Grâce à une réussite européenne, un "nouveau pas" vers la fusion nucléaire

Une nouvelle avancée dans la recherche sur la fusion nucléaire, qui imite ce qui se passe à l'intérieur de notre Soleil, a été annoncée aujourd'hui au Royaume-Uni.

Une nouvelle avancée dans la recherche sur la fusion nucléaire, qui imite ce qui se passe à l’intérieur de notre Soleil, a été réalisée dans la plus grande machine de fusion du monde. Ce nouveau record au Joint European Torus (Jet) à Culham, près d’Oxford (Royaume-Uni) fait plus que doubler le précédent record d’énergie de fusion atteint en 1997. “Ces résultats révolutionnaires nous ont permis de faire un grand pas en avant vers la résolution de l’un des plus grands défis scientifiques et techniques. C’est le couronnement de plus de 20 ans de recherche et d’expérimentation par des scientifiques de toute l’Europe, a déclaré Ian Chapman, PDG de l’Autorité britannique de l’énergie atomique, qui participait à une conférence de presse en compagnie de plusieurs scientifiques du projet, mercredi au Royaume-Uni. “Il est clair que de grands changements sont nécessaires pour faire face aux conséquences du changement climatique, et la fusion offre de nombreuses possibilités pour y parvenir. Nous développons une nouvelle technologie pour créer une source d’énergie durable à faible émission de carbone, avec un grand potentiel pour notre planète et les générations futures. Ce monde a désespérément besoin de l’énergie de fusion.”

Précisément, pendant cinq secondes, l’expérience a produit une énergie totale de 59 mégajoules, soit l’équivalent de l’énergie dégagée par deux kilos de charbon ou un kilo de gaz. La fois précédente, en 1997, cela n’avait duré que 0,15 secondes pour 22 mégajoules.

Ce qui fait briller les étoiles

Que s’est-il passé ? Concrètement, lors de la fusion, des noyaux d’atomes de deutérium et de tritium fusionnent pour former un noyau d’hélium. À l’instar des réactions qui font briller les étoiles, dont notre soleil. L’idée de la fusion nucléaire est d’essayer de rapprocher de très près les noyaux de deutérium et de tritium, alors qu’ils se repoussent naturellement. Pour les rapprocher, on doit les chauffer très fort, jusqu’à 150 millions de degrés Celsius. À cette température, aucun matériau ne résiste, mais le gaz de deutérium et de tritium devient un plasma (soupe d’ions et d’électrons séparés), qui a l’avantage d’être conducteur d’électricité et donc d’être sensible aux champs magnétiques. Quand le plasma est chauffé à 150 millions de degrés, la fusion intervient et la paroi de la machine construite pour contenir ce plasma (une sorte de bouteille métallique magnétique) reçoit l’énergie développée par la fusion, la transforme en chaleur. Cette chaleur fait chauffer de l’eau, et la transforme en vapeur. Celle-ci peut passer dans une turbine qui pourra, dans le futur, produire de l’électricité.

Grâce à une réussite européenne, un "nouveau pas" vers la fusion nucléaire
©UKAEA. L'intérieur du Jet, avec du plasma.

“Depuis quelques semaines, des essais avec le deutérium et le tritium qui peuvent produire de l’énergie avaient lieu au Jet. C’est déjà un pas positif, commente Vincent Massaut, spécialiste de la fusion nucléaire et directeur adjoint au SCK CEN de Mol. Auparavant, Jet fonctionnait, mais avec de l’hydrogène pur ou du deutérium, ce qui ne produisait pas vraiment d’énergie. Surtout, l’important, c’est qu’il y ait eu ici une production pendant cinq secondes. Un temps qui paraît court mais qui est en fait long pour la fusion telle qu’elle peut être faite à Jet. Ils ont pu tenir la haute puissance d’une génération de chaleur (due à la fusion) de 10 à 15 mégawatts (l’équivalent de ce que peut produire une petite centrale au gaz) pendant cinq secondes. Mais Jet est une machine qui a été construite dans les années 70 et les aimants utilisés sont conducteurs (et non supraconducteurs comme on les connaît actuellement) et ne peuvent pas survivre très longtemps si le courant servant à générer le champ magnétique est très intense car ils risquent de fondre. Donc, il faut arrêter l’expérience après cinq ou six secondes.”

Grâce à une réussite européenne, un "nouveau pas" vers la fusion nucléaire
©DR. Vincent Massaut, directeur adjoint du SCK CEN.

