LE « Saint Graal » de l’énergie propre pratiquement illimitée des réacteurs à fusion nucléaire est à portée de main après une série de percées majeures, pensent les scientifiques.
La semaine dernière, des boffins en Corée du Sud ont allumé avec succès un « soleil artificiel » brûlant à 100 millions de degrés – sept fois plus chaud que le soleil – et ont maintenu la réaction de fusion pendant 30 secondes.
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Les chercheurs de KSTAR visent à augmenter ce délai à cinq minutes, ce qui pourrait ouvrir la voie à un réacteur commercial qui pourrait continuer à fonctionner indéfiniment.
« Nous disons généralement que l’énergie de fusion est une source d’énergie de rêve – elle est presque illimitée, avec de faibles émissions de gaz à effet de serre et aucun déchet hautement radioactif – [but the latest breakthrough] signifie que la fusion n’est pas un rêve », a déclaré Yoo Suk-jae, président de l’Institut coréen de l’énergie de fusion.
Il s’agit de la dernière avancée dans la quête de plusieurs décennies pour craquer une technologie qui promet de résoudre les besoins énergétiques mondiaux.
En février, une équipe basée au Royaume-Uni a battu le record du monde avec une fusion soutenue à 150 millions de degrés, reprenant la tête d’une course mondiale qui implique également la Chine, les États-Unis et des magnats tels que Jeff Bezos.
Plus de 4 800 scientifiques du Royaume-Uni et de toute l’Europe travaillent sur le Joint European Torus, ou JET, un réacteur expérimental à Abingdon près d’Oxford.
Ils ont annoncé que l’anneau de feu intense contenu dans ses bobines magnétiques – surchauffé à dix fois plus chaud que le noyau du soleil – a produit un record mondial de 59 mégajoules d’énergie.
En moyenne sur la rafale de cinq secondes, cela équivaut à 11 mégawatts, assez pour alimenter 10 000 foyers.
Cette énorme production d’énergie, le double du record précédent, a été générée à partir de seulement deux millièmes de gramme de carburant « hydrogène lourd ».
Les réacteurs à fusion fonctionnent en faisant bouillir l’hydrogène dans le plasma, un état si chaud que même les atomes ne peuvent exister, et en brisant les protons ensemble pour former des noyaux d’hélium.
C’est le même processus qui se produit au centre de chaque étoile, y compris notre soleil – et aussi dans les bombes H.
La fusion libère quatre fois plus d’énergie en poids de combustible que la fission nucléaire – divisant des atomes lourds comme l’uranium – et quatre millions de fois plus d’énergie que la combustion de combustibles fossiles.
De plus, le carburant est fabriqué à partir d’hydrogène, la substance la plus abondante dans l’univers, et il n’y a théoriquement aucun déchet radioactif.
Le défi qui a vaincu les scientifiques au cours des 70 dernières années est qu’aucun récipient ne peut contenir une substance à des températures suffisamment élevées pour que la fusion ait lieu.
Pour résoudre ce problème, JET utilise une bobine géante en forme de beignet appelée tokamak qui crée un champ magnétique puissant pour empêcher le plasma de toucher les côtés.
L’expérience JET de cinq secondes a encore consommé plus d’énergie pour créer les conditions de fusion que l’énergie qu’elle a libérée.
Mais la capacité de maintenir une réaction de fusion aussi longtemps est une avancée majeure car elle prouve qu’elle peut être contrôlée.
Point de repère dans la science
Les scientifiques espèrent pouvoir l’étendre à des fins commerciales, mettant potentiellement fin à notre dépendance aux combustibles fossiles et aidant à inverser le réchauffement climatique.
« Ces résultats décisifs nous ont fait faire un grand pas de plus vers la conquête de l’un des plus grands défis scientifiques et techniques de tous », a déclaré le professeur Ian Chapman, directeur général de l’Agence britannique de l’énergie atomique.
