Nucléaire : l’avenir de la fusion

Nucléaire : l’avenir de la fusion

Pour faire le point sur les défis scientifiques et technologiques de la fusion, pour mieux comprendre comment les chercheurs et chercheuses vivent le fait de s’impliquer dans des projets de si longue haleine, Elsa Couderc, cheffe de rubrique Sciences et Technologies à The Conversation France, a rencontré Yannick Marandet. Chercheur en physique des plasmas, il a longtemps été directeur de la Fédération française de recherche sur la fusion par confinement magnétique (FR-FCM) et co-dirige aujourd’hui un grand projet de recherche sur les supraconducteurs et la fusion, financé par France 2030.

The Conversation : Vous travaillez sur la fusion nucléaire depuis vingt-cinq ans et vous avez pris diverses responsabilités pour coordonner les efforts français sur la fusion nucléaire, principalement orientés aujourd’hui vers la collaboration internationale ITER. Est-ce que vous pouvez commencer par nous expliquer ce qu’est la fusion nucléaire ?

Yannick Marandet : La fusion nucléaire, ce sont des réactions nucléaires qui sont à l’œuvre dans les étoiles, notamment dans le Soleil. C’est un peu comme des Lego : on assemble des petits noyaux pour en faire des plus gros. Ce sont en fait les processus par lesquels les éléments chimiques dont on est tous constitués, dont la Terre est constituée – comme le carbone, le fer ou l’oxygène – se sont formés dans des générations d’étoiles précédentes. D’où la fameuse expression, « Nous sommes tous des poussières d’étoiles ».

Ces réactions de fusion permettent de fabriquer des atomes plus gros, et ce faisant, elles libèrent de l’énergie contenue dans les noyaux que l’on assemble. Ainsi, dans une étoile en phase de vie normale, quatre noyaux d’hydrogène s’assemblent (l’élément le plus léger de l’Univers, un proton) pour faire un noyau d’hélium.

En fait, le terme hélium vient d’Hélios, car l’hélium a été découvert initialement en observant une éclipse solaire, en 1868. C’est intéressant de penser qu’on a trouvé de l’hélium dans notre étoile avant de l’observer sur Terre. Mais ce n’est qu’une fois qu’on a découvert cet élément sur notre planète, en 1895, qu’on a pu le peser et se rendre compte qu’il est un peu plus léger que quatre noyaux d’hydrogène – de l’ordre de 1 % plus léger. Cette masse perdue durant la transformation de l’hydrogène en hélium a été convertie en énergie : c’est la célèbre formule d’Einstein, E=mc2.

Comment est née l’idée d’utiliser ces phénomènes au cœur des étoiles pour générer de la chaleur, et donc de l’électricité ?

Y. M. : L’idée d’imiter ce qui se passe dans les étoiles est arrivée assez vite. Mais il faut savoir que les réactions de fusion nucléaire entre atomes d’hydrogène qui ont lieu dans les étoiles sont très inefficaces : les premières étapes de ces réactions sont tellement lentes qu’on ne peut même pas en mesurer la vitesse !

Il a donc d’abord fallu comprendre qu’on ne peut pas faire exactement ce que fait le Soleil, mais qu’on peut essayer de faire mieux, en utilisant des réactions qui sont plus rapides. Pour cela, il faut d’abord étudier comment marche une réaction de fusion.

Il faut d’abord faire se rapprocher les noyaux atomiques… malheureusement, ceux-ci se repoussent spontanément – plus ils sont gros, plus ils sont chargés et plus ils se repoussent. On a vu que la fusion de noyaux d’hydrogène à l’œuvre dans les étoiles n’est pas très efficace et, pour ces raisons, les réactions de fusion entre les isotopes de l’hydrogène ont été considérées. Les noyaux de ces isotopes ont par définition la même charge que l’hydrogène, mais contiennent un ou deux neutrons.

La solution actuelle – celle que l’on doit utiliser dans ITER – est arrivée dans le cadre du projet Manhattan – le projet de recherche du gouvernement américain qui visait à construire une bombe atomique, entre 1939 et 1947. Celui-ci se concentrait évidemment sur la fission nucléaire, mais ils ont assez vite pensé à rajouter une dose de fusion par-dessus. Pendant cette période, d’énormes progrès ont été faits en physique nucléaire parce qu’il y a eu de très gros moyens, très focalisés… ce qui a bénéficié au domaine de la fusion, même si c’est un héritage dont on n’aime pas nécessairement se réclamer.

Quoi qu’il en soit, quand les chercheurs du projet Manhattan ont commencé à faire fonctionner des réacteurs nucléaires, ils ont produit du tritium – l’isotope le plus lourd de l’hydrogène, avec deux neutrons. Et quelqu’un s’est rendu compte que le deutérium et le tritium, pour des raisons d’abord mystérieuses à l’époque, fusionnaient 100 fois plus vite que deux noyaux de deutérium.

Une réaction de fusion exploitable pour en faire de l’électricité avait été découverte.

Quand on fait une réaction deutérium-tritium, ça fait un noyau d’hélium cinq, extrêmement instable, qui se désintègre en un hélium quatre et un neutron. Ceux-ci vont extrêmement vite – l’énergie qu’on a perdue en masse se retrouve dans l’énergie de mouvement. En freinant ces particules, par collision dans la paroi de la machine, on va récupérer cette énergie, faire chauffer de l’eau et faire tourner des turbines.

Cette réaction deutérium-tritium a un énorme avantage, c’est qu’elle est beaucoup plus probable, et donc rapide, que les autres réactions de fusion nucléaire, comme la fusion de deux hydrogènes, observée dans le Soleil et dont on parlait précédemment… mais elle pose deux défis.

Le premier, c’est qu’elle utilise du tritium, qui est radioactif. Le problème n’est pas tant sa dangerosité, qui est limitée, mais plutôt sa demi-vie (le temps nécessaire pour que la moitié des atomes se désintègrent naturellement), qui n’est que de douze ans. De ce fait, c’est un élément très rare. Il faut le fabriquer pour s’en servir comme combustible – dans ITER par exemple, même si le plasma contiendra de l’ordre d’un gramme de tritium, il faudra stocker quelques kilogrammes sur site.

Le deuxième défaut de cette réaction, c’est qu’elle génère des neutrons de 14 mégaélectronvolts. Cette échelle peut sembler un peu absconse quand on n’a pas l’habitude de la manipuler : ce qu’il faut retenir, c’est que ces neutrons sont très énergétiques, suffisamment pour transformer des impuretés dans la paroi en éléments radioactifs. Et ça, c’est un défi – à tel point qu’aujourd’hui, un domaine de recherche entier est dévolu à développer des matériaux sans ces impuretés.

Pour la fusion deutérium-tritium, il faut utiliser ce neutron énergétique pour bombarder du lithium, et ainsi récupérer du tritium : on résout à la fois le problème d’approvisionnement en tritium et on produit de la chaleur supplémentaire par ces réactions.

Si l’on compare à une centrale à charbon de 300 MW électrique, qui brûle de 1 million à 2 millions de tonnes par an, l’avantage de la fusion est évident : il faut 30 kg de deutérium (l’océan en contient en quantité) et une centaine de kilos de lithium par an. Tout ça sans production de gaz à effet de serre ni déchets autres que la machine elle-même, et sans risques d’emballement.

Mais c’est aussi pour s’affranchir des problèmes liés aux neutrons énergétiques que différentes start-ups promettent aujourd’hui ce qu’on appelle la fusion « aneutronique », exploitant des réactions de fusion dans lesquelles on ne produit pas (ou peu) de neutrons. En n’utilisant pas de tritium, on aurait un carburant qui ne serait pas radioactif et pas (ou peu) de neutrons en sortie. La réaction de choix pour faire ça, c’est de fusionner un proton avec du bore (élément chimique dont le noyau compte cinq protons)… mais elle nécessite de monter à des températures dix à cent fois plus élevées que celles envisagées dans ITER, ce qui veut dire que ces start-ups devront obtenir des plasmas extrêmement performants.

À quelle température a lieu la réaction deutérium-tritium, celle qui doit être utilisée dans ITER ?

Y. M. : Cent cinquante millions de degrés ! Cette température est un vrai défi pour les scientifiques aujourd’hui.

Les plans initiaux de développement de la fusion, dans les années 1940 et 1950, étaient très optimistes… En effet, à l’époque, on ne connaissait pas très bien ce qu’on appelle aujourd’hui la « physique des plasmas ». À 150 millions de degrés, un gaz d’hydrogène de deutérium-tritium n’est plus un gaz ! C’est ce qu’on appelle un « plasma », c’est-à-dire un milieu suffisamment énergétique, suffisamment chaud, pour que tous les électrons soient arrachés de leurs noyaux. On se retrouve avec une soupe d’électrons et d’ions.

On pourrait penser que cette soupe est similaire à un gaz ; mais la grosse différence avec des molécules dans un gaz est que les particules chargées se sentent les unes les autres à grande distance. Ainsi, dans un plasma, si on bouscule un électron quelque part, tous les électrons autour vont le sentir, et bouger également… on comprend bien qu’il peut se passer des choses très intéressantes du point de vue de la physique !

Mais plus complexes aussi, surtout du point de vue des applications. Parce qu’un plasma est quelque chose d’assez compliqué à maîtriser, qui devient très vite turbulent.

Et justement, vous avez réalisé votre thèse au début des années 2000, sur l’analyse des plasmas turbulents. Quelles étaient les problématiques à l’époque ?

Y. M. : J’ai fait ma thèse sur la caractérisation de plasmas, en collaboration avec des collègues d’une expérience de fusion appelée à l’époque « Tore Supra » au CEA Cadarache, dans les Bouches-du-Rhône (cette machine est devenue West). J’analysais la lumière émise par les plasmas. Nous avions l’expertise d’analyse, de spectroscopie, et Tore Supra fournissait des plasmas ; ils avaient besoin de mieux comprendre ce qu’ils voyaient.

Une des grandes questions de la recherche sur la fusion a toujours été celle de la qualité du confinement. On utilise des champs magnétiques, générés par des électroaimants, qui confinent les particules chargées dans la machine. En effet, vous l’aurez compris, pour avoir des réactions de fusion, il faut chauffer le plasma. Mais c’est comme à la maison : si on allume les radiateurs à fond mais qu’on laisse les fenêtres ouvertes, la température dans la pièce ne va pas monter beaucoup. Si on ferme les fenêtres, ça va aller mieux, et si on isole mieux la maison, la température va monter plus haut pour la même puissance de radiateur. Dans notre cas, les champs magnétiques jouent un rôle d’isolant. Il faut réussir à isoler suffisamment pour que la température monte à 150 millions de degrés au cœur de la machine et que les réactions de fusion se produisent – après cela, ce sont ces réactions elles-mêmes qui chauffent le plasma.

La qualité de l’isolation est un peu la raison pour laquelle les gens étaient optimistes au départ : on pensait que la chaleur s’échapperait par conduction, c’est-à-dire sans mouvement du plasma, comme quand on pose quelque chose de chaud à un endroit, et que la chaleur passe dans les objets autour. En réalité, le plasma se met en mouvement, comme quand on chauffe de l’eau dans une casserole : il y a des cellules de convection dans la casserole, de la turbulence, qui font que l’eau monte, redescend, et que ça se mélange beaucoup mieux que par conduction ; ce qui mène à une perte de chaleur. Comprendre cette turbulence dans les plasmas est un fil directeur des études sur la fusion depuis longtemps.

La problématique de ma thèse était de mieux caractériser la turbulence en regardant certaines propriétés de la lumière émise par le plasma.

Comment ces problématiques ont-elles évolué au fil de votre carrière ?

