L’énergie de fusion : un rêve ancien
Depuis des siècles, l’humanité aspire à exploiter la puissance du soleil pour améliorer notre quotidien sur Terre. Cependant, notre ambition va bien au-delà de la simple collecte d’énergie solaire. Nous envisageons de créer notre propre énergie à partir d’une mini-soleil. Si nous parvenons à résoudre un ensemble de problèmes scientifiques et techniques complexes, l’énergie de fusion pourrait offrir une source d’énergie propre, sûre et illimitée. Par exemple, un kilogramme de deutérium extrait de l’eau pourrait suffire à fournir l’électricité nécessaire pour alimenter des centaines de milliers de foyers chaque jour.
Défis et avancées dans l’énergie de fusion
Depuis les années 1950, la recherche en science et en ingénierie a fait des progrès considérables dans la fusion des atomes d’hydrogène. Paradoxalement, le chemin est semé d’embûches, notamment le maintien des réactions sur de longues périodes et la conception d’une structure matérielle capable de collecter l’énergie de fusion pour la transformer en électricité. Bien que l’équipe de chercheurs du Princeton Plasma Physics Lab estime qu’une première centrale de fusion commercialement viable pourrait encore mettre 25 ans à voir le jour, les avantages potentiels de cette technologie à long terme justifient la poursuite de nos efforts. De grandes démonstrations de faisabilité doivent être menées rapidement afin d’intégrer cette énergie de fusion dans nos projets énergétiques futurs.
Pourquoi choisir l’énergie de fusion ?
Le principe de la fusion repose sur la rencontre de deux noyaux d’hydrogène (deutérium et tritium). C’est un processus complexe, car ces noyaux possèdent tous deux une charge positive, ce qui les repousse. Pour qu’ils fusionnent, ils doivent aborder la collision à des vitesses extrêmes. Ce phénomène se produit naturellement dans le soleil, où, sur notre planète, les chercheurs utilisent des magnets puissants pour contenir un gaz extrêmement chaud, composé des noyaux de deutérium et de tritium ainsi que des électrons. Ce gaz, connu sous le nom de plasma, atteint des températures dépassant les 100 millions de degrés Celsius, permettant aux noyaux de fusionner et de relâcher de l’énergie sous forme d’un particule alpha et d’un neutron.
Le chauffage du plasma à de telles températures nécessite une quantité massive d’énergie, qui doit être fournie avant le démarrage de la fusion. Cependant, une fois le processus engagé, celle-ci peut générer suffisamment d’énergie pour maintenir la chaleur nécessaire, tout en permettant d’extraire l’excédent sous forme d’électricité utilisable.
L’un des grands avantages de l’énergie de fusion est la disponibilité de son carburant. Le deutérium est abondant dans l’eau, et le tritium peut être produit à partir du lithium. De plus, cette ressource est accessible à tous les pays, peu importe leurs ressources naturelles.
L’énergie de fusion est également écologique, car elle ne produit pas de gaz à effet de serre et ne génère que de l’hélium et des neutrons. En termes de sûreté, il n’y a aucun risque d’une réaction incontrôlée, comme dans le cas d’un fonte nucléaire. En cas de défaillance, le plasma refroidit et les réactions de fusion s’arrêtent.
État actuel des recherches
Les avancées dans le domaine de la fusion peuvent être évaluées de deux manières. Tout d’abord, il y a eu un développement significatif de notre compréhension des plasmas à haute température. Les scientifiques ont dû créer un nouveau champ de la physique, la physique des plasmas, pour concevoir des méthodes de confinement efficaces au sein de champs magnétiques puissants, ainsi que pour chauffer, stabiliser et contrôler le plasma.
De manière connexe, les technologies associées ont également progressé de manière impressionnante. Les avancées dans les magnets, les ondes électromagnétiques et les faisceaux de particules ont permis de contenir et de chauffer le plasma, tandis que des matériaux capables de résister à l’intense chaleur générée sont également en cours de développement.
