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[En images] Vinci boucle une étape majeure pour le projet de recherche nucléaire ITER à Cadarache

Simon Chodorge , , , ,

Publié le

Reportage Vinci a bouclé jeudi 7 novembre les travaux de génie civil sur le bâtiment principal du projet ITER. Mené près de Cadarache, dans les Bouches-du-Rhône, ce chantier gigantesque de la recherche nucléaire promet une rupture majeure pour le secteur de l'énergie.

[En images] Nouvelle étape franchie pour le chantier du projet de recherche nucléaire ITER
Le chantier d'ITER a débuté en 2010 entre Saint-Paul-lez-Durance et Cadarache (Bouches-du-Rhône).
© EJF Riche/ITER

Les ouvriers évoluent dans un labyrinthe de béton. Aucune fenêtre, des projecteurs diffusent une lumière terne et les engins de chantier s’activent dans la pénombre. Çà et là, certains murs s’étendent sur plusieurs mètres d’épaisseur. Vu de l’extérieur, le bâtiment évoque un gigantesque mausolée dépouillé, haut comme l’Arc de triomphe. Entre Saint-Paul-lez-Durance et Cadarache (Bouches-du-Rhône), nous assistons à la construction d’ITER, l’un des projets nucléaires les plus ambitieux au monde. Jeudi 7 novembre, Vinci a annoncé la fin d’une étape majeure pour les travaux.

105 000 mètres cubes de béton

Maître d’œuvre du projet, Vinci pilote la construction des principales structures d’ITER qui compte au total 39 bâtiments. Le groupe français vient de terminer les travaux de génie civil sur le bâtiment “tokamak” qui abritera le futur réacteur expérimental à fusion nucléaire (à ne pas confondre avec la fission nucléaire utilisée dans les centrales et les projets d’EPR d’EDF). Le projet ne va pas générer d'électricité et il ne sera pas couplé au réseau. Il doit plutôt confirmer les promesses grandioses de la fusion nucléaire pour le secteur de l'énergie.

(Environ 300 camions livrent chaque jour le chantier en matériaux. Crédit : SC)

ITER paraît caché dans la forêt. À l’intérieur du site de 180 hectares, les bois s’étendent à perte de vue. Pourtant, chaque caractéristique du chantier débuté en 2010 trahit ses dimensions spectaculaires. “Le projet a requis six millions d’heures travaillées, 105 000 mètres cubes de béton et 20 000 tonnes d’acier de tous types”, liste Jérôme Stubler, président de Vinci Construction. Dans les bureaux d’ITER Organization, sept drapeaux flottent mais 35 pays au total participent aux activités : la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis, l’Inde, le Japon, la Russie et l’Europe (les pays de l’Union Européenne ainsi que la Suisse).

(À l'intérieur du hall d'assemblage, où sera construite la machine tokamak. Crédit : SC)

"Les dimensions de la construction navale avec une précision d’horlogerie”

L’intérieur du fameux bâtiment Tokamak ressemble à un gouffre. C’est là que seront menées, dans quelques années, les expériences de fusion nucléaire. Il faut donc imaginer l’espace rempli par une machine d’un million de composants et de 23 000 tonnes s'élevant sur plusieurs étages. Certaines pièces de plusieurs centaines de tonnes vont devoir être positionnées avec une précision de 0,25 millimètre. “Ce sont les dimensions de la construction navale avec une précision d’horlogerie”, résume Bernard Bigot.

(La fosse de la machine tokamak. Crédit : SC)

Au centre, la chambre à vide en forme de doughnut s’élèvera de 11 mètres avec une largeur de 19 mètres. C’est à l’intérieur de cette chambre que des atomes d'hydrogène seront accélérés pour fusionner à une température de 150 millions de degrés et former un plasma d’hydrogène. Cette chambre elle-même sera entourée d’aimants supraconducteurs, de systèmes de mesure et de systèmes de chauffage externe. Le tout sera enveloppé dans un grand cryostat, une structure remplie d’hélium gazeux qui aura pour rôle de refroidir les composants autour de la chambre à vide avec une température aussi proche que possible du zéro absolu (-273 °C).

