La fusion nucléaire, l’énergie propre de demain

À l’heure où le prix de l’énergie s’envole et où le réchauffement climatique impose de limiter les émissions de CO2, un espoir est apporté par la science : domestiquer l’énergie du soleil. Dans le monde entier, les scientifiques se sont lancés dans la course à la maîtrise de l’énergie des étoiles. La fusion nucléaire sera-t-elle l’énergie propre de demain ? On vous explique cette nouvelle révolution à venir.

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Le soleil en fusion ©NASA

Comment marche la fusion nucléaire ?

• L’énergie qui fait briller notre soleil

La fusion nucléaire fait peur, pourtant, elle nous éclaire et nous réchauffe depuis la nuit des temps. Que ce soit la belle lumière du jour par beau temps ou le plaisir d’une chaude journée ensoleillée à la plage, tous ces petits bonheurs nous sont offerts par la réaction de fusion qui se produit au cœur de notre soleil. Elle est même présente partout dans l’univers car c’est le carburant des étoiles qui brillent dans notre ciel.

• La réaction de fusion nucléaire

Cette réaction consiste à fusionner de tout petits éléments pour en faire un plus gros. Sur le papier, ça parait simple. On prend des isotopes d’hydrogène (du deutérium et du tritium). Ils sont abondants dans la nature. On les chauffe à blanc, et à l’arrivée, on obtient de l’hélium, un nuage de neutrons et un énorme dégagement d’énergie sous forme de chaleur.
Il n’y a pas de déchets radioactifs à vie longue comme pour les réactions de fission. La radioactivité résultante est faible. Ce n’est pas une réaction en chaîne, donc pas de risques d’accident. Il n’y a pas de combustion d’éléments carbonés, donc pas de dégagement de CO2.
Bref, c’est lénergie pour tous, sans les effets secondaires, le Graal de la physique nucléaire moderne !

• Quelle est la différence entre la fusion et la fission ?

Aujourd’hui, nous savons utiliser la fission nucléaire. Cela consiste à casser de gros atomes d’uranium ou de plutonium. Il en résulte un énorme dégagement d’énergie et des déchets hautement radioactifs. C’est la réaction que nous utilisons pour fabriquer de l’électricité dans nos centrales nucléaires.
La réaction de fusion est beaucoup plus propre. Il n’y a ni risques d’explosion ni risques de fuites radioactives. Dès que l’on coupe l’alimentation, la réaction s’arrête. Le combustible est bon marché et présent naturellement dans la mer et dans les sols. Il y a peu de déchets et leur radioactivité s’estompe vite.
Si l’on compare fission et fusion, ce dernier l’emporte haut la main sur tous les points sauf un : la facilité de mise en œuvre !

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Principe de la fusion

Pourquoi le contrôle de la fusion est encore à l’état de recherche aujourd’hui ?

Cette source d’énergie semble quasi miraculeuse. Alors pourquoi ne l’utilisons-nous pas déjà ? Parce que produire une réaction de fusion est d’une complexité technique inégalée ! Déclencher cette réaction revient à créer un soleil artificiel miniature.

Au sein de l’astre solaire, la réaction est facilitée par la très haute pression qui y règne, soit 200 milliards de fois la pression terrestre. Nous sommes incapables de reproduire une pression pareil sur terre. Alors comment faire ?
Les chercheurs ont réussi à contourner la difficulté, en remplaçant les hautes pressions par une chaleur intense. La réaction se produit si l’on atteint au moins 150 millions de degrés Celsius. Le challenge à relever consiste à atteindre cette chaleur phénoménale sans faire fondre le réacteur. Puis, à générer une réaction de fusion qui créera plus dénergie qu’il en aura fallu pour la déclencher.

Les physiciens ont trouvé comment isoler la réaction. Puisqu’il ne peut pas y avoir de contacts avec un corps solide à de si hautes températures, ils l’enferment dans un champ magnétique très puissant. C’est le principe de l’aimant qui repousse des objets sans les toucher. Lorsque l’on sait que ces super aimants doivent être maintenus à des températures proches du zéro absolu pour être efficaces, on mesure le challenge à relever par nos scientifiques. Ils doivent générer une chaleur infernale et l’enfermer avec des aimants glacés. La difficulté est immense mais de nombreuses équipes de chercheurs publiques et privées tentent de relever le défi.

