ITER ORGANIZATION L’ANNÉE 2020 EN IMAGES







Uneétoile va naître, conçue et créée par l’intelligence, la technologie et la persévérance des hommes.
Quand ITER – le mot latin pour « le chemin » – commencera à briller au milieu de la décennie, l’humanité entrera dans une ère nouvelle. Un premier pas, décisif et indispensable, aura été accompli vers la maîtrise d’une source d’énergie virtuellement inépuisable, sûre et respectueuse de l’environnement.
Pour créer cette étoile artificielle et en exploiter l’énergie, la Chine, l’Union européenne (avec la Suisse et le Royaume-Uni), l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis ont mis en commun leurs ressources humaines, financières et industrielles. Ensemble, les membres d’ITER représentent plus de la moitié de la population mondiale et 85% du potentiel industriel de la planète.
À l’heure où se déploie la phase d’assemblage de la machine, ce petit livret vous invite à découvrir, en images, l’état d’avancement du chantier de construction, à Saint-Paul-lez-Durance (Bouchesdu-Rhône), ainsi que les progrès des fabrications dans les usines et les laboratoires où, sur trois continents, les hommes et les femmes de 35 nations œuvrent à s’approprier le feu des étoiles.
ITER est un tokamak, un acronyme russe qui signifie chambre toroïdale, bobines magnétiques. Développés au cours des années 1950- 1960 en Union soviétique, les tokamaks sont aujourd’hui les machines de fusion les plus abouties et les plus performantes.
Un tokamak est conçu pour fusionner les noyaux légers (hydrogène) en noyaux plus lourds (hélium).Conformément à l’équation E=mc2, l’infime perte de masse qui résulte de ce processus génère une formidable quantité d’énergie – un gramme d’hydrogène, ou de ses isotopes deutérium et tritium, libère autant d’énergie que 8 tonnes de pétrole.
ITER sera, de loin, le tokamak le plus grand et le plus puissant jamais construit. Fruit de l’expérience accumulée par des centaines de machines au cours des sept décennies écoulées, ITER doit démontrer la faisabilité scientifique, technologique et industrielle de l’énergie de fusion.
Masse du tokamak
23 000 tonnes
Hauteur ~ 30 mètres
Diamètre ~ 30 mètres
Volume de plasma
Température au cœur du plasma
Puissance générée
En 2020, ITER a adapté son organisation aux contraintes imposées par la pandémie de Covid-19 : maintien des activités critiques du chantier, comme ici l’assemblage de la machine, et recours au télétravail de manière à protéger les salariés et sous-traitants. Mai 2020
En début d’année, l’Agence domestique européenne achève l’installation de la charpente métallique du hall de levage du Bâtiment tokamak. L’assemblage de la machine va pouvoir commencer. Février 2020
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Dix ans après le lancement des travaux au mois d’août 2010, 78% des bâtiments et de l’infrastructure indispensables à la production d’un premier plasma sont réalisés. Novembre 2020
Dans le Hall d’assemblage, la place est comptée. Au fil de leur arrivée, les pièces sont transférées vers des zones d’entreposage temporaire ou de pré-assemblage. Dans l’ordre déterminé par la séquence d’assemblage, elles sont prises en charge par le pont roulant qui les dépose dans la fosse d’assemblage. Novembre 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 7
Sur la plateforme, deux bâtiments sont dédiés à la conversion du courant alternatif en courant continu. Cette installation complexe abrite un système d’inductances qui permet de lisser le courant continu destiné aux aimants supraconducteurs.
