Le système de chauffage du plasma à 150 millions de degrés prend forme à Cadarache
À Cadarache dans le sud de la France, le plus grand projet scientifique de la planète vient de franchir une nouvelle étape, et cette fois c’est par le haut du bâtiment qu’elle est arrivée. Les équipes d’ITER ont installé en juin 2026 les trois premiers gyrotrons fabriqués en Russie.
Ces grosses bobines de 2,7 mètres de haut sont des composants clés du système qui va chauffer le plasma jusqu’à des températures absolument inimaginables.
On vous explique dans cet article en quoi ça consiste.
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ITER installe ses trois premiers gyrotrons russes
Les gyrotrons sont fournis par cinq grandes puissances industrielles (Europe, Inde, Japon, Russie et États-Unis), et ils représentent la pièce maîtresse d’un système de chauffage qui doit, à terme, faire monter le gaz d’hydrogène d’ITER à 150 millions de degrés Celsius (environ dix fois la température au cœur du Soleil).
Andrei Fokin, ingénieur en charge de l’opération, a supervisé l’installation des trois premières unités russes au dernier étage du Bâtiment Radiofréquence (Radiofrequency Building), un bâtiment de cinquante mètres de long collé au hall d’assemblage du tokamak. Une opération techniquement délicate : chaque gyrotron pèse plusieurs tonnes, doit être positionné avec une précision millimétrique et raccordé à toute une plomberie de refroidissement, d’alimentation électrique et de mise sous vide. Une seule erreur, et la machine ne pourra pas produire son rayonnement de 1 mégawatt en continu.
Caroline Darbos, responsable technique des gyrotrons à ITER, s’est exprimée sur l’importance du jalon : « Avoir les premières unités russes en place est un grand pas en avant, car les gyrotrons sont les composants principaux du système de chauffage par cyclotron électronique, et ces unités sont nécessaires pour la première phase d’exploitation d’ITER. » Sans gyrotrons, pas de plasma chaud. Sans plasma chaud, pas de fusion. Toute la stratégie scientifique repose sur leur bon fonctionnement.
Les gyrotrons russes ont été conçus par l’Institut de Physique Appliquée de l’Académie des Sciences de Russie et fabriqués à Nijni Novgorod, par l’entreprise GYCOM. La Russie sera responsable de la livraison de 8 unités au total.
C’est quoi exactement, un gyrotron ?
Un gyrotron est un générateur d’ondes électromagnétiques de très haute fréquence, dans la même famille que le magnétron de votre four à micro-ondes domestique. Sauf que là où votre four cuisine émet à 2,45 gigahertz pour réchauffer votre lasagne, le gyrotron d’ITER émet à 170 gigahertz et concentre 1 mégawatt de puissance. Andrei Fokin le définit ainsi :
« Imaginez un four à micro-ondes 1 000 fois plus puissant que celui de votre cuisine et concentré sur un volume 1 000 fois plus petit. Imaginez ensuite à quel point ce petit volume devient chaud. »
À l’intérieur du gyrotron, un canon à électrons accélère un faisceau de particules vers une cavité où règne un champ magnétique très puissant, généré par un aimant supraconducteur refroidi à très basse température. Sous l’effet du champ magnétique, les électrons se mettent à tourner sur eux-mêmes selon un mouvement appelé cyclotron. Cette rotation à très grande vitesse génère un rayonnement électromagnétique cohérent, exactement à la fréquence dont les électrons du plasma ont besoin pour absorber l’énergie. Le rayonnement sort du gyrotron, voyage le long de guides d’ondes sur 160 mètres de long, et finit par être tiré au cœur du plasma comme un faisceau laser invisible.
Le rayonnement à 170 GHz du gyrotron est précisément calibré pour entrer en résonance avec la fréquence naturelle de rotation des électrons du plasma. Comme quand vous poussez une balançoire au bon moment pour qu’elle prenne de l’amplitude, chaque pulsation arrive juste au bon instant, les électrons du plasma absorbent l’énergie en augmentant leur vitesse, et leur température grimpe vertigineusement. Les électrons chauds transfèrent ensuite leur énergie aux noyaux d’hydrogène par collision, et c’est tout le plasma qui finit par chauffer.
ITER, machine planétaire fabriquée par sept morceaux du monde
Il est bon de le rappeler mais même si le site principal du projet est à Cadarache dans le sud, ITER n’est pas un projet français, ni même européen. C’est le plus grand projet scientifique multilatéral jamais entrepris par l’humanité, financé et construit par sept partenaires représentant ensemble plus de la moitié de la population mondiale : Chine, Corée du Sud, États-Unis, Europe (via l’agence Fusion for Energy), Inde, Japon, et Russie.
Chaque partenaire fournit en nature certaines pièces de la machine, plutôt que des contributions financières.
Le bénéfice pour les pays participants est double : ils financent leur quote-part tandis qu’ils développent en même temps leur savoir-faire en fabriquant des composants ultra-pointus. Au final, c’est la planète entière qui se retrouve dotée d’un savoir-faire transférable à d’autres projets.