Principe d'un réacteur à fusion- Le blog du hérisson
Principe d’un réacteur à fusion ©Oak Ridge National Laboratory

ITER, le programme scientifique international de tous les records

ITER est un programme scientifique international qui réunit 35 pays. Il est le résultat d’une collaboration entre des milliers de chercheurs et d’ingénieurs. L’objectif est de construire le plus grand réacteur à fusion tokamak jamais conçu et de démontrer que la fusion peut être utilisée pour générer de l’électricité à niveau industriel. Le tokamak d’ITER est un prototype qui doit faire la transition entre les dispositifs des laboratoires de recherche et la production d’énergie à grande échelle. Le site du projet est basé en France à Cadarache.

Mais qu’est-ce qu’un tokamak ? Le tokamak est une machine conçue pour exploiter lénergie de la fusion nucléaire. C’est une enceinte en forme de bouée dans laquelle on confine du plasma (gaz à haute température) à l’aide de champs magnétiques puissants. Le nom de tokamak est un acronyme russe qui veut dire en français « chambre toroïdale avec bobines magnétiques ». Inventé par l’URSS dans les années 50, ce type de réacteur s’est imposé comme la configuration la plus adaptée.

Le tokamak géant d’ITER a été conçu à partir du retour d’expérience de plus de 200 tokamaks à travers le monde. Il nécessite l’assemblage de plus d’un million de composants fabriqués dans des usines du monde entier. Sa construction a débuté en 2020 et devrait être achevée en 2024 si le programme est respecté. Si tout se déroule comme prévu, ITER produira ses premiers plasmas fin 2025. Les résultats du projet ITER seront cruciaux pour ouvrir la voie aux centrales de fusion à génération d’électricité de demain.

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Plans du Tokamak d’ITER en construction ©Oak Ridge National Laboratory

La fusion nucléaire, énergie propre de demain et nouvelle révolution technologique ?

Les chercheurs étudient les réactions de fusion de notre soleil, depuis la Terre ou grâce à des astronefs, comme la sonde Parker. Reproduire le fonctionnement de l’astre solaire semble la seule option pour créer de lénergie propre en quantité suffisante pour les générations futures. Si la recherche aboutit, l’humanité disposera avec les réacteurs tokamaks d’une vraie alternative à l’utilisation des énergies fossiles. Là où une centrale au charbon de 1 000 MW consomme aujourd’hui 2,7 millions de tonnes, une centrale à fusion ne consommera demain que 250 kilos de combustible. Chaque mètre cube d’eau de mer contient 33 grammes de deutérium, la ressource est inépuisable. Le tritium se fabrique très facilement à partir de lithium. Ce carburant, courant dans la nature, sera accessible à tous.

Lorsque cette technologie passera en phase industrielle, nous serons face à une révolution. Nous rentrerons dans une nouvelle ère où l’énergie sera bon marché, abondante et accessible à tous.

Dans ce monde de demain, nous arrêterons de rejeter du CO2 pour nous chauffer, nous déplacer ou pour faire fonctionner nos industries. L’énergie domestiquée du soleil sera illimitée. Nous aurons une vraie alternative pour opérer notre transition énergétique.

Néanmoins, il est à noter que ce choc technologique risque de rebattre beaucoup de cartes en termes de géopolitique. L’énergie est au cœur de nos économies. Les troubles que nous vivons aujourd’hui avec le gaz russe nous le rappellent au quotidien. Les pays producteurs devront réinventer leur modèle économique. Les alliances stratégiques entre pays devraient être impactées. Ce sera, soyez-en sûr, un monde différent.

Face à la nécessité pour les nations d’accéder à l’indépendance énergétique, la maîtrise de la fusion nucléaire est devenue un défi majeur. Alors que les enjeux économiques rejoignent les enjeux écologiques, partout dans le monde, des laboratoires, publics ou privés se sont lancés dans la course. Utopique, il y a encore peu, la maîtrise de la fusion nucléaire productrice dénergie propre devient un objectif atteignable à moyen terme. Au début des années 60, emmener un homme sur la lune semblait être un rêve insensé. Pourtant, la guerre froide a fait de ce rêve une réalité. Gageons que la compétition actuelle entre les nations permettra de réaliser ce nouveau rêve de l’humanité.

Catherine Abrial

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