L’énergie des étoiles… produite sur Terre

Des deux types de réactions nucléaires que l’on connaît, la fusion est celle que l’on retrouve le plus souvent dans l’univers. Rien que sur le soleil, environ 619 millions de tonnes d’hydrogène sont transformés chaque seconde en 614 millions de tonnes d’hélium par des réactions de fusion nucléaire. Toutes les autres étoiles sont alimentées par le même phénomène, qui produit d’énormes quantités d’énergie.

Il n’y a donc rien de surprenant à voir des scientifiques rêver de reproduire ces mécanismes sur la Terre dans le but de subvenir aux besoins croissants en électricité de l’homme.

L’énergie des étoiles a en effet tout pour plaire : 

Le principe de la fusion est simple en théorie. Il « suffit » de rapprocher deux atomes d’hydrogène, puis de les soumettre à des pressions et des températures extrêmement élevées pour les faire fusionner et se transformer en atome d’hélium.

Cette réaction libère beaucoup de chaleur lors de la transformation d’une partie de la masse d’hydrogène. Pour reproduire une fusion nucléaire sur Terre, le défi consiste à chauffer les atomes d’hydrogène à une température de quelques millions de degrés, puis de contenir le plasma résultant de cette opération.

Sur les étoiles, la force de gravité s’occupe de retenir le plasma sur leur surface. Sur Terre, ce rôle est assuré par de gros aimants placés dans une structure appelée tokamak. L’International Thermonuclear Experimental Reactor, plus connu sous le sigle Iter, est le premier réacteur à fusion né de la coopération multinationale, réunissant le Japon, la Corée du Sud, la Chine, l’Inde, la Russie, les États-Unis, la Suisse, le Royaume-Uni et les pays de l’Union européenne.

Ce projet, commencé dans les années 80, se rapproche de plus en plus de sa première réaction de fusion viable énergétiquement. 

Néanmoins, Iter fait face à la concurrence de start-ups indépendantes depuis quelques années. Et ces petites compagnies sont très prometteuses.

David et Goliath en version nucléaire

Commonwealth Fusion Systems (CFS) est l’une des entreprises les plus avancées en matière de fusion nucléaire. Cette start-up ambitionne de créer avant 2030 un tokamak équipé d’aimants en forme de D de 10 tonnes. Chaque aimant sera formé de fines couches d’un matériau supraconducteur composé d’oxyde de baryum-cuivre de terres rares, disposées sur un ruban métallique. Au total, 300 km de ce ruban seront enroulés dans chaque aimant. Le réacteur imaginé par CFS embarquera 18 aimants organisés en anneau. La structure sera installée sur un site au Massachusetts.

Cette technologie, bien différente de l’Iter, constitue sur le papier un formidable bond en avant dans la course à la fusion nucléaire. Il faudrait toutefois attendre les premiers tests avant d’y voir plus clair. Cela ne semble pas poser problème à des investisseurs en capital-risque, qui parient sur le succès de ce tokamak. Preuve de cette confiance : Commonwealth Fusion Systems a obtenu 215 millions de dollars d’investissements depuis sa création, et ces fonds sont appelés à se développer. Le profil de CFS pèse aussi probablement dans la balance.

Cette start-up, installée tout près du célèbre MIT, est dirigée par le docteur Bob Mumgaard, un physicien de renom qui a contribué au développement de supraconducteurs de taille réduite et fonctionnant à haute température. On trouve son empreinte dans les supraconducteurs utilisés dans l’aimant du futur réacteur CFS.

La start-up est évidemment la première à tester cette technologie et compte la mettre en service en 2025. Il s’agit d’une grande prouesse quand on connait la différence de taille entre les équipes et les fonds de CFS, et ceux d’Iter, un projet pharaonique doté d’un budget quasiment illimité.

Une usine pilote de fusion à l’horizon 2030

Tokamak Energy est l’autre Petit Poucet très prometteur de la course à la fusion nucléaire. Cette start-up britannique, dirigée par le docteur David Kingham, s’appuie sur une technologie d’aimants à supraconducteur qui fonctionnent en synergie. À la différence de la structure en D, Tokamak Energy parie sur un montage en bobines des rubans supraconducteurs. Le tokamak de l’entreprise britannique aura ainsi une forme sphérique, proche de celle d’une pomme, ce qui est unique dans le domaine.

Ce choix est motivé par des enjeux commerciaux, les équipes de Tokamak Energy mettant en avant la viabilité, la longévité et la très grande puissance d’un tokamak sphérique. Confiant dans l’avancement de la construction des supraconducteurs, le Dr. David Kingham, vice-président de la start-up, espère pouvoir tester sa technologie dans une usine pilote fonctionnelle au début des années 2030. Soit moins de deux décennies seulement après la naissance de la compagnie. À titre de comparaison, Iter existe depuis près de 40 ans et prévoit de produire son premier plasma seulement en décembre 2025.

Un bond nécessaire pour rompre la dépendance aux énergies fissiles et fossiles

La flexibilité et la culture entrepreneuriale des structures comme CFS et Tokamak Energy seraient-elles les clés du progrès vers une fusion nucléaire rentable ? Les faits actuels nous poussent à répondre par l’affirmative. Pour autant, ces start-ups sont dans l’obligation de fournir des garanties de sécurité maximales, pour éviter tout débordement et accident majeur durant leurs expérimentations. Sur ce point, le projet Iter parait plus fiable.

Dans tous les cas, il est grand temps que des énergies plus propres et ultra-performantes comme la fusion nucléaire se développent à une échelle industrielle, pour mettre fin à la dépendance de notre société aux combustibles fossiles et à la fission nucléaire. 

Si ces différents projets aboutissent, on se dirige vers une très grande transition industrielle bénéfique pour la politique énergétique mondiale.