Y. M. : La question du confinement magnétique du plasma est globalement beaucoup mieux comprise… mais, encore aujourd’hui, il reste des points difficiles.

En effet, on sait que lorsqu’on dépasse une certaine puissance de chauffage dans le plasma, celui-ci s’organise de manière un peu différente, dans un régime où cette fameuse turbulence qui nous embête se « suicide » au bord du plasma : elle génère elle-même des écoulements qui la suppriment. Ça permet de beaucoup mieux confiner le plasma, et ce régime de fonctionnement (au-dessus d’une certaine puissance de chauffe) a été appelé « le mode H », pour high confinement. C’est le mode d’opération qui a été prévu dans ITER.

Néanmoins, bien que l’on ait compris des aspects importants de son fonctionnement, on ne sait toujours pas prédire avec précision à quel niveau de chauffage la transition vers le mode H va se produire. Des lois empiriques, fondées sur les résultats des expériences actuelles, sont utilisées pour extrapoler à ITER. Cette situation n’est pas si inhabituelle, les avions volent bien que nous n’ayons pas percé tous les secrets de la turbulence autour des ailes. Mais mieux on comprend, plus on peut optimiser.

Pourquoi le mode H résiste-t-il aux efforts des physiciens depuis quarante ans ?

Y. M. : Très probablement parce qu’il implique des interactions entre des phénomènes à différentes échelles. Dans l’espace, on doit comprendre des mécanismes depuis les échelles millimétriques jusqu’au mètre ou à la dizaine de mètres (la taille de la machine) ; et dans le temps, depuis la fraction de microsecondes jusqu’à plusieurs secondes. Il est difficile de capturer toutes ces échelles de manière globale, de les intégrer les unes aux autres, de façon suffisamment générale pour être prédictives.

Ici aussi, on est dans une situation qui est très intéressante du point de vue de la physique, mais qui nécessite une modélisation extrêmement détaillée au niveau des processus microscopiques, car nous avons affaire à des milieux hors d’équilibre. La physique est très riche parce qu’elle implique des particules, des champs électromagnétiques, dans des configurations géométriques complexes. Elle est aussi très « non linéaire ». Pour simplifier, ceci signifie qu’on ne peut pas résoudre les équations à la main, de façon exacte : on approxime les solutions numériquement, avec des ordinateurs. La puissance de calcul disponible sur les très gros calculateurs a ainsi permis de grands progrès.

Ceci étant, malgré ces frustrations au niveau de la compréhension théorique, les expériences ont progressé et les performances des machines comme les tokamaks ont été multipliées par 100 000 depuis les années 1970 (en termes de « triple produit », une métrique qui mesure de la qualité de l’isolation).

La qualité de l’isolation tient-elle à la puissance des aimants ?

Y. M. : En partie. Disons que si on est capable de faire des champs magnétiques plus élevés, en principe, on est capable d’avoir un meilleur confinement. Mais, sur ITER, on a déjà poussé les champs magnétiques proche de la limite pour la technologie d’aimants utilisée, d’autant plus qu’il faut magnétiser un volume gigantesque – ITER fait 800 mètres cubes.

On utilise donc le second facteur pour améliorer l’isolation : on augmente la taille. Pensez au thé – on laisse le thé dans la théière parce qu’il y refroidit moins vite que dans une petite tasse. C’est pour ça que les machines comme ITER, les tokamaks, ont eu tendance à grossir avec les années. On peut dire que la taille d’ITER est directement liée à la technologie d’aimants utilisée.

Aujourd’hui, on entend pourtant parler de start-ups qui veulent faire des machines, des tokamaks, plus petites…

Y. M. : Tout à fait, avec l’idée que cela réduira très significativement le coût de construction. L’idée est d’utiliser une autre technologie d’aimants, plus récente que celle utilisée dans ITER et qui doit encore faire ses preuves. ITER utilise des électro-aimants supraconducteurs, c’est-à-dire à base de matériaux n’opposant aucune résistance au passage d’un courant électrique. On peut faire passer des courants gigantesques, des dizaines de milliers d’ampères, sans perte par chauffage… ce qui permet de faire des aimants très puissants. Mais pour être supraconducteurs, ces matériaux doivent être refroidis à -269 °C et ne doivent pas être plongés dans des champs magnétiques au-dessus de typiquement douze tesla (l’unité des champs magnétiques)

Dans les années 1980, des matériaux supraconducteurs à haute température critiques ont été découverts. Ces matériaux fonctionnent déjà bien à -195 °C, pour le grand public, c’est toujours très froid, mais cela simplifie beaucoup le refroidissement, car on peut utiliser de l’azote liquide.

Et si on utilise ces mêmes supraconducteurs entre -269 °C et -250 °C – ce qui est tout à fait possible, mais nécessite un frigo plus cher et plus encombrant –, on peut faire passer des courants deux fois plus importants que dans les supraconducteurs classiques et générer des champs magnétiques deux fois plus intenses… ce qui permet en principe de réduire la taille de la machine, sans perdre en qualité d’isolation !

VERS DES TOTAMAKS PLUS PETITS
La stratégie de certaines start-ups est de réduire la taille des tokamaks en utilisant des aimants supraconducteurs à plus haute température critique, dans lesquels on puisse faire passer des courants plus forts à basse température.
Il y a quelques années, ces matériaux extrêmement difficiles à fabriquer à une échelle industrielle sont devenus relativement mûrs. CFS, une spin-off du Massachusetts Institute of Technology (MIT), s’est mis en tête de développer un aimant de tokamak sur la base d’un matériau appelé Rebco (pour « Rare Earth Baryum Copper Oxyde »). Ils ont démontré qu’ils pouvaient générer un champ magnétique deux fois plus élevé que les aimants d’ITER. Ils construisent maintenant une machine qui s’appelle Sparc.
La start-up chinoise Energy Singularity a utilisé les mêmes matériaux pour faire un champ magnétique encore un peu plus intense, en 2024.
Un des débats actuels – assez vif – sur la possibilité de réduire la taille des tokamaks porte sur la résistance mécanique de la machine dans son ensemble. En effet, avec ces aimants si puissants, il y a de telles forces qui s’appliquent dans le tokamak qu’il faut vraiment ruser pour que le bâti soit assez résistant – en caricaturant, s’il faut tant d’acier pour tenir les aimants en place qu’on atteint la taille d’ITER, on n’aura rien gagné.
À supposer que tout ça fonctionne, on se demande ensuite si, en faisant une machine plus petite on ne risque pas d’accentuer d’autres défis. C’est tout l’enjeu des années à venir, et Sparc est une expérience très intéressante !
C’est pour cela qu’un gros projet a été lancé au niveau français, un « PEPR » (un programme et équipement prioritaire de recherche) appelé SupraFusion, et dont vous êtes un des co-directeurs ?

Y. M. : Oui, SupraFusion s’attaque exactement à cette question : maîtriser la technologie des aimants supraconducteurs à haute température pour développer des applications sociétales – sachant que c’est la fusion qui est en train de tirer l’industrialisation de ces technologies avancées d’aimants supraconducteurs.

Que peut-on faire d’autre avec des aimants supraconducteurs à haute température ?

Y. M. : Il y a déjà un câble électrique d’alimentation de la gare Montparnasse qui utilise ces technologies-là, qui permettent de faire des câbles très compacts – très utiles lorsqu’il y a peu de place, en milieu urbain. On envisage aussi des dispositifs électrotechniques qui permettent de renforcer la stabilité des réseaux électriques (des « limiteurs de courant ») ; mais aussi des génératrices d’éoliennes plus légères, plus efficaces. En santé, on pourrait faire des IRM plus petits voire portables. En physique des particules, de nouveaux accélérateurs.

L’idée, c’est d’utiliser la fusion comme aiguillon – ce qu’on appelle l’« effet Formule 1 ». On s’attaque à quelque chose d’extrêmement difficile pour tirer l’innovation, et on attend un ruissellement sur beaucoup d’autres applications qui sont moins exigeantes.

Est-ce que vous sentez une évolution dans la perception de la fusion nucléaire par rapport à vos débuts ?

Y. M. : Quand je suis arrivé, c’était une phase un petit peu plus compliquée, la décision de construire ITER n’était pas acquise.

Enfant, je rêvais de devenir astrophysicien, mais j’ai finalement choisi de travailler sur la fusion parce que je voulais contribuer plus directement à la société.

Ceci dit, le chemin à parcourir vers l’énergie de fusion restait assez flou pour moi. J’étais focalisé sur ma thématique de recherche et il faut du temps pour acquérir une vision plus large des problématiques en jeu. L’importance du défi scientifique et l’impact qu’aura l’énergie de fusion étaient déjà bien perçus, mais cela restait avant tout pour moi un problème de physique, dont l’ambition me fascinait. Lors de mon postdoc à l’Université de Floride, je me souviens avoir été approché par un collègue qui m’a expliqué travailler avec une entreprise privée de fusion, Tri-Alpha Energy, et m’a encouragé à les rejoindre. Je crois que j’ai dû le dévisager comme s’il était un extraterrestre, cela me semblait complètement décalé ! Cette entreprise existe toujours (TAE Technologies) et génère des revenus en commercialisant des appareils d’imagerie médicale développés dans le cadre de ses recherches sur la fusion.

À l’heure actuelle, de nombreuses start-ups travaillent sur la fusion. Leur existence change la perception qu’ont le public et les décideurs : la physique est suffisamment comprise, et le travail sur ITER a suffisamment fait progresser la technologie pour se lancer dans la bataille de la commercialisation dès maintenant. Les années à venir vont être très intéressantes.

Il me semble, par ailleurs, observer la montée en puissance d’un courant de pensée hostile au progrès scientifique en général et à la fusion en particulier. Se doter d’une nouvelle source d’énergie est perçu comme néfaste – on s’entête dans une forme de fuite en avant alors qu’il faudrait juste être plus sobre. Il s’agit là d’une question de choix de société et le rôle des scientifiques est d’informer ces choix – pour ce qui concerne l’énergie, ma conviction est qu’il est plus sage de se donner les moyens d’agir. S’il devient vital d’extraire du CO2 de l’atmosphère en masse, les besoins énergétiques seront gigantesques et la fusion ne sera pas de trop !

Mais l’actualité de ces dernières années, à la fois géopolitique et climatique, a refocalisé l’attention du grand public sur la question de l’énergie, bien plus qu’au moment où j’ai débuté ma carrière. Il me semble que la fusion est perçue comme une partie de la solution. À mon sens le seul danger est que son développement soit utilisé comme prétexte pour ne pas réduire les émissions de gaz à effet de serre dès maintenant. Les moyens mis dans la fusion peuvent paraître énormes du point de vue de la recherche, mais il faut les comparer au coût de notre système énergétique. Il est alors clair que les ressources mises dans la fusion ne vont pas étouffer la transition énergétique.

Enfin, le projet ITER résulte de discussions entre Reagan et Gorbatchev – il y avait vraiment l’idée de développer cette source d’énergie dans un but de paix. Cette dimension de collaboration scientifique entre grandes puissances pour des applications au bénéfice de tous existe encore dans le monde multipolaire d’aujourd’hui et contribue à donner une image positive de la fusion magnétique.

Est-ce différent de faire de la recherche sur la fusion nucléaire dans un pays où la fission est si bien installée, par rapport à un pays où le mix énergétique n’inclut pas ou peu de fission ?

