ITER, un démonstrateur pour le 22ème siècle, au mieux

"A huge global increase in energy use is inevitable"

(un énorme accroissement des besoins mondiaux en énergie est inéluctable) annonce ITER comme une vérité définitive et LA raison de persévérer dans cette aventure démarrée il y a plus de 50 ans, la domestication de la fusion.

Si cette affirmation péremptoire était encore valable, il ne faudra pas compter sur la fusion nucléaire avant un siècle ou deux si jamais elle débouche sur un bilan énergétique positif. Donc bien trop tard pour pallier la décroissance des ressources en pétrole voire même en charbon.

Les délais se comptent en dizaines d'années

Les bâtiments devaient être terminés en 2017 - crédible, nous sommes dans une technique maîtrisée quoique l'EPR rencontre bien des soucis au niveau du béton. Et finalement, non. Il faudra attendre 2025 pour démarrer les essais préliminaires. Pour les tests de fusion Deutérium-Tritium (potentiellement producteur d'énergie) il faudra attendre au moins jusqu'en 2035.
Il faut bien comprendre qu'ITER n'est pas prévu pour produire de l'électricité et, d'ailleurs, sa durée de vie prévisionnelle n'est que de 300 heures de fonctionnement. Ce faible objectif tient notamment aux craintes sur la résistance des matériaux et particulièrement des supraconducteurs, aux neutrons de haute énergie (14 MeV) produits par la réaction de fusion, cent fois plus puissants que ceux des centrales nucléaires actuelles.

Seule l'étape suivante, aujourd'hui appelée DEMO, se posera le problème d'extraire de l'énergie de la réaction de fusion et pourrait jeter les bases d'une exploitation commerciale actuellement projetée pour la fin du 21ème siècle.

Le vrai point dur est sous-financé: inventer les matériaux résistant aux neutrons de fusion

Étonnamment, une expérimentation essentielle, l'IFMIF (International Fusion Materials Irradiation Facility - Installation internationale d'irradiation des matériaux pour la fusion), est en attente de financement depuis plusieurs années bien que largement moins onéreuse (estimée au milliard d'Euro). Il est vrai qu'elle se concentre sur le point le plus délicat de domestication de la fusion, à savoir les matériaux capables de transformer le flux de neutrons en chaleur puis en électricité et offrant une durée de vie de plusieurs années. A défaut de régler ce problème, ITER restera le prototype de radiateur électrique le plus complexe du monde.

Ce projet, supporté par l'Europe (Allemagne, Belgique, Espagne, France, Italie, Suisse) et le Japon, continue cahin-cahan son chemin ; le consortium s'est accordé sur la conception de l'installation de test en décembre 2013 et avance sur la seconde phase (EVEDA) qui vise à valider, via des prototypes à l'échelle 1/3, les composants du futur IFMIF. Prochaine étape annoncée fin 2019 avec l'atteinte des performances attendues par l'accélérateur (9 MeV continus). Restera à mettre en chantier la vraie installation qui devra atteindre 2*40 MeV pour générer un flux de neutrons réaliste (14 MeV)....

Le site du projet IFMF (en) et quelques pages en français (rédigées par CEA/IRFU) décrivant la phase EVEDA.

Le budget double avant même le début des travaux, triple puis quadruple

Le budget de construction, exploitation et démantèlement d'ITER était évalué à 10 milliards d'Euro sur 45 ans révisé entre-temps à 12,223 milliards d'Euro répartis en:

• Phase de construction: 5,366 dont Capital direct: 4,530; Administration: 0,715; R et D: 0,120
• Phase d'exploitation: 6,856 dont Opération sur 20 ans: 5,640; Arrêt 0,420; Déconstruction: 0,795.

Il vient d'être ré-estimé au double (20 milliards d'Euro dont 7,2 pour la construction) lors du conseil ITER du 17 juin 2009 ce qui pose un problème à EURATOM qui ne reçoit que 350 millions d'Euro par an pour la fusion dont moins de 200 affectés à ITER. Cétait pour rire ! Le coût de construction passe à 14 milliards en 2012, réévalué à 18 milliards en 2016. Passé sous silence, le coût total devrait donc atteindre les 35 milliards. Nous devrions le savoir en juin 2016 si le conseil ITER rend public ses conclusions.

