Les instabilités, de types très divers, sont le troisième genre d’effets limitant le confinement et leur contrôle constitue la principale difficulté à surmonter pour réaliser la fusion. L’origine de ces instabilités peut être soit microscopique (et elles entraînent alors des pertes d’énergie par émission d’ondes ou par des oscillations du plasma), soit macroscopique c’est-à-dire de type M. H. D. Ce sont ces dernières qui limitent essentiellement le confinement et par suite la durée de vie du plasma. L’étude de la stabilité des configurations plasma-champ magnétique envisagées a permis bien souvent de proposer un mécanisme stabilisateur ; mais, malheureusement, ce dernier était souvent à l’origine de l’apparition de nouvelles instabilités : le problème est encore ouvert à l’heure actuelle. Un grand nombre de ces instabilités sont d’importance majeure. À côté d’instabilités spécifiques à certains dispositifs, citons l’instabilité en flûte, encore appelée instabilité d’échange (puisqu’elle se traduit par l’échange, à la limite du plasma, d’un tube de force magnétique « vide » (a), avec un tube de force magnétique (b) empli de plasma) rencontrée dans tous les plasmas (fig. 12).

Une possibilité d’empêcher l’échange des lignes de force est de changer leur structure en fonction de la distance à l’axe. Cela est obtenu en superposant au champ longitudinal un champ azimutal : les lignes de force sont des hélices dont le pas varie lorsqu’on s’écarte de l’axe. Cet effet s’appelle cisaillement des lignes de forces.

Ces instabilités sont dues à l’influence de la courbure des lignes de champ, le plasma étant stable dans les régions où sa limite est concave (par exemple, dans la région des cols d’une bouteille magnétique), et instable dans les régions où il est convexe (par exemple, le centre d’une bouteille). Des configurations « concaves » peuvent être obtenues dans des configurations du type « Cusp » dont la plus élémentaire (fig. 13) est obtenue à l’aide de deux bobines parcourues par des courants en sens inverses. On voit qu’il existe alors une possibilité de fuite des particules le long des lignes de force, dans la région centrale (« fente annulaire »).

Des combinaisons de configurations de ce type avec des configurations en bouteille ont été tentées, par exemple l’aide des barres de Ioffé (fig. 14a) ; des conducteurs rectilignes, dont les sections sont disposées aux sommets d’un polygone régulier, sont parcourus par des courants alternativement en sens inverses ; dans une section, la configuration du champ est de type Cusp (fig. 14b) ; mais les fuites par les fentes sont limitées par le champ de la bouteille magnétique, créé par les bobines B₁ et B₂.

Enfin, dans les plasmas de striction, où le confinement est dû au champ magnétique azimutal créé par le courant I circulant dans le plasma (cf. fig. 6), on observe des instabilités longitudinales : toute déformation longitudinale de la colonne est instable, la pression magnétique tendant à augmenter la déformation (fig. 15) [puisque le champ azimutal varie en I/R] ; on a donc, en plus des instabilités en flûtes, des instabilités de striction. Ces dernières ont pu être (dans les machines ouvertes) stabilisées à l’aide d’un conducteur central transportant un courant inverse de celui qui circule dans le plasma (striction à noyau central).

Toutes ces propriétés se retrouvent dans les quatre grandes catégories de machines à fusion qui ont été construites : les machines à striction (par exemple Zeta [Angleterre], Tokomak [U. R. S. S.], Scylla [États-Unis]), les machines à miroir (Ogra [U. R. S. S.], DCX 1 et 2 [États-Unis]), les Stellarators [États-Unis], les machines « Cusp » (Baseball [États-Unis]).

D. Q.

➙ Alfvén (ondes de) / Maxwell (équations de) / Plasma.

 J. A. Shercliff, A Textbook of Magnetohydrodynamics (Londres, 1965). / C. Thirriot et D. Bellet, la Magnétohydrodynamique (P. U. F., coll. « Que sais-je ? », 1970).