Le réacteur thermonucléaire expérimental international, ou ITER (acronyme de l'anglais International thermonuclear experimental reactor, également mot latin signifiant « chemin » ou « voie »), est un projet international de réacteur nucléaire de recherche civil à fusion nucléaire de type tokamak, situé à proximité immédiate du centre d’études nucléaires de Cadarache à Saint-Paul-lès-Durance, en France. Le projet de recherche s'inscrit dans une démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire. Il associe en 2025 trente-trois pays : ceux de l'Union européenne ainsi que l'Inde, le Japon, la Chine, la Russie, la Corée du Sud, la Suisse et les États-Unis.
ITER est le plus grand projet scientifique mondial actuel. Il naît de l'idée d'une collaboration internationale sur l'énergie de fusion dès 1985. Par sa complexité, son ambition et son budget hors norme, ce projet de haute technologie cristallise les espoirs de maîtriser la fusion nucléaire, une source d'énergie abondante et non émettrice de gaz à effet de serre. Pour les mêmes raisons, il est sujet à de nombreuses controverses, notamment concernant sa difficulté de réalisation, le montant des subventions sur fonds publics, les dépassements de budget et les retards de construction. Son entrée en activité et les premières expériences de fusion sont prévues pour 2033.
Selon les promoteurs du projet, la démarche à long terme visant à l'industrialisation de la fusion nucléaire nécessiterait de construire ensuite un second réacteur de recherche, Demo, plus proche d'un réacteur de production, puis PROTO, un réacteur à valeur de prototype industriel, avant la phase industrielle proprement dite.
Iter signifie « chemin » ou « voie » en latin. Les participants aux études de conception préliminaires (entre 1988 et 1992) ont choisi cet acronyme pour exprimer leur souhait de voir le monde coopérer au développement de la maîtrise d'une nouvelle forme d'énergie. Le projet a en effet été lancé par Ronald Reagan et Mikhaïl Gorbatchev dans le contexte de la perestroïka, sur proposition de l'URSS à la communauté internationale. La forme développée du nom est International thermonuclear experimental reactor (« réacteur thermonucléaire expérimental international »).
Le projet a pour objectif principal de démontrer que la fusion nucléaire peut être utilisée comme source d'énergie à grande échelle, non émettrice de gaz à effet de serre, dans l'objectif futur de produire de l'électricité.
Le réacteur ITER a été conçu pour produire un plasma de fusion équivalent à 500 MW de puissance thermique pendant des durées de 400 à 600 secondes, pour une puissance thermique injectée dans le plasma de 50 MW, soit une multiplication par dix de la puissance thermique. La machine vise par ailleurs à démontrer la faisabilité d'une réaction auto-entretenue, ce qui n'a pas encore été réalisé dans un réacteur de fusion. L'électricité totale consommée par le réacteur et les installations se situera entre 110 et 620 MW de pointe pendant trente secondes. Le réacteur est conçu uniquement pour produire un plasma de fusion, et la chaleur émise par la réaction de fusion sera évacuée dans l'atmosphère sans générer d'électricité.
Bernard Bigot présente, en janvier 2019, la phase d'exploitation d'ITER : après le premier plasma en 2025, les équipements de collecte de l’énergie seront installés. Cette étape majeure devrait se terminer vers 2028. Elle permettra de valider la phase de pré-fusion, c’est-à-dire de production d’énergie à partir d’hydrogène classique, de deutérium ou d’hélium. Après cette phase, la machine devrait être disponible pendant dix-huit mois pour les scientifiques qui souhaiteraient mener des expériences. Dans un deuxième temps, à partir de 2030, des systèmes de chauffage complémentaires, indispensables pour parvenir à un plasma de fusion, seront installés. C’est le cas du système de chauffage par injection de particules neutres, qui permet d’accélérer les noyaux d’hydrogène à très grande vitesse pour augmenter le chauffage du plasma afin de le porter à la température de fusion de 150 millions de degrés, température nécessaire pour un plasma auto-entretenu. En 2032, une nouvelle campagne de travail sur la machine sera offerte aux physiciens ; en parallèle sera finalisée la construction de l’installation du cycle du combustible, qui séparera l’hélium produit au sein du plasma par la fusion de l’hydrogène et recyclera le tritium et le deutérium produits par la fusion pour les stocker temporairement et les réinjecter dans la machine. L’objectif est qu’en 2035 ITER atteigne sa pleine puissance.
