Le Projet ITER Introduction Le projet international ITER (« le chemin

Le Projet ITER
1- Introduction
Le projet international ITER (« le chemin » en latin) représente une étape clé
pour la mise au point de l’exploitation d’une nouvelle source d’énergie : l’énergie
de fusion.
L’énergie de fusion est libérée par des réactions qui depuis des milliards d’années
se produisent dans le soleil et les étoiles. Dans les environnements extrêmement
chauds et denses, comme au cœur du soleil, les atomes d’hydrogène peuvent
fusionner, en libérant une énergie importante. Cette réaction de fusion se
produit dans un plasma, quatrième état de la matière avec les états solide,
liquide et gazeux. La force gravitationnelle permet au Soleil de maintenir ces
réactions de fusion en son centre à une température proche de 20 millions de
degrés.
Les scientifiques russes ont été les premiers en 1968 à produire un plasma d’une
dizaine de millions de degrés dans un réacteur de recherche appelé « tokamak ».
ITER succèdera à une longue lignée de machines ayant atteint chacune
indépendamment l’une des conditions requise pour obtenir et maintenir un
plasma : densité, température et durée de confinement.
ITER sera la première installation qui réunira toutes ces conditions. Ses
performances permettront d’obtenir suffisamment de réactions de fusion pour
produire à partir de Deutérium (D) et de Tritium (T), tous deux isotopes de
l’Hydrogène, de l’Hélium à haute température qui participera de manière
significative au chauffage du plasma.
Deutérium + Tritium --> Hélium + neutron + énergie
Le Deutérium isotope stable, est présent dans la nature et peut être obtenu par
séparation isotopique. Le Tritium est radioactif et peut être produit par
irradiation du Lithium.
En parallèle d’autres recherches seront nécessaires pour disposer de toutes les
briques du futur réacteur produisant de l’électricité notamment la mise au point
et la caractérisation de matériaux de structure, puis l’intégration de l’ensemble
des éléments dans un démonstrateur préindustriel (DEMO).
2- Un projet international
Les programmes de recherche menés ces dernières années en Europe sous l’égide
d’Euratom avec les installations JET et Tore Supra, au Japon (JT60), aux EtatsUnis (TFTR) ont permis d’envisager la construction d’une nouvelle machine
expérimentale intégrant la plupart des technologies nécessaires à l’échelle d’un
réacteur à fusion produisant de l’électricité.
D’où le projet international ITER qui rassemble aujourd’hui l’Union Européenne (+
la Suisse à travers Euratom), la Fédération de Russie, le Japon, les Etats-Unis, la
Chine, la République de Corée et l’Inde.
Le projet ITER est structuré selon 3 niveaux :
-
L’organisation internationale ITER, qui fait l’objet d’un traité international
(similaire à ce qui existe déjà pour les grands organismes internationaux
comme le CERN), est le maitre d’ouvrage et exploitant nucléaire. Elle a la
responsabilité de la construction, de l’exploitation et de la cessation
définitive d’exploitation de la machine. Elle est implantée sur le site de
Cadarache.
Un Directeur Général (Bernard BIGOT, ex-Administrateur Général du
-
CEA succèdera début 2015 à Osamu MOTOJIMA) rend compte à un
Conseil ITER constitué de représentants des partenaires du Projet.
Une agence « domestique » au niveau de chaque partenaire. Pour l’Union
Européenne cette agence est implantée à Barcelone. Chaque agence
« domestique » a en charge la construction de sa part de composants et sa
-
mise à disposition auprès de l’organisation internationale ITER
Une organisation en France, pays d’accueil sur son site de Cadarache pour
assurer les missions suivantes
. Une mission étatique au niveau gouvernemental : coordination et
suivi des actions de tous les acteurs, représentation de la France au sein
des instances internationales, animation des discussions internes au
gouvernement pour préparer les discussions internationales
. Mise en œuvre des engagements pris en tant que pays d’accueil.
