Dans un monde qui lutte pour se débarrasser de sa dépendance aux combustibles fossiles et nourrir son appétit croissant pour l'énergie, il y a une technologie en développement qui semble presque trop belle pour être vraie :la fusion nucléaire.

Si ça marche, l'énergie de fusion offre de grandes quantités d'énergie propre avec une source de carburant presque illimitée et pratiquement aucune émission de carbone. C'est si ça marche. Mais il y a des équipes de chercheurs dans le monde et des milliards de dollars sont dépensés pour s'en assurer.

En février de l'année dernière, un nouveau chapitre de la recherche sur l'énergie de fusion a commencé avec l'ouverture officielle de Wendelstein 7-X. Il s'agit d'un réacteur à fusion expérimental d'un milliard d'euros (1,4 milliard de dollars australiens) construit à Greifswald, Allemagne, pour tester une conception de réacteur appelée Stellarator.

Il est prévu que d'ici 2021, il pourra fonctionner jusqu'à une durée de 30 minutes, ce qui serait un record pour un réacteur à fusion. Il s'agit d'une étape importante sur la voie de la démonstration d'une caractéristique essentielle d'une future centrale à fusion :le fonctionnement continu.

Mais le W-7X n'est pas le seul jeu de fusion en ville. Dans le sud de la France, ITER est en construction, un réacteur de fusion expérimental de 20 milliards de dollars (26,7 milliards de dollars australiens) qui utilise une conception différente appelée tokamak. Cependant, même si le W-7X et ITER utilisent des conceptions différentes, les deux projets se complètent, et les innovations dans l'un sont susceptibles de se traduire par une éventuelle centrale à fusion nucléaire fonctionnelle.

Rebondissements

L'énergie de fusion cherche à reproduire la réaction qui alimente notre Soleil, où deux atomes très légers, comme l'hydrogène ou l'hélium, sont fusionnés. L'atome fusionné résultant finit légèrement plus léger que les deux atomes d'origine, et la différence de masse est convertie en énergie selon la formule d'Einstein E=mc².

La difficulté vient de favoriser la fusion des deux atomes, ce qui les oblige à être chauffés à des millions de degrés Celsius. Contenir un tel carburant surchauffé n'est pas une mince affaire, il est donc transformé en un gaz ionisé chaud – un plasma – qui peut être contenu dans un champ magnétique afin qu'il ne touche pas réellement l'intérieur du réacteur.

Ce qui rend le W-7X particulièrement intéressant, c'est sa conception stellarator. Il comprend une chambre à vide encastrée dans une bouteille magnétique créée par un système de 70 bobines magnétiques supraconductrices. Ceux-ci produisent un champ magnétique puissant pour confiner le plasma chaud.

Les Stellarators et les tokamaks sont deux types de dispositifs de confinement magnétique toroïdaux (en forme de beignet) qui sont à l'étude pour la puissance de fusion. Dans ces expériences, un fort champ magnétique toroïdal (ou annulaire) crée une bouteille magnétique pour confiner le plasma.

Cependant, pour que le plasma ait un bon confinement dans la chambre en forme de beignet, le champ magnétique doit avoir une torsion. Dans un tokamak, comme dans le réacteur ITER, un courant important circule dans le plasma pour générer le chemin torsadé requis. Cependant, le courant important peut entraîner des instabilités "entortillées", ce qui peut perturber le plasma.

Si le plasma est perturbé, le réacteur doit être inondé de gaz pour éteindre le plasma et l'empêcher d'endommager l'expérience.

Dans un Stellarator, la torsion dans le champ magnétique est obtenue en tordant toute la machine elle-même. Cela supprime le grand courant toroïdal, et rend le plasma intrinsèquement plus stable. Le coût vient de la complexité d'ingénierie des bobines de champ et du confinement réduit, ce qui signifie que le plasma est moins facilement contenu dans la bulle magnétique.

Venir ensemble

Alors que le W7-X et ITER utilisent des approches différentes, la plupart des technologies sous-jacentes sont identiques. Ce sont toutes deux des machines supraconductrices toroïdales, et les deux utilisent des systèmes de chauffage externes tels que la radiofréquence et l'injection de faisceau neutre pour chauffer le plasma, et une grande partie de la technologie de diagnostic plasmatique est commune.

Dans une centrale électrique, les isotopes lourds de l'hydrogène (deutérium et tritium) fusionnent pour former de l'hélium avec un neutron énergétique. Alors que l'hélium est contenu dans le plasma, le neutron a une charge électrique neutre, et jaillit dans la "couverture" entourant le plasma. Cela le réchauffe, qui à son tour entraîne une turbine à vapeur qui génère de l'électricité.

Une caractéristique commune à l'ensemble de l'énergie de fusion est la nécessité de développer des matériaux capables de résister à la chaleur élevée et aux neutrons rapides générés par la réaction de fusion. Quelle que soit la conception, la première paroi d'un réacteur à fusion doit résister tout au long de sa durée de vie à un bombardement massif de particules de haute énergie.

À ce stade, il est trop tôt pour dire si la conception du tokamak utilisée par ITER ou le stellarator utilisé par W-7X conviendra mieux à une centrale à fusion commerciale. Mais le début des opérations de recherche de W-7X aidera non seulement à décider quelle technologie serait la meilleure à poursuivre, mais apportera des connaissances précieuses à toute future expérience de fusion, et peut-être un jour une véritable révolution énergétique.

Cet article a été initialement publié sur The Conversation. Lire l'article original.