L’Allemagne est sur le point de mettre en marche une machine de fusion nucléaire révolutionnaire

Depuis plus de 60 ans, les scientifiques rêvent d’une source d’énergie propre et inépuisable sous la forme de la fusion nucléaire. Et ils rêvent encore.

Mais grâce aux efforts de l’Institut Max Planck de physique des plasmas, les experts espèrent que cela pourrait bientôt changer. L’année dernière, après 1,1 million d’heures de construction, l’institut a achevé la plus grande machine de fusion nucléaire au monde de ce type, appelée stellarator.

Ils appellent cette machine de 16 mètres (52 pieds) de large le W7-X. Après plus d’un an d’essais, les ingénieurs sont enfin prêts à allumer pour la première fois cette machine d’un coût de 1,1 milliard de dollars, et cela pourrait se faire avant la fin du mois, rapporte Science.

Le cheval noir des réacteurs nucléaires

Connus dans la communauté de la physique des plasmas comme le “cheval noir” des réacteurs à fusion nucléaire, les stellarators sont notoirement difficiles à construire. La vidéo ci-dessous montre la construction de W7-X, qui a pris 19 ans :

Entre 2003 et 2007, alors que le projet était en cours de réalisation, il a subi des revers de construction majeurs – notamment la faillite de l’un des fabricants sous contrat – qui ont failli annuler tout le projet.

Seule une poignée de stellarators ont été tentés, et encore moins ont été achevés.

En comparaison, le cousin plus populaire du stellarator, appelé tokamak, est plus largement utilisé. Il existe plus de trois douzaines de tokamaks opérationnels dans le monde, et plus de 200 ont été construits au cours de l’histoire. Ces machines sont plus faciles à construire et, dans le passé, elles ont prouvé qu’elles remplissaient mieux la fonction d’un réacteur nucléaire que le stellarator.

Mais les tokamaks présentent un défaut majeur auquel le W7-X serait immunisé, ce qui laisse penser que la dernière machine monstre de l’Allemagne pourrait changer la donne.

Comment fonctionne un réacteur nucléaire

Schéma d’un tokamak moyen. Remarquez qu’il comporte moins de couches que le stellarator et que la forme des bobines magnétiques est différente. Crédit : Téléchargé par Matthias W Hirsch sur Wikipedia

La clé du succès d’un réacteur nucléaire, quel qu’il soit, consiste à générer, confiner et contrôler une masse de matière surchauffée, appelée plasma – un gaz qui a atteint des températures de plus de 100 millions de degrés Celsius (180 millions de degrés Fahrenheit).

À ces températures flamboyantes, les électrons sont arrachés à leurs atomes, formant ce qu’on appelle des ions. Dans ces conditions extrêmes, les forces de répulsion, qui font normalement rebondir les ions les uns sur les autres comme des autos tamponneuses, sont vaincues.

Par conséquent, lorsque les ions entrent en collision, ils fusionnent, générant ainsi de l’énergie, et on obtient ce qu’on appelle la fusion nucléaire. C’est ce processus qui alimente notre soleil depuis environ 4,5 milliards d’années et qui continuera à le faire pendant encore environ 4 milliards d’années.

Une fois que les ingénieurs ont chauffé le gaz dans le réacteur à la bonne température, ils utilisent des bobines magnétiques super réfrigérées pour générer de puissants champs magnétiques qui contiennent et contrôlent le plasma.

Le W7-X, par exemple, abrite 50 bobines magnétiques de 5,4 tonnes, représentées en violet dans le GIF ci-dessous. Le plasma est contenu dans la bobine rouge :

La différence entre les tokamaks et les stellarators

Pendant des années, les tokamaks ont été considérés comme la machine la plus prometteuse pour exploiter l’énergie du soleil, car la configuration de leurs bobines magnétiques contient un plasma de meilleure qualité que celui des stellarators actuellement opérationnels.

Mais il y a un problème : les tokamaks ne peuvent contrôler le plasma qu’en courtes rafales qui ne durent pas plus de 7 minutes. Et l’énergie nécessaire pour générer ce plasma est supérieure à celle que les ingénieurs tirent de ces rafales périodiques.

Les tokamaks consomment donc plus d’énergie qu’ils n’en produisent, ce qui n’est pas ce que l’on attend des réacteurs à fusion nucléaire, présentés comme la “plus importante source d’énergie du prochain millénaire”.

En raison de la conception des stellarators, les experts pensent qu’ils pourraient maintenir un plasma pendant au moins 30 minutes d’ affilée, ce qui est nettement plus long que n’importe quel tokamak. Le tokamak français “Tore Supra” détient le record : 6 minutes et 30 secondes.

Si W7-X réussit, il pourrait complètement bouleverser la communauté de la fusion nucléaire et propulser les stellarators sous les feux de la rampe.

“Le monde attend de voir si nous obtenons le temps de confinement et si nous le maintenons pendant une longue impulsion”, a déclaré à Science David Gates, responsable de la physique des stellarators au Princeton Plasma Physics Laboratory.