L’Agence ITER France a été créée au sein du CEA pour assurer cette
mission
. Une mission scientifique, consistant à mettre en place un
programme national d’enseignement, de formation et de recherche en
fusion magnétique
. Une mission industrielle pour faire bénéficier le tissu industriel
national de l’activité de construction et des innovations technologiques
résultant du Projet.
3- Financement du Projet ITER
Le cout du projet a été initialement évalué à 9,9 milliard d’euros (base 2000
Hors Taxes)
-
4570 millions pour la construction financés à 50% par la Communauté
Européenne (38% via le budget Euratom, 12% directement par la France,
qui prendra également en charge directement les coûts d’aménagement du
-
site hors clôture)
4800 millions pour l’exploitation financée à 34% par la Communauté
Européenne, dont 10% par la France
-
530 millions pour le démantèlement
L’aménagement du site, viabilisation et infrastructures a été évalué à 155 M€
Au total, la contribution française à la construction s’élevait à 735M€,
assurée par les différentes collectivités territoriales à hauteur de 467 M€,
le reste étant assuré par l’Etat.
La contribution française à l’exploitation serait de 480 M€ en 20 ans.
Une partie du financement sera assuré par les « contributions en nature »
des partenaires : chacun fournira, selon une répartition négociée, une part
des équipements nécessaires à la construction de la machine. L’organisation
internationale, Maitre d’ouvrage, assure la cohérence de l’ensemble et
coordonne les interfaces.
Des réévaluations récentes font considérablement augmenter le coût de la
construction qui passerait à 12,8 milliards d’€ (base 2008). Le coût de
l’exploitation passerait à 5,3 milliards d’€, celui d’aménagement du site à
300M€.
La justification suivante est donnée par ITER-France :
« L’augmentation de la part européenne qui passe de 2.7 (estimation réalisée en euros
2000) à 6.6 milliards d'euros a des origines multiples :
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Augmentation du prix des matières premières (facteur 2 à 3 pour l'acier, etc.) entre
2001 et 2010 ;
Augmentation générale des coûts de construction de bâtiments : le coût de
construction de bâtiments similaires sur d'autres projets a presque doublé ces
dernières années ;
Le coût était basé sur des estimations datant de 2001, pour une machine dite
"générique" qu'il a fallu adapter au site de Cadarache ;
Le "retour d'expérience" des machines de fusion en opération dans le monde entre
2001 et 2010 a été intégré dans ITER, générant des améliorations qui n'avaient pu être
anticipés il y a dix ans.
Augmentation du volume et de la surface des bâtiments ;
Revue globale détaillée du projet en 2008 qui a conduit à inclure de nouveaux
éléments dans la conception ;
Ajouts de pièces de rechange etc.
La contribution directe de la France à la construction d'ITER s'établit à 1,1 milliard
d'euros, conditions économiques 2008, parmi lesquels 467 M€ seront assurés par les
huit collectivités territoriales de la région Provence-Alpes-Côte-D'azur et le reste par
l'État »
Les détracteurs du Projet ITER tirent argument de cette augmentation
pour demander l’abandon du Projet dont ils mettent en doute par ailleurs
l’intérêt. Les partenaires sont engagés sur le financement jusqu’en 2017.
Certains craignent qu’au-delà de cette échéance des partenaires (EtatsUnis ?) se retirent du projet, dont le poids reposerait alors encore plus
sur la Communauté Européenne
Les retombées économiques pour la région PACA sont multiples et
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prennent des formes diverses (plus de 600 millions d'euros à fin 2010) :
marchés directs d'ITER Organization par le biais d'appels d'offres
internationaux et marchés de l'agence domestique européenne, Fusion for
Energy, par le biais d'appels d'offres européens, auxquels les entreprises
locales peuvent accéder,
marchés passés par les partenaires et fournisseurs nationaux, européens
et des autres pays membres d'ITER, nécessitant une sous-traitance
auprès d'entreprises locales, par exemple pour les travaux d'installation,
les essais et les mises en service pour des équipements fournis en nature,
effets induits sur l'économie locale liés à la dépense des salaires des
personnels affectés au site (personnels relevant directement d'ITER, et
ceux des fournisseurs et sous-traitants.
