La percée de l’énergie de fusion nucléaire, expliquée

Certains des investisseurs les plus riches du monde se sont rassemblés dans des startups ciblant l'un des défis scientifiques les plus importants et les plus difficiles : la fusion nucléaire. Longtemps considérée comme le prix ultime dans la quête d’une énergie propre et abondante, la fusion est le processus qui alimente le soleil, au cours duquel une force gravitationnelle écrasante écrase les atomes les uns contre les autres et libère leur énergie. Fin 2022, les chercheurs ont célébré une étape scientifique tant attendue, signe de progrès dans un domaine plein de défis technologiques épineux et de scepticisme quant aux perspectives à court terme.

1. Quelle a été l’étape marquante ?

En décembre 2022, des scientifiques du laboratoire national Lawrence Livermore en Californie ont concentré le laser le plus puissant du monde sur une capsule de diamant de la taille d'un grain de poivre remplie d'hydrogène. Les faisceaux ont délivré 2,05 mégajoules d'énergie, déclenchant une réaction qui a fusionné l'hydrogène en hélium et libéré 3,15 mégajoules. La différence, d’un peu plus d’un mégajoule, correspond à peu près à la quantité d’énergie libérée par une grenade à main. Le résultat, connu sous le nom d’« allumage » ou de gain d’énergie net (c’est-à-dire plus d’énergie sortante que entrante), était un accomplissement que les scientifiques recherchaient depuis des décennies. Cela suggérait que la physique fondamentale de la fusion contrôlée avait été brisée, créant ainsi la possibilité d’un processus permettant de produire de l’électricité bon marché et sans carbone. Après plusieurs tentatives infructueuses, le même laboratoire a réussi à reproduire cet exploit en juillet.

2. Dans quelle mesure la fusion commerciale est-elle proche ?

Même si les États-Unis et d’autres gouvernements proposent des visions audacieuses et diverses technologies, les experts les plus optimistes affirment que nous sommes à environ une décennie de la première centrale électrique à fusion fournissant de l’électricité au réseau. La plupart le situent dans 20 ou 30 ans. À mesure que la science progressait ces dernières années, la fusion a commencé à attirer une nouvelle classe d’investisseurs, et davantage d’entreprises privées se sont lancées dans la course. Les investissements ont bondi à 2,6 milliards de dollars en 2021, contre environ 300 millions de dollars en 2020. Ils sont retombés à 521 millions de dollars en 2022.

3. Quelles sont les technologies ?

La recherche sur la fusion a bénéficié des progrès des supercalculateurs, de l’impression 3D et des aimants supraconducteurs. Il existe différentes approches :

• Confinement inertiel : l'étape de décembre a prouvé que cette méthode – tirer des lasers sur des pastilles remplies d'hydrogène – peut fonctionner. Mais la réaction a été exceptionnellement brève, ce qui ne correspond pas au type de processus continu que les centrales électriques utilisent généralement. Et pour l’instant, du moins, ces pellets sont coûteux et longs à fabriquer.

• Confinement magnétique : La méthode la plus largement utilisée utilise des champs magnétiques puissants pour contenir le plasma, un gaz surchauffé chargé électriquement, afin qu'il puisse entretenir une réaction de fusion. Il nécessite des températures bien plus chaudes que celles du soleil, de l'ordre de 150 millions de degrés Celsius (270 millions de degrés F). La plupart des efforts utilisent une conception de l’ère soviétique connue sous le nom de tokamak, qui comprend une chambre surfondue en forme de beignet pour contenir le plasma, ou une variante connue sous le nom de stellarator.

• Autres alternatives : les startups recherchent des technologies hybrides ou leurs propres idées uniques. L'une des sociétés les mieux financées, la société californienne TAE Technologies, utilise des accélérateurs pour imprégner le plasma de particules à haute énergie, ce qui facilite sa gestion.

4. Quels sont les obstacles ?

La fusion ne produit aucun déchet nucléaire de haute activité comme les barres de combustible usé issues de la fission, la forme alternative d'énergie atomique à division atomique utilisée dans les réacteurs commerciaux depuis les années 1950 et qui a alimenté les bombes atomiques d'origine. Néanmoins, la recherche sur la fusion doit surmonter des défis techniques tels que la manière de développer des matériaux capables de résister au bombardement de particules atomiques à l’intérieur d’une machine. On ne sait pas non plus comment l’énergie produite sera exploitée et convertie en électricité.

5. Qui sont les joueurs ?

Il existe trois groupes distincts : les initiatives nationales, un groupe de près de trois douzaines de startups privées et le réacteur thermonucléaire expérimental international, ou ITER, regroupant 35 pays et doté d'une valeur de 25 milliards de dollars. Cette collaboration internationale – le plus grand projet de recherche de l'histoire – travaille sur une gigantesque machine de démonstration en France depuis 2010. Il s'agit d'un projet à l'échelle de la course à l'espace, lorsque les États-Unis et l'ex-Union soviétique s'affrontaient pour construire d'énormes fusées. Les principaux bailleurs de fonds des startups incluent le fondateur d'Amazon Jeff Bezos, le fondateur de Microsoft Bill Gates et Peter Thiel de Palantir. Certains pensent que la poussée en faveur de la fusion générera des progrès scientifiques même si la technologie de base nécessite des décennies pour se développer.