Livres & manuels

L’ouvrage d’introduction à la physique des tokamaks proposé ici est issu de plusieurs cours enseignés ces dernières années au sein de plus d’une dizaine d’établissements différents, en France et à l’étranger, aux niveaux L3, M1 et M2.
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La France a gagné la bataille d’Iter. Elle aura le premier réacteur de fusion nucléaire. Aura-t-elle maîtrisé l’énergie des étoiles ?
Dans ce livre, Guy Laval nous explique ce qu’est la fusion nucléaire. Comment elle est l’application d’une nouvelle branche de la physique, la théorie des plasmas. Et comment les plasmas sont un état primitif de la matière où prédominent les forces électromagnétiques.
Il décrit les difficultés considérables, théoriques et pratiques, qu’il a fallu surmonter pour arriver à ce réacteur expérimental. Et celles, non moins redoutables, qu’il faudra résoudre avant que nous sachions transformer les composants de l’eau en source d’énergie.

Cet ouvrage s’adresse aux étudiants en Master (M1 et M2) et Licence (L3) ainsi qu’aux élèves des Écoles d’Ingénieurs. Il est issu d’un cours de physique des plasmas dispensé ces dernières années devant différents auditoires : à l’Université de Paris XI (L3, M1 et M2), à l’École Normale Supérieure de Cachan (L3), à l’École Polytechnique (M2), à l’École Centrale (M1) et à l’École Supérieure d’Électricité (L3). Il est d’usage de structurer la physique des plasmas en trois domaines et de distinguer respectivement : la physique des plasmas industriels (réacteurs pour les nanotechnologies et propulseurs spatiaux), la physique des plasmas naturels (environnement terrestre et astrophysique) et la physique des plasmas thermonucléaires (tokamak et interaction laser-plasma). Ces trois domaines possèdent en commun un ensemble d’outils, de méthodes et de résultats constituant la physique des plasmas. Ce cours, à vocation généraliste, est construit autour de cet ensemble de connaissances et résultats communs à ces trois domaines. Il peut être adopté comme manuel de base aux niveaux L3 et M1 ou comme monographie de référence pour les ingénieurs et chercheurs confrontés à des problèmes de physique des plasmas.

A Cadarache, près d’Aix-en-Provence, 32 nations représentant la moitié de la population de la planète, s’apprêtent à construire une machine sans équivalent dans l’histoire de la science. Haut comme un immeuble de dix étages, lourd comme dix Tour Eiffel, ITER est l’aboutissement de trente années de recherches internationales et doit démontrer qu’il est possible d’utiliser la fusion thermonucléaire contrôlée – « l’énergie des étoiles » – dans une perspective industrielle. Les enjeux de cette entreprise sont considérables : l’énergie de fusion, qui permet d’extraire d’un gramme de matière autant d’énergie que de huit tonnes de pétrole, pourrait offrir à l’humanité une source d’énergie sûre, propre et inépuisable. Ce livre, écrit par un journaliste familier des questions scientifiques et un physicien de renom international étroitement associé, depuis le début des années soixante, à l’aventure de la fusion, raconte l’histoire des hommes et des machines qui ont relevé ce défi prométhéen. Rédigé dans une langue simple et vivante, il ambitionne d’en faire partager les enjeux au public le plus large.

Rédigé principalement à l’attention des étudiants en Master (M1 et M2) de physique fondamentale et appliquée, ce cours de magnétohydrodynamique est complété par de nombreux exercices corrigés dont certains portent sur des sujets d’actualité. Par sa nature interdisciplinaire, cet ouvrage intéressera les étudiants qui souhaitent se spécialiser en astrophysique, fusion magnétique, physique des plasmas ou mécanique des fluides. Ce manuel sera également un excellent support de travail pour des étudiants en troisième année de Licence ou en écoles d’ingénieurs.

Un projet scientifique futuriste et sans précédent est en plein essor à Cadarache, au cœur de la Provence. Réunissant des pays peu habitués à collaborer comme l’Inde, la Chine, la Russie, les États-Unis, le Japon, la Corée du Sud et l’Europe, le consortium ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) construit pièce par pièce ce qui deviendra peut-être le prototype de l’énergie de demain. Plutôt que fissionner les atomes lourds comme l’uranium, ITER va fusionner des atomes légers dérivés de l’hydrogène. Avec pour perspectives des ressources illimitées (l’hydrogène est abondant et gratuit) et l’absence de déchets radioactifs qui posent problème aux centrales actuelles, l’énergie de fusion pourrait bouleverser le lancinant problème de l’énergie. Cependant, la fusion de l’hydrogène, qui est la source d’énergie de toutes les étoiles, pose sur Terre de considérables défis scientifiques et techniques. Si les premiers essais sont favorables, dès 2025, la voie s’ouvrira vers les premiers réacteurs à fusion – étape décisive vers une énergie abondante et propre. Alain Bécoulet, physicien, spécialiste de la fusion nucléaire, est chef de l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM), directeur de recherche au CEA et représentant de la France auprès du consortium européen sur la fusion, EUROfusion.