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La fusion nucléaire sort de son carcan

par Etienne Henri
énergie nucléaire électricité

[La question de l’électricité propre n’a jamais été aussi centrale. Mais le cahier des charges à tenir est strict. Dans cette voie, le nucléaire semble tout indiqué. Mais la fission est trop dangereuse et la fusion, encore indomptable, peine à s’extraire des labos de recherche. A ce titre, le méga-projet ITER capte toutes les ressources (argent, talents, etc.) pour trop peu de résultats… La solution ? Une R&D plus agile et moins encombrante…]

Alors que les économies développées tentent de réduire par tous les moyens leurs émissions de CO2, que la consommation d’énergie se déporte massivement des hydrocarbures vers l’électricité, produire de l’électricité propre est plus important que jamais.

Les super-programmes sont des impasses

Les productions photovoltaïques et éoliennes, si prometteuses qu’elles soient, ont un coût important en termes de consommation de matières premières, d’utilisation des surfaces et de pollution induite. Pour retrouver l’innocence des années 1980 où, en France, le coût du kilowatt-heure électrique est devenu négligeable, il nous faudra retrouver une manière de produire sur de petites surfaces des quantités immenses d’électricité.

Ce strict cahier des charges ne peut aujourd’hui être rempli que par les centrales nucléaires à fission, avec les conséquences et les dangers que l’on sait. En parallèle, les chercheurs continuent de travailler sur la fusion nucléaire qui, elle, ne risque ni accident nucléaire – comme à Tchernobyl ou Fukushima –, ni épuisement de son combustible.

Le 30 octobre, le Royaume-Uni a allumé pour la première fois un réacteur à fusion d’un nouveau genre. Après sept ans de travaux, le Mega Amp Spherical Tokamak (MAST) permettra de tester une nouvelle manière de réaliser les Tokamak, la technologie la plus prometteuse pour parvenir à l’industrialisation de cette énergie potentiellement gratuite et illimitée.

Un nouveau plasma pour limiter les fuites 

Déclencher une fusion nucléaire sur Terre est une technique connue depuis les années 1950. C’est ce processus qui a lieu lors de l’explosion d’une bombe H, et qui permet de dégager, en une fraction de seconde, une énergie considérable.

Bombe H

L’humanité sait déclencher des fusions nucléaires depuis 1952,
date de l’explosion de la première bombe H. Crédit : WikiCommons
 

Tout le défi est de parvenir à contenir la fusion nucléaire dans un petit volume pour pouvoir, d’une part, contrôler la puissance en temps réel et, d’autre part, récupérer l’énergie produite pour générer de l’électricité.

Si contrôler la fission nucléaire (qui a lieu dans les centrales classiques) s’est avéré être un jeu d’enfant, les scientifiques ont rapidement réalisé que la fusion était indomptable. Pour qu’elle se maintienne, il est nécessaire de la concentrer dans un espace très réduit et de n’avoir aucune fuite.

De toutes les pistes testées durant XXe siècle, c’est le confinement magnétique dans un Tokamak qui semble la plus prometteuse. Cette méthode consiste à maintenir un plasma (gaz ionisé à une température atteignant les 15 millions de degrés) dans une forme torique par de puissants aimants. La fusion nucléaire a lieu à l’intérieur du plasma, et l’énergie est récupérée à l’extérieur de l’enceinte.

plasma de Tokamak

Un plasma de Tokamak. Crédit : ITER 

Les premiers Tokamak datent des années 1960, et près de deux cents ont déjà été construits. C’est d’ailleurs cette architecture qui a été retenue pour le méga-projet international ITER qui, associant 35 pays pour un budget de près de 20 Mds€, a pour objectif de créer un réacteur capable de produire 500 MW de puissance avec un rendement de 1 000 %.

Si la solution du confinement magnétique est globalement reconnue comme la meilleure par la communauté scientifique, la forme idéale du plasma qui permettra de limiter au mieux les fuites d’énergie reste encore à définir.

C’est pour cette raison que le projet MAST des chercheurs britanniques vient apporter un vent de nouveauté dans ce domaine où ITER, par son poids international et son budget faramineux, joue le rôle de leader encombrant.

MAST : au-delà du donut 

La forme traditionnelle des plasmas de Tokamak ressemble furieusement à celle d’un donut. Or, après un demi-siècle de R&D, force est de constater que cette forme est loin d’être parfaite. Les fuites sont importantes, et le record mondial de durée de fonctionnement – détenu par l’Agence de l’énergie atomique japonaise – n’est que de… 28 secondes. Autant dire qu’un fonctionnement 24h/24 n’est pas encore d’actualité.

Pour tenter de mieux contenir le plasma, et augmenter ainsi la stabilité du processus, le Royaume-Uni expérimentera avec MAST une nouvelle forme. Adieu le donut, bonjour la pomme sans trognon : le nouveau plasma est plus sphérique et potentiellement plus stable. Le concept avait été testé en 1999 avec un réacteur de plus faible puissance, et la question est désormais de savoir s’il peut être décliné sur des installations plus conséquentes – condition sine qua non pour une industrialisation.

MAST

MAST parie sur la sphéricité pour donner un coup de fouet au concept du Tokamak. Crédit : UKAEA

La fusion nucléaire dans les pas de la NASA

Outre l’intérêt scientifique et potentiellement écologique de cette nouvelle technique de fusion, la nouvelle est enthousiasmante pour le secteur car elle signe le retour d’une R&D plus agile.

Le monde de la fusion nucléaire a, paradoxalement, beaucoup souffert du projet ITER. Concentrant les budgets et les talents de la quasi-totalité des pays développés sur une seule technologie, ITER a asphyxié les alternatives pour des décennies.

Le nouveau Tokamak MAST n’a coûté que 55 M£. Si le plasma sphérique tient ses promesses, le Royaume-Uni prévoit de construire un réacteur encore plus puissant qui devrait être mis en fonctionnement d’ici 2040, pour un coût de seulement 220 M£ (243 M€, soit 1,2 % du budget d’ITER).

Le monde de la fusion nucléaire a beaucoup souffert du projet ITER

Cette revanche de David sur Goliath ne peut que nous rappeler ce qu’il s’est passé dans le secteur de l’exploration spatiale…

A la fin des années 1990, la NASA a réalisé que les super-programmes étaient des impasses. Ils siphonnent les budgets, interdisent de se diversifier, concentrent les risques et apportent finalement peu à la science. Sous l’impulsion de Daniel Goldin, l’agence spatiale a su changer de philosophie et le mantra “faster, better, cheaper” (plus vite, mieux, pour moins cher) a fait naître de formidables programmes comme la sonde martienne Odyssey et, par extension, le programme SpaceX.

Ce n’est qu’en sacrifiant ses mastodontes que l’agence spatiale a pu sortir du bourbier et reprendre le chemin du progrès et de l’innovation rapide. Voir le monde de la fusion nucléaire sortir de son obsession pour ITER apporte un vent de nouveauté bienvenue et nécessaire pour que cette “technologie d’avenir” devienne rapidement une réalité industrielle.

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