Permettre à l’humanité de maîtriser le processus qui alimente les étoiles fait rêver depuis des décennies à la fois les auteurs de science-fiction et les physiciens. Mais en dépit des annonces récentes et multiples de « percées » technologique, nous sommes encore très loin de parvenir à contrôler la fusion nucléaire et plus encore à produire ainsi de l’électricité. Il y a aujourd’hui deux approches technologiques majeures pour y parvenir. La première et la plus récente consiste à focaliser plusieurs lasers très puissants sur une petite cible et à la faire exploser. Cela déclenche une brève réaction de fusion. L’autre approche est construite sur le confinement magnétique. De puissants champs magnétiques compriment un plasma dans un réacteur appelé Tokamak jusqu’à ce qu’il commence à fusionner. Problème, le procédé avec les lasers n’est pas vraiment conçu pour produire de l’électricité. Quant à la seconde solution technologique, elle est mise à mal par les errements du gigantesque chantier international d’ITER dans le sud de la France. Ce dernier a pris des allures de Tour de Babel. Cela signifie que renoncer à la fusion nucléaire serait une erreur, mais imaginer la maîtriser avant de nombreuses décennies relève du rêve éveillé.
Cela fait 70 ans que physiciens, auteurs de science-fiction et rêveurs promettent l’accès à une énergie presque infinie, celle qui alimente les étoiles, la fusion nucléaire. Son principe a été découvert en 1920 par l’astrophysicien britannique Arthur Eddington. Si l’humanité parvient à la maîtriser, elle aura toute l’énergie dont elle peut avoir besoin et au-delà et les moyens de surmonter la quasi-totalité de ses problèmes matériels. Il est nécessaire de rêver à de grands desseins et sans doute d’espérer pour entreprendre, mais l’utopie a ses limites. La question aujourd’hui est de savoir si nous serons capables un jour de les surmonter dans le domaine de la fusion nucléaire. Les doutes grandissent paradoxalement avec la multiplication depuis quelques années d’annonces souvent exagérées de percées technologiques majeures que ce soit aux Etats-Unis, au Royaume-Uni, au Japon… et aussi avec les difficultés innombrables de l’ingérable et gigantesque chantier international du réacteur à fusion ITER dans le sud de la France. Pour rappel, ITER est le plus grand projet scientifique au monde et le plus important ouvrage de génie civil en cours de construction en Europe.
Un peu de théorie pour commencer. Aujourd’hui, la totalité de l’énergie nucléaire utilisée dans le monde (dont les 56 et bientôt 57 réacteurs français) provient du processus dit de fission nucléaire. Un noyau d’uranium est cassé en particules plus petites libérant ainsi de l’énergie. Mais il existe une autre façon, encore plus performante, de produire de l’énergie nucléaire : la fusion.
Deux approches technologiques très différentes
Il s’agit d’un processus au cours duquel deux atomes s’assemblent pour former un atome plus lourd avec une masse totale légèrement inférieure. La différence de masse est libérée sous forme d’énergie, comme décrit par la célèbre équation d’Einstein, E = mc2, où l’énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré. Étant donné que la vitesse de la lumière est considérable (300.000 kms à la seconde), la conversion d’une infime quantité de masse en énergie produit une quantité d’énergie tout aussi considérable.
Cette réaction est celle qui se produit au cœur des étoiles. Les recherches pour maîtriser la …
2 réponses
On est encore bien loin de construire un réacteur de démonstration producteur d’électricité. Ce sera autrement plus compliqué que pour Phénix, le premier surgénérateur producteur d’électricité.
A/ Il faut d’abord maintenir un plasma qui s’auto-entretient en température pendant des heures, des semaines, tout en dégageant plus d’énergie qu’on ne lui en injecte. On n’en est pas là.
B/ Il faut ensuite intégrer des tubes vapeur dans les couvertures primaires pour envoyer une vapeur à la turbine, et ça c’est pas pour demain. D’autant plus qu’on a une faible idée des produits d’activation qui seront à traiter dans les structures, tubes vapeur inclus.
Enfin, le tritium est très volatil et susceptible de fuir partout dans une usine à gaz comme un tokamak, type ITER.
Au total une fusion par laser semble plus rapidement accessible. Mais une cible est par définition modeste et ne produirait qu’une faible quantité d’électricité. On rejoint là le concept des SMR et AMR de faible puissance. Voyons d’abord si ces derniers trouvent leur place dans le paysage énergétique, on en tirera des leçons éventuellement pour les petits réacteurs de fusion par laser.
Voir sur ce sujet:
https://climatetverite.net/2023/01/01/fusion-controlee-et-production-delectricite-reflexions-particulieres/
En complément à ce que dit Zagros sur le « reste à faire », et sans aborder le « combien ça coûte ? », un petit point sur le développement actuel de la filière:
– Juillet 2023: Le NIFaméricain (Nuclear Energy Facility) a obtenu 3,88 MJ d’énergie de fusion à partir d’une énergie entrante de 2,05 MJ, sur une durée de quelques microsecondes, à l’aide d’un système de confinement laser.
Liens: https://lasers.llnl.gov/science/pursuit-of-ignition, https://lasers.llnl.gov/about/how-nif-works
– Décembre 2021: Le JET en Grande-Bretagne (Joint European Torus) a obtenu 59 MJ d’énergie de fusion dans un tokamak. Ces 59 MJ délivrés sur une durée de 5 secondes sous forme de chaleur correspondent à l’énergie contenue dans 1,5 litres de gas-oil.
Pour comparaison, un moteur de voiture pesant quelques centaines de kilos et consommant 5 l/100 km et capable de faire 300 000 km avant toute réparation importante, consommera durant sa vie 2,3 millions de MJ, soit 39 000 fois plus que le JET qui pèse 4000 tonnes et coûte infiniment plus cher !
C’est le record de production actuel (début 2024)
Lien: https://www.iter.org/newsline/-/3722
– 2035 ??? (c’est une prédiction !): ITER est une installation nettement plus importante (23 000 tonnes, 3 fois la Tour Eiffel) que le JET, mais basée sur le même principe du tokamak. Elle produira 500 MW de puissance thermique pour une puissance entrante de 50 MW (*) et une durée de 5 à 10 minutes … ensuite on arrête et … on répare les dégats ! ITER ne sera pas équipé pour produire de l’électricité (et d’ailleurs les 10 minutes maxi de fonctionnement continu ne permettent pas de mettre en route une telle installation). Pour référence, un réacteur nucléaire actuel a une puissance thermique de l’ordre de 3000 MW (50% de plus pour l’EPR) et une durée de marche entre opérations de maintenance de l’ordre de 3 ans.
Lien: https://www.iter.org/mach
(*) Comme dans les cas précédents il ne s’agit pas de la puissance électrique consommée par l’installation (320 MW dans le cas d’ITER), mais uniquement de la puissance apportée au combustible