Une fois la phase d'exploitation terminée, il faudra démanteler l'installation. Les sous-produits de fusion nucléaire issus d'ITER sont peu, voire pas du tout radioactifs, ce qui n'est pas le cas de la chambre, qui devra être traitée pour respecter les normes de sécurité qui seront alors en vigueur. Des déchets vont également être indirectement produits par la dégradation de la chambre sous irradiation (rayonnements alpha échappant au confinement, neutrons). Par exemple, des atomes de carbone seront arrachés aux céramiques des parois, ce qui conduit à la production d'hydrocarbures tritiés, dans l'enceinte de confinement.
La phase de désactivation devrait durer cinq ans, puis le démantèlement à la charge de la France devrait durer dix ans.
Après la phase d'exploitation et suivant les résultats obtenus (le « seuil de rentabilité » de production d'énergie dépassé ou non), un autre réacteur expérimental de puissance équivalente à un réacteur industriel pourrait être créé. Nommé Demo (pour demonstration power plant, « centrale électrique de démonstration »), il sera destiné à étudier la possibilité d'une exploitation commerciale à proprement parler, visant à mettre au point une production industrielle de 1 500 MW d’électricité. La réaction de fusion est destinée à être utilisée comme source de chaleur pour une chaudière produisant de la vapeur d'eau, qui elle-même entraîne des turbines pour produire de l'électricité, comme dans la plupart des centrales électriques. Demo serait le premier réacteur de fusion produisant plus d'énergie que nécessaire pour son fonctionnement. Demo devra atteindre le seuil d'« ignition » dans lequel le chauffage du plasma est réalisé par l'énergie des alphas produits sans apport d'électricité.
Bernard Bigot, directeur général d'ITER, espère « qu’aux alentours de 2040 nous serons suffisamment convaincants pour que les industriels s’intéressent à la machine qui suivra : Demo. Ce sera le premier démonstrateur industriel, c’est-à-dire fonctionnant en continu pour produire de l’énergie, et qui sera cette fois connecté au réseau électrique. Après une dizaine d’années de concertation avec les industriels et de conception d’un réacteur bénéficiant de tous les retours d’expérience d’ITER et de Demo, nous pensons que dès 2045-2050, la construction de la première centrale à fusion commerciale pourra être lancée. Cela prendra sans doute au minimum une dizaine d’années ».
Après Démo serait construit PROTO, un réacteur à valeur de prototype industriel.
Par la suite, les premiers réacteurs d'application pourront être fabriqués. Les prototypes à construire sont de taille et puissance importantes[Combien ?].
Pourtant, des laboratoires universitaires et des start-ups et acteurs privés se sont aussi lancés dans la course à la fusion (notamment au Royaume-Uni, aux États-Unis, en Chine, au Japon et en Russie) ; elles ont déjà obtenu des avancées significatives dans la recherche et développement et les tests de nouveaux matériaux et de variants des technologies de fusion à base d’aimants (stellarators), lasers et tokamaks. Certains projets, plus légers qu'Iter, passent du stade de conception au stade de prototype.
Proposition initialement soviétique
Début octobre 1985, Mikhaïl Gorbatchev présente le projet à François Mitterrand lors de sa première visite en France. Puis un mois plus tard lors du sommet de Genève, en novembre 1985, Mikhaïl Gorbatchev convainc Ronald Reagan de participer au programme international pour construire la prochaine génération de tokamak. L'Union soviétique travaillait, depuis plusieurs années, sur ce type de réacteur.