(Des ouvriers coulent du béton sur le bâtiment tokamak. Crédit : SC)

ITER compte battre de nombreux records. La machine tokamak devrait notamment doubler la taille de la plus grande machine actuellement en opération. Des dimensions titanesques justifiées par Bernard Bigot, directeur général d’ITER Organization : “Vous ne pouvez pas espérer produire de l’énergie à partir d’un plasma d’hydrogène si vous n’avez pas une taille minimale. Vous pouvez observer le phénomène de fusion, y compris à l’échelle d’un ‘tokamak de table’, mais vous devez injecter beaucoup plus d’énergie que vous n’allez en récupérer. Ici, l’objectif est clair : récupérer au moins 10 fois plus d’énergie sous forme de chaleur que vous n’en injectez pour assurer la continuité du fonctionnement du plasma.”

(Dans un éventuel réacteur à fusion nucléaire, la chaleur du plasma serait utilisée pour générer de l'électricité. À Iter, la chaleur sera évacuée par des tours de refroidissement. Crédit : EJF Riche/ITER)

Objectif 2025 pour le premier plasma

Autour du gouffre qui abritera le tokamak, on distingue des murs épais de plusieurs mètres. Ils constitueront un “bouclier biologique” pour protéger la machine et ils seront équipés de “portes nucléaires” pesant chacune 70 tonnes. Vinci explique avoir développé des bétons ultra-denses, bien plus compacts que les matériaux utilisés pour des habitations ou les autres structures de génie civil. Dans le béton - au sol, sur les murs et les plafonds - on distingue également des constellations de "carrés". Il s'agit en fait de platines, des plaques en acier qui permettront de souder des équipements au lieu de percer le béton. Vinci révèle en avoir posé 120 000.

(Le "bioshield" du bâtiment s'étend sur plusieurs mètres d'épaisseur et sera équipé de portes nucléaires. Crédit : SC)

Avant de livrer le bâtiment en mars 2020, Vinci devra encore monter la charpente métallique. Bernard Bigot ne s’épanche guère sur les étapes intermédiaires. Le directeur général d’ITER Organization arrivé en 2015 martèle un objectif et tient à le tenir : produire le premier plasma en 2025.

(La machine rouge déplace l'une des 46 portes nucléaires fabriquées en Allemagne. Crédit : SC)

On devine chez ce normalien et physicien de formation, un caractère pédagogue, enthousiaste et, de façon plus subtile, exigeant. “C’est le maître d’œuvre suprême", nous confie une personne sur le chantier. Pour le président de Vinci Construction, sa gouvernance aurait largement contribué à remettre un projet retardé sur de bons rails. “En 2015, Bernard Bigot nous a demandé les raisons pour lesquelles le projet a eu une progression aussi faible. Notre réponse a été directe : le nombre de changements dans le design, à raison de 1,5 modification en moyenne par jour, ce qui bloquait l’avancement de la finalisation des études et donc du chantier. À ce moment Bernard Bigot décide que tout changement ayant un impact majeur sur le planning nécessitera d’être justifié devant lui”, retrace Jérôme Stubler.

(La toiture du bâtiment tokamak doit encore être posée. Crédit : SC)

La promesse (lointaine) d'une "rupture majeure" pour l'humanité

Dans un autre bâtiment, une odeur trompeuse de sciure de bois semble flotter dans l’air. Il s’agit en fait des soudures réalisées sur le cryostat par les équipes de l’entreprise allemande MAN Energy Solutions. Les étincelles et parfum de métal fondu nous ramènent à l’esprit les nombreux déboires d’EDF avec les soudures de l’EPR de Flamanville (Manche). Qu’en est-il à Cadarache ? Sur le chantier, on rechigne à comparer un projet de fusion nucléaire avec un réacteur à fission dans un contexte tendu pour la filière de l’atome. Tout de même, les difficultés de la filière EPR restent dans les esprits. “Flamanville, c’est ce qu’il ne faut pas faire”, entend-on sur le chantier.