Janvier 2020
Le site de 180 hectares sur lequel l’installation ITER est édifiée répond aux exigences géologiques, hydrologiques et sismiques qui lui permettent d’accueillir le plus grand tokamak du monde. Adossé au centre CEA de Cadarache, il bénéficie d’un environnement scientifique et industriel d’une exceptionnelle qualité. Février 2020
Sur la « couronne » de béton, au fond du puits d’assemblage, la quasi totalité des éléments de support du cryostat est désormais en place. L’installation des premières pièces de la machine les dérobera bientôt à la vue. Février 2020
Comme des danseurs sur une scène verticale, deux spécialistes des travaux en hauteur démontent la cloison temporaire qui sépare le Hall d’assemblage du Bâtiment tokamak. Février 2020
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Il arrive qu’un boulon ne soit pas seulement… un boulon. Sans Titre, œuvre de l’artiste américaine Christine Corday, pourrait passer pour un boulon ordinaire si le mot « ART » n’était inscrit sur sa tête. En témoignage de son soutien, Corday a fait don de cette œuvre à ITER. Janvier 2020
Sur trois niveaux, toutes les galeries qui entourent le tokamak disposent de « portes nucléaires » aussi épaisses qu’un mur de pierre et aussi lourdes (60 tonnes) qu’une motrice de TGV. Leur cadre en acier est rempli d’un béton de formulation spéciale qui bloque le passage des neutrons générés par la réaction de fusion. Juin 2020
Responsable de la construction des bâtiments de l’installation ITER, l’Agence domestique européenne Fusion for Energy a mis en place la structure du hall de levage, démonté la cloison temporaire séparant le Hall d’assemblage du Bâtiment tokamak et testé le parcours des ponts roulants (Ici, un test avec une charge factice de plus de 1 000 tonnes). Mars 2020
Regroupés au sein du ITER Scientist Fellow Network, les spécialistes mondiaux de l’énergie de fusion apportent une contribution précieuse au programme de recherche. Tout en demeurant employés par leur institution, ils consacrent une large part de leurs recherches aux problématiques propres à ITER. Dans le contexte de la pandémie de Covid-19, ces échanges se sont poursuivis par vidéoconférence. Février 2020
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Fournie par l’Europe, la première bobine de champ toroïdal (TF9) a été livrée le 17 avril. Dix-huit autres sont attendues (dont une rechange), en provenance d’Europe et du Japon. Avril 2020
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Le « couvercle » qui protégeait le puits d’assemblage depuis deux ans a été retiré de manière à permettre l’installation des éléments de la machine. Avril 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 17
À la base du puits d’assemblage, tous les systèmes de support et d’ancrage sont en place pour accueillir les premiers éléments de la machine. Mai 2020
La lourde remorque qui transporte une deuxième bobine de champ toroïdal (TF12), en provenance du Japon cette fois, parcourt les derniers kilomètres de l’Itinéraire ITER. Au total, la bobine, la remorque et le cadre de transport représentent une charge de près de 600 tonnes. Avril 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 19
Les fluides de refroidissement fournis aux différents éléments du tokamak sont distribués par un réseau de « lignes cryogéniques » (cryolines) long de 5,5 kilomètres. Plus de 500 sections doivent être installées et soudées dans des conditions d’accès souvent difficile. Mai 2020
La large porte de l’installation de nettoyage, antichambre du Hall d’assemblage, vient de s’ouvrir pour laisser passage à la base du cryostat – la plus lourde (1 250 tonnes) de toutes les pièces de la machine et la première dans la séquence d’assemblage. Mai 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 21
Au terme de plusieurs mois de préparation, les responsables du cryostat, les équipes spécialisées dans la métrologie et les opérateurs du pont roulant voient leurs efforts se concrétiser : le levage et l’insertion de la pièce dans la fosse d’assemblage se sont déroulés de manière quasi parfaite. Mai 2020
C’est l’avant-dernière étape : la base du cryostat repose temporairement sur des vérins hydrauliques, qui permettront de la positionner sur ses supports définitifs avec une précision millimétrique. Mai 2020
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Deux bobines de champ poloïdal de 17 mètres de diamètre, ainsi qu’une enceinte sous vide destinée aux tests à très basse température, sont visibles sur cette image. Une troisième bobine (tout à droite, à demi cachée par le portique de levage) aborde la phase de tests. Juillet 2020
Huit années durant, l’Agence domestique européenne Fusion for Energy, ITER Organization et le consortium Vinci Ferrovial Razel-Bec (VFR) ont travaillé en étroite collaboration pour édifier le Bâtiment tokamak. « Mission accomplie », c’est ce que proclame la banderole que des ouvriers installent sur la façade du bâtiment. Juin 2020
Dans le contexte de la pandémie de Covid-19, les réunions statutaires du Conseil ITER, aux mois de juin et novembre, ont été organisées par vidéoconférence. Juin 2020
