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La fusion nucléaire par confinement magnétique : enjeux et avancées

photo_ITERDans le domaine de l’énergie, la fusion nucléaire fait figure de Saint Graal. Il s’agirait en effet pour l’humanité d’avoir accès à une source énergétique sûre, quasiment inépuisable et très peu polluante. Le problème reste que la fusion nucléaire repose sur des technologies qui ne sont pas encore mûres. Parmi les procédés qui permettraient de maitriser la fusion nucléaire, la fusion par confinement magnétique est celle qui en est au stade le plus avancé. Retour sur les dernières avancées en la matière.

La fusion nucléaire, c’est quoi?

En raison des températures considérables (plusieurs millions de degrés) qui règnent en son cœur, le Soleil transforme chaque seconde quelque 600 millions de tonnes d’hydrogène en hélium. Ce phénomène naturel, pendant lequel deux noyaux atomiques légers en forment un plus lourd, est baptisé fusion nucléaire.

Ce qui intéresse depuis de nombreuses années les scientifiques du monde entier est la quantité phénoménale d’énergie qui se libère au moment où les deux atomes d’hydrogène fusionnent pour former un atome d’hélium. Maitriser le processus de la fusion nucléaire sur Terre donnerait accès à des volumes quasi illimités d’énergie. De quoi satisfaire les besoins de l’humanité de manière totalement respectueuse de l’environnement.

Car la fusion nucléaire présente en effet des avantages écologiques certains : elle n’entraine aucune émission de gaz à effet de serre et génère très peu de déchets radioactifs (qui affichent par ailleurs une courte durée de vie). De plus, les combustibles nécessaires à la fusion nucléaire (deutérium, lithium) sont présents en grandes quantités sur Terre.

La recherche sur la maîtrise de la fusion nucléaire a débuté il y a plus de 50 ans. Elle se heurte à des contraintes budgétaires et technologiques. Il apparait en effet que le coût de ces travaux est aujourd’hui très élevé pour des bénéfices éloignés dans le temps. De plus, l’homme est encore incapable de maitriser les technologies nécessaires ou de produire les matériaux adaptés aux températures extrêmes essentielles à une utilisation industrielle de la fusion nucléaire. Mais des progrès se font en permanence dans le domaine.

La technologie Tokamak

Il n’existe aujourd’hui aucun matériau capable de résister aux 200 millions de degrés que nécessite la fusion nucléaire. C’est la raison pour laquelle les chercheurs planchent depuis les années 60 à la maitrise de la fusion nucléaire grâce à des boîtes immatérielles en forme d’anneau, générée par un champ magnétique de haute intensité.

Ces réacteurs à confinement magnétique sont baptisés Tokamak. Il en existe plusieurs prototypes dont celui actuellement en construction sur le site de Cadarache (Bouches-du-Rhône), en France. Ce projet de coopération scientifique international est baptisé ITER (pour International Thermonuclear Experimental Reactor, soit « réacteur expérimental thermonucléaire international » en français).

Il s’agit d’un projet qui réunit l’Union européenne, l’Inde, le Japon, la Chine, la Corée du Sud, la Russie et les États-Unis. Et qui tente de démontrer techniquement et scientifiquement que la fusion nucléaire pourrait devenir une source énergétique d’ici 2050.

La technologie Tokamak présente diverses avancées en matière de maitrise du plasma d’hydrogène. Le Tokamak Tore-Supra de Cadarache a réussi à maintenir du plasma à une température trois fois plus importante que celle du soleil. Le Tokamak JT60 développé par le Japon a également atteint des températures record, de l’ordre de quelque 200 millions de degrés. Plus récemment, les scientifiques du projet chinois EAST ont affirmé avoir contenu du plasma d’hydrogène à 50 millions de degrés pendant près de 102 secondes.

La technologie Stellarator

Proche cousin des Tokamaks, les réacteurs de type Stellarator ont été les premiers dispositifs de fusion contrôlée. Conçus aux Etats-Unis dans les années 50, ils ont longtemps été considérés comme la technologie la plus prometteuse pour parvenir à contrôler la fusion thermonucléaire. Avant d’être progressivement abandonnés en raison des meilleurs résultats donnés par les Tokamaks.

Le Stellarator est un dispositif de confinement du plasma qui génère un champ magnétique uniquement grâce à des bobines extérieures. Le concept s’oppose donc aux Tokamaks qui produisent ce même champ de confinement à l’intérieur d’une enceinte circulaire via l’injection d’importants volumes de courant.

Les médias se sont récemment intéressés à la technologie Stellarator. En novembre dernier, les scientifiques du Max Planck Institute for Plasma Physics annoncent la production et le maintien pendant un dixième de seconde d’un plasma à base d’hélium à une température d’un million de degrés. Une performance qui sera même améliorée quelques semaines plus tard.

Les chercheurs allemands annoncent en effet au début du mois de février que leur réacteur a réussi à produire et maintenir du plasma d’hydrogène à 80 millions de degrés pendant un quart de seconde, grâce à l’injection d’une impulsion micro-ondes de 2 MW dans leur réacteur à fusion nucléaire Wendelstein 7-X.

Reste que le chemin qui mène à la fusion nucléaire est encore long et semé d’obstacles. « D’ici la fin du siècle, je pense qu’on aura plusieurs centrales à fusion. Une énergie quasiment infinie, bien plus propre que la fission et plus sûre. Mais, à moins d’une percée scientifique imprévisible, mieux vaut ne pas compter sur l’énergie de la fusion pour nous sortir de la crise environnementale actuelle », estime Bernard Saoutic, ingénieur à l’Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (IRFM) du CEA.

Rédigé par : guy-belcourt

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