(Derrière les échafaudages se trouve la partie inférieure du cryostat. Crédit : SC)

Avec une facture de 20 milliards d’euros, dont environ 9% apportés par la France, le projet ITER suscite des critiques chez certaines ONG écologistes. Faut-il dépenser autant d’argent pour un lent projet expérimental et qui ne produira pas d’électricité, quand bien même il assurerait une source d’énergie massive et sans émissions de carbone ? “Chacun des partenaires est convaincu que si nous réussissons, ce sera une rupture majeure dans l’histoire de l’humanité, justifie Bernard Bigot. Il est très difficile d’imaginer que seules les énergies renouvelables puissent assurer le besoin d’une population de huit milliards d’habitants. Il faut des moyens complémentaires : il y a le nucléaire de fission qui a ses atouts et ses limites, et il y a ce rêve de l’énergie de fusion qui reste à démontrer.”

Quand bien même les expériences d’ITER aboutiraient, il faudra se montrer patient avant de nous éclairer grâce à la fusion nucléaire. Bernard Bigot estime que la production nette d’énergie par fusion à ITER aura lieu en 2035. Jusqu’en 2040, les scientifiques seront invités à optimiser les paramètres des expériences et observer le fonctionnement du plasma d’hydrogène. Les industriels suivraient vers 2040 pour étudier l’optimisation d’un point de vue industriel. Il faudrait donc attendre les années 2055-2060 avant de voir une première machine tokamak couplée au réseau français. “Je vous souhaite longue vie”, plaisante le directeur général d’ITER Organization.

Pourquoi tant d’espoirs sur la fusion nucléaire ? La science derrière ITER

Les recherches sur la fusion nucléaire visent à reproduire sur Terre les réactions naturelles que nous observons dans le Soleil et au coeur des étoiles. Dès les années 1950, les scientifiques travaillent sur des machines capables de recréer ces phénomènes de façon contrôlée et les chercheurs soviétiques développent la fameuse machine “tokamak”, un acronyme russe qui signifie “chambre toroïdale avec bobines magnétiques”. Toroïdale pour la forme en doughnut de la chambre à vide, bobines magnétiques pour les aimants supraconducteurs qui servent à confiner le plasma. 

(La machine tokamak en vue découpée. Crédit : ITER Organization)

Que se passe-t-il concrètement dans une machine tokamak ? Pas besoin d’uranium dans ce type de réacteur. À la place, deux noyaux d’hydrogène sont accélérés jusqu’à atteindre une température de 150 millions de degrés, dix fois la température du coeur du Soleil, pour former un plasma d’hydrogène, le quatrième état de la matière. Dans cet état de plasma, les noyaux d’hydrogène accélérés peuvent entrer en collision pour former un seul noyau d’hélium mais plus lourd. On observe donc une différence de masse entre les deux noyaux d’hydrogène et le noyau d’hélium. Or selon la formule d’Albert Einstein, une différence de masse se traduit par une libération d’énergie. Avec une injection d’électricité de 50 MW, ITER cherchera à provoquer un dégagement de chaleur équivalent à 500 MW même si l’installation ne produira pas à proprement parler d’électricité.

Malgré ces processus connus, ITER reste un défi scientifique. “Trois conditions doivent être remplies pour obtenir la fusion au laboratoire : une température très élevée (pour provoquer des collisions fortement énergétiques), une densité de particules de plasma suffisante (pour augmenter la probabilité des collisions) et un temps de confinement suffisant (pour maintenir le plasma, qui a tendance à se dilater, dans un volume défini)”, fait remarquer ITER Organization. 

À terme, les scientifiques souhaitent atteindre le seuil de fusion auto-entretenue ou l’ignition. Un pallier à partir duquel les noyaux d’hélium créés par la fusion nucléaire permettent de continuer à chauffer le plasma sans avoir besoin de systèmes de chauffage additionnels.

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1 commentaire

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08/11/2019 - 18h02 -

Doument très intéressant. Souhaitons la réussite de ce projet scientifique et technologique majeur impliquant une coopération mondiale.Dans un tel chantier très complexe , s'étalant sur plusieurs décennies la qualité des équipes de management est capitale et le contrôle qualité doit être implacable dans tous les domaines(les problèmes de Flamenville doivent servir de leçon). Dans cette coopération internationale Il est essentiel que le politique ne vienne pas trop influencer les nominations des responsables et le choix des entreprises. Seule la compétence reconnue doit primer sinon ce sera le naufrage. On ne peut que souhaiter la réussite d'un tel chantier de coopération mondiale dont la localisation en France fut à l'époque due à notre maîtrise reconnue mondialement, (scientifique et technique ) des chantiers nucléaires.
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