Aménagé par la France, l’Itinéraire ITER permet d’acheminer les pièces de la machine (ici la bobine de champ poloïdal n°6) depuis le port de Berre l’Étang jusqu’au site de construction distant d’une centaine de kilomètres. Juin 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 27
Le Bâtiment de préparation de l’assemblage a été conçu pour le stockage et la manutention des éléments de couverture (en béryllium) de la paroi interne du tokamak. Répondant aux standards nucléaires, il a été édifié en neuf mois à peine. Dans l’attente de l’arrivée de ces éléments, fin 2024, il sera affecté aux activités de pré-assemblage. Décembre 2020
L’organisation des convois qui transitent par l’Itinéraire ITER exige une coordination parfaite entre les différents acteurs de l’opération. Ici, avant de prendre la route pour la dernière nuit du voyage, un ultime briefing réunit les représentants du prestataire logistique DAHER, de l’Agence Iter-France et de l’Agence domestique européenne, ainsi que l’équipage du convoi et les responsables de l’escorte de gendarmerie. Juin 2020
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La bobine de champ poloïdal n°6, fournie par l’Europe et produite en Chine, sera la première à intégrer l’assemblage de la machine. Depuis Hefei, où elle a été fabriquée, jusqu’au site d’ITER, elle aura parcouru plus de 10 000 kilomètres. Juin 2020
Fourni par la Corée, un premier secteur de chambre à vide, une pièce particulièrement spectaculaire, est en cours de déchargement au port de Fos-sur-Mer. Juillet 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 31
Après la base du cryostat au mois de mai, le cylindre inférieur est à son tour déposé dans le puits d’assemblage. Sensiblement plus haut que la base (12 mètres contre 4) le cylindre inférieur est beaucoup moins lourd (375 tonnes contre 1 250). Août 2020
En route vers le puits d’assemblage, le cylindre inférieur passe à la verticale des portiques de pré-assemblage, hauts de plus de 20 mètres. Août 2020
Identifiés par la couleur de leur casque, les différents acteurs d’une opération de levage doivent coordonner leurs interventions de manière très précise. Depuis les équipes spécialisées d’ITER Organization et de ses sous-traitants jusqu’aux responsables de la sécurité, chacun joue un rôle essentiel. Août 2020
Accueillis par un message vidéo du président Macron, les hauts représentants des Membres d’ITER ont donné le coup d’envoi de la phase d’assemblage de la machine lors d’une cérémonie virtuelle organisée le 28 juillet dans le Hall d’assemblage.
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De simples câbles ne suffiraient pas pour fournir aux aimants du tokamak la puissance électrique requise. On utilise donc des « jeux de barres » en aluminium (busbar) activement refroidis. L’installation et la connexion de ces équipements au circuit de refroidissement est en cours dans le Bâtiment diagnostics. Septembre 2020
Tandis que progresse l’assemblage de la machine, de nombreux systèmes auxiliaires sont en cours d’équipement. Ici, l’unité chargée de dissiper les quelque 1 000 MW de puissance thermique qui seront générés par les plasmas de fusion et le fonctionnement des systèmes industriels de l’installation. Janvier 2020
Au fond du puits d’assemblage, profond de plus de 30 mètres, deux éléments de la machine sont désormais en place – la base et le cylindre inférieur du cryostat. Novembre 2020
Une fois mis en place, la base et le cylindre inférieur du cryostat ne sont pas encore solidarisés. Un espace de 4 centimètres les sépare, qui sera comblé au terme de cinq mois de soudage. Octobre 2020
Avant d’être levé, basculé en position verticale et positionné dans l’un des portiques de sous-assemblage, le secteur de chambre à vide n°6 doit être équipé d’un ensemble de capteurs reliés aux systèmes de diagnostic du plasma. À cette fin, plus de 700 supports (bosses) sont en cours de soudage sur sa face externe. Octobre 2020
Les cuves de drainage jouent un rôle essentiel dans la sûreté de l’installation. Après avoir été positionnées de manière temporaire, elles sont désormais solidement ancrées dans le radier du Complexe tokamak. Décembre 2020
Plaquée d’une fine couche d’argent, cette pièce cylindrique forme la partie inférieure de l’écran thermique du cryostat et protège les aimants ultra-froids du transfert radiatif de chaleur. Octobre 2020
En cours d’installation dans l’usine cryogénique, ce système de valves, de tuyauteries et « d’actionneurs » pneumatiques distribue les fluides cryogéniques aux différents systèmes du tokamak. Novembre 2020
Compenser la puissance réactive et lisser les distorsions harmoniques générées par la conversion du courant alternatif en courant continu requiert de nombreux équipements, fournis par la Chine, qui occupent un bâtiment entier ainsi qu’une zone d’un hectare attenante. Octobre 2020
Pour distribuer la puissance électrique au tokamak et aux différentes unités industrielles de l’installation, plusieurs milliers de kilomètres de câbles électriques blindés serpentent dans des galeries souterraines. Décembre 2020
