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La majorité de l’énergie que nous utilisons dans notre vie quotidienne provient du soleil. Les plantes convertissent l’énergie solaire en glucides, les animaux mangent les plantes, puis les humains mangent les deux. Certaines de ces plantes et animaux se décomposent en combustibles fossiles, que nous utilisons ensuite pour chauffer nos maisons, recharger nos téléphones et alimenter nos voitures. Et si nous pouvions supprimer les intermédiaires ? Au cours des dernières années, les scientifiques chinois ont fait d'énormes progrès vers cet objectif avec la création d'un « soleil artificiel ».
La Chine n’a pas littéralement construit de soleil, mais les chercheurs exploitent le processus nucléaire qui alimente l’étoile :la fusion. Contrairement à la fission dans les réacteurs conventionnels, la fusion fusionne deux noyaux légers en un seul, libérant une quantité massive d’énergie tout en ne produisant que de l’hélium comme sous-produit. Cela fait de la fusion une source d'énergie bien plus propre que la combustion de combustibles fossiles, qui libère des gaz à effet de serre, ou la fission, qui génère des déchets radioactifs à vie longue.
Contrôler la fusion est extrêmement difficile. Cela nécessite des températures de plusieurs millions de degrés et des pressions qui écraseraient n’importe quel matériau. Dans le noyau du Soleil, l’hydrogène fusionne à environ 50 à 60 millions de degrés Fahrenheit et à une pression de 3,6 milliards de psi, soit plus de 200 milliards de fois la pression à la surface de la Terre. Reproduire ces conditions dans un laboratoire constitue un défi monumental, et les maintenir est encore plus difficile. C'est pourquoi le récent succès de l'Institut chinois de physique des plasmas, qui a produit et maintenu du plasma pendant plus de 1 000 secondes le 20 janvier 2025, constitue une étape importante.
La percée de la Chine a eu lieu grâce au tokamak expérimental avancé supraconducteur, ou EAST. Bien qu’il existe de nombreux tokamaks dans le monde, EAST est le seul à avoir maintenu le plasma de manière stable pendant une si longue période. Les principes sous-jacents d'un tokamak sont cependant relativement simples.
Premièrement, le confinement. Le plasma étant trop chaud pour qu’un matériau puisse survivre au contact, un tokamak utilise un champ magnétique en forme de beignet pour suspendre le plasma; aucune paroi physique n’est nécessaire. En faisant tourner le plasma, ses électrons s'alignent dans une seule direction, donnant au plasma une charge électromagnétique qui peut être maintenue en l'air comme un aimant flottant.
Deuxièmement, la pression. La pression du noyau solaire est énorme, mais dans un tokamak, nous nous appuyons sur la loi des gaz parfaits pour relier la température et la pression. EAST atteint des températures supérieures à 180 millions de degrés Fahrenheit, permettant à la pression de rester relativement basse tout en permettant des réactions de fusion.
Même si le plasma ne touche jamais les parois du réacteur, il émet néanmoins une chaleur intense. Le véritable défi technique consiste à empêcher cette chaleur de faire fondre les composants environnants. Pour ce faire, les concepteurs de tokamak utilisent des supraconducteurs à haute température, qui conduisent l'électricité sans pratiquement aucune résistance, même à des températures extrêmes.
Alors que la plupart des réacteurs utilisent des supraconducteurs à basse température qui nécessitent un refroidissement massif, EAST utilise de l'oxyde de cuivre et de baryum de terres rares (REBCO). REBCO élimine le besoin de grands systèmes cryogéniques et améliore l'efficacité énergétique, essentielle pour un réacteur à fusion qui doit produire plus d'énergie qu'il n'en consomme.
La réduction des pertes d’énergie est essentielle pour faire entrer la fusion dans le domaine de l’énergie pratique et propre. Chaque amélioration progressive, comme celle du tokamak EAST de la Chine, nous rapproche de cet objectif.