Y. M. : C’est une question intéressante. L’énergie de fusion sera une énergie pilotable décarbonée, qui est donc très utile pour stabiliser les réseaux électriques et garantir la continuité de l’alimentation. Il en va de même pour les centrales nucléaires actuelles, mais les réserves en uranium sont limitées, surtout dans un contexte de forte croissance du secteur. L’approvisionnement en uranium est l’une des raisons pour lesquelles la France relance aujourd’hui le programme de « réacteurs à neutrons rapides », une technologie de fission nucléaire. Certaines promesses de ces réacteurs sont similaires à celles de la fusion (avec sa capacité à produire de l’électricité pendant très longtemps sur les réserves actuelles, etc.) et ces réacteurs à neutrons rapides ont déjà produit de l’électricité en France (Superphénix). Par contre, cette technologie présente des risques comparables à ceux des centrales nucléaires actuelles. Quoi qu’il en soit, leur relance joue certainement un rôle sur la perception de l’utilité de la fusion à moyen terme au niveau des acteurs français du domaine.

Si l’on regarde ce qui se passe ailleurs, le Royaume-Uni investit lourdement dans la fusion et construit des réacteurs nucléaires EPR français en parallèle. La Chine a les moyens de développer toutes les technologies de front : les variantes de la fission, et plusieurs projets de fusion majeurs. De fait, on estime que la Chine dépense plus de 1,5 milliard d’euros par an pour son programme fusion, devant les États-Unis et l’Europe.

La situation est différente en Allemagne, qui est sortie du nucléaire et où la production pilotable est essentiellement assurée par des centrales au charbon et au gaz, qui émettent des quantités importantes de gaz à effet de serre. L’Allemagne s’est dotée récemment d’une feuille de route ambitieuse pour la fusion, dans l’optique de décarboner à terme cette part pilotable.

Le fait est que si la France investit lourdement dans l’énergie nucléaire, elle investit également dans la fusion : dans le projet ITER dont les retombées économiques sont majeures (6 milliards d’euros de contrats pour les industriels français à ce jour) et, en parallèle, dans l’étape suivante, à travers le projet de PEPR et le soutien à une start-up française du domaine, située à Grenoble, Renaissance Fusion.

Avec la fusion, les échéances semblent toujours lointaines – on parle de plasma dans ITER en 2035, de génération d’électricité pour alimenter le réseau à la fin du siècle. Est-ce que vous avez l’impression de vivre dans le futur en travaillant sur quelque chose qui n’arrivera pas d’ici la fin de votre carrière ?

Y. M. : Quelqu’un a comparé ça aux constructeurs de cathédrales. On travaille sur un projet dont les fruits ne seront pas nécessairement disponibles dans la durée de notre vie. On se met au service de quelque chose de plus grand. C’est une forme d’humilité, chacun apporte sa pierre ! Alors, il y a les boutades habituelles sur la fusion (« C’est pour dans trente ans et ça le restera »)… mais ce que je constate, c’est qu’il y a beaucoup de progrès, comme je vous le disais, sur les performances depuis les années 1970.

En ce moment, on progresse sur des aspects importants, comme le record de durée de plasma réalisé dans West cette année (1 337 secondes, soit 22 minutes).

En termes de performance sur le gain de fusion, les progrès ont été portés par nos collègues de la fusion inertielle, qui utilisent des lasers et ont obtenu des gains nets supérieurs à 1, c’est à dire que le plasma a produit plus d’énergie que ce qui lui a été apporté par les lasers. Sur ce point, pour la fusion magnétique, nous sommes dans une phase de latence, le temps qu’ITER soit finalisé. Je pense qu’une des raisons pour lesquelles ça prend autant de temps, c’est que les objectifs d’ITER sont extrêmement ambitieux : puisque on veut faire dix fois mieux qu’aujourd’hui en termes de performance, et le faire pendant mille secondes pour s’approcher du fonctionnement d’une centrale… alors que les records de performance actuels, en termes de gain, ont été atteints pour moins d’une seconde.

En d’autres termes, vous cherchez à faire dix fois mieux pendant mille fois plus longtemps…

Y. M. : Oui, et c’est important, parce que certaines start-ups promettent des choses bien plus tôt, mais sur des durées de plasma beaucoup plus courtes. Les résultats seront très intéressants, mais cela leur permet d’éviter pour l’instant des problèmes que l’on aura de toute façon, un jour ou l’autre, dans une centrale.

Mais je pense qu’on travaille en fait en parallèle, car ces start-ups poussent des technologies qui pourraient s’avérer clé pour la suite. Ma conviction, c’est que grâce à ces efforts combinés, l’étape « post-ITER » va beaucoup accélérer.

Fusion Nucléaire : expérience réussie pendant 22 minutes

Fusion Nucléaire : expérience réussie pendant 22 minutes

 

Des scientifiques ont franchi un «jalon» sur la voie de la fusion nucléaire en maintenant un plasma pendant plus de 22 minutes, un record, dans le réacteur opéré par le CEA à Cadarache (Bouches-du-Rhône), a annoncé l’organisme mardi. Promesse d’une énergie propre, sûre, peu coûteuse et quasi-inépuisable, la fusion nucléaire fait l’objet de recherches fondamentales depuis des décennies.

Elle consiste à reproduire les réactions qui se produisent au cœur des étoiles, en assemblant deux noyaux d’atomes dérivés de l’hydrogène. C’est le processus inverse de la fission, utilisée dans les centrales nucléaires actuelles, qui consiste à casser les liaisons de noyaux atomiques lourds. Provoquer cette fusion nécessite des températures d’au moins 100 millions de degrés Celsius afin de créer et confiner du plasma. Ce gaz chaud électriquement chargé a tendance à devenir instable, ce qui peut provoquer des pertes d’énergie et limiter l’efficacité de la réaction.

 

Les scientifiques doivent encore lever de nombreux «verrous technologiques» pour que la fusion thermonucléaire permette de «produire plus d’énergie qu’elle n’en consomme» ce qui n’est pas encore le cas, rappelle-t-elle.

L’objectif est de «préparer du mieux possible l’exploitation scientifique d’Iter», le projet de réacteur expérimental lancé en 1985 par l’Union européenne, la Chine, la Corée du Sud, les États-Unis, l’Inde, le Japon et la Russie, explique-t-elle. Initialement prévue pour 2025, la production du premier plasma d’Iter, confronté à des retards et surcoûts considérables, a été reportée cet été à au moins 2033.

Le FMI pour la  fusion entre banques en Europe

« Nos recommandations sont très claires, la direction générale est claire, les fusions sont nécessaires », a donc affirmé le directeur du département Europe au FMI, Alfred Kammer, au cours d’une conférence de presse. « Dans le cadre de l’objectif de remise à niveau des économies européennes, vous avez besoin de banques paneuropéennes à l’image des Etats-Unis, pas juste d’acteurs nationaux dans 27 pays. Et une des manières d’y arriver est à travers les fusions », a-t-il poursuivi. Fin septembre, Christine Lagarde, présidente de la Banque centrale européenne, avait-elle aussi jugé que les fusions transfrontalières au sein de l’UE étaient « souhaitables ». Lors d’une audition au Parlement européen, elle avait ainsi déclaré : « Des fusions transfrontalières de banques capables de rivaliser en termes de taille, de profondeur et de gamme avec d’autres institutions dans le monde, y compris les banques américaines et chinoises, sont, selon moi, souhaitables ».

 

 

 

 

Fusion bancaire : une menace pour la stabilité du système

Fusion bancaire : une menace pour la stabilité du système

Par 

Jean-Marie Harribey

Maître de conférences d’économie à l’université Bordeaux-IV

Esther Jeffers

Professeure d’économie à l’université de Picardie

Dominique Plihon

Professeur d’économie à l’université Sorbonne-Paris-Nord

Les trois économistes Jean-Marie Harribey, Esther Jeffers et Dominique Plihon critiquent, dans une tribune au « Monde », l’idée de fusions bancaires européennes avancée le 13 mai par Emmanuel Macron.
Lors du récent événement Choose France, présenté comme le Davos français, Emmanuel Macron a plaidé, le 13 mai, pour une fusion des grandes banques françaises avec des homologues européennes. Le président s’est ainsi déclaré favorable au rachat de Société générale par la banque espagnole Santander. Deux arguments sont avancés en faveur d’une consolidation – euphémisme pour désigner la concentration – du secteur bancaire européen.

D’une part, de grandes banques paneuropéennes seraient nécessaires pour faire avancer le projet d’Union européenne des marchés de capitaux. D’autre part, les banques françaises et européennes sont sous-dimensionnées par rapport à leurs concurrentes états-uniennes, telles que J.P. Morgan. Macron demande également que soient abaissées les exigences prudentielles de fonds propres appliquées aux banques européennes, afin de renforcer leur compétitivité face à leurs concurrentes d’outre-Atlantique, soumises à des règles moins contraignantes.

Les propositions du président de la République, pourtant ancien banquier, sont inadaptées et dangereuses. Il semble que les leçons de la grande crise financière de 2007-2008 sont déjà oubliées. Deux leçons avaient pourtant été tirées par les autorités : le rapport Larosière (2009) avait conclu que l’importance prise par la crise était due à un déficit de régulation bancaire, et qu’un renforcement de celle-ci, qu’Emmanuel Macron veut remettre en cause aujourd’hui, était nécessaire.

Par ailleurs, le Conseil de stabilité financière (CSF), mis en place par le G20 en 2009, avait conclu que les acteurs les plus menaçants pour la stabilité financière internationale sont les banques systémiques, c’est-à-dire susceptibles d’engendrer une crise bancaire globale, car elles ont la double caractéristique d’avoir une taille importante et d’être étroitement interconnectées, ce qui peut être un facteur important de propagation de la crise.

Les banques systémiques étaient, et sont toujours, « too big to fail » (« trop grosses pour faire faillite »). Or il faut rappeler que le système bancaire français, l’un des plus concentrés dans le monde, est contrôlé par quatre banques – BPCE, BNP Paribas, Crédit agricole, Société générale – qui sont toutes présentes dans la liste .

Fusion des organismes de contrôle du nucléaire : le conseil constitutionnel favorable

Fusion des organismes de contrôle du nucléaire : le conseil constitutionnel favorable

Un projet de loi du gouvernement adopté au Parlement début avril prévoit la création en 2025 d’une Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR), issue du rapprochement de l’ASN et l’IRSN. Objectif : en finir avec la superposition des contrôles qui freinent le développement de la filière nucléaire. D’autant que la France est sans doute la plus rigoureuse dans ce domaine . Des organismes utiles mais superfétatoires d’autant que parfois composés d’anciens agents de l’EDF qui règlent  leurs comptes avec l’entreprise.

Le Conseil constitutionnel a rejeté vendredi le recours de parlementaires de gauche et des indépendants de Liot contre la fusion du gendarme du nucléaire, l’ASN, avec l’expert technique du secteur, l’IRSN, estimant qu’elle ne contrevenait pas en soi à la charte de l’Environnement. Un projet de loi du gouvernement adopté au Parlement début avril prévoit la création en 2025 d’une Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR), issue du rapprochement de l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) et de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), qui emploient respectivement environ 530 et 1740 agents.

 

Un argument qui n’a pas convaincu le Conseil. Dans une décision rendue vendredi, il estime que les dispositions de la loi «n’ont ni pour objet ni pour effet de modifier les obligations auxquelles sont soumises les activités nucléaires civiles dont cette autorité (la future ASNR) est chargée de contrôler le respect». Le Conseil souligne également dans son argumentaire que la loi prévoit qu’«une distinction doit être opérée» entre le personnel chargé de l’expertise et celui chargé d’une décision, lorsque cette nouvelle autorité sollicitera une expertise pour une décision concernant une installation nucléaire. L’intersyndicale de l’IRSN a demandé fin avril au gouvernement la nomination en «urgence» d’une personnalité «neutre» pour piloter la fusion avec l’autorité de sûreté nucléaire.

