La Chine réalise une percée avec l'acier CHSN01 pour les réacteurs à fusion.
L'acier ultra-résistant CHSN01 est capable de résister à des champs magnétiques allant jusqu'à 20 Tesla, résolvant ainsi le problème des matériaux agressifs et favorisant la commercialisation de l'énergie de fusion.
La Chine attire l'attention du monde entier dans le secteur de l'énergie grâce au développement réussi de son acier à ultra-haute résistance.CHSN01Ce matériau est capable de résister aux conditions extrêmes qui règnent à l'intérieur d'un réacteur à fusion, chose que de nombreux experts internationaux considéraient auparavant comme impossible.
La fusion nucléaire, considérée comme le Graal de l'industrie énergétique, imite le processus de production d'énergie du Soleil pour fournir une source d'électricité propre et quasi inépuisable. Cependant, le principal obstacle réside actuellement dans la recherche de matériaux de structure capables de résister à des conditions d'exploitation extrêmes.
Au cœur du réacteur, le plasma atteint des températures de plusieurs millions de degrés Celsius, tandis que les aimants supraconducteurs environnants doivent être refroidis à une température proche du zéro absolu, soit environ -269 °C. La combinaison de températures extrêmement élevées et basses, ainsi que de contraintes mécaniques considérables, impose des exigences extrêmes en matière de résistance des matériaux. Le nouvel alliage CHSN01, développé par la Chine, a ouvert la voie au réacteur BEST, un projet visant directement la production d'électricité à des fins commerciales.
Surmonter les limitations matérielles dans les projets internationaux.
Les réactions de fusion nucléaire nécessitent des champs magnétiques extrêmement puissants pour confiner le plasma de manière stable. Ces aimants, qui génèrent le champ magnétique, utilisent des matériaux supraconducteurs et doivent fonctionner dans un environnement d'hélium liquide à environ -269 °C. Plus le champ magnétique est intense, plus le confinement du plasma est efficace, mais les matériaux de structure doivent résister à des contraintes élevées sans devenir cassants.
Les aciers inoxydables traditionnels, comme le 316LN, ont atteint leurs limites sous un champ magnétique de 11,8 teslas. Lors des essais menés dans le cadre du projet international ITER en 2011, une perte de ductilité à basse température a été constatée, entraînant des retards importants. Conscients de cet obstacle majeur, des scientifiques chinois ont entrepris des recherches sur un nouveau type d'acier afin de répondre aux exigences de conception du réacteur BEST, avec un champ magnétique pouvant atteindre 20 teslas.
Le parcours de 10 ans du développement de l'acier CHSN01
Le développement du CHSN01 s'est étalé sur plus d'une décennie et a mobilisé des experts de renom. Dans un premier temps, l'équipe de recherche s'est concentrée sur l'ajustement de la composition de l'acier, en y ajoutant du vanadium, du carbone et de l'azote afin d'améliorer ses propriétés à des températures inférieures à zéro.
Le tournant décisif a eu lieu en 2020 avec l'arrivée de l'académicien Zhao Zhongxian, expert reconnu en physique des basses températures, au sein de l'équipe. Dès 2023, des tests ont démontré que le CHSN01 conservait son intégrité sous un champ magnétique de 20 teslas et une contrainte de 1 300 MPa. Le matériau a atteint une résistance à la traction de 1 500 MPa et un allongement supérieur à 25 % à basse température, résolvant ainsi le problème du « triangle impossible » en science des matériaux.
Impact sur la course énergétique mondiale
À ce jour, 500 tonnes d'acier CHSN01 ont été utilisées pour le revêtement conducteur de BEST, dont l'installation a débuté en mai 2023. BEST est un tokamak destiné à multiplier par plus de cinq la production d'énergie et dont la mise en service est prévue en 2027. Contrairement à ITER, le projet BEST vise directement à démontrer la faisabilité d'une production commerciale d'électricité.
L'acier CHSN01 permet de concevoir des réacteurs plus compacts, environ trois fois plus petits que les réacteurs conventionnels, réduisant ainsi les coûts de construction. Outre la fusion, ce matériau présente également des applications potentielles dans les accélérateurs de particules, les trains à sustentation magnétique et les systèmes d'informatique quantique. Cette avancée majeure confirme l'avantage de la Chine dans la chaîne d'approvisionnement en énergie propre et propulse la course mondiale à la fusion dans une nouvelle phase.