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Dans la vaste usine où l’Europe fabrique quatre des six bobines de champ poloïdal, la phase d’imprégnation de résine est en cours pour la bobine n°4 (24 mètres de diamètre). Les opérateurs pilotent l’opération grâce à des centaines de capteurs connectés aux écrans de contrôle. Décembre 2020
ITER optimise son organisation et nomme quatre responsables de grands domaines d’activité : la science, l’ingénierie, l’administration et la construction. Avril 2020
Un outil de « réalité augmentée », développé par le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), permet d’évoluer dans un environnement qui associe l’état présent des lieux et leur configuration future une fois les équipements installés. Octobre 2020
Signé avec le gouvernement du Canada, un accord fixe les termes de la collaboration avec ITER pour la fourniture de tritium et le transfert des technologies et équipements associés. Octobre 2020
Depuis le studio aménagé dans les locaux du siège d’ITER, de nombreux événements (présentations, cérémonies, allocutions du directeur général et des responsables du programme) peuvent être diffusés dans le monde entier. Décembre 2020
Tous les bâtiments de l’installation sont revêtus d’un bardage alternant acier brossé et acier poli. Outre ses qualités esthétiques, ce choix architectural facilite l’intégration harmonieuse des constructions dans l’environnement. Janvier 2020 ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 51
L’essentiel (90%) de la contribution des membres d’ITER se fait « en nature ». Plutôt que de financer directement le programme, la Chine, l’Union européenne (Euratom), l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis lui fournissent la quasi-totalité des pièces de la machine et de ses systèmes auxiliaires. L’Union européenne assume en outre la construction de l’ensemble des bâtiments indispensables au fonctionnement de l’installation.
La valeur des contributions est répartie de manière égale (~ 9%) entre les membres, à l’exception de l’Union européenne qui, en tant que « membre-hôte », assume ~ 45% du coût du programme.
Le principe des fournitures « en nature » est au cœur de la philosophie d’ITER : il permet à chacun des membres d’acquérir une expérience irremplaçable dans la fabrication des éléments d’une installation de fusion. Chacun développe ainsi le savoirfaire et les bases technologiques indispensables à la mise en œuvre future de réacteurs industriels.
Au-delà de la fusion, l’expertise accumulée dans des domaines tels que la supraconductivité, la cryogénie, l’électronique de puissance ou la science des matériaux, bénéficie à de multiples secteurs d’activité.
CRYOSTAT
SOLÉNOÏDE CENTRAL ÉCRAN THERMIQUE
BOBINES DE CHAMP TOROÏDAL (18)
CHAMBRE À VIDE
BOBINES DE CHAMP POLOÏDAL (6)
SYSTÈMES DE CHAUFFAGE (3)
BOBINES DE CORRECTION (18)
MODULES DE COUVERTURE
Tous les systèmes (ou contributions) ne sont pas représentés sur cette illustration. ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images
DIVERTOR
En provenance de Chine, les éléments du système qui alimente les aimants en puissance électrique et en fluides cryogéniques (feeders) sont régulièrement livrés sur le chantier de construction.
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Chacune des 18 bobines de champ toroïdal repose sur une embase boulonnée à la base du cryostat. Ces éléments particulièrement massifs, dont certains sont déjà en place, sont activement refroidis de manière à limiter les échanges thermiques entre la base et le système magnétique.
Les deux premières bobines de correction, réalisées par l’Institut de physique des plasmas de l’Académie des sciences chinoise (ASIPP), s’apprêtent à prendre la mer pour être livrées à ITER.
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Fournie par l’Europe mais fabriquée en Chine, la bobine de champ poloïdal n°6 (PF6) vient de subir pendant trois mois des tests sous vide à très basse température. PF6 sera la première bobine à prendre place dans le puits d’assemblage.
Dans l’unité de l’usine cryogénique dédiée à la production d’azote liquide, l’Europe a quasiment finalisé les opérations de soudage. Ici, un technicien procède à l’inspection finale d’un segment de canalisation.
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Au sein du consortium AMW (Ansaldo Nucleare, Mangiarotti, Walter Tosto et sous-traitants), la fabrication des cinq secteurs de chambre à vide progresse (ici, un segment du secteur n°5). L’Europe fournit 5 des 9 secteurs requis pour former l’enceinte de forme toroïdale de la machine.
Des blocs d’acier, tous de formes différentes, sont disposés dans la double paroi de la chambre à vide pour faire écran aux neutrons générés par la réaction de fusion. En Inde, la société M/s Avasarala Technologies de Bengalore et ses sous-traitants en ont fabriqué plus de 9 000. ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 61
Avec la finalisation de la dernière section du cryostat (le « couvercle »), une aventure industrielle qui aura duré huit ans se termine – un événement célébré par les personnels de l’Agence domestique indienne et de l’industriel Larsen & Toubro
Heavy Engineering.