Nucléaire: Fusion dans un seul organisme de sûreté 

La fusion du gendarme du nucléaire, l’ASN, avec l’expert technique du secteur, l’IRSN, a été votée  sans surprise par les sénateurs, à 233 voix contre 109, achevant l’examen de ce projet de loi gouvernemental. Le suspense avait été levé un peu plus tôt dans la journée par l’adoption large des députés (340 voix contre 173) avec le soutien du camp présidentiel, de la droite et celui, cette fois, du Rassemblement national, qui s’y était opposé le mois dernier en première lecture.

 

 Ce projet de loi prévoit la création en 2025 d’une Autorité de sûreté nucléaire et de radioprotection (ASNR), issue du rapprochement de l’Autorité de sûreté nucléaire (ASN) et de l’Institut de radioprotection et de sûreté nucléaire (IRSN), qui emploient respectivement environ 530 et 1.740 agents. Le gouvernement estime que la fin d’un système dual permettra de «fluidifier» le secteur en réduisant les délais d’expertise et d’autorisation d’installations. «Avec ce texte, nous permettons à nos talents de se concentrer sur les enjeux prioritaires de sûreté tout en conservant nos exigences en la matière», s’est réjoui le ministre de l’Industrie Roland Lescure après les votes.

Energie: Vers la fusion nucléaire ?

Energie: Vers la fusion nucléaire ?

Pour mieux comprendre la transformation qui s’opère au niveau des noyaux lors d’une réaction de fusion, discerner les différentes méthodes explorées par les chercheurs pour la reproduire en laboratoire, et sonder dans quelle mesure ces développements technologiques vont révolutionner nos systèmes énergétiques, voire devenir cruciaux pour lutter contre le changement climatique, le journal l’Opinion a interrogé Alain Bécoulet, qui dirige le domaine ingénierie du projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

La fusion nucléaire est-elle plus écologique que la fission ?
« Comme l’énergie nucléaire de fission, la fusion est d’abord une énergie décarbonée, qui ne génère pas de gaz à effet de serre, ce qui est extrêmement important. Mais l’énergie issue de la fusion est aussi une énergie très condensée. Elle est même, par unité de réaction, encore plus condensée que l’énergie nucléaire de fission. »

« La réaction en chaîne provoquée par la fission, on sait la contrôler, mais on a vu des accident où le contrôle a été perdu. L’avantage des réactions de fusion, c’est qu’en général elles ne créent pas de réaction en chaîne parce que la difficulté ce n’est pas de casser quelque chose par une collision mais c’est de collisionner deux éléments et les coller ensemble. »

« La réaction de fission elle-même génère des déchets radioactifs de très haute intensité et de très longue vie : des sous-produits de fission. Ce sont eux qui posent des problèmes de stockage, d’entretien, parce qu’ils peuvent avoir des durées de vie de plusieurs dizaines ou centaines de milliers d’années. Ils peuvent avoir des activités extrêmement intenses qui demandent un attention particulière. Alors qu’avec la fusion du deutérium et du tritium, la réaction produit de l’hélium, qui n’est pas radioactif. Il n’y a donc pas de problème de déchet de la réaction en elle-même. »

« La fusion fonctionnement principalement avec du deutérium et du tritium, deux isotopes de l’hydrogène. Le premier existe dans la nature de façon complètement stable : il représente une fraction de tout l’hydrogène qu’il y a sur la planète, dans les océans notamment. Le tritium, en revanche, n’existe pas. C’est un élément radioactif très rapide, qui disparaît très vite. Il faut donc le créer avant de le brûler. On va donc mettre beaucoup du lithium – élément suffisamment abondant pour ne pas poser de problème – sur la machine qui va entourer le milieu réactif, et quand le neutron issue de la réaction va sortir, il va rencontrer le lithium et créer le tritium. Ce dernier va être pris et réinjecté dans le milieu. Donc le seul élément radioactif de cette histoire va être crée et brûlé sur place. Par conséquent, les réserves, je ne sais pas si on sait les estimer mais elles vont se compter en milliers d’années. »

L’énergie de fusion va-t-elle supplanter les énergies fossiles et renouvelables ?
« En tant que citoyen mais aussi en tant que scientifique, je peux vous prédire qu’il va se passer beaucoup de temps, même le jour où je maîtriserai la fusion, pour que la fusion soit la seule et unique solution de production d’énergie utilisée par la planète ; ça n’a pas de sens. La solution ne peut être qu’intégrée, ne peut être qu’un mix énergétique. »

« Par ailleurs, la fusion va arriver, au mieux, dans la seconde partie de ce siècle. Or le problème il est aujourd’hui. Il faut donc utiliser les solutions qu’on a : éolien, solaire, hydroélectricité, et je suis désolé, du nucléaire de fission. Tous doivent continuer à faire leur recherche et développement, améliorer leur efficacité, leur sûreté, leur impacte sur la planète. Il faut arrêter se de battre les uns avec les autres. Il ne faut pas faire les malins car on a des solutions, on n’a pas LA solution. Donc il faut continuer à chercher. La fusion rentre dans cette logique de pousser le nucléaire vers le propre, l’abondant, le moins problématique, sinon non problématique du tout. »

Cela suffira-t-il pour lutter contre le changement climatique ?
« Il faut barrer la route aux énergies fossiles et les remplacer pour des énergies décarbonées. Cela va prendre 20 ans ou 40 ans. Pendant ce temps-là, je prétends, en tant que chercheur, qu’on aura amélioré l’efficacité de beaucoup des énergies renouvelables et on aura une solution de type énergie de fusion. On peut imaginer maintenir un niveau de confort dans ce type d’équation ; ça prendra du temps. L’autre solution drastique, c’est une solution qui a besoin de monsieur Kim Jong-un ou Poutine : on arrête tout demain matin à 8 heures, point barre. Pas sûr qu’il n’y aura pas beaucoup de monde dans les rues. »

La fusion nucléaire aura-t-elle d’autres applications que la production d’électricité ?
Tout le monde se gargarise avec l’hydrogène, voire maintenant avec l’ammoniac car il paraît que c’et un peut être encore mieux. Mais il faut bien le créer cet hydrogène. Il faut des sources d’énergie, de chaleur pour le créer. Or aujourd’hui, sur la plupart de la planète; il fait avec du gaz, du charbon et du pétrole, donc le bilan est absurde. Avoir de grosses sources d’énergie qui seront à l’origine de créer le vecteur d’énergie hydrogène pour les transports par exemple, justifie largement ce genre de recherche. »

Energies- Fusion nucléaire : principe et avenir ?

Energies- Fusion nucléaire : principe et avenir ?

Pour obtenir des réactions de fusion, plusieurs pistes de recherche ont été empruntées par les scientifiques. Et parmi elles, deux méthodes concentrent la majeure partie des talents et des capitaux : la fusion par confinement inertiel par laser et la fusion par confinement magnétique.Un papier de Romain Segond dans l’Opinion

L’emballement médiatique récent concernait la première solution, qui consiste précisément à reproduire les conditions de densité extrême de l’hydrogène qui sont à l’origine de la création des étoiles. Or ces expériences ne semblent pas calibrées pour produire de l’énergie à l’échelle de nos besoins. Elles servent surtout à augmenter nos connaissances pour améliorer nos programmes de simulation de la dissuasion nucléaire.

Pour opérer une véritable transition énergétique et tenter de contenir le réchauffement climatique, les espoirs s’orientent donc vers la seconde solution : la fusion magnétique. Elle consiste moins à compresser les atomes d’hydrogène qu’à les introduire dans un plasma dont la température varie entre 100 et 150 millions de degrés. Ces conditions extrêmes sont nécessaires pour que les particules qui se rencontrent, fusionnent et libèrent de l’énergie.

Pour mieux comprendre la transformation qui s’opère au niveau des noyaux lors d’une réaction de fusion, discerner les différentes méthodes explorées par les chercheurs pour la reproduire en laboratoire, et sonder dans quelle mesure ces développements technologiques vont révolutionner nos systèmes énergétiques, voire devenir cruciaux pour lutter contre le changement climatique, nous avons interrogé Alain Bécoulet, qui dirige le domaine ingénierie du projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Quelle est la différence entre la fission et la fusion nucléaire ?

« La fission consiste à casser un gros noyau, en l’occurrence au-delà du fer, par une collision avec un neutron – ou un autre noyau – qui déstabilise le noyau et le casse en deux. Mais l’énergie qui est stockée dans un noyau peut aussi être libérée d’une autre façon : on prend de tout petits noyaux – de l’hydrogène – et on essaie de les coller l’un à l’autre. »

Qu’est-ce que la répulsion coulombienne et comment la vaincre ?
« En tant que noyaux, ils sont chargés positivement, à cause du fait qu’ils sont constitués de protons et de neutrons – les neutrons ne sont pas chargés mais tous les autres le sont. Donc si j’essaye de les rapprocher, comme deux pôles identiques d’un aimant, ils vont se repousser. Depuis très loin ils se sentent et se repoussent de plus en plus lorsqu’on se rapproche. Or si je veux faire entrer en ligne de compte la réaction nucléaire, il faut que j’aille suffisamment près pour qu’une autre force entre en jeu, les attire et cette fois-ci, les fasse fusionner. »

Qu’est-ce qu’un isotope de l’hydrogène ?
« C’est un atome auquel, dans le noyau, je vais rajouter ou enlever des neutrons. On ne modifie donc pas la charge globale ni le nombre d’électrons. Le deutérium, c’est de l’hydrogène, donc un proton avec son électron autour, et au proton on lui colle un neutron. Le tritium, c’est toujours dans la famille de l’hydrogène – un proton – mais on lui rajoute deux neutrons dans le noyau. La réaction de fusion la plus facile à réaliser, c’est la fusion de ces deux isotopes de l’hydrogène : le deutérium et le tritium. »

Comment fonctionne la fusion par confinement inertiel ?
« C’est la solution qui consiste à mimer le soleil. Or on ne va pas pouvoir faire un nuage suffisamment large pour qu’il s’effondre sur lui-même et fusionne. Mais on peut quand même prendre une petite bille de mélange deutérium-tritium et l’écraser très fort. Pour ce faire, les pistons ne vont pas marcher mais les faisceaux laser vont fonctionner. Le principe c’est donc de soumettre d’un seul coup la petite bille à une pression radiative extrêmement violente et très rapide – quelques milliardièmes de seconde. A ce moment-là elle va s’effondrer, la densité va monter, la température également, et la fusion va s’enclencher. Aujourd’hui, toutes ces expériences sont faites pour calibrer notre physique, nos codes, dans ce qu’on appelle le programme de simulation de la dissuasion nucléaire. Elles ne sont pas faites pour, a priori, se diriger vers de la production d’énergie. »

Comment fonctionne la fusion par confinement magnétique ?
« Il s’agit de confiner un plasma en utilisant un champ magnétique. Quand une particule rencontre un champ magnétique, elle va se faire piégée en tournant autour. Donc si on est assez intelligent pour faire une ligne magnétique qui se referme sur elle-même dans une géométrie finie, la particule va tourner et ne pourra jamais s’échapper de son champ magnétique. Donc on chauffe le milieu et si on y introduit plusieurs atomes, ils vont finir par se rencontrer et fusionner. »

Qu’est ce qu’un plasma ?

« Il existe quatre états de la matière. L’état solide, liquide et gazeux que tout le monde connaît, et un quatrième état, lorsqu’on continue à chauffer un gaz très fort, qu’on appelle plasma. C’est un gaz qui a été tellement chauffé que les collisions, entre les atomes, finissent par éplucher leur cortège électronique. C’est-a-dire que les électrons vont être éjectés par le fait que les atomes se tapent les uns contre les autres lorsque la vitesse et l’énergie sont suffisantes. On va donc obtenir un mélange, une soupe de noyaux et d’électrons qui ne sont plus attachés les uns aux autres. Ce milieu est nécessaire pour que les noyaux se rencontrent directement et ne soient plus gênés par leurs électrons. »
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Fusion nucléaire : principe et avenir ?