La Communauté européennne tousse, la France n'en parle pas.

La Communauté européenne rechigne à porter son financement (via Euratom) à 7,2 Md€ au lieu des 2,7 Md€ prévus initialement et peine à trouver 1,4 Md€ pour la période 2012-2013. La France n'a, pour l'instant, pas élévé la voix quant aux 1,1 Md€ supplémentaires qui lui incombent. C'est le prix à payer (20% du budget de construction) pour qu'ITER soit installé à Cadarache. Pas encore de réaction des partenaires quant au financement du trou béant qui se creuse depuis 2014....

Si jamais elle débouche, la fusion arrivera trop tard pour prendre le relai du pétrole

Au vu des délais, certainement optimistes, un trou de 50 à 100 ans se dessine entre la fin du pétrole et les premiers MWh issus de réacteurs à fusion. Entre les deux, il aura bien fallu que l'humanité s'adapte, du moins peut-on l'espérer.

Des scientifiques annoncent un gâchis d'argent public

Un trop grand saut dans l'inconnu

La probabilité de jamais mettre au point un dispositif aussi complexe est jugée forte par de nombreux physiciens qui dénonce le trop grand saut en dimension entre les tokamaks précédents et ITER -ce qu'avait notamment stigmatisé Gilles de Gennes dans Les Échos en 2006.

Trop tard

Il faut se rappeler qu'entre la première pile atomique construite par Fermi en 1942 (0,5 W) et le premier réacteur électronucléaire (Obnsinsk, 1954, 5 MW) il ne s'est écoulé que 12 ans. Le premier tokamak date, lui, des années 1950 et il faudra attendre au mieux 2035 soit 85 ans pour allumer ITER qui ne produira pas le moindre kW.

Restera ensuite à régler le problème de la récupération de chaleur et de la durée de vie de l'enceinte sous le flux de neutrons; encore 25 ans. On pourra alors s'attaquer aux problèmes de sécurité, d'exploitation (dont l'approvisionnement en tritium), de maintenance, de recyclage; encore 25 ans. Ne restera plus qu'à pouvoir les fabriquer en série en espérant que les matériaux nécessaires (enceinte, supraconducteurs) seront encore disponibles à des prix abordables... Bref au rythme actuel de financement, qui semble le maximum supportable par la communauté internationale, les MW arriveront quelque part au 22ème siècle.

Lire l'appel "arrêtons ITER" de G.Charpak, J.Treiner et S.Balibar dans Libération et le Cri d'alarme de Giles de Gennes dans Les Echos.

Le site de l'organisation Stop ITER.
Visitez le futur tokamak sur le site Web d'ITER (anglais) et mesurez l'embarras de la Commission (pdf)

Mise à jour : février 2018

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La physique des particules, un plaisir solitaire à 9 milliards d'Euro

Ce gigantesque ouvrage réutilise le tunnel de 26,7 km de son prédécesseur; le LEP à la frontière franco-suisse. Il succède ainsi au PS (1960), SPS (1971) et LEP (1989) sur ce site. Mais signe de son gigantisme et de son caractère d'objet unique, il est tombé en panne avant même d'avoir pu servir.

Aux dernières nouvelles (fin 2011), toujours pas de Higgs au tableau de chasse mais par contre les 390 GWh annuels (soit l'équivalent de la consommation des 200.000 ménages du canton de Genève) seront dépassés grâce aux températures clémentes.

La chasse au Higgs beaucoup plus onéreuse que la quête du Graal

Comme le Graal au Moyen Age, le boson de Higgs est une construction intellectuelle dont la quête est déclarée essentielle sans qu'aucune utilité ne soit liée à sa découverte. Au moins les chevaliers de la Table Ronde espéraient-ils pouvoir le tenir un jour dans leurs mains. Le Higgs, même mis en évidence, restera à tout jamais impalpable.