Le tableau ci-dessous résume la répartition des principales contributions à ITER :
| Partenaire | Contributions principales à ITER |
|---|---|
| Russie | 8 gyrotrons (Nijni Novgorod), aimants poloïdaux PF1, barres conductrices (bus-bars) supraconductrices, équipements pour le système de chauffage |
| Europe (Fusion for Energy) | 6 gyrotrons, 8 sets d’alimentation haute tension, 5 des 9 modules de la chambre à vide, bâtiments du site, contributions financières majoritaires (45,5 %) |
| Japon | 8 gyrotrons, 18 bobines toroïdales supraconductrices, parties du divertor, équipements diagnostiques |
| Inde | 2 gyrotrons, 4 sets d’alimentation, cryostat (enceinte externe), systèmes cryogéniques |
| États-Unis | Solénoïde central (6 modules livrés en 2025-2026), équipements de chauffage par injection de neutres, divertor |
| Chine | Bobines poloïdales PF6 (mastodonte de 330 tonnes), aimants correcteurs, alimentations électriques, blindages |
| Corée du Sud | 4 des 9 modules de la chambre à vide, équipements de tuyauterie cryogénique, lignes de transmission |
La répartition spécifique des 24 gyrotrons initialement prévus était donc : 8 du Japon, 8 de Russie, 6 d’Europe, 2 d’Inde. Le système de chauffage par résonance cyclotronique des électrons (Electron Cyclotron Resonance Heating ou ECRH) compte également 12 sets d’alimentation haute tension (8 fournis par l’Europe, 4 par l’Inde), 24 lignes de transmission, et 5 lanceurs (launchers) qui injectent finalement les ondes dans le tokamak. Bref, une partition complexe où chaque grand pays apporte sa partie.
À noter qu’ITER a révisé en 2024-2025 le projet initial pour renforcer la robustesse du programme de recherche. Il faudra désormais 48 gyrotrons au démarrage, et 24 supplémentaires pour la phase deutérium-tritium, soit 72 unités au total. Le bâtiment a dû être agrandi avec une annexe. Un bâtiment séparé sera construit pour héberger le système de chauffage par cyclotron ionique (Ion Cyclotron Resonance Heating ou ICRH), qui chauffe quant à lui les ions du plasma par un mécanisme analogue mais à des fréquences plus basses.
Le bâtiment Radiofréquence d’ITER : trois étages pour faire chauffer un mini-Soleil
Le bâtiment Radiofréquence d’ITER est un « beau bébé » qui fait trois étages pour cinquante mètres de long.
Au rez-de-chaussée et premier étage, on trouve les douze sets d’alimentations électriques haute tension. Leur boulot est de convertir le courant alternatif du réseau, à 22 000 volts, en courant continu à 55 000 volts et 110 ampères. La société suisse Ampegon a conçu et fabriqué les alimentations pour les gyrotrons européens et russes. Sept des huit alimentations européennes sont désormais installées. À côté, l’Inde fournit les quatre dernières.
Au deuxième étage, c’est le territoire des gyrotrons. C’est là que sont en train d’arriver, un par un, les vingt-quatre engins de 2,7 mètres de haut. Pour l’instant, le compteur affiche deux gyrotrons japonais et trois russes. Les autres suivront tout au long de 2026 et 2027.
Au troisième étage se trouvent les unités d’optique d’adaptation (matching optics units), des systèmes à deux miroirs qui prennent le faisceau d’ondes électromagnétiques sortant du gyrotron et le mettent en forme pour le faire entrer dans la ligne de transmission. L’idée derrière est que pour propager un rayonnement de 170 GHz sur 160 mètres sans en perdre la quasi-totalité, il faut le concentrer en un faisceau presque parfaitement parallèle, comme un laser. Les miroirs jouent ce rôle de mise en forme.
Au bout du parcours, les guides d’ondes débouchent dans cinq lanceurs (launchers), quatre installés au niveau équatorial du tokamak et un au niveau supérieur. Ce sont eux qui injectent finalement les micro-ondes dans la chambre où tourne le plasma. Chaque rayon est dirigé avec une précision angulaire de moins d’un degré pour aller frapper exactement la zone du plasma à chauffer.
La fusion continue d’avancer, pièce par pièce
Au final, le projet avance (même si les mauvaises langues ne parleront que des retards accumulés) puisque cinq modules sur neuf de la chambre à vide sont déjà en place dans le puits du tokamak. Le module 4 vient d’être installé fin mai 2026. La première bobine TF07 a été refroidie à -269 °C peu de temps auparavant. Le solénoïde central américain a déjà été livré. Les gyrotrons japonais et désormais russes commencent à s’aligner au sommet du Bâtiment Radiofréquence (Radiofrequency Building).
Le calendrier officiel d’ITER prévoit le premier plasma d’ici 2034, suivi de la fusion deutérium-tritium en 2039. Vingt ans après le début de la construction, le projet est encore loin d’être terminé mais pour la première fois depuis longtemps, on voit physiquement l’image d’un tokamak qui prend forme à Cadarache !
Source : ITER
Image de mise en avant : Andrei Fokin examinant l’un des gyrotrons russes installés à ITER.