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Pour obtenir des réactions de fusion, plusieurs pistes de recherche ont été empruntées par les scientifiques. Et parmi elles, deux méthodes concentrent la majeure partie des talents et des capitaux : la fusion par confinement inertiel par laser et la fusion par confinement magnétique.Un papier de Romain Segond dans l’Opinion

L’emballement médiatique récent concernait la première solution, qui consiste précisément à reproduire les conditions de densité extrême de l’hydrogène qui sont à l’origine de la création des étoiles. Or ces expériences ne semblent pas calibrées pour produire de l’énergie à l’échelle de nos besoins. Elles servent surtout à augmenter nos connaissances pour améliorer nos programmes de simulation de la dissuasion nucléaire.

Pour opérer une véritable transition énergétique et tenter de contenir le réchauffement climatique, les espoirs s’orientent donc vers la seconde solution : la fusion magnétique. Elle consiste moins à compresser les atomes d’hydrogène qu’à les introduire dans un plasma dont la température varie entre 100 et 150 millions de degrés. Ces conditions extrêmes sont nécessaires pour que les particules qui se rencontrent, fusionnent et libèrent de l’énergie.

Pour mieux comprendre la transformation qui s’opère au niveau des noyaux lors d’une réaction de fusion, discerner les différentes méthodes explorées par les chercheurs pour la reproduire en laboratoire, et sonder dans quelle mesure ces développements technologiques vont révolutionner nos systèmes énergétiques, voire devenir cruciaux pour lutter contre le changement climatique, nous avons interrogé Alain Bécoulet, qui dirige le domaine ingénierie du projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

Quelle est la différence entre la fission et la fusion nucléaire ?

« La fission consiste à casser un gros noyau, en l’occurrence au-delà du fer, par une collision avec un neutron – ou un autre noyau – qui déstabilise le noyau et le casse en deux. Mais l’énergie qui est stockée dans un noyau peut aussi être libérée d’une autre façon : on prend de tout petits noyaux – de l’hydrogène – et on essaie de les coller l’un à l’autre. »

Qu’est-ce que la répulsion coulombienne et comment la vaincre ?
« En tant que noyaux, ils sont chargés positivement, à cause du fait qu’ils sont constitués de protons et de neutrons – les neutrons ne sont pas chargés mais tous les autres le sont. Donc si j’essaye de les rapprocher, comme deux pôles identiques d’un aimant, ils vont se repousser. Depuis très loin ils se sentent et se repoussent de plus en plus lorsqu’on se rapproche. Or si je veux faire entrer en ligne de compte la réaction nucléaire, il faut que j’aille suffisamment près pour qu’une autre force entre en jeu, les attire et cette fois-ci, les fasse fusionner. »

Qu’est-ce qu’un isotope de l’hydrogène ?
« C’est un atome auquel, dans le noyau, je vais rajouter ou enlever des neutrons. On ne modifie donc pas la charge globale ni le nombre d’électrons. Le deutérium, c’est de l’hydrogène, donc un proton avec son électron autour, et au proton on lui colle un neutron. Le tritium, c’est toujours dans la famille de l’hydrogène – un proton – mais on lui rajoute deux neutrons dans le noyau. La réaction de fusion la plus facile à réaliser, c’est la fusion de ces deux isotopes de l’hydrogène : le deutérium et le tritium. »

Comment fonctionne la fusion par confinement inertiel ?
« C’est la solution qui consiste à mimer le soleil. Or on ne va pas pouvoir faire un nuage suffisamment large pour qu’il s’effondre sur lui-même et fusionne. Mais on peut quand même prendre une petite bille de mélange deutérium-tritium et l’écraser très fort. Pour ce faire, les pistons ne vont pas marcher mais les faisceaux laser vont fonctionner. Le principe c’est donc de soumettre d’un seul coup la petite bille à une pression radiative extrêmement violente et très rapide – quelques milliardièmes de seconde. A ce moment-là elle va s’effondrer, la densité va monter, la température également, et la fusion va s’enclencher. Aujourd’hui, toutes ces expériences sont faites pour calibrer notre physique, nos codes, dans ce qu’on appelle le programme de simulation de la dissuasion nucléaire. Elles ne sont pas faites pour, a priori, se diriger vers de la production d’énergie. »

Comment fonctionne la fusion par confinement magnétique ?
« Il s’agit de confiner un plasma en utilisant un champ magnétique. Quand une particule rencontre un champ magnétique, elle va se faire piégée en tournant autour. Donc si on est assez intelligent pour faire une ligne magnétique qui se referme sur elle-même dans une géométrie finie, la particule va tourner et ne pourra jamais s’échapper de son champ magnétique. Donc on chauffe le milieu et si on y introduit plusieurs atomes, ils vont finir par se rencontrer et fusionner. »

Qu’est ce qu’un plasma ?

« Il existe quatre états de la matière. L’état solide, liquide et gazeux que tout le monde connaît, et un quatrième état, lorsqu’on continue à chauffer un gaz très fort, qu’on appelle plasma. C’est un gaz qui a été tellement chauffé que les collisions, entre les atomes, finissent par éplucher leur cortège électronique. C’est-a-dire que les électrons vont être éjectés par le fait que les atomes se tapent les uns contre les autres lorsque la vitesse et l’énergie sont suffisantes. On va donc obtenir un mélange, une soupe de noyaux et d’électrons qui ne sont plus attachés les uns aux autres. Ce milieu est nécessaire pour que les noyaux se rencontrent directement et ne soient plus gênés par leurs électrons. »
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La future Énergie: La fusion nucléaire après 2050 ?

La future Énergie: La fusion nucléaire après 2050 ?

2022 constitue sans nul doute une année charnière pour la fusion nucléaire. Le 13 décembre dernier, la communauté scientifique œuvrant dans ce domaine était en ébullition. Et pour cause, les Etats-Unis ont fait savoir que le Laboratoire national Lawrence Livermore (LNLL) était parvenu à produire plus d’énergie pendant une réaction de fusion nucléaire qu’il n’en avait été nécessaire pour initier le processus, du moins au niveau du combustible. « Un seuil que l’on attend depuis des décennies. Grand pas pour la fusion, petit pas pour l’énergie », commentait alors sur Twitter Greg de Temmerman, directeur général du think tank Zenon et spécialiste français de la fusion nucléaire.( un article de la Tribune d’après Renaissance fusion)

Depuis les années 1930, les scientifiques tentent en effet de reproduire, sur Terre, le mécanisme à l’œuvre dans le soleil et les étoiles. Contrairement à la fission nucléaire, sur laquelle repose toutes les centrales nucléaires en fonctionnement dans le monde, la fusion nucléaire ne consiste pas à casser des noyaux lourds d’uranium pour libérer de l’énergie, mais à faire fusionner deux noyaux d’hydrogène extrêmement légers pour créer un élément plus lourd. Dans le détail, le mariage forcé du deutérium et du tritium permet de produire de l’hélium et un neutron. Cette réaction doit alors permettre de générer des quantités massives d’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être transformée en électricité grâce à une turbine.
La fusion nucléaire suscite d’immenses espoirs car si l’homme savait la contrôler, cette source d’énergie cocherait toutes les cases : l’électricité qu’elle pourrait délivrer serait quasi illimitée, décarbonée, sûre, et produirait très peu de déchets radioactifs à vie longue. Mais jusqu’au 13 décembre dernier, les scientifiques butaient sur une étape majeure : celle du breakeven, soit le seuil où l’énergie produite par la réaction de la fusion est supérieure à celle nécessaire pour faire fonctionner le système. C’est désormais chose faite.

Si cette percée est la plus retentissante, d’autres grandes avancées ont été observées au cours de la même année. Quelques mois auparavant, ce même laboratoire californien est parvenu à contrôler un plasma brûlant, le plasma étant le quatrième état de la matière (après les états solide, liquide et gazeux) dans lequel peuvent justement se rencontrer les deux noyaux d’hydrogène. En 2022, des quantités records d’énergie ont été produites par JET, une machine de recherche basée à Oxford, au Royaume-Uni. Les installations Kstar et East, implantées respectivement en Corée du Sud et en Chine, sont quant à elles parvenues à confiner le plasma sur des durées et des températures records.

Mais l’année 2022 c’est aussi l’année où « la fusion est sortie des laboratoires pour aller sur le marché », souligne Andrew Holland à la tête de la Fusion industry association (FIA). Dans son dernier rapport annuel, l’organisation dénombre 33 entreprises privées actives dans ce domaine à travers le monde. Parmi elles, 21 se sont créées au cours des cinq dernières années. On peut les ranger dans trois grandes familles. Celles qui planchent sur la fusion par confinement magnétique et qui s’appuient sur des aimants supraconducteurs pour maintenir le plasma. Celles qui travaillent sur la fusion inertielle en ayant recours à des lasers. Et celles, à l’image de General Fusion, qui entendent combiner ces deux approches.
En 2022, ces entreprises ont levé 2,8 milliards de dollars, contre près de 2 milliards de dollars un an plus tôt. Au total, depuis leur création, elles ont réuni un peu plus 4,8 milliards de dollars, principalement auprès d’investisseurs privés, (seuls 117 millions de dollars proviennent de subventions publiques). Parmi eux, on retrouve les grands fonds de capital-risque et des personnalités et des entreprises de la tech comme Bill Gates, Jeff Bezos (Amazon) ou encore Google et le groupe chinois Tencent, mais aussi une poignée d’industriels, dont l’énergéticien italien Eni, le norvégien Equinor, et les majors Chevron et Shell.

Commonwealth Fusion Systems, un spin off du MIT, représente à elle seule plus d’un tiers de ces investissements. Née en 2018, l’entreprise a bouclé un tour de table XXL de 1,8 milliard de dollars. Elle promet de commercialiser la première centrale à fusion à l’horizon 2030. Helion Energy, une autre entreprise américaine qui s’est spécialisée dans la fusion inertielle, a, elle, levé 500 millions de dollars et assure avoir déjà sécurisé un financement à venir de 1,7 milliard de dollars. Au total, sept entreprises ont déjà réuni plus de 200 millions de dollars d’investissements.

Comment expliquer cet engouement de la sphère privée pour la fusion ?
« Ce n’est pas quelque chose de nouveau. La première initiative privée remonte à 1998 avec TAE Technologies, mais le nombre de start-up a nettement augmenté à partir des années 2014-2015. A ce moment-là, Bernard Bigot, [alors à la tête du gigantesque programme scientifique international Iter, censé démontrer la viabilité de la fusion nucléaire à grande échelle, ndlr] annonce cinq années de retard sur le projet. Iter est en construction et permet à la communauté scientifique d’apprendre énormément, mais cela ne va pas assez vite. Cela a généré une frustration qui a poussé des scientifiques à entreprendre », se remémore Greg de Temmerman, coordinateur scientifique sur le projet Iter entre 2014 et 2020.
Par ailleurs, jusqu’à l’année dernière, les capitaux étaient largement disponibles tandis que les taux d’intérêt étaient à leur plus bas. Des conditions de marché qui ont conduit les investisseurs à aller chercher des investissements plus risqués afin d’obtenir des rendements plus élevés. « Or la fusion est un investissement à haut risque et à haut potentiel. C’est un investissement qui peut mener nulle part, mais si cela fonctionne l’investisseur fait fortune », souligne Greg de Temmerman. La fusion reste enfin l’un des grands défis techniques et scientifiques à résoudre. De quoi attirer des personnalités fortunées avides de ce genre de challenge.

