« Imprimé pour résister à l’enfer » : un chercheur britannique dévoile comment la 3D va renforcer les réacteurs à fusion

La fusion nucléaire est souvent présentée comme le Saint Graal de l’énergie propre et durable. Pour réaliser cette vision, des innovations technologiques sont nécessaires. Récemment, la United Kingdom Atomic Energy Authority (UKAEA) a dévoilé deux machines de pointe en impression 3D, qui promettent de révolutionner la fabrication des composants de réacteurs de fusion. En exploitant des méthodes complémentaires, ces machines sont conçues pour produire des pièces capables de résister aux conditions extrêmes des centrales de fusion. Cette avancée marque une étape cruciale vers la commercialisation de l’énergie de fusion, présentant de nouvelles opportunités pour le secteur énergétique mondial.

À l’intérieur de la nouvelle installation

L’importance de l’impression 3D, également connue sous le nom de fabrication additive, ne cesse de croître dans le domaine de l’énergie de fusion. Chez UKAEA, cette technologie est considérée comme essentielle pour produire des composants complexes à petite échelle, parfaitement adaptés aux besoins spécifiques des réacteurs de fusion. Marshall souligne que l’impression 3D sera indispensable pour rendre la fusion commercialement viable. La première machine, le système eMELT Electron Beam Powder Bed Fusion (E-PBF) fabriqué par l’entreprise suédoise Freemelt, utilise un faisceau d’électrons pour fusionner de la poudre de tungstène en composants presque solides, atteignant une densité proche de 100 %.

Cette machine est utilisée pour superposer du tungstène, un matériau ultra-résistant essentiel pour les surfaces exposées au plasma, sur d’autres métaux pertinents pour la fusion, comme le cuivre chrome zirconium, l’acier inoxydable et l’acier Eurofer 97. Parallèlement, la deuxième machine, un modèle SLM280 de fusion sélective par laser fabriqué par Nikon SLM Solutions, est employée pour explorer des géométries complexes et des combinaisons de matériaux cruciales pour l’avenir de la fusion. Ces deux méthodes permettent de fabriquer des composants exposés à des températures extrêmes, tout en réduisant la dépendance aux techniques traditionnelles comme le soudage.

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L’énergie propre commence avec la fusion

Roy Marshall a expliqué que ces deux machines d’impression 3D démontreront que les composants de fusion peuvent être imprimés à une échelle de production, permettant à l’industrie de développer des pièces autrement prohibitives en termes de coûts. L’impression 3D est une solution prometteuse pour réduire les coûts de fabrication de précision dans le développement futur de la fusion. La capacité à produire des pièces et des géométries complexes de manière plus efficace que les méthodes de fabrication traditionnelles est un atout majeur.

La combinaison des machines à faisceau d’électrons et de la technologie de fabrication sélective par laser sous un même toit, capable de produire des composants à grande échelle, est une première dans l’industrie de la fusion. Les machines commenceront bientôt à mener des expériences pour évaluer les propriétés des matériaux fabriqués de manière additive. Cette phase sera suivie d’une production précoce impliquant la superposition de tungstène et de cuivre chrome zirconium. Christoph Barefoot, directeur régional chez Nikon SLM Solutions, a conclu que la réalisation de la fusion en tant que source d’énergie nécessite une innovation audacieuse et une collaboration de confiance.

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Le défi des conditions extrêmes

Un des principaux défis de la fusion nucléaire réside dans les conditions extrêmes que doivent supporter les composants internes des réacteurs. Ces conditions incluent des chaleurs intenses, des charges de neutrons élevées et des champs magnétiques puissants. Les machines d’impression 3D récemment introduites par UKAEA sont spécifiquement conçues pour répondre à ces défis. En utilisant des matériaux tels que le tungstène, elles fabriquent des pièces capables de résister à ces environnements rigoureux.

La fabrication additive permet également de réduire le nombre de processus de fabrication et d’assemblage, limitant ainsi les points de défaillance potentiels. Cela pourrait se traduire par une plus grande durabilité et des performances supérieures des réacteurs de fusion. En outre, la capacité de ces nouvelles machines à manipuler des géométries complexes et des combinaisons de matériaux ouvre la voie à des conceptions de réacteurs innovantes qui peuvent tirer parti des propriétés uniques de différents matériaux.

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Vers un avenir énergétique durable

L’implantation de ces nouvelles machines d’impression 3D au sein du Central Support Facility constitue un pas de plus vers l’élaboration de centrales de fusion capables de fournir une énergie propre et quasi inépuisable. Marshall et son équipe s’engagent à démontrer que cette technologie peut transformer le paysage énergétique mondial. Avec l’augmentation des préoccupations concernant les changements climatiques et la dépendance aux combustibles fossiles, la fusion nucléaire offre une alternative prometteuse.

En combinant expertise technique et innovation, UKAEA espère non seulement surmonter les défis techniques associés à la fusion, mais aussi établir de nouvelles normes pour l’industrie. Alors que le développement se poursuit, une question persiste : l’énergie de fusion pourra-t-elle être intégrée de manière durable et efficace dans nos systèmes énergétiques mondiaux, et dans quels délais ?