4-Les objectifs du Projet ITER
Le Projet ITER devra faire la démonstration technique et scientifique qu’il est
possible de générer une puissance de fusion de l’ordre de 500MW à partir d’une
puissance de 50MW, soit une puissance 10 fois supérieure à celle qui aura été
injectée.
Il comporte 2 phases essentielles :
-
Environ 12 ans pour la construction de la machine et des infrastructures
associées
-
Environ 20 ans d’exploitation scientifique, de recherches, de
développements technologiques et de validations expérimentales
. test de fonctionnement pendant environ 3 ans : mise au point de
l’installation
. mise au point des paramètres de fonctionnement (environ 1 an) y compris
l’utilisation de la robotique
. phase de montée progressive des performances technologiques (environ 6
ans) avec Deutérium et Tritium afin de générer une puissance de 500MW
pendant plus de 6 minutes et de commencer à tester matériaux et
composants
. les 10 années suivantes consacrées à des test d’endurance sous flux
neutronique élevé
Le démantèlement durera ensuite de 10 à 15 ans.
Il poursuit plusieurs objectifs fondamentaux :
4-1 Un objectif scientifique : étudier la physique des plasmas.
Après quelques années consacrées à l’établissement des principaux paramètres
physiques de fonctionnement avec un plasma d’hydrogène et de Deutérium,
l’étude d’un plasma de Deutérium et Tritium permettra :
-
La démonstration scientifique et technique de la faisabilité d’un
coefficient d’amplification de 10 (production d’une énergie de 500MW à
partir d’une injection de 50MW)
-
L’acquisition des données nécessaires à l’élaboration d’un simulateur
permettant d’interpréter les expériences, de les préparer et de
d’effectuer le dimensionnement physique des futures installations. A
noter que compte tenu du nombre et de la complexité des phénomènes à
modéliser simultanément ce développement doit être supporté par la
création d’outils de calculs informatiques d’une puissance fortement
augmentée par rapport à celle des supercalculateurs actuellement
disponibles
4-2 Des objectifs technologiques
a- Les composants qui forment la surface interne de l’installation sont
soumis à des contraintes thermiques, mécaniques et neutroniques très
sévères. Le développement de ces composants constitue un des défis
majeurs sur la voie du développement de réacteurs de fusion
industriels. Ceux qui équiperont la première paroi d’ITER ont été
testés avec succès dans Tore Supra.
Le développement d’outils d’acquisition de données est indispensable
aux recherches, puis à la conduite sure d’une installation industrielle.
b- Le système de confinement magnétique du plasma : la réalisation et la
vérification du comportement des bobines supraconductrices
constituent un objectif majeur du projet.
c- Le comportement des matériaux de structure : ce programme
comprend la vérification de la possibilité de générer in situ le Tritium
nécessaire à l’alimentation de la réaction de fusion à partir de Lithium.
Deux options technologiques seront testées : Lithium-Plomb liquide
refroidi à l’Hélium et lit de billes contenant du Lithium, également
refroidi à l’Hélium.
Il s’agit, là aussi d’un défi majeur du Projet qui implique des outils de
simulation, un équipement de recherche additionnel pour étudier le
comportement de matériaux sous l’effet de hauts flux de neutrons, des
développements technologiques concernant la mise en œuvre des
matériaux retenus.
d- Développement de la robotique nécessaire à l’exploitation et la
maintenance de la machine compte tenu des exigences en matière de
sureté (maintien du confinement) et des caractéristiques (masse,
volume) des composants à manipuler et à mettre en place, le plus
souvent avec une grande précision et sans rupture de confinement.