Aujourd’hui, les Etats-Unis dominent incontestablement cette course mondiale, avec 21 entreprises basées sur son sol, tandis que seules trois sont installées en Europe continentale (Renaissance Fusion en France, Deutelio en Italie et Marvel Fusion en Allemagne) et trois autres au Royaume-Uni (Crossfield Fusion, First Light Fusion et Tokamak Energy).

Pourtant, c’est bien le Vieux Continent qui est le leader mondial de la recherche en fusion. L’Allemagne, qui a décidé de tourner le dos à la fission nucléaire, compte le plus grand nombre de chercheurs en la matière. « Les scientifiques sont parvenus à démontrer que ce n’était pas le même nucléaire, que la fusion ne présentait pas les mêmes problématiques en matière de sûreté et de déchets et qu’il fallait continuer », explique Greg de Temmerman.
En France, l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM) du CEA, qui jouxte le chantier d’Iter à Cadarache dans les Bouches du Rhône, est mondialement reconnu. Dès 1959, le centre de recherche a participé à la réalisation de plusieurs tokamaks expérimentaux, ces structures dans lesquelles sont confinées les plasmas. Il espère désormais développer une centrale à fusion nucléaire plus compacte que le réacteur Iter.

Le Royaume-Uni, « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon les propos de Jérôme Bucalossi, à la tête de l’IRFM du CEA, s’est déjà engagé dans cette voie. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précise-t-il. Un dynamisme qui a permis d’attirer la start-up canadienne General Fusion, soutenue par Jeff Bezos. Fondée en 2002, l’entreprise a choisi de construire sa première centrale nucléaire pilote à Culham, un petit village de l’Oxfordshire.
Malgré cet indéniable atout académique du côté européen, les entreprises américaines pourraient creuser davantage l’écart avec le reste du monde dans les mois à venir grâce à un soutien public qui se muscle. Le département de l’énergie américain a récemment débloqué 50 millions de dollars pour favoriser les partenariats publics-privés et accélérer le développement de réacteurs à fusion. Une enveloppe qui vient s’ajouter à l’Inflation Reduction Act, le vaste plan de réforme défendu par l’administration Biden, qui prévoit quelque 370 milliards de dollars pour décarboner l’économie américaine. De quoi accélérer considérablement le financement des projets liés à la fusion.

La fusion pour après 2050

Car les acteurs de la fusion sont également portés par l’urgence climatique, la nécessaire électrification des usages ainsi que la flambée des prix de l’électricité. Nombre de ces startups promettent ainsi une première centrale à fusion connectée au réseau électrique avant 2035 et présentent cette technologie comme un moyen efficace de lutter contre le changement climatique. Une communication qui « agace » Greg de Temmerman. « Un réacteur à fusion nucléaire qui fonctionne 24 heures sur 24 de façon fiable dans les années 2030, c’est hors d’atteinte, tranche-t-il. En revanche, si on parle d’un démonstrateur capable de générer de l’électricité cela peut arriver dans la décennie 2030 », reconnaît-il

Plus globalement, le spécialiste estime que la fusion « ne représentera rien pour l’énergie en 2050. Elle ne contribuera pas à la transition énergétique ». Il juge néanmoins que la fusion, comme source d’énergie pilotable et décarbonée, restera utile pour l’après 2050 et que son financement ne compromet pas, en parallèle, la décarbonation de l’économie.
En revanche, des applications en dehors du secteur de l’énergie pourraient voir le jour bien plus tôt. A Grenoble, la start-up Renaissance Fusion entend notamment commercialiser des briques technologiques issues de son activité pour l’imagerie médicale, les éoliennes ou encore les accélérateurs de particules.
Des verrous technologiques à lever

Si Greg de Temmerman se montre si prudent sur les calendriers partagés par ces startups c’est que les verrous technologiques à lever restent encore nombreux. D’abord, un réacteur à fusion devra être capable de produire son propre combustible. « On estime que les réserves de tritium sur Terre ne s’élèvent qu’à 35 kilos. Or, pour fonctionner un réacteur à fusion nucléaire aurait besoin d’une centaine de kilos de tritium par an. Le seul moyen pour la fusion d’être viable c’est que le réacteur soit capable de générer autant de tritium qu’il n’en consomme, voire plus pour pouvoir démarrer un autre réacteur », explique-t-il. La tâche est éminemment complexe. A titre d’illustration, Iter est censé tester cinq modules différents de génération de tritium.
Outre cet écueil, la recherche doit également énormément avancer sur les matériaux, car les enceintes des réacteurs devront résister à des dizaines d’années de bombardement de neutrons. Autre grand défi : s’assurer que des phénomènes de disruption du plasma ne puissent en aucun cas survenir car l’écrasement d’un plasma à 150 millions de degrés endommagerait inévitablement le matériel. « Un tokamak (l’enceinte dans laquelle est confiné le plasma, ndlr) ne peut fonctionner que si on supprime ces événements », assure Greg de Temmerman. Enfin, un tokamak a besoin de générer du courant en continu et « on n’a encore jamais prouvé qu’un tokamak pouvait fonctionner de façon continue », pointe-t-il.

Gare aux revers et déceptionsSurtout, l’industrie de la fusion n’est pas à l’abri de revers et déceptions, qui ont déjà largement marqué son histoire. « En 1998, TAE Technologies promettait un premier réacteur dans les 15 années à venir », se souvient le spécialiste. Une dizaine d’années plus tôt, en 1989, deux chimistes de l’université de l’Utah (Etats-Unis) avaient affirmé avoir réussi à fusionner des noyaux à température ambiante dans une simple cellule électrochimique sur une paillasse. Une affirmation qui s’est démentie quelques semaines plus tard. Autre exemple en 1951, au plus fort de la guerre froide. Juan Perón, alors président de l’Argentine, avait assuré que ses scientifiques étaient parvenus à maîtriser l’énergie de fusion, faisant ainsi la une des journaux du monde entier. Le combustible de fusion serait bientôt disponible, comme le lait, disait-il, dans des bouteilles d’un demi-litre.

Plus récemment, le méga projet Iter promettait la production d’un premier plasma en 2025. Celle-ci n’aura finalement pas lieu avant 2030. De quoi s’interroger sur la place de ce méga projet dans un écosystème de plus en plus dynamique. Présenté comme un outil de formation pour des milliers de physiciens, complémentaire et bénéfique pour les startups, le programme, soumis à une gouvernance très complexe et confronté à des défis d’ingénierie accentués par sa taille, cumule les retards. « C’est une question qui devient gênante », reconnaît Greg Temmerman.

Renaissance fusion, seule start-up tricolore dans la course

Renaissance fusion est la seule start-up française à plancher sur la fusion nucléaire. Basée à Grenoble, elle s’est spécialisée dans la fusion par confinement magnétique. Cette approche consiste à faire chauffer un plasma à 150 millions de degrés et à le confiner grâce à des aimants extrêmement puissants, capables de rapprocher les particules et de les faire circuler selon une trajectoire bien précise.

Toutefois, à la différence du méga projet Iter, la jeune pousse a choisi un design de réacteur bien particulier : le stellarator, qui diffère du tokamak bien plus répandu et étudié par les chercheurs par le passé. Initialement conçu par les Américains, ce type de réacteur est beaucoup plus difficile à construire que le tokamak, mais il présente un grand avantage : il permet d’obtenir un plasma très stable et de produire de l’énergie de manière continue et non pulsée. Ses aimants sont en revanche « tarabiscotés », explique Simon Belka, chef de projet au sein de l’entreprise.
Pour surmonter cet écueil, Renaissance Fusion a développé une technique innovante pour fabriquer ces aimants. « On dépose la matière supraconductrice directement sur l’enceinte du réacteur ce qui permet d’avoir une enceinte aimantée géante », résume Simon Belka. Elle utilise ensuite un laser pour enlever la matière et donner un pattern bien précis. La start-up planche aussi sur des métaux liquides capables d’absorber la chaleur afin de protéger les parois des réacteurs.

Avant de construire un réacteur nucléaire, l’entreprise prévoit de vendre ses briques technologiques à d’autres secteurs pour financer son développement. Elle entend ensuite mettre sur pied un réacteur d’essai en 2028, capable de produire deux fois plus d’énergie qu’il n’en consomme. Ce démonstrateur ne produira que de la chaleur. Dernière étape : vendre un réacteur de 1000 mégawatts électriques, soit l’équivalent peu ou prou de la puissance d’une tranche nucléaire, entre 2032 et 2035.

Renaissance Fusion officialisera dans les prochaines semaines une levée de fonds supérieure à 10 millions d’euros. Elle prépare déjà un prochain tour de table pour 2024. « On espère être dans le top 7 des plus grosses levées de fonds du secteur », indique Simon Belka.

Énergie du futur : la Fusion nucléaire pour après 2050 ?

Énergie du futur :la Fusion nucléaire pour après 2050 ?

2022 constitue sans nul doute une année charnière pour la fusion nucléaire. Le 13 décembre dernier, la communauté scientifique œuvrant dans ce domaine était en ébullition. Et pour cause, les Etats-Unis ont fait savoir que le Laboratoire national Lawrence Livermore (LNLL) était parvenu à produire plus d’énergie pendant une réaction de fusion nucléaire qu’il n’en avait été nécessaire pour initier le processus, du moins au niveau du combustible. « Un seuil que l’on attend depuis des décennies. Grand pas pour la fusion, petit pas pour l’énergie », commentait alors sur Twitter Greg de Temmerman, directeur général du think tank Zenon et spécialiste français de la fusion nucléaire.( un article de la Tribune d’après Renaissance fusion)

Depuis les années 1930, les scientifiques tentent en effet de reproduire, sur Terre, le mécanisme à l’œuvre dans le soleil et les étoiles. Contrairement à la fission nucléaire, sur laquelle repose toutes les centrales nucléaires en fonctionnement dans le monde, la fusion nucléaire ne consiste pas à casser des noyaux lourds d’uranium pour libérer de l’énergie, mais à faire fusionner deux noyaux d’hydrogène extrêmement légers pour créer un élément plus lourd. Dans le détail, le mariage forcé du deutérium et du tritium permet de produire de l’hélium et un neutron. Cette réaction doit alors permettre de générer des quantités massives d’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être transformée en électricité grâce à une turbine.
La fusion nucléaire suscite d’immenses espoirs car si l’homme savait la contrôler, cette source d’énergie cocherait toutes les cases : l’électricité qu’elle pourrait délivrer serait quasi illimitée, décarbonée, sûre, et produirait très peu de déchets radioactifs à vie longue. Mais jusqu’au 13 décembre dernier, les scientifiques butaient sur une étape majeure : celle du breakeven, soit le seuil où l’énergie produite par la réaction de la fusion est supérieure à celle nécessaire pour faire fonctionner le système. C’est désormais chose faite.

Si cette percée est la plus retentissante, d’autres grandes avancées ont été observées au cours de la même année. Quelques mois auparavant, ce même laboratoire californien est parvenu à contrôler un plasma brûlant, le plasma étant le quatrième état de la matière (après les états solide, liquide et gazeux) dans lequel peuvent justement se rencontrer les deux noyaux d’hydrogène. En 2022, des quantités records d’énergie ont été produites par JET, une machine de recherche basée à Oxford, au Royaume-Uni. Les installations Kstar et East, implantées respectivement en Corée du Sud et en Chine, sont quant à elles parvenues à confiner le plasma sur des durées et des températures records.

