L’énergie de fusion pourrait apporter une contribution importante aux besoins énergétiques de l’humanité. Cependant, contrairement à la fission nucléaire, il n’existe pas encore de réacteur à fusion économiquement viable à ce jour, car cette technologie présente plusieurs difficultés. En raison de l’irradiation neutronique intense, les matériaux sont soumis à une contrainte extrême et au risque de fragilisation qui en découle. Les pièces réalisées avec du tungstène imprimé en 3D pourraient toutefois constituer un progrès dans ce domaine. Des scientifiques de l’institut de recherche Oak Ridge National Laboratory (ONRL), leader mondial dans ce domaine, ont fabriqué par fabrication additive les premiers composants sans défaut qui résistent aux températures et aux conditions extrêmes des réacteurs de fusion. La fabrication de composants complexes en tungstène avec des géométries exigeantes a été réalisée à l’aide de la fabrication additive par faisceau d’électrons.
Les difficultés de la technologie de fusion résident principalement dans les exigences élevées imposées aux matériaux utilisés, car ceux-ci doivent résister à des températures drastiques et à une énergie intense. En raison de son point de fusion élevé, le tungstène est idéal pour les réacteurs de fusion dans lesquels règnent des températures de plasma supérieures à 100 millions de degrés Celsius. Cependant, à température ambiante et sous sa forme pure, ce métal lourd est fragile et facilement cassable. Même en présence de faibles impuretés, le métal s’altère et devient fragile.
Le tungstène est un métal lourd blanc brillant à haute densité et possède le point de fusion le plus élevé de tous les métaux, soit 3 422°C. (crédits photo : Heinrich Pniok via Wikimedia Commons)
La solution contre la fragilisation est une imprimante 3D à faisceau d’électrons qui dépose le tungstène couche par couche dans des formes précises. Pour faire fondre la poudre métallique et l’assembler en un objet métallique solide, la technologie utilise un flux de particules dirigé magnétiquement. Le vide réduit les impuretés dues à des matériaux étrangers ainsi que la formation de contraintes résiduelles. Michael Kirka de l’ORNL explique : « La fabrication additive par faisceau d’électrons est prometteuse pour le traitement de géométries complexes de tungstène. Il s’agit d’une étape importante vers l’extension de l’utilisation de métaux résistants à la température dans les ressources énergétiques qui soutiendront un avenir durable et sans carbone. »
Le succès des chercheurs du Manufacturing Demonstration Facility de l’ORNL, soutenu par l’Advanced Materials and Manufacturing Technologies Office du DOE, pourrait à l’avenir améliorer la sécurité et la productivité des réacteurs de fusion et offrir une alternative performante aux réacteurs nucléaires. De plus, en réduisant les émissions de carbone, cela pourrait représenter un pas important vers la production d’énergie durable et pourrait également intéresser d’autres applications à haute température. Pour en savoir plus sur la fabrication des composants en tungstène, cliquez ICI.
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*Crédits photo de couverture : Oak Ridge National Laboratory / Heinrich Pniok
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