Le Dr Mark Wenman, de l’Imperial College de Londres, a déclaré : « Cela signifie que l’énergie de fusion n’est plus seulement un rêve d’un avenir lointain – l’ingénierie pour en faire une source d’énergie utile et propre est réalisable et se produit maintenant. »
Les experts placent de grands espoirs dans un autre projet, le réacteur thermonucléaire expérimental international (Iter), une version plus grande et plus avancée du JET basé dans le sud de la France.
Il devrait être mis en service dans quelques années et pourrait générer dix fois plus d’énergie qu’il n’en consomme.
La Chine et l’Inde font partie des 35 pays qui collaborent au projet, dont le Royaume-Uni, l’UE, la Russie, le Japon et les États-Unis.
Les chercheurs sont cependant dans une course – alors que d’autres équipes font leurs propres progrès.
Iter a été critiqué comme un gaspillage d’argent grandiose persécuté par la bureaucratie.
Au lieu de cela, les gouvernements nationaux et même les entreprises privées se sont concentrés sur leurs propres programmes.
Les pays qui peuvent développer et utiliser cette technologie ont le potentiel de voir des aubaines massives en termes d’énergie fiable et renouvelable, et la vulnérabilité réduite qui en découle. »
Thomas Corbett & Pierre Chanteur
En décembre, des chercheurs chinois ont révélé qu’ils avaient fait une série de percées « immenses » avec leur propre réacteur à fusion tokamak, appelé EAST.
Ils ont pu maintenir une boucle de plasma surchauffé à 70 millions de degrés pendant plus de 17 minutes, la plus longue période jamais réalisée.
Ils ne produisaient aucune puissance, mais c’était un énorme bond en avant dans la technologie nécessaire pour maintenir une réaction.
Et ils travaillent pour atteindre des températures et des durées toujours plus élevées.
La rapidité et le succès du projet chinois ont déjà fait craindre sa potentielle domination dans le domaine de la fusion nucléaire.
Les analystes Thomas Corbett et Peter Singer affirment que la Chine a une ambition énorme dans le domaine et que les dernières avancées record sont extrêmement importantes.
« Les implications de cette recherche et de cette dernière percée de leur appareil conçu et construit localement sont immenses », écrivent-ils. dans Défense 1.
La Chine a d’énormes incitations à continuer d’augmenter ses investissements.
La consommation quotidienne de pétrole du pays est d’environ 14,3 millions de barils par jour, ce qui fait des soucis d’approvisionnement un casse-tête majeur pour les dirigeants communistes.
Et le réseau électrique chinois craque sous la pression de sa quête d’une croissance économique fulgurante.
« L’indépendance est donc une priorité absolue pour les décideurs à Pékin », disent les analystes.
La fusion nucléaire, qu’est-ce que c’est ?
Voici ce que vous devez savoir…
- La fusion nucléaire est un processus où deux noyaux d’hydrogène (les parties centrales des atomes) sont joints pour créer un seul noyau d’hélium plus grand
- Cette réaction libère d’énormes quantités d’énergie
- C’est parce que le noyau d’hélium a moins de masse que les deux noyaux d’hydrogène combinés
- Cette « masse perdue » est libérée sous forme d’énergie sous forme de chaleur et de lumière
- La fusion est le processus qui alimente les étoiles telles que notre propre soleil
- Mais démarrer une réaction de fusion nucléaire sur Terre est difficile
- Le problème est que tous les noyaux ont une charge positive et se repoussent
- Pour surmonter cette force, vous devez les faire se frapper à des vitesses très élevées – nécessitant une pression et une température élevées
- L’objectif est de maintenir une réaction de fusion qui libère plus d’énergie que celle utilisée pour démarrer la réaction
- Si les scientifiques peuvent le déchiffrer, ils pourraient générer des quantités énormes et potentiellement illimitées d’énergie propre
Et le craquage de la fusion nucléaire pourrait même déborder dans le domaine militaire dans sa course contre les États-Unis et d’autres puissances occidentales.
Les analystes écrivent : « Le développement de réacteurs à fusion viables aura de nombreux avantages supplémentaires encore imprévus dans l’économie militaire et civile, de la même manière que l’énergie de fission nucléaire. »
EAST est un réacteur à bobine tokamak comme JET et Iter, basé sur une conception russe des années 1950.