Les physiciens du CERN espère que le LHC communiquera aux protons une vitesse suffisante (0,999999991 c, soit tout près de la vitesse de la lumière) pour générer des collisions dégageant une énergie de 14 TeV (14 000 milliards d'électron-volt) et vérifier l'existence de l'hypothétique boson de Higgs qui agite le petit monde de la physique.

Pour saisir le gigantisme de cette installation, plus que cette photo- représentant l'assemblage de l'un des détecteurs, le CMS (Compact Muon Solenoïd)- il faut savoir que les deux tubes constituant le LHC (dans lesquels deux flots de protons vont tourner en sens inverse) doivent garantir un vide ultra poussé tout au long des 26,7 km, que près de 1600 aimants supraconducteurs doivent produire d'énormes champs magnétiques pour courber la trajectoire des particules et maintenir leur focalisation. Ces aimants sont refroidis à 1,9°K ce qui, vu leur dimension, demande six semaines et l'utilisation d'une centaine de tonnes d'hélium liquide. Plus de détails? Consultez les plans du LHC et de ses détecteurs.

La construction de l'ensemble du dispositif LHC (accélérateur, détecteurs CMS, LHCb, Alice et Atlas) a couté plus de 9 Md€. La facture de la première panne est d'environ 15 millions d'Euro en plus d'une année d'immobilisation pour ses 2500 employés. La facture annuelle pour le CERN est supérieure à 300 MChF plus 22 MChF d'électricité (environ 270 M€ au total).

Pour exploiter les pétaoctets de données, des dizaines de milliers d'ordinateurs

Les expériences du LHC produisent des millions de mégaoctets (pétaoctets) de données qui doivent être explorées en tous sens pour reconstituer le déroulement des dites expériences et, espèrent les physiciens, y identifier leur Graal, le boson de Higgs. Outre des connexions à très haut débit, une capacité de stockage de plusieurs dizaines de pétaoctets, la WLCG (Worldwide LHC Computing Grid - Grille de calcul mondiale du LHC) impliquera plusieurs dizaines de milliers d'ordinateurs. D'après cette estimation du CERN (3 MW pour une puissance de calcul de 40 MSI2000 incluant calculateurs, réseau, stockage, les annexes dont refroidissement et alimentation secourue), ce seront 30 MW de consommés par les 80 MSI2000 des tier-0, -1 et -2 pendant les journées de calcul nécessaires à exploiter chaque expérience.

Les produits des prédécesseurs du LHC: des petits cyclotrons et moyens synchrotrons

Des dizaines d'accélérateurs européens et nationaux de plusieurs générations, cyclotrons, synchrotrons, linéaires, ont exploré et explorent encore les mystères intimes de la matière et tente de remonter vers le Big Bang. Sans enfanter d'exploitation concrète sinon le rayonnement qu'ils produisent, exploité à différentes fins: médicale (notamment protons), analyse (toute la gamme de particules et de rayonnement), production d'isotopes radioactifs.

Cette exploitation est soit le fait de petits cyclotrons soit de synchrotrons spécialisés de taille moyenne et de coût mesuré comme SOLEIL (350m de diamètre, 300 M€) et l'ESRF (800m de diamètre, 400 millions d'Euro plus 80 M€ par an).

La principale contribution concrète du CERN n'a rien à voir avec les particules.

Afin d'employer leur temps libre, deux chercheurs du CERN, Tim Berners-Lee et Robert Cailliau, ont mis au point en 1990 la première version du Web: son protocole, HTTP, son adressage, l'URL, et son langage, HTML, qui vous permettent d'accéder à ce site comme à la plupart de ceux de l'Internet.

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Les voyages interstellaires habités, facteur 100 000 à gagner

Quel budget pour l'Europe? Le financement transitant par l'ESA se monte à 3,6 Md€, répartis comme indiqué sur le "camembert" ci-contre avec notamment les parts "Human spaceflight", "Exploration", "Microgravity" et une partie des "Launchers".

A ce budget commun européen s'ajoutent une part des budgets de chaque pays; pour la France, un peu plus d'un milliard d'Euro en sus de la quote-part de 685 M€ au budget de l'ESA.

