Les résultats récents de l'installation conjointe European Torus (JET) au Royaume-Uni ont suscité un immense enthousiasme, laissant entendre que le rêve de la fusion nucléaire se rapproche de la réalité. Nous savons que la fusion fonctionne - c'est le processus qui alimente le Soleil, fournissant de la chaleur et de la lumière à la Terre. Mais pendant des décennies, il s'est avéré difficile de passer des expériences scientifiques en laboratoire à une production d'électricité soutenue.

L'objectif fondamental de la fusion est de réunir des noyaux atomiques pour créer un noyau différent et plus lourd, libérant ainsi de l'énergie. Ceci est différent de la fission nucléaire, dans laquelle un noyau lourd tel que l'uranium est divisé en noyaux plus petits tout en libérant de l'énergie.

Une difficulté importante a été le processus de fusion d'atomes légers, isotopes d'hydrogène ou d'hélium, ensemble. Comme ils sont chargés électriquement, se repoussant les uns les autres, ils résistent à la fusion à moins que les noyaux ne se déplacent assez rapidement pour se rapprocher physiquement très près les uns des autres, ce qui nécessite des conditions extrêmes. Le Soleil y parvient en son cœur grâce à ses immenses champs gravitationnels et à son énorme volume.

Une approche utilisée dans les laboratoires sur Terre est le "confinement inertiel", dans lequel une minuscule pastille de combustible de fusion d'environ un dixième de centimètre de diamètre est chauffée et comprimée de l'extérieur à l'aide d'énergie laser. Ces dernières années, des progrès encourageants ont été réalisés sur cette technique, peut-être plus particulièrement par le National Ignition Facility aux États-Unis, où un rendement de fusion de 1,3 million de Joules (une mesure de l'énergie) a été signalé l'année dernière. Bien que cela ait produit 10 quadrillions de watts de puissance, cela n'a duré qu'une fraction (90 billionièmes) de seconde.

Une autre technique, le "confinement magnétique", a été déployée plus largement dans les laboratoires du monde entier et est considérée comme l'une des voies les plus prometteuses pour réaliser des centrales à fusion à l'avenir. Il s'agit d'utiliser du combustible de fusion contenu sous la forme d'un plasma chaud, un nuage de particules chargées, confiné par de puissants champs magnétiques. En créant les conditions pour que les réactions de fusion aient lieu, le système de confinement doit maintenir le combustible à la température et à la densité appropriées, et pendant une durée suffisante.

C'est là que réside une partie importante du défi. La petite quantité de combustible de fusion (généralement quelques grammes seulement) doit être chauffée à des températures énormes, de l'ordre de 10 fois plus chaudes que le centre du Soleil (150 millions de °C). Et cela doit se produire tout en maintenant le confinement dans une cage magnétique pour maintenir une production d'énergie.

Diverses machines peuvent être utilisées pour tenter de conserver ce confinement magnétique du plasma, mais la plus aboutie à ce jour est la conception dite "tokamak", qui utilise un tore (en forme de beignet) et des champs magnétiques complexes pour confiner le plasma, comme employé à l'usine JET.

Petit pas ou grand saut ?

Les résultats récents marquent un véritable tremplin dans la quête de l'énergie de fusion. Les 59 millions de joules d'énergie au total, produites sur une période de cinq secondes, ont donné une puissance de fusion moyenne d'environ 11 millions de watts. Bien que cela ne suffise qu'à chauffer environ 60 bouilloires, c'est néanmoins impressionnant, créant une production d'énergie 2,5 fois supérieure au record précédent, établi en 1997 (également à l'installation JET, atteignant 22 millions de Joules).

Le succès de JET est l'aboutissement d'années de planification et d'une équipe hautement expérimentée de scientifiques et d'ingénieurs dévoués. JET est actuellement le plus grand tokamak au monde et le seul appareil capable d'utiliser à la fois du deutérium et du tritium (les deux isotopes de l'hydrogène).

La conception de la machine, utilisant des aimants en cuivre qui chauffent rapidement, signifie qu'elle ne peut fonctionner qu'avec des salves de plasma d'une durée maximale de quelques secondes. Pour franchir le pas vers des opérations à haute puissance plus soutenues, des aimants supraconducteurs seront nécessaires. Heureusement, c'est le cas de l'installation ITER, actuellement en construction dans le sud de la France dans le cadre d'un effort international impliquant 35 nations, qui est maintenant 80% complet. Les résultats récents ont donc donné une grande confiance dans la conception technique et les performances physiques de la conception de la machine ITER, également un dispositif de confinement magnétique, qui est conçu pour produire 500 millions de watts de puissance de fusion.

D'autres défis importants subsistent cependant. Il s'agit notamment de développer des matériaux suffisamment durables capables de résister à la pression intense à l'intérieur de la machine, de gérer l'énorme puissance d'échappement et, surtout, de générer une énergie économiquement compétitive avec d'autres formes de production d'énergie.

Atteindre des sorties de puissance notables et les maintenir pendant plus que de très courtes périodes de temps s'est avéré être le défi majeur de la fusion pendant des décennies. Sans que cela ne soit finalement résolu, une éventuelle centrale à fusion ne peut tout simplement pas fonctionner. C'est pourquoi les résultats du JET représentent une étape importante, même s'ils ne marquent qu'une étape sur le chemin.

Le pas de géant viendra avec la mise à l'échelle des réalisations de fusion actuelles dans les systèmes de fusion ultérieurs, tels qu'ITER, puis dans les centrales électriques de démonstration au-delà. Et cela devrait être à portée de main dans un avenir pas trop lointain, visant une opération d'ici les années 2050 ou peut-être un peu plus tôt.

Avantages cruciaux

Il y a beaucoup en jeu. La fusion produit plus d'énergie par gramme de carburant que tout autre processus qui pourrait être réalisé sur Terre. Certains des principaux avantages de la fusion sont que les produits du processus sont l'hélium et les neutrons (particules qui composent le noyau atomique, aux côtés des protons) - aucun dioxyde de carbone ou autre gaz à effet de serre n'est libéré. Les combustibles bruts sont le deutérium, que l'on trouve dans l'eau de mer, et le lithium, qui est également abondant et que l'on trouve dans de vastes salines. L'énergie de fusion potentielle libérée par le lithium contenu dans une batterie d'ordinateur portable et une baignoire d'eau est estimée à environ 40 tonnes de charbon.

La fusion produit une certaine radioactivité dans les matériaux composant le réacteur. Mais on ne s'attend pas à ce que cela soit aussi long ou aussi intense que les déchets radioactifs produits par la fission nucléaire, ce qui en fait un choix potentiellement plus sûr et plus acceptable que l'énergie nucléaire conventionnelle.

En fin de compte, Rome ne s'est pas construite en un jour. Divers autres aspects de l'ingéniosité humaine, tels que l'aviation, ont historiquement mis beaucoup de temps à se concrétiser. Cela signifie que les étapes qui permettent de progresser sont extrêmement importantes et doivent être célébrées à juste titre.

La fusion progresse inexorablement et nous nous rapprochons de plus en plus de la réalisation de ce rêve autrefois lointain de puissance de fusion commerciale. Un jour, il fournira un approvisionnement presque illimité d'énergie à faible émission de carbone pour de nombreuses générations futures. Alors même si ce n'est pas encore tout à fait là, ça vient.