Les chiffres rendent compte du chemin parcouru dans l’énérgie de fusion : la production de puissance de fusion dans les laboratoires est passée de milliwatts pendant de brèves périodes dans les années 1970 à 10 mégawatts dans le laboratoire de Princeton et 16 mégawatts pendant une seconde au Joint European Torus en Angleterre dans les années 1990.
Un nouvel élan de recherche
La communauté scientifique internationale est désormais unie pour construire une immense installation de recherche en fusion en France, ITER (qui signifie “le chemin” en latin). Ce projet devrait produire environ 500 mégawatts de puissance thermique de fusion pendant environ huit minutes à chaque cycle. Si cette énergie était convertie en électricité, elle pourrait alimenter environ 150 000 foyers. En tant qu’expérience, ITER nous permettra de tester les questions scientifiques et techniques essentielles avant de passer aux centrales de fusion qui fonctionneront en continu.
Le design d’ITER est basé sur le tokamak, un acronyme russe signifiant qu’il s’agit d’un plasma en forme de beignet maintenu dans un champ magnétique puissant, notamment créé par un courant électrique circulant dans le plasma lui-même. Bien qu’ITER ne soit pas conçu pour produire de l’énergie électrique nette, il est prévu qu’il génère dix fois plus d’énergie de fusion que ce qui est requis pour chauffer le plasma. Ce sera une avancée scientifique considérable.
ITER bénéficie du soutien de gouvernements représentant presque la moitié de la population mondiale : Chine, Union Européenne, Inde, Japon, Russie, Corée du Sud et États-Unis, soulignant l’importance de l’énergie de fusion.
La voie à suivre
Le chemin restant vers l’énergie de fusion repose sur deux axes principaux. Le premier consiste à poursuivre nos recherches sur le tokamak, afin de maintenir le plasma dans un état stable pendant plusieurs mois. Nous devrons développer des matériaux capables de supporter des températures équivalentes à un cinquième de l’intensité thermique de la surface du soleil, tout en concevant des barrières pour absorber les neutrons et produire du tritium.
Le second axe consiste à améliorer l’attractivité de la fusion. Quatre pistes sont envisagées :
-
Optimiser les conceptions de réacteurs de fusion à l’aide d’informatique, permettant de créer des formes de beignet plus stables.
-
Développer des magnets supraconducteurs de haute température, plus puissants et compacts que ceux disponibles actuellement pour construire des réacteurs de fusion plus petits.
-
Utiliser des métaux liquides comme matériau entourant le plasma, offrant une conduite sans rupture, ce qui peut résoudre de nombreux défis.
-
Créer des systèmes avec du plasma en forme de sphère, permettant d’explorer d’autres configurations dans un champ magnétique plus faible.
À l’échelle mondiale, des programmes de recherche soutenus par les gouvernements travaillent sur ces deux axes, avec également la montée en puissance d’entreprises privées qui cherchent des innovations dans ce domaine. Cette dynamique de recherche devrait aboutir à des solutions abondantes, propres et sûres dans le futur.
FAQ
Quel est le principal avantage de l’énergie de fusion par rapport aux autres sources d’énergie ?
L’énergie de fusion offre une source d’énergie renouvelable sans émission de gaz à effet de serre et un approvisionnement pratiquement illimité, contrairement aux combustibles fossiles.
Pourquoi la recherche en fusion nécessite-t-elle tant de temps ?
La fusion est un processus extrêmement complexe, nécessitant des avancées dans la physique des plasmas, l’ingénierie des matériaux et la technologie des équipements.
Quelles sont les sources de carburant pour la fusion ?
Le deutérium, présent dans l’eau, et le tritium, qui peut être produit à partir de lithium, sont les principales sources de carburant pour la fusion.
Quels pays soutiennent actuellement la recherche sur l’énergie de fusion ?
La recherche sur la fusion est soutenue par des pays comme la Chine, l’Union Européenne, l’Inde, le Japon, la Russie, la Corée du Sud et les États-Unis.
L’énergie de fusion est-elle vraiment sans risques ?
Oui, la fusion est considérée comme plus sûre que la fission, car en cas de dysfonctionnement, le processus de fusion s’arrête automatiquement et ne présente pas de risque de réaction en chaîne incontrôlée.
