Cette machine, d’une valeur de 14 milliards de dollars, va marquer le début d’une nouvelle ère pour l’énergie de fusion nucléaire

La première et la plus grande machine de ce type est actuellement en construction au centre de recherche scientifique français Cadarache, spécialisé dans la recherche sur l’énergie nucléaire.

Baptisée ITER, qui signifie “la voie” en latin, elle devrait ouvrir une nouvelle ère pour l’électricité produite par la fusion nucléaire, ce à quoi les scientifiques et les ingénieurs travaillent depuis plus de 40 ans.

En fusionnant deux formes d’hydrogène – le deutérium et le tritium – la machine produirait 500 mégawatts d’électricité. C’est dix fois plus d’énergie qu’il n’en faut pour la faire fonctionner.

Une fois achevé, ITER mesurera 30 mètres de diamètre et de hauteur, et représentera un nouveau type de dispositif de fusion nucléaire. S’il atteint ses objectifs de production d’énergie, il sera la première machine de ce type à combler le fossé entre la recherche sur la fusion en laboratoire et l’énergie de fusion facilement disponible pour les villes.

En juin 2015, les coûts de construction de la machine dépassaient les 14 milliards de dollars américains. Mais, au final, les experts affirment que cela en vaudra la peine. Après tout, la fusion nucléaire est le processus qui alimente les étoiles comme notre Soleil et offre un certain nombre d’avantages par rapport aux sources d’énergie actuelles si nous pouvons exploiter cette puissance ici sur Terre :

  • La fusion génère des déchets non radioactifs qui peuvent être entièrement recyclés en 100 ans, contrairement aux résidus radioactifs toxiques que produisent les réacteurs de fission nucléaire actuels.
  • Il n’y a aucun risque d’emballement de la réaction, car tout dysfonctionnement arrêterait le processus de fusion, ce qui signifie que les réacteurs à fusion ne courent pas le risque d’une fusion nucléaire.
  • Il s’agit d’une source d’énergie propre par rapport au charbon, au gaz naturel et au pétrole brut.
  • Les réacteurs à fusion peuvent fonctionner à l’eau de mer, offrant ainsi une source d’énergie relativement renouvelable.

Le problème de la fusion

Pour l’instant, le plus gros est le suivant : Les machines à fusion en service aujourd’hui consomment plus d’énergie pour fonctionner qu’elles n’en produisent, ce qui est exactement le contraire de ce que l’on attend d’une centrale électrique.

Le problème vient du plasma surchauffé que produisent les machines, appelées tokamaks, et où se produisent les réactions de fusion. Voici un schéma du plasma, représenté en violet :

Matthias W Hirsch/Wikimedia

Si atteindre ces températures est un exploit technique en soi, les tokamaks ne peuvent pas maintenir le flux de plasma pendant très longtemps. Le record de longévité du plasma est de 6 minutes et 30 secondes, atteint par un tokamak français en 2003.

Ce comportement de pulsation, qui consiste à allumer et éteindre le plasma de manière répétée par courtes impulsions, est ce que les scientifiques essaient de contourner depuis des décennies, car la pulsation coûte trop d’énergie pour être une approche viable en termes de gain énergétique net.

L’idéal est donc de construire une machine capable de produire un plasma auto-entretenu. C’est là qu’intervient ITER. Le plasma à l’intérieur d’ITER atteindra 150 millions de degrés Celsius, soit 10 fois plus chaud que le centre du Soleil, et sera suffisant pour faire fusionner le deutérium et le tritium.

Un sous-produit important de la fusion est l’hélium, plus précisément le noyau des atomes d’hélium. Une fois produits, ces atomes rebondissent et transmettent de l’énergie sous forme de chaleur, ce qui contribue à maintenir le plasma intrinsèquement chaud, sans apport supplémentaire d’énergie externe.

Ce type de combustion par fusion est très similaire à ce qui se passe dans le noyau de notre Soleil.

L’avenir de la fusion

Illustration du générateur de plasma principal de Wendelstein 7-X. Science Magazine/YouTube

Une autre machine située en Allemagne, Wendelstein 7-X, qui a récemment été allumée pour la première fois, devrait également générer un plasma autonome. Toutefois, M. Menard a fait remarquer qu’il est peu probable que cette machine génère un surplus d’énergie suffisant pour servir de centrale de fusion nucléaire potentielle, ce qui est le but d’ITER.

Une autre forme de réacteurs de fusion utilise des lasers au lieu du plasma, comme le National Ignition Facility en Californie, mais ce domaine de recherche a encore du chemin à parcourir avant de pouvoir rivaliser avec les tokamaks du monde.

“Jusqu’à présent, les systèmes à laser sont assez inefficaces et nous pensons que les systèmes de fusion [par plasma] sont plus proches de l’énergie nette”, a déclaré M. Menard.

La construction d’ITER a débuté en 2007 et devrait s’achever en 2019 avec la mise à feu du premier plasma en 2020. La machine devrait atteindre le stade des expériences de fusion complète du deutérium et du tritium pour un gain potentiel d’énergie nette d’ici 2027. En attendant, les installations de recherche sur la fusion dans le monde, comme PPPL, explorent différents aspects du fonctionnement d’ITER.

“En particulier, [nous étudions] la manière dont les particules alpha ou les noyaux d’hélium sont confinés”, a déclaré M. Menard.

Découvrez ci-dessous une visite virtuelle de l’installation ITER :