Mais l’année 2022 c’est aussi l’année où « la fusion est sortie des laboratoires pour aller sur le marché », souligne Andrew Holland à la tête de la Fusion industry association (FIA). Dans son dernier rapport annuel, l’organisation dénombre 33 entreprises privées actives dans ce domaine à travers le monde. Parmi elles, 21 se sont créées au cours des cinq dernières années. On peut les ranger dans trois grandes familles. Celles qui planchent sur la fusion par confinement magnétique et qui s’appuient sur des aimants supraconducteurs pour maintenir le plasma. Celles qui travaillent sur la fusion inertielle en ayant recours à des lasers. Et celles, à l’image de General Fusion, qui entendent combiner ces deux approches.
En 2022, ces entreprises ont levé 2,8 milliards de dollars, contre près de 2 milliards de dollars un an plus tôt. Au total, depuis leur création, elles ont réuni un peu plus 4,8 milliards de dollars, principalement auprès d’investisseurs privés, (seuls 117 millions de dollars proviennent de subventions publiques). Parmi eux, on retrouve les grands fonds de capital-risque et des personnalités et des entreprises de la tech comme Bill Gates, Jeff Bezos (Amazon) ou encore Google et le groupe chinois Tencent, mais aussi une poignée d’industriels, dont l’énergéticien italien Eni, le norvégien Equinor, et les majors Chevron et Shell.

Commonwealth Fusion Systems, un spin off du MIT, représente à elle seule plus d’un tiers de ces investissements. Née en 2018, l’entreprise a bouclé un tour de table XXL de 1,8 milliard de dollars. Elle promet de commercialiser la première centrale à fusion à l’horizon 2030. Helion Energy, une autre entreprise américaine qui s’est spécialisée dans la fusion inertielle, a, elle, levé 500 millions de dollars et assure avoir déjà sécurisé un financement à venir de 1,7 milliard de dollars. Au total, sept entreprises ont déjà réuni plus de 200 millions de dollars d’investissements.

Comment expliquer cet engouement de la sphère privée pour la fusion ?
« Ce n’est pas quelque chose de nouveau. La première initiative privée remonte à 1998 avec TAE Technologies, mais le nombre de start-up a nettement augmenté à partir des années 2014-2015. A ce moment-là, Bernard Bigot, [alors à la tête du gigantesque programme scientifique international Iter, censé démontrer la viabilité de la fusion nucléaire à grande échelle, ndlr] annonce cinq années de retard sur le projet. Iter est en construction et permet à la communauté scientifique d’apprendre énormément, mais cela ne va pas assez vite. Cela a généré une frustration qui a poussé des scientifiques à entreprendre », se remémore Greg de Temmerman, coordinateur scientifique sur le projet Iter entre 2014 et 2020.
Par ailleurs, jusqu’à l’année dernière, les capitaux étaient largement disponibles tandis que les taux d’intérêt étaient à leur plus bas. Des conditions de marché qui ont conduit les investisseurs à aller chercher des investissements plus risqués afin d’obtenir des rendements plus élevés. « Or la fusion est un investissement à haut risque et à haut potentiel. C’est un investissement qui peut mener nulle part, mais si cela fonctionne l’investisseur fait fortune », souligne Greg de Temmerman. La fusion reste enfin l’un des grands défis techniques et scientifiques à résoudre. De quoi attirer des personnalités fortunées avides de ce genre de challenge.

Aujourd’hui, les Etats-Unis dominent incontestablement cette course mondiale, avec 21 entreprises basées sur son sol, tandis que seules trois sont installées en Europe continentale (Renaissance Fusion en France, Deutelio en Italie et Marvel Fusion en Allemagne) et trois autres au Royaume-Uni (Crossfield Fusion, First Light Fusion et Tokamak Energy).

Pourtant, c’est bien le Vieux Continent qui est le leader mondial de la recherche en fusion. L’Allemagne, qui a décidé de tourner le dos à la fission nucléaire, compte le plus grand nombre de chercheurs en la matière. « Les scientifiques sont parvenus à démontrer que ce n’était pas le même nucléaire, que la fusion ne présentait pas les mêmes problématiques en matière de sûreté et de déchets et qu’il fallait continuer », explique Greg de Temmerman.
En France, l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM) du CEA, qui jouxte le chantier d’Iter à Cadarache dans les Bouches du Rhône, est mondialement reconnu. Dès 1959, le centre de recherche a participé à la réalisation de plusieurs tokamaks expérimentaux, ces structures dans lesquelles sont confinées les plasmas. Il espère désormais développer une centrale à fusion nucléaire plus compacte que le réacteur Iter.

Le Royaume-Uni, « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon les propos de Jérôme Bucalossi, à la tête de l’IRFM du CEA, s’est déjà engagé dans cette voie. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précise-t-il. Un dynamisme qui a permis d’attirer la start-up canadienne General Fusion, soutenue par Jeff Bezos. Fondée en 2002, l’entreprise a choisi de construire sa première centrale nucléaire pilote à Culham, un petit village de l’Oxfordshire.
Malgré cet indéniable atout académique du côté européen, les entreprises américaines pourraient creuser davantage l’écart avec le reste du monde dans les mois à venir grâce à un soutien public qui se muscle. Le département de l’énergie américain a récemment débloqué 50 millions de dollars pour favoriser les partenariats publics-privés et accélérer le développement de réacteurs à fusion. Une enveloppe qui vient s’ajouter à l’Inflation Reduction Act, le vaste plan de réforme défendu par l’administration Biden, qui prévoit quelque 370 milliards de dollars pour décarboner l’économie américaine. De quoi accélérer considérablement le financement des projets liés à la fusion.

La fusionpour après 2050

Car les acteurs de la fusion sont également portés par l’urgence climatique, la nécessaire électrification des usages ainsi que la flambée des prix de l’électricité. Nombre de ces startups promettent ainsi une première centrale à fusion connectée au réseau électrique avant 2035 et présentent cette technologie comme un moyen efficace de lutter contre le changement climatique. Une communication qui « agace » Greg de Temmerman. « Un réacteur à fusion nucléaire qui fonctionne 24 heures sur 24 de façon fiable dans les années 2030, c’est hors d’atteinte, tranche-t-il. En revanche, si on parle d’un démonstrateur capable de générer de l’électricité cela peut arriver dans la décennie 2030 », reconnaît-il

Plus globalement, le spécialiste estime que la fusion « ne représentera rien pour l’énergie en 2050. Elle ne contribuera pas à la transition énergétique ». Il juge néanmoins que la fusion, comme source d’énergie pilotable et décarbonée, restera utile pour l’après 2050 et que son financement ne compromet pas, en parallèle, la décarbonation de l’économie.
En revanche, des applications en dehors du secteur de l’énergie pourraient voir le jour bien plus tôt. A Grenoble, la start-up Renaissance Fusion entend notamment commercialiser des briques technologiques issues de son activité pour l’imagerie médicale, les éoliennes ou encore les accélérateurs de particules.
Des verrous technologiques à lever

Si Greg de Temmerman se montre si prudent sur les calendriers partagés par ces startups c’est que les verrous technologiques à lever restent encore nombreux. D’abord, un réacteur à fusion devra être capable de produire son propre combustible. « On estime que les réserves de tritium sur Terre ne s’élèvent qu’à 35 kilos. Or, pour fonctionner un réacteur à fusion nucléaire aurait besoin d’une centaine de kilos de tritium par an. Le seul moyen pour la fusion d’être viable c’est que le réacteur soit capable de générer autant de tritium qu’il n’en consomme, voire plus pour pouvoir démarrer un autre réacteur », explique-t-il. La tâche est éminemment complexe. A titre d’illustration, Iter est censé tester cinq modules différents de génération de tritium.
Outre cet écueil, la recherche doit également énormément avancer sur les matériaux, car les enceintes des réacteurs devront résister à des dizaines d’années de bombardement de neutrons. Autre grand défi : s’assurer que des phénomènes de disruption du plasma ne puissent en aucun cas survenir car l’écrasement d’un plasma à 150 millions de degrés endommagerait inévitablement le matériel. « Un tokamak (l’enceinte dans laquelle est confiné le plasma, ndlr) ne peut fonctionner que si on supprime ces événements », assure Greg de Temmerman. Enfin, un tokamak a besoin de générer du courant en continu et « on n’a encore jamais prouvé qu’un tokamak pouvait fonctionner de façon continue », pointe-t-il.

Gare aux revers et déceptionsSurtout, l’industrie de la fusion n’est pas à l’abri de revers et déceptions, qui ont déjà largement marqué son histoire. « En 1998, TAE Technologies promettait un premier réacteur dans les 15 années à venir », se souvient le spécialiste. Une dizaine d’années plus tôt, en 1989, deux chimistes de l’université de l’Utah (Etats-Unis) avaient affirmé avoir réussi à fusionner des noyaux à température ambiante dans une simple cellule électrochimique sur une paillasse. Une affirmation qui s’est démentie quelques semaines plus tard. Autre exemple en 1951, au plus fort de la guerre froide. Juan Perón, alors président de l’Argentine, avait assuré que ses scientifiques étaient parvenus à maîtriser l’énergie de fusion, faisant ainsi la une des journaux du monde entier. Le combustible de fusion serait bientôt disponible, comme le lait, disait-il, dans des bouteilles d’un demi-litre.

Plus récemment, le méga projet Iter promettait la production d’un premier plasma en 2025. Celle-ci n’aura finalement pas lieu avant 2030. De quoi s’interroger sur la place de ce méga projet dans un écosystème de plus en plus dynamique. Présenté comme un outil de formation pour des milliers de physiciens, complémentaire et bénéfique pour les startups, le programme, soumis à une gouvernance très complexe et confronté à des défis d’ingénierie accentués par sa taille, cumule les retards. « C’est une question qui devient gênante », reconnaît Greg Temmerman.

Renaissance fusion, seule start-up tricolore dans la course

Renaissance fusion est la seule start-up française à plancher sur la fusion nucléaire. Basée à Grenoble, elle s’est spécialisée dans la fusion par confinement magnétique. Cette approche consiste à faire chauffer un plasma à 150 millions de degrés et à le confiner grâce à des aimants extrêmement puissants, capables de rapprocher les particules et de les faire circuler selon une trajectoire bien précise.

Toutefois, à la différence du méga projet Iter, la jeune pousse a choisi un design de réacteur bien particulier : le stellarator, qui diffère du tokamak bien plus répandu et étudié par les chercheurs par le passé. Initialement conçu par les Américains, ce type de réacteur est beaucoup plus difficile à construire que le tokamak, mais il présente un grand avantage : il permet d’obtenir un plasma très stable et de produire de l’énergie de manière continue et non pulsée. Ses aimants sont en revanche « tarabiscotés », explique Simon Belka, chef de projet au sein de l’entreprise.
Pour surmonter cet écueil, Renaissance Fusion a développé une technique innovante pour fabriquer ces aimants. « On dépose la matière supraconductrice directement sur l’enceinte du réacteur ce qui permet d’avoir une enceinte aimantée géante », résume Simon Belka. Elle utilise ensuite un laser pour enlever la matière et donner un pattern bien précis. La start-up planche aussi sur des métaux liquides capables d’absorber la chaleur afin de protéger les parois des réacteurs.

Avant de construire un réacteur nucléaire, l’entreprise prévoit de vendre ses briques technologiques à d’autres secteurs pour financer son développement. Elle entend ensuite mettre sur pied un réacteur d’essai en 2028, capable de produire deux fois plus d’énergie qu’il n’en consomme. Ce démonstrateur ne produira que de la chaleur. Dernière étape : vendre un réacteur de 1000 mégawatts électriques, soit l’équivalent peu ou prou de la puissance d’une tranche nucléaire, entre 2032 et 2035.

Renaissance Fusion officialisera dans les prochaines semaines une levée de fonds supérieure à 10 millions d’euros. Elle prépare déjà un prochain tour de table pour 2024. « On espère être dans le top 7 des plus grosses levées de fonds du secteur », indique Simon Belka.

Energie-Fusion nucléaire : pour après 2050 ?

Energie-Fusion nucléaire : pour après 2050 ?