ISS: budget fleuve, expériences sans intérêt, pour un avant-goût du voyage sur Mars

L'un des projets phare de l'ESA est "Life in Space" dont l'objectif actuel est une mission habitée vers Mars, justifie à lui seul la participation fort onéreuse de l'Europe à l'ISS estimée par l'ESA à 500 M€ par an. Au-delà des expériences hétéroclites qui, sans exception, peuvent être menées sur Terre ou par des moyens automatiques, l'unique utilité réelle de l'ISS est de défricher les conditions à réunir pour des missions habitées vers Mars (aucune autre des planètes du Système solaire n'est accessible aux humains: trop chaude, gravité trop élevée, radiations). Ceci pour une dépense globale estimée à 100 Md€, hors vols des navettes spatiales américaines (estimés à 30 Md€).

Dans un rapport pour le Corps des Mines, Dominique Mailhot et Christian Michel ont analysé en 2004 l'intérêt de consacrer d'énormes dépenses publiques à subventionner l'industrie spatiale (lanceurs, satellites, bases de lancement notamment) structurellement déficitaire.

L'homme dans l'espace, un gaspillage d'intelligence et de moyens quand notre planète est en danger

Robert L. Park, un physicien de l'Université du Maryland a présenté en 2003 un rapport au Sénat américain exprimant en quoi les tentatives d'organiser des missions habitées sont des obstacles à une exploration efficace de l'Espace. Il y explique que des robots sont beaucoup plus performants dans tous les domaines que des hommes engoncés dans leur scaphandre. "Bob" Park édite une lettre hebdomadaire "What's New".

Consulter le rapport "De l'utilité de l'effort spatial" (pdf). Consulter le témoignage de Robert L.Park (anglais).

En ce temps de célébration des missions Appolo, il se trouve des chantres technologiques pour trompeter comme résultats de ce gigantesque projet (budget évalué à l'équivalent d'aujourd'hui 100 Md€ avec l'implication de 400 000 personnes) les poêles au Téflon® et les couvertures de survie. Point à la ligne. Il est probable que ces poêles et couvertures auraient pu être mises au point avec un peu moins de personnel, plus vite et pour moins cher. Et que les échantillons de la surface lunaire auraient pu être prélevés par un robot.

Facteur 100 000, c'est à dire?

Notre technologie de propulsion spatiale n'a guère évoluée depuis les missions Appolo. Rappelons les données de l'époque: une fusée Saturn V de 3080 tonnes pour poser sur la Lune un LEM de 15 tonnes qui permet à 2 astronautes de réintégrer le module de commande en orbite grâce à l'étage de remontée de 4,5 tonnes. Il ne s'agit pourtant que d'un voyage de 380 000 km (une grosse seconde-lumière), à la vitesse d'environ 10 km/s alors que le moindre voyage interstellaire se mesure en années-lumière et que la vitesse doit, de ce fait, approcher celle de la lumière (si l'on veut que les astronautes reviennent avant leur mort naturelle).

L' étoile la plus proche à laquelle on attribue une forte probabilité d'avoir une planète explorable (à défaut d'être habitable) est Tau Ceti, située à 12 années-lumières. Ce n'est encore que pure spéculation, car aucune planète n'y a été détectée pas plus qu'autour de l'étoile la plus proche, Alpha Centauri, qui n'est qu'à 4,4 années-lumières...

Restons sur cette dernière vers laquelle un voyage aller-retour à une vitesse maximale de 0,94c nécessite 9 ans pour l'équipage (13 ans vue de la Terre). A cet effet, les moteurs doivent fonctionner pendant pendant 7 ans contre 17 minutes pour la série de propulseurs des Saturn V-Appolo soit 200 000 fois plus longtemps. Bien entendu, pour que les voyageurs aient un espoir de retour, ce n'est pas un LEM qu'il faut expédier aussi loin mais un vaisseau capable d'accélérer à la même vitesse au retour qui devrait donc peser le tiers de l'engin lancé depuis la Terre. Il est à noter que la vitesse de libération de 10 km/s étant une peccadille par rapport à la vitesse de la lumière (c=300 000 km/s), le fait que l'engin parte de la Terre, d'une l'orbite terrestre, de la Lune ou de Mars ne change pas significativement le problème de la masse du propulseur..

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Millions et milliards

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