5- Avancement du chantier
C'est l'un des plus gros chantiers en France actuellement.
Le Complexe tokamak, un édifice de 400 000 tonnes forme le cœur de
l'installation scientifique ITER, long de 120 mètres, large de 80 et culminant à
une hauteur de 80 mètres.
Ses sept niveaux abriteront non seulement le tokamak ITER, mais également une
trentaine de « systèmes industriels » au nombre desquels les circuits de
refroidissement, des systèmes de chauffage et de diagnostic, et l'alimentation
électrique.
Au moins quatre ans, 16 000 tonnes de ferraillage, 150 000 m3 de béton et
7500 tonnes d'acier seront nécessaires pour finaliser la construction de
l'édifice.
Une étape très importante a été franchie en Août 2014 avec la réalisation de la
dalle antisismique d'une épaisseur d'1,5m.
Parallèlement, un énorme travail de terrassement a été réalisé pour aménager le
site et les voies qui y donnent accès : des routes et des ronds-points ont été
créés ou modifiés pour permettre l’acheminement des composants dont certains
exceptionnels par leur taille et leur masse devront être transportés depuis le
port de Fos-sur-Mer jusqu’à Cadarache par la route. La masse et les dimensions
des plus gros convois qui emprunteront l'itinéraire ITER sont impressionnantes :
près de 800 tonnes (véhicule compris) pour le plus lourd d'entre eux, 10,4
mètres de hauteur pour le plus haut, 33 mètres pour le plus long et 9 mètres
pour le plus large (mais aucun des convois ne cumulera ces dimensions maximales).
Des transports test ont été réalisés pour vérifier le bon dimensionnement des
ouvrages.
Aujourd'hui environ 500 personnes travaillent sur le site. Leur nombre passera à
2.500 au plus fort du chantier théoriquement à partir de 2015. Sans compter les
emplois indirects.
80% des appels d'offres européens ont été remportés par des entreprises
françaises.
En décembre 2012 l'Agence domestique européenne a attribué le contrat de
construction au consortium franco-espagnol VFR (Vinci Construction Grands
Projets, Razel-Bec, Dodin Campenon Bernard sud-est, GTM Sud et Chantiers
modernes Sud pour la partie française ; Ferrovial Agroman pour la partie
espagnole).
D'autres bâtiments annexes sont en construction ou déjà construits, comme
celui où seront assemblés les éléments du vaste cryostat, un dispositif destiné à
refroidir près du zéro absolu les électro-aimants supraconducteurs du réacteur.
Si le génie civil avance de manière correcte, il n'en n'est pas de même pour les
composants du futur réacteur, chaque pays apportant sa quote-part en nature et
non en cash. Parmi eux, la contribution japonaise est affectée par les dégâts du
séisme de mars 2011 sur les bâtiments où devaient être construits et testés des
composants importants d'ITER.
La phase de construction pourrait ainsi être prolongée de 2 ans.
6- Conduite du programme expérimental et consommations
ITER ne fonctionnera pas en permanence mais selon des campagnes de 2
semaines (une quinzaine par an en moyenne). Chaque campagne sera constituée
d’une succession d’expériences et de périodes de veille : environ 2500
expériences par an en tablant sur 200 jours de fonctionnement (ce qui
représenterait au total 2500 heures de production en 10 ans)
La puissance électrique nécessaire aux différentes situations variera de
quelques MW (systèmes informatiques, éclairage, ventilation, contrôle de
radioprotection…) à 620MW au pic de consommation pendant la trentaine de
secondes de montée en température du plasma, la puissance nécessaire à la
phase principale de l’expérience, durant 370 secondes, étant de 450MW.
Des systèmes de compensation sont prévus pour limiter l’impact sur le réseau
(baisse de tension). L’installation sera mise en veille lors des pics de
consommation sur le réseau.
Des diesels de secours assureront la permanence de la fourniture électrique
pour les fonctions de sureté en cas de panne du réseau EDF.
