Des chercheurs développent un matériau résistant contenant du tungstène et du hafnium pour l’utilisation dans des réacteurs de fusion plus chauds que l’intérieur du soleil.
La fusion nucléaire est considérée comme le « Saint Graal » de la production d’énergie – pratiquement inépuisable, neutre en CO2 et sans risques pour la sécurité comme l’énergie nucléaire. Le processus par lequel les noyaux atomiques fusionnent entre eux se produit naturellement à l’intérieur d’étoiles comme le Soleil et les alimente en énergie depuis des milliards d’années. Depuis des décennies, la recherche s’efforce de reproduire la fusion nucléaire sur Terre. Comme nous l’avons rapporté, des scientifiques américains ont annoncé à la fin de l’année dernière une percée dans cette voie.
Une autre pièce possible du puzzle vient désormais d’être ajoutée : Une équipe de recherche internationale a développé un alliage qui pourrait être utilisé dans les réacteurs de fusion et contribuer ainsi à l’exploitation de l’énergie qui y est produite. Le matériau a fait ses preuves dans des conditions similaires à celles rencontrées dans les prototypes de ces réacteurs, où règnent de fortes radiations et des températures plus élevées qu’à l’intérieur du soleil, explique le chef de projet Osman El Atwani du Los Alamos National Laboratory dans l’État américain du Nouveau-Mexique. Cette résistance extrême est due à deux matières premières contenues – le tungstène et le hafnium. Les autres composants sont le tantale, le chrome et le vanadium.
Avec plus de 3 400 degrés Celsius, le tungstène présente le point de fusion le plus élevé de tous les éléments et est le principal composant de l’alliage. Selon El Atwani, les matériaux en tungstène utilisés jusqu’à présent se décomposent et se déforment dans les conditions de la fusion. Pour développer un matériau plus approprié, les scientifiques ont notamment calculé les propriétés thermo physiques et utilisé des simulations réalisées dans plusieurs institutions telles que Los Alamos, l’Agence britannique pour l’énergie atomique, l’Université de Clemson en Caroline du Sud et l’Université de Varsovie.
Même un petit ajout de hafnium optimise l’alliage.
Sur la base des performances ainsi prédites, le hafnium a finalement été choisi comme additif à l’alliage. Cet élément possède également un point de fusion élevé, à plus de 2.200 degrés Celsius, et est surtout utilisé dans les environnements extrêmement chauds des réacteurs nucléaires et des turbines d’avion. Ce dernier domaine d’application fait augmenter actuellement massivement la demande de ce métal technologique.
Selon le communiqué du Los Alamos National Laboratory, de faibles ajouts de hafnium ont déjà permis d’augmenter la résistance aux radiations. Des expériences ultérieures dans des conditions reproduisant un prototype de fusion nucléaire auraient démontré l’aptitude de l’alliage dans la pratique.
Les résultats sont cohérents avec la modélisation précédente, explique Enrique Martinez, spécialiste des matériaux à l’Université de Clemson. Cette approche aurait permis de réduire considérablement le nombre d’expériences nécessaires pour évaluer les performances du matériau. Les résultats de la recherche ouvrent également la voie au développement d’autres alliages, selon El Atwani, – une étape essentielle pour rendre la production d’énergie de fusion plus rentable et plus attrayante pour les investisseurs.
Image: iStock/Peter Hansen