et l'enseignement supérieur.

Le bâtiment principal de l'IPP est facilement reconnaissable à son toit ondulé. Le modèle d'une bobine modulaire caractéristique du Wendelstein 7-X situé à côté de l'entrée de l'institut confirme aux visiteurs qu'ils sont au bon endroit. Quelque 500 chercheurs et techniciens travaillent ici. L'auteur est accueilli par Antje Lorenz, qui travaille dans les relations publiques et est responsable du service des visiteurs de l'IPP Greifswald. Mme Lorenz explique que l'institut propose des visites tous les jours. Les guides adaptent le contenu en fonction des besoins concernés, l'institut accueillant aussi bien des classes scolaires que des hommes politiques, des ingénieurs ou encore des groupes de retraités. La journée portes ouvertes organisée par l'institut deux ans plus tôt a rencontré un vif succès auprès de la population, poursuit Mme Lorenz. Depuis dix ans, l'institut s'engage également sur le plan culturel et dirige une galerie ayant accueilli jusqu'à présent 60 expositions. Avant d'accéder à la salle dans laquelle se trouve l'installation de fusion expérimentale Wendelstein 7-X, Mme Lorenz nous conduit dans une salle de cours, dans les étages supérieurs du bâtiment principal, où Ralf Kleiber, physicien et astronome, nous dispense quelques informations sur le développement, les défis et les possibilités du projet de fusion.

Un peu d'histoire

Les premiers essais qui consistaient à générer de l'énergie par le biais de la fusion contrôlée de noyaux atomiques ont été entrepris aux alentours de 1950. La Grande-Bretagne, la Russie et les Etats-Unis étaient alors les pays leader dans le domaine. C'est également à cette époque que furent inventés les deux types de réacteur de fusion avec confinement magnétique, aujourd'hui encore en développement: le tokamak et le stellarator. Dans les deux cas, des champs magnétiques maintiennent le plasma en suspension à l'intérieur d'une cuve annulaire ou toroïdale. Pour maintenir le plasma en équilibre de manière stable, et prévenir les accumulations de particules chargées électriquement (électrons et ions), les lignes du champ magnétique le long du tore doivent avoir une forme de torsion. Dans le cas du tokamak, le problème a été résolu grâce à l'utilisation d'un transformateur qui permet de générer un courant électrique qui circule dans l'anneau de plasma, ce qui conduit à la création d'un champ magnétique interne. Cela présuppose cependant que le courant du transformateur, et par là le champ magnétique interne, change continuellement de sens. Un tokamak fonctionne pour ce faire en mode pulsé, explique M. Kleiber.

Du stellarator classique au stellarator optimisé

Concernant le stellarator, la torsion des lignes du champ est induite uniquement par des bobines extérieures. Les bobines en spirales, appelées bobines hélicoïdales, génèrent avec les bobines plates du champ principal le champ magnétique correspondant, plus complexe. Cette construction rend possible l'exploitation en continu et peut être contrôlée facilement, poursuit M. Kleiber. Les inconvénients du stellarator classique sont cependant entre autres les bobines entrelacées et la flexibilité réduite. Pour résoudre le problème, un système de bobines modulaires faisant intervenir des bobines de forme complexe permet de générer simultanément le champ toroïdal et la torsion des lignes de champ. Ces bobines modulaires caractéristiques du réacteur de fusion Wendelstein sont le résultat de plusieurs étapes d'optimisation. Pour ce qui est de la conception, les chercheurs ont dans un premier temps imaginé le plasma à l'intérieur de l'installation, avant d'en déduire dans un second temps la forme de bobine requise. Pour cette raison, le réacteur de fusion présent à Greifswald est également appelé «stellarator optimisé».

Nous nous dirigeons maintenant vers la salle du tore, là où les scientifiques de l'IPP souhaitent démontrer l'aptitude du fonctionnement continu du Wendelstein 7-X. Sur le trajet, nous passons devant des laboratoires et ateliers. Des affiches renseignent les visiteurs sur les dispositifs de mesure qui se trouvent dans les endroits non accessibles. Nous continuons dans la salle de réception, où sont reçues des parties d'installation de fournisseurs externes. Une porte verrouillable en béton épais conduit à une salle adjacente. Elle est ouverte. Derrière la porte, nous découvrons le Wendelstein 7-X. Nous entrons dans la pièce. Devant nous: un tore de 4,5 m de haut et d'un diamètre de 16 m. Nous ne pouvons voir «que» la cuve extérieure. A l'intérieur se cachent les 50 bobines planes et les 20 non-planes, qui entourent à leur tour la cuve de plasma. Mais depuis que le dernier des cinq modules a été mis en place sur le socle de la machine, en novembre 2011, on ne peut plus apercevoir grand-chose de l'installation. M. Kleiber indique ensuite une des 254 ouvertures à travers lesquelles sera constituée la cuve de plasma. Au cours des mois à venir, des raccords étanches seront montés à travers ces ouvertures. Pour trois des cinq modules, ces travaux ont déjà été effectués en novembre 2011.

Des exigences élevées

Les ouvertures, appelées ports, servent notamment à l'évacuation des impuretés, au chauffage du plasma et à l'alimentation en hydrogène, explique M. Kleiber. Cependant, les chercheurs ont besoin d'environ la moitié des ports pour pouvoir observer le plasma. Etant donné que la cuve de plasma se déforme au cours du fonctionnement, les raccords sont fixés à la cuve extérieure par le biais de soufflets mobiles.

Le montage place les constructeurs face à de gros défis. Un raccord peut peser jusqu'à une tonne et doit être réglé au millimètre près, et soudé. Pour ce faire, les techniciens ont développé un dispositif de réglage de haute précision. Un système de laser intervient lors du positionnement. De petits miroirs sont également accrochés aux murs de la salle à cet effet.

Les chercheurs escomptent pouvoir lancer l'exploitation du Wendelstein 7-X en 2014. Après une phase d'expérimentation de plusieurs années, le déflecteur test sera remplacé par un déflecteur à haute capacité de charge afin que l'objectif suprême du Wendelstein 7-X puisse être constaté: l'aptitude au fonctionnement continu.