Sciences
L'énergie nucléaire de fusion, nouvel espoir de l’humanité ?
L’électricité propre d’après-demain proviendra-t-elle de la fusion nucléaire ? Depuis des décennies, des chercheurs rêvent de parvenir à reproduire sur Terre la fusion de notre étoile, le Soleil, afin de produire de l'énergie. Des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en Californie, viennent d’annoncer, le 5 décembre dernier, la première fusion nucléaire ayant permis de générer plus d'énergie qu'elle n'en a consommé. Une « percée scientifique majeure », mais une application encore lointaine en termes de production d'énergie.
Fusion ou fission nucléaire, quelle différence ? L'une est l'exact opposé de l'autre, sur le principe comme sur le respect de l'environnement. La fission suppose de briser des atomes lourds pour en obtenir de plus légers et libérer de l’énergie. La fusion, elle, fait exactement l’inverse : obliger des atomes légers, de deutérium et de tritium, à fusionner. Quand la première suppose du combustible, l'uranium, et génère des déchets radioactifs, l'autre génère beaucoup moins de déchets. Tous deux ne rejettent quasiment pas de gaz à effet de serre. Un vrai Graal pour potentiellement fournir demain en énergie propre les milliards d'habitants de la Terre. Mais le chemin de la fusion est encore long. « Nous avons une compréhension théorique de la fusion depuis plus d'un siècle, a déclaré le Dr Arati Prabhakar, conseiller en chef du Président américain pour la science et les technologies. Mais le cheminement allant du savoir à l'action peut se révéler long et ardu. L'étape d'aujourd'hui montre ce que nous pouvons faire en persévérant. »
Après un demi-siècle de recherches, c'est « l'une des découvertes scientifiques les plus importantes du 21e siècle », a estimé mardi la secrétaire américaine à l'énergie, Jennifer Granholm. Une affirmation tout sauf exagérée. Non qu’un nouveau concept ait été trouvé mais la prouesse technique est effectivement magnifique. Comment ont fait ces chercheurs ? Les scientifiques du LNLL ont eu recours aux faisceaux convergents de 192 lasers émis durant quelques milliardièmes de seconde. De quoi générer la température d'une étoile en faisant imploser le combustible. Le rayonnement X ainsi produit compresse les parois d'une bille d’hydrogène de 2 mm de diamètre au centre d’une cavité cylindrique en or haute de 1 cm, elle-même au cœur d'une énorme sphère en aluminium et en béton de 10 mètres de diamètre. On imagine les difficultés techniques extraordinaires pour faire converger de façon uniforme les tirs de 192 Lasers sur une cible de 2 mm de diamètre ! Cette pression homogène produit une implosion qui entraîne la réaction de fusion des atomes d'hydrogène. Cette méthode, initiée en 2009 et qui a failli être abandonnée par le passé, serait apparemment moins gourmande en énergie que celle dite du tokamak, acronyme russe pour baptiser ces immenses chambres entourées par des bobines générant un gigantesque champ magnétique. C’est d’ailleurs une installation de ce type qui avance lentement avec le projet international ITER sur le site de Cadarache, en France.
Cette expérience de compression par laser a permis un « gain net d'énergie » de 20%. Nous n'en sommes pas encore, loin de là, à envisager la construction de centrales à fusion nucléaire. Certains prévoient qu’une première centrale pourrait fournir de l’énergie vers 2050. Un déploiement significatif pour la production d’électricité serait pour encore plus tard. Cette expérience prouve néanmoins la viabilité de cette autre voie pour parvenir à une fusion nucléaire permettant de produire de l'énergie. Reste qu'il faut tout de même une puissance considérable pour produire les faisceaux laser. Il faudrait également procéder à une dizaine de tirs par seconde pour entrer dans une logique de production électrique, contre un par jour à l'heure actuelle. À cela s'ajoute un autre problème : comment récupérer la chaleur générée ? À peine un tiers pourrait in fine l'être sous forme d'électricité, la production de vapeur d'eau permettant de faire tourner les turbines des centrales.
Quoi qu'il en soit, ces bons résultats californiens font monter la pression à Cadarache. Il faut dire que le chantier de construction du réacteur de fusion nucléaire du projet international dans les Bouches-du-Rhône multiplie surcoûts et retards. Des malfaçons dans la construction du tokamak, le cœur du réacteur, vont encore une fois coûter des années de retard et des centaines de millions d’euros. L'horizon de production d’un premier plasma par fusion nucléaire en 2025 n'est plus envisageable. D'autant plus que le gigantesque aimant poloïdal venu de Saint-Pétersbourg échappe à peine aux sanctions internationales liées à l'invasion de l'Ukraine par la Russie. La compétition entre les deux technologies est donc fortement relancée. Elles sont aussi, potentiellement, en compétition avec le développement de réacteurs nucléaires permettant de régénérer le combustible nucléaire de fission. Une autre voie fournissant potentiellement de l’énergie en abondance à condition de maitriser les rejets radioactifs à toutes les étapes du cycle du combustible.