La consommation annuelle est évaluée à 600GWh.
Une autre ressource importante est nécessaire au fonctionnement d’ITER : l’eau
qui va assurer l’évacuation de l’énergie consommée et produite. Il n’y a en effet
pas de récupération de cette énergie qui sera dissipée dans l’atmosphère à
travers des tours à tirage forcé : 1 million de m3 d’eau seront ainsi évaporés
chaque année. Le prélèvement total sera de 1,5 million de m3 par an dans le canal
de Provence.
7- Quelques considérations sur les risques de l’installation ITER
ITER sera une Installation Nucléaire de Base (INB) et donc soumise aux mêmes
procédures d’autorisations de création et de mise en fonctionnement qu’une
centrale nucléaire ou un atelier de La Hague.
La sureté est classiquement fondée sur le principe de défense en profondeur.
7-1 Les risques nucléaires
Les risques nucléaires sont liés à la présence de Tritium et aux produits
d’activation résultant de l’interaction des neutrons très énergétiques avec les
matériaux de structure.
Le confinement est assuré par la mise en dépression permanente de la cavité
interne de la machine, qui est en outre soumise à un vide très poussé lors des
campagnes expérimentales. Le bâtiment est soumis à un zonage classique
assurant plusieurs barrières de confinement. Les gaz extraits de la chambre
d’expérience sont traités (dé-tritiation) et filtrés.
Les travaux de maintenance à l’intérieur de la chambre se font sans rupture du
confinement : télé-opération et évacuation sous enceinte étanche.
La protection contre l’irradiation des produits d’activation est obtenue par des
écrans de protection et l’utilisation de robots pour l’intervention.
Des campagnes de nettoyage sont régulièrement effectuées pour limiter
l’accumulation de poussières chargées en Tritium ou en produits d’activation.
7-2 Les risques non nucléaires
Il s’agit des risques habituels d’incendie, de chutes de charge et de risques
chimiques.
L’hydrogène et ses isotopes Tritium et Deutérium présentent un risque
d’explosion au-delà d’un certain seuil de concentration dans l’air. Des dispositions
sont donc prises pour prévenir toute accumulation de ces gaz dans les enceintes
ou réservoirs de l’installation.
Le Béryllium utilisé comme matériau de première paroi pour les composants
internes de la chambre à vide, est un toxique chimique qui doit être confiné. Il
bénéficie des mêmes dispositifs que ceux mis en place pour confiner les produits
radioactifs.
7-3 Rejets de l’installation ITER
-
L’air issu des différents systèmes de ventilation sera rejeté après
traitement et filtration. Les rejets annuels dans l’environnement en phase
d’essais Deutérium-Tritium sont estimés à 0,25g de Tritium (90 TBq) et
0,25g de poussières activées (0,5 TBq)
-
Les rejets liquides pourront contenir du Tritium ayant diffusé vers les
circuits de refroidissement et des produits de corrosion activés. Ils
transiteront par la station de traitement des effluents du centre après
dé-tritiation, filtration et mesures. Sur la base du retour d’expérience
d’installations similaires du point de vue des procédés mis en œuvre les
rejets seront de l’ordre du mg pour le Tritium, du gramme pour les
-
produits de corrosion activés.
La production annuelle de déchets solides est estimée à 100 m3 dont 20%
de TFA, 75% de FA/MA et 5% de MAVL.
A cette quantité il faut ajouter pour l’ensemble de la période
d’exploitation environ 750 tonnes de déchets technologiques issus de
l’intérieur de la chambre à vide et qui sont donc considérés dans la
catégorie MAVL.
Le démantèlement génèrera environ 30 000 tonnes de déchets radioactifs
dont 60% de TFA, 30% de FA/MA et 10% de MAVL.
Les déchets seront entreposés (certains pour décroissance des produits
d’activation) et traités dans les installations d’ITER avant expédition vers
les centres de stockage.