Au sommet des tours de réfrigération, de puissants systèmes d’extraction accélèrent le processus d’évaporation des eaux de refroidissement de l’installation.
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Au Japon, la fabrication de la première bobine de champ toroïdal est terminée ; les personnels des National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology, de Mitsubishi Heavy Industries et de Mitsubishi Electric Corporation, ainsi que les représentants d’ITER Organization célèbrent cette importante étape.
Prélude à l’assemblage, la première des deux bobines de champ toroïdal (TF12) livrées en 2020 par le Japon est en cours de préparation dans un atelier dédié.
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Le Japon fournit plusieurs des éléments de l’alimentation électrique 1 MV de MITICA. Installé à Padoue (Italie), MITICA est un prototype à échelle 1:1 de l’injecteur de particules neutres, un des systèmes de chauffage du plasma.
Hyundai Heavy Industries a consacré près de dix années à l’élaboration de cette pièce – un des 4 secteurs (sur 9) de la chambre à vide du tokamak, dont la fabrication incombe à la Corée.
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Sur la face interne de la chambre à vide du tokamak, 440 éléments de couverture protègent le système magnétique des radiations produites par la réaction de fusion, tout en servant de support aux panneaux de la paroi face au plasma. La Corée, qui fabrique la moitié de ces éléments, vient d’en lancer la production industrielle.
Au terme de six années de travaux, l’industriel coréen SFA vient de finaliser le dernier des secteurs de 40° formant le bouclier thermique de la chambre à vide. Ces panneaux d’acier inoxydable, plaqués d’une couche d’argent de 5 à 10 micromètres d’épaisseur, seront associés à chacun des secteurs de chambre à vide avant insertion dans le puits d’assemblage.
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Au chantier naval Sredne-Nevsky, près de Saint-Pétersbourg, le plus petit des six aimants annulaires du tokamak (PF1) a passé avec succès tous les tests de bobinage. Il aborde maintenant la phase d’imprégnation de résine.
En Russie, la fabrication du premier prototype d’un dôme de divertor (échelle 1:1) est terminée. Cette pièce, l’une des trois « cibles de divertor », est conçue pour supporter des charges thermiques d’une extrême intensité (10 à 20 MW par mètre-carré).
Les cibles équipent chacune des 54 cassettes du divertor.
Fixés à la paroi interne de la chambre à vide, ces pièces bimétalliques servent de support aux connecteurs électriques et agissent comme des ponts électriques de faible impédance entre les modules de couverture et la chambre à vide. Les premières unités ont été livrées.
Dans les ateliers de General Atomics, à Poway (Californie), les modules qui constituent le solénoïde central, le « cœur battant » du tokamak ITER, ont atteint divers stades de fabrication. Six modules seront empilés les uns sur les autres pour former le plus puissant des électro-aimants jamais conçus. ITER ORGANIZATION L’année 2020 en images 73
Après avoir subi une batterie de tests particulièrement rigoureux, le premier des six modules du solénoïde central est déclaré bon pour le service. Le composant a été soumis aux conditions extrêmes auxquelles il devra faire face dans le tokamak ITER : vide très poussé, très forte intensité électrique et températures de l’ordre de 4 K (moins 269° C).
Vue du circuit hélium et de ses vannes à l’intérieur d’un module de solénoïde central. Les modules seront refroidis à la température de 4 K (moins 269° C).
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CRÉDITS PHOTO
Page 0, 6, 9, 77 ITER Organization/EJF Riche
Page 31 Emmanuel Bonici
Page 35 Pierre Genevier
Page 52 Belleli Energy
Page 56, 57 ITER China
Page 60 Fusion for Energy
Page 61, 62 ITER India
Page 64, 66 ITER Japan
Page 67, 68, 69 ITER Korea
Page 70, 71, 72 ITER Russia
Page 73, 74, 75 General Atomics
Toutes les autres photos ou illustrations ITER Organization
Publications Director
Laban Coblentz laban.coblentz@iter.org
Editors Robert Arnoux robert.arnoux@iter.org
Krista Dulon krista.dulon@iter.org www.iter.org
L’installation de la base du cryostat, au mois de mai 2020, marque le début de la phase d’assemblage de la machine. Tout au long des cinq années qui viennent, les pièces du tokamak seront successivement mises en place dans le puits d’assemblage tandis que les équipements et systèmes de support seront installés dans les bâtiments de la plateforme.