Le seuil d'ignition se fait attendre

Et d'insister : "on a pu garder ce plasma de fusion pendant cinq secondes, ce qui n'a jamais été fait nulle part ailleurs. Cela, c'est vraiment une avancée. C'est pour cela que le Jet veut en faire un événement. Un tel temps à une haute énergie, pour une telle petite machine, c'est une belle avancée. Même s'il y a, je pense, un petit effet d'annonce. Vis-à-vis de précédentes annonces sur la fusion inertielle (un autre type de fusion, moins loin en termes de progrès, NdlR), ils voulaient sans doute montrer que dans la fusion magnétique, il y a aussi des avancées importantes."

Bémol : avec ce record, on n’a toujours pas dépassé le seuil d’ignition, décisif dans le progrès vers une véritable fusion nucléaire. “Pour l’ignition, il faut produire davantage d’énergie qu’on en injecte. Or ici, on obtient toujours moins d’énergie qu’on en a injectée : on obtient 12 à 15 mégawatts de chaleur dégagée, mais on en a injecté 40 dans le plasma."

Grâce à une réussite européenne, un "nouveau pas" vers la fusion nucléaire
©UKAEA

Concrètement, le record est le résultat d’une campagne d’expériences préparant à Iter, version plus grande et plus avancée du Jet, en cours de construction dans le sud de la France. Sept nations y coopèrent : la Chine, l’Union européenne, l’Inde, le Japon, la Corée du Sud, la Russie et les États-Unis. Le projet Iter vise à démontrer la faisabilité scientifique et technologique de l’énergie de fusion nucléaire. “Avec Iter, on passera à l’échelle supérieure, souligne Vincent Massaut. On n’aura par exemple plus le problème des aimants qui chauffent et donc plus de limitation de temps pour l’expérience, entre autres.” La chambre où se trouve le plasma sera aussi beaucoup plus grande qu’au Jet, ce qui permettra d’augmenter la puissance en mégawatts. “Le fait d’être arrivé à faire ces cinq secondes à haute puissance donne beaucoup de confiance sur la possibilité de compter sur le facteur d’échelle fourni avec Iter”, juge Vincent Massaut. C’est un nouveau socle sur lequel on peut s’appuyer, un nouveau pas en avant en termes de confiance sur la manière dont Iter va pouvoir fonctionner dans le futur.”

Grâce à une réussite européenne, un "nouveau pas" vers la fusion nucléaire
©UKAEA. Le Torus Hall du Jet.

Tony Donné, directeur du consortium Eurofusion pour la recherche sur la fusion en Europe assure d'ailleurs : “Maintenant que nous avons démontré la production continue d’énergie de fusion pendant cinq secondes, cela ouvre la voie à une production continue de cinq minutes, puis de cinq heures, à mesure que les machines de fusion deviennent plus grandes.”

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©Eurofusion. Le plasma à l'intérieur du Jet, lors de l'enregistrement du nouveau record.

Pas avant les années 2040-2050

Néanmoins, il ne faut pas attendre la première centrale à fusion nucléaire produisant de l’énergie électrique avant les années 2040-2050, selon Vincent Massaut. Et l’avancée du Jet ne va pas accélérer le tempo, précise l’expert belge. Même si des "prédesign" d’une telle centrale sont déjà en cours via le projet européen EU-Demo, il faudra attendre les résultats d’Iter pour le compléter. Trop tard pour vraiment répondre à la crise climatique à laquelle nous faisons face ? “Les gens se demandent pourquoi se presser avec la fusion nucléaire puisqu’on l’aura dans 20 ou 25 ans, répond Vincent Massaut. Justement, si on ne se presse pas, on ne l’aura jamais. Il faut le faire maintenant ! Et de toute façon, cela aidera, car de la consommation d’énergie, il y en aura toujours. Et puis trop tard, mais trop tard vis-à-vis de quoi ? On ne sait pas de quoi l’avenir sera fait. Si on ne fait rien, on n’aura rien ! Il faut voir cela d’une façon plus positive et se dire : pour la cible 2050 de la Commission européenne, la fusion pourrait être là. C’est une source d’énergie énorme, qui peut venir compenser là où on devra lâcher du lest (gaz, pétrole, charbon ou même si l'on veut arrêter le nucléaire de fission partout). C’est une énergie qu’on doit développer. Il ne faut pas oublier que si Iter coûte près 20 milliards d’euros, c’est moins cher qu’un oléoduc d’énergie fossile qui peut coûter jusqu’à 40 milliards !”