Du tungstène dopé au tungstène pour le nucléaire

Parce qu’il fond à très haute température (3410°C), le tungstène est un bon matériau pour Iter, le futur réacteur de fusion nucléaire. Seul problème : il est fragile… Des chercheurs allemands ont trouvé le moyen d’y remédier, en renforçant le tungstène… avec des fibres de tungstène. Une première.

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Du tungstène dopé au tungstène pour le nucléaire

Il fera très chaud dans Iter, le prototype de réacteur de fusion nucléaire en cours de construction sur le site de Cadarache (Bouches-du-Rhône) : le plasma, où aura lieu la réaction de fusion d’atomes créatrice d’énergie, atteindra au cœur 100 millions de degrés. C’est pourquoi le choix des matériaux est l’un des principaux défis, que les chercheurs s’efforcent de relever en inventant des solutions inédites. Au Max Planck Institute for Plasma Physics (Allemagne), on explore les possibilités du tungstène.

Pour les composants du réacteur qui sont en contact avec le plasma, c’est un bon candidat : c’est le métal qui a le plus haut point de fusion. Malheureusement, ce dur à cuire est par ailleurs une petite nature : quand il est soumis localement à de fortes contraintes, il s’y forme des microfissures, et le métal devient fragile. Un problème bien connu pour d’autres matériaux, et l’équipe du Max Planck a repris une idée relativement classique : faire un composite, en ajoutant des fibres, qui ont entre autres la propriété de dissiper l’énergie dans tout le matériau, en évitant les surcharges locales.

Des filaments issus des lampes à incandescence

Des fibres de tungstène ? Il en existe des longues, fabriquées par extrusion du métal : ce sont les filaments des lampes à incandescence. Les chercheurs se sont fournis chez Osram. Pour plus d’efficacité, ils les ont revêtus d’un autre matériau (de l’oxyde d’erbium). Ensuite, pour noyer les fibres dans une matrice de tungstène, un nouveau procédé a été mis au point avec le britannique Archer Technicoat : le tungstène est déposé entre les fibres à partir d’un mélange gazeux.

Le composite obtenu est trois plus résistant à la fracture que le métal homogène. Et l’effet de renforcement fonctionne bien quand le matériau est soumis à de fortes contraintes, comme les chercheurs ont pu le vérifier en soumettant des échantillons à un rayonnement synchrotron. Il s’agit maintenant d’optimiser le procédé pour envisager une production à plus grande échelle.

Thierry Lucas

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