Fusion ou fission nucléaire, quelle différence ? L'une est l'exact opposé de l'autre, sur le principe comme sur le respect de l'environnement. La fission suppose de briser des atomes lourds pour en obtenir de plus légers et libérer de l’énergie. La fusion, elle, fait exactement l’inverse : obliger des atomes légers, de deutérium et de tritium, à fusionner. Quand la première suppose du combustible, l'uranium, et génère des déchets radioactifs, l'autre génère beaucoup moins de déchets. Tous deux ne rejettent quasiment pas de gaz à effet de serre. Un vrai Graal pour potentiellement fournir demain en énergie propre les milliards d'habitants de la Terre. Mais le chemin de la fusion est encore long. « Nous avons une compréhension théorique de la fusion depuis plus d'un siècle, a déclaré le Dr Arati Prabhakar, conseiller en chef du Président américain pour la science et les technologies. Mais le cheminement allant du savoir à l'action peut se révéler long et ardu. L'étape d'aujourd'hui montre ce que nous pouvons faire en persévérant. »
Après un demi-siècle de recherches, c'est « l'une des découvertes scientifiques les plus importantes du 21e siècle », a estimé mardi la secrétaire américaine à l'énergie, Jennifer Granholm. Une affirmation tout sauf exagérée. Non qu’un nouveau concept ait été trouvé mais la prouesse technique est effectivement magnifique. Comment ont fait ces chercheurs ? Les scientifiques du LNLL ont eu recours aux faisceaux convergents de 192 lasers émis durant quelques milliardièmes de seconde. De quoi générer la température d'une étoile en faisant imploser le combustible. Le rayonnement X ainsi produit compresse les parois d'une bille d’hydrogène de 2 mm de diamètre au centre d’une cavité cylindrique en or haute de 1 cm, elle-même au cœur d'une énorme sphère en aluminium et en béton de 10 mètres de diamètre. On imagine les difficultés techniques extraordinaires pour faire converger de façon uniforme les tirs de 192 Lasers sur une cible de 2 mm de diamètre ! Cette pression homogène produit une implosion qui entraîne la réaction de fusion des atomes d'hydrogène. Cette méthode, initiée en 2009 et qui a failli être abandonnée par le passé, serait apparemment moins gourmande en énergie que celle dite du tokamak, acronyme russe pour baptiser ces immenses chambres entourées par des bobines générant un gigantesque champ magnétique. C’est d’ailleurs une installation de ce type qui avance lentement avec le projet international ITER sur le site de Cadarache, en France.
Cette expérience de compression par laser a permis un « gain net d'énergie » de 20%. Nous n'en sommes pas encore, loin de là, à envisager la construction de centrales à fusion nucléaire. Certains prévoient qu’une première centrale pourrait fournir de l’énergie vers 2050. Un déploiement significatif pour la production d’électricité serait pour encore plus tard. Cette expérience prouve néanmoins la viabilité de cette autre voie pour parvenir à une fusion nucléaire permettant de produire de l'énergie. Reste qu'il faut tout de même une puissance considérable pour produire les faisceaux laser. Il faudrait également procéder à une dizaine de tirs par seconde pour entrer dans une logique de production électrique, contre un par jour à l'heure actuelle. À cela s'ajoute un autre problème : comment récupérer la chaleur générée ? À peine un tiers pourrait in fine l'être sous forme d'électricité, la production de vapeur d'eau permettant de faire tourner les turbines des centrales.
Quoi qu'il en soit, ces bons résultats californiens font monter la pression à Cadarache. Il faut dire que le chantier de construction du réacteur de fusion nucléaire du projet international dans les Bouches-du-Rhône multiplie surcoûts et retards. Des malfaçons dans la construction du tokamak, le cœur du réacteur, vont encore une fois coûter des années de retard et des centaines de millions d’euros. L'horizon de production d’un premier plasma par fusion nucléaire en 2025 n'est plus envisageable. D'autant plus que le gigantesque aimant poloïdal venu de Saint-Pétersbourg échappe à peine aux sanctions internationales liées à l'invasion de l'Ukraine par la Russie. La compétition entre les deux technologies est donc fortement relancée. Elles sont aussi, potentiellement, en compétition avec le développement de réacteurs nucléaires permettant de régénérer le combustible nucléaire de fission. Une autre voie fournissant potentiellement de l’énergie en abondance à condition de maitriser les rejets radioactifs à toutes les étapes du cycle du combustible.
