L’une des principales installations de recherche sur les plasmas vient de battre un nouveau record, ce qui montre que nous nous rapprochons réellement du merveilleux objectif de l’énergie de fusion, à savoir un approvisionnement pratiquement illimité en énergie propre.
Les expériences menées sur le stellarator Wendelstein 7-X – un dispositif qui utilise des aimants pour confiner des nuages de plasma (gaz chauds et chargés) – suggèrent que sa conception spécifique pourrait être la voie à suivre, en générant plus d’énergie que toute autre machine de ce type.
Le Wendelstein 7-X a été mis à feu pour la première fois à l’Institut Max Planck de physique des plasmas fin 2015, montrant que, pendant environ un dixième de seconde, il pouvait maintenir en place une boucle d’ions d’hélium chauffés à un million de degrés.
Cela peut sembler peu si l’on veut utiliser cette technologie pour produire de l’énergie, mais soyez indulgents. La machine n’a jamais été conçue pour fonctionner comme une centrale électrique. Il s’agit d’un banc d’essai destiné à trouver des moyens de tirer le maximum de la technologie de la fusion nucléaire. Et elle s’en sort étonnamment bien.
Lors des derniers essais, avec 18 fois plus d’énergie dans le W 7-X que lors des essais précédents, les ions d’hélium qui traversent le plasma ont atteint une température de 40 millions de degrés Kelvin, soit quatre fois plus qu’auparavant.
Alors que la plupart d’entre nous connaissent l’énergie nucléaire classique – la désintégration de gros atomes utilisés pour produire de l’électricité – l’énergie de fusion est libérée lorsque des atomes sont soudés ensemble.
Puisqu’elle ne produit pas le même genre de malheurs dus aux radiations que l’énergie de fusion des atomes, c’est la source d’énergie la plus prometteuse de l’avenir. En fait, à part les panneaux irradiés qui tapissent l’intérieur du réacteur, la fusion est aussi propre que la production d’énergie.
Le combustible de fusion est également si abondant que l’on peut le considérer comme une source d’énergie illimitée, du moins en théorie.
Mais pour que les atomes fusionnent, il faut leur donner un bon coup de fouet. Idéalement, il s’agit d’un coup de pied d’environ 100 millions de degrés, ce qui nécessite un type de machine spécifique. À l’heure actuelle, il en existe deux types prometteurs, et W 7-X représente l’un d’entre eux.
Des machines comme le tokamak Alcator C-Mod du MIT utilisent les champs électromagnétiques générés par le plasma résultant pour aider à maintenir en ligne le beignet de gelée de particules chargées qui se tortille.
Le nuage chaud de particules qui se balancent reste ainsi bien serré et génère d’impressionnantes quantités d’énergie lorsque du combustible est injecté. Mais il souffre d’instabilités qui rendent la production d’énergie trop brève.
Les stellarators comme le W 7-X s’appuient sur des batteries de bobines magnétiques pour contenir le plasma, offrant ainsi un meilleur contrôle qui permet à l’anneau chaud de gelée d’hélium de continuer à tourbillonner plus longtemps.
Ils n’égalent pas tout à fait le tokamak en termes de rendement, mais le dernier exploit record semble indiquer que la machine de 15 mètres de large du W 7-X nous montre un moyen de combler ce fossé.
Les récentes séries d’expériences ont également permis de faire un bond en avant dans le temps de confinement, passant d’un maximum de 6 secondes de génération de plasma comparable à environ 25 secondes. Ce n’est pas encore l’échelle des heures, mais c’est encore un bond dans la bonne direction.
“C’est un excellent résultat pour un dispositif de cette taille, obtenu, de surcroît, dans des conditions réalistes”, déclare le physicien Thomas Sunn Pedersen, de l’Institut Max Planck.
Les améliorations sont en partie dues à l’ajout d’un nouveau type de revêtement intérieur, illustré ci-dessous, qui aide à gérer le flux du plasma en détournant les particules parasites qui affectent l’écoulement du plasma.
(IPP, Jan Michael Hosan)
La prochaine série d’opérations se concentrera sur les modifications apportées à cette gaine pour pousser le plasma à des densités et des températures encore plus élevées.
L’analyse du premier cycle d’expérimentation en 2016 a également révélé que les méthodes utilisées pour optimiser l’ensemble du processus ont donné les bons résultats.
“Une évaluation plus exacte et systématique s’ensuivra dans d’autres expériences à une puissance de chauffage et une pression de plasma beaucoup plus élevées”, explique le premier auteur de l’étude, Andreas Dinklage.
Cela ne signifie pas pour autant que nous pouvons fixer une date pour la fusion. Il reste encore de nombreux problèmes à régler et, malgré toutes leurs promesses, les stellarators ont encore du chemin à parcourir avant d’atteindre le seuil de rentabilité et de générer plus qu’ils ne produisent.
Ensuite, il y a la question du combustible. L’hélium présent dans le réacteur est le produit de la fusion d’atomes d’hydrogène. Mais il ne s’agit pas de n’importe quel hydrogène : une variété privilégiée, le tritium, ne se trouve pas dans des réserves importantes sur Terre et doit donc être produite dans un réacteur ou récoltée ailleurs.
Pour l’instant, la fusion n’est qu’un lointain horizon, mais les résultats d’expériences comme celle-ci montrent que nous nous dirigeons vers cet horizon à une vitesse fulgurante, ce qui nous incite à un optimisme prudent.
Cette recherche a été publiée dans Nature.