La Chine investit également massivement dans la recherche d’une autre approche, appelée fusion par confinement inertiel.
Ceci est destiné à initier des réactions de fusion en comprimant des ions avec des lasers de haute puissance, reproduisant la pression massive au cœur du soleil.
Actuellement en construction à Shanghai se trouve la Station of Extreme Light, une installation pour des expériences avec un laser de 100 pétawatts.
Mais la Chine n’a peut-être pas tout ce qu’elle veut. Ailleurs, d’autres projets travaillent également avec acharnement pour casser la fusion nucléaire.
Des tests au National Ignition Facility aux États-Unis ont également utilisé de puissants lasers pour chauffer et comprimer l’hydrogène, dans le but d’initier la fusion.
En août dernier, une expérience menée là-bas suggère qu’il pourrait être sur le point d’atteindre cet objectif, a rapporté la BBC.
« C’est une avancée énorme pour la fusion et pour l’ensemble de la communauté de la fusion », a déclaré Debbie Callahan, physicienne au Lawrence Livermore National Laboratory, qui héberge le NIF.
Course aux armements
Une autre percée majeure a également eu lieu aux États-Unis, les rapports du Financial Times.
Une start-up basée à Boston a démontré l’utilisation d’un supraconducteur à haute température pour générer un champ magnétique beaucoup plus puissant qu’un tokamak traditionnel.
Commonwealth Fusion Systems pense que cette découverte lui permettra de fabriquer une machine de fusion plus efficace qui sera plus viable à long terme.
Pendant ce temps, au Royaume-Uni, cinq sites ont été réservés pour le premier prototype de centrale d’énergie de fusion.
Les plans du tokamak sphérique pour la production d’énergie (Step) et une décision finale sur son emplacement sont attendus fin 2022.
Le gouvernement a jusqu’à présent dépensé 222 millions de livres sterling pour le programme Step et investi 184 millions de livres sterling supplémentaires dans de nouvelles installations de fusion au Culham Science Center près d’Oxford et à Rotherham.
Des investisseurs super riches comme Jeff Bezos et des capital-risqueurs ont également soutenu une explosion de petits projets de fusion, utilisant des lasers ou des versions miniaturisées de JET.
Mais tous les scientifiques ne sont pas convaincus que la fusion nucléaire peut être aussi sûre et propre qu’on le prétend.
Le physicien Daniel Jassaby, qui travaillait au laboratoire de plasma de Princeton, a déclaré qu’un réacteur à fusion serait « loin d’être parfait et à certains égards proche du contraire ».
Écrire dans le Bulletin of the Atomic Scientists il a déclaré que le processus de fusion nucléaire a le potentiel de produire des dommages radioactifs et des déchets radioactifs – contrairement aux affirmations selon lesquelles il est propre et sûr.
Il dit également que la « drainage parasite » de l’énergie nécessaire pour alimenter les réacteurs à fusion signifie qu’ils pourraient « consommer une bonne partie de l’énergie même qu’ils produisent ».
Les réacteurs à fusion doivent être alimentés en combustible fabriqué à partir de réacteurs à fission, ce qui, selon lui, implique une « dépendance perpétuelle » à leur égard.
Et il y a le potentiel de prolifération des armes nucléaires par la production « clandestine » de plutonium-239.
Mais en mettant ces préoccupations de côté, l’effet de la maîtrise de la fusion nucléaire sur notre vie pourrait néanmoins être stupéfiant.
Un verre de carburant a le potentiel énergétique de 1 million de gallons de pétrole et pourrait générer suffisamment d’énergie pour alimenter une maison pendant plus de 800 ans.
Corbett et Singer sont clairs sur les enjeux de cette course.
« Les pays qui peuvent développer et utiliser cette technologie ont le potentiel de voir des aubaines massives en termes d’énergie fiable et renouvelable, et la vulnérabilité réduite qui l’accompagne. »
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