2022 constitue sans nul doute une année charnière pour la fusion nucléaire. Le 13 décembre dernier, la communauté scientifique œuvrant dans ce domaine était en ébullition. Et pour cause, les Etats-Unis ont fait savoir que le Laboratoire national Lawrence Livermore (LNLL) était parvenu à produire plus d’énergie pendant une réaction de fusion nucléaire qu’il n’en avait été nécessaire pour initier le processus, du moins au niveau du combustible. « Un seuil que l’on attend depuis des décennies. Grand pas pour la fusion, petit pas pour l’énergie », commentait alors sur Twitter Greg de Temmerman, directeur général du think tank Zenon et spécialiste français de la fusion nucléaire.( un article de la Tribune d’après Renaissance fusion)

Depuis les années 1930, les scientifiques tentent en effet de reproduire, sur Terre, le mécanisme à l’œuvre dans le soleil et les étoiles. Contrairement à la fission nucléaire, sur laquelle repose toutes les centrales nucléaires en fonctionnement dans le monde, la fusion nucléaire ne consiste pas à casser des noyaux lourds d’uranium pour libérer de l’énergie, mais à faire fusionner deux noyaux d’hydrogène extrêmement légers pour créer un élément plus lourd. Dans le détail, le mariage forcé du deutérium et du tritium permet de produire de l’hélium et un neutron. Cette réaction doit alors permettre de générer des quantités massives d’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être transformée en électricité grâce à une turbine.
La fusion nucléaire suscite d’immenses espoirs car si l’homme savait la contrôler, cette source d’énergie cocherait toutes les cases : l’électricité qu’elle pourrait délivrer serait quasi illimitée, décarbonée, sûre, et produirait très peu de déchets radioactifs à vie longue. Mais jusqu’au 13 décembre dernier, les scientifiques butaient sur une étape majeure : celle du breakeven, soit le seuil où l’énergie produite par la réaction de la fusion est supérieure à celle nécessaire pour faire fonctionner le système. C’est désormais chose faite.

Si cette percée est la plus retentissante, d’autres grandes avancées ont été observées au cours de la même année. Quelques mois auparavant, ce même laboratoire californien est parvenu à contrôler un plasma brûlant, le plasma étant le quatrième état de la matière (après les états solide, liquide et gazeux) dans lequel peuvent justement se rencontrer les deux noyaux d’hydrogène. En 2022, des quantités records d’énergie ont été produites par JET, une machine de recherche basée à Oxford, au Royaume-Uni. Les installations Kstar et East, implantées respectivement en Corée du Sud et en Chine, sont quant à elles parvenues à confiner le plasma sur des durées et des températures records.

Mais l’année 2022 c’est aussi l’année où « la fusion est sortie des laboratoires pour aller sur le marché », souligne Andrew Holland à la tête de la Fusion industry association (FIA). Dans son dernier rapport annuel, l’organisation dénombre 33 entreprises privées actives dans ce domaine à travers le monde. Parmi elles, 21 se sont créées au cours des cinq dernières années. On peut les ranger dans trois grandes familles. Celles qui planchent sur la fusion par confinement magnétique et qui s’appuient sur des aimants supraconducteurs pour maintenir le plasma. Celles qui travaillent sur la fusion inertielle en ayant recours à des lasers. Et celles, à l’image de General Fusion, qui entendent combiner ces deux approches.
En 2022, ces entreprises ont levé 2,8 milliards de dollars, contre près de 2 milliards de dollars un an plus tôt. Au total, depuis leur création, elles ont réuni un peu plus 4,8 milliards de dollars, principalement auprès d’investisseurs privés, (seuls 117 millions de dollars proviennent de subventions publiques). Parmi eux, on retrouve les grands fonds de capital-risque et des personnalités et des entreprises de la tech comme Bill Gates, Jeff Bezos (Amazon) ou encore Google et le groupe chinois Tencent, mais aussi une poignée d’industriels, dont l’énergéticien italien Eni, le norvégien Equinor, et les majors Chevron et Shell.

Commonwealth Fusion Systems, un spin off du MIT, représente à elle seule plus d’un tiers de ces investissements. Née en 2018, l’entreprise a bouclé un tour de table XXL de 1,8 milliard de dollars. Elle promet de commercialiser la première centrale à fusion à l’horizon 2030. Helion Energy, une autre entreprise américaine qui s’est spécialisée dans la fusion inertielle, a, elle, levé 500 millions de dollars et assure avoir déjà sécurisé un financement à venir de 1,7 milliard de dollars. Au total, sept entreprises ont déjà réuni plus de 200 millions de dollars d’investissements.

Comment expliquer cet engouement de la sphère privée pour la fusion ?
« Ce n’est pas quelque chose de nouveau. La première initiative privée remonte à 1998 avec TAE Technologies, mais le nombre de start-up a nettement augmenté à partir des années 2014-2015. A ce moment-là, Bernard Bigot, [alors à la tête du gigantesque programme scientifique international Iter, censé démontrer la viabilité de la fusion nucléaire à grande échelle, ndlr] annonce cinq années de retard sur le projet. Iter est en construction et permet à la communauté scientifique d’apprendre énormément, mais cela ne va pas assez vite. Cela a généré une frustration qui a poussé des scientifiques à entreprendre », se remémore Greg de Temmerman, coordinateur scientifique sur le projet Iter entre 2014 et 2020.
Par ailleurs, jusqu’à l’année dernière, les capitaux étaient largement disponibles tandis que les taux d’intérêt étaient à leur plus bas. Des conditions de marché qui ont conduit les investisseurs à aller chercher des investissements plus risqués afin d’obtenir des rendements plus élevés. « Or la fusion est un investissement à haut risque et à haut potentiel. C’est un investissement qui peut mener nulle part, mais si cela fonctionne l’investisseur fait fortune », souligne Greg de Temmerman. La fusion reste enfin l’un des grands défis techniques et scientifiques à résoudre. De quoi attirer des personnalités fortunées avides de ce genre de challenge.

Aujourd’hui, les Etats-Unis dominent incontestablement cette course mondiale, avec 21 entreprises basées sur son sol, tandis que seules trois sont installées en Europe continentale (Renaissance Fusion en France, Deutelio en Italie et Marvel Fusion en Allemagne) et trois autres au Royaume-Uni (Crossfield Fusion, First Light Fusion et Tokamak Energy).

Pourtant, c’est bien le Vieux Continent qui est le leader mondial de la recherche en fusion. L’Allemagne, qui a décidé de tourner le dos à la fission nucléaire, compte le plus grand nombre de chercheurs en la matière. « Les scientifiques sont parvenus à démontrer que ce n’était pas le même nucléaire, que la fusion ne présentait pas les mêmes problématiques en matière de sûreté et de déchets et qu’il fallait continuer », explique Greg de Temmerman.
En France, l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM) du CEA, qui jouxte le chantier d’Iter à Cadarache dans les Bouches du Rhône, est mondialement reconnu. Dès 1959, le centre de recherche a participé à la réalisation de plusieurs tokamaks expérimentaux, ces structures dans lesquelles sont confinées les plasmas. Il espère désormais développer une centrale à fusion nucléaire plus compacte que le réacteur Iter.

Le Royaume-Uni, « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon les propos de Jérôme Bucalossi, à la tête de l’IRFM du CEA, s’est déjà engagé dans cette voie. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précise-t-il. Un dynamisme qui a permis d’attirer la start-up canadienne General Fusion, soutenue par Jeff Bezos. Fondée en 2002, l’entreprise a choisi de construire sa première centrale nucléaire pilote à Culham, un petit village de l’Oxfordshire.
Malgré cet indéniable atout académique du côté européen, les entreprises américaines pourraient creuser davantage l’écart avec le reste du monde dans les mois à venir grâce à un soutien public qui se muscle. Le département de l’énergie américain a récemment débloqué 50 millions de dollars pour favoriser les partenariats publics-privés et accélérer le développement de réacteurs à fusion. Une enveloppe qui vient s’ajouter à l’Inflation Reduction Act, le vaste plan de réforme défendu par l’administration Biden, qui prévoit quelque 370 milliards de dollars pour décarboner l’économie américaine. De quoi accélérer considérablement le financement des projets liés à la fusion.

La fusionpour après 2050

Car les acteurs de la fusion sont également portés par l’urgence climatique, la nécessaire électrification des usages ainsi que la flambée des prix de l’électricité. Nombre de ces startups promettent ainsi une première centrale à fusion connectée au réseau électrique avant 2035 et présentent cette technologie comme un moyen efficace de lutter contre le changement climatique. Une communication qui « agace » Greg de Temmerman. « Un réacteur à fusion nucléaire qui fonctionne 24 heures sur 24 de façon fiable dans les années 2030, c’est hors d’atteinte, tranche-t-il. En revanche, si on parle d’un démonstrateur capable de générer de l’électricité cela peut arriver dans la décennie 2030 », reconnaît-il

Plus globalement, le spécialiste estime que la fusion « ne représentera rien pour l’énergie en 2050. Elle ne contribuera pas à la transition énergétique ». Il juge néanmoins que la fusion, comme source d’énergie pilotable et décarbonée, restera utile pour l’après 2050 et que son financement ne compromet pas, en parallèle, la décarbonation de l’économie.
En revanche, des applications en dehors du secteur de l’énergie pourraient voir le jour bien plus tôt. A Grenoble, la start-up Renaissance Fusion entend notamment commercialiser des briques technologiques issues de son activité pour l’imagerie médicale, les éoliennes ou encore les accélérateurs de particules.
Des verrous technologiques à lever

Si Greg de Temmerman se montre si prudent sur les calendriers partagés par ces startups c’est que les verrous technologiques à lever restent encore nombreux. D’abord, un réacteur à fusion devra être capable de produire son propre combustible. « On estime que les réserves de tritium sur Terre ne s’élèvent qu’à 35 kilos. Or, pour fonctionner un réacteur à fusion nucléaire aurait besoin d’une centaine de kilos de tritium par an. Le seul moyen pour la fusion d’être viable c’est que le réacteur soit capable de générer autant de tritium qu’il n’en consomme, voire plus pour pouvoir démarrer un autre réacteur », explique-t-il. La tâche est éminemment complexe. A titre d’illustration, Iter est censé tester cinq modules différents de génération de tritium.
Outre cet écueil, la recherche doit également énormément avancer sur les matériaux, car les enceintes des réacteurs devront résister à des dizaines d’années de bombardement de neutrons. Autre grand défi : s’assurer que des phénomènes de disruption du plasma ne puissent en aucun cas survenir car l’écrasement d’un plasma à 150 millions de degrés endommagerait inévitablement le matériel. « Un tokamak (l’enceinte dans laquelle est confiné le plasma, ndlr) ne peut fonctionner que si on supprime ces événements », assure Greg de Temmerman. Enfin, un tokamak a besoin de générer du courant en continu et « on n’a encore jamais prouvé qu’un tokamak pouvait fonctionner de façon continue », pointe-t-il.

Gare aux revers et déceptionsSurtout, l’industrie de la fusion n’est pas à l’abri de revers et déceptions, qui ont déjà largement marqué son histoire. « En 1998, TAE Technologies promettait un premier réacteur dans les 15 années à venir », se souvient le spécialiste. Une dizaine d’années plus tôt, en 1989, deux chimistes de l’université de l’Utah (Etats-Unis) avaient affirmé avoir réussi à fusionner des noyaux à température ambiante dans une simple cellule électrochimique sur une paillasse. Une affirmation qui s’est démentie quelques semaines plus tard. Autre exemple en 1951, au plus fort de la guerre froide. Juan Perón, alors président de l’Argentine, avait assuré que ses scientifiques étaient parvenus à maîtriser l’énergie de fusion, faisant ainsi la une des journaux du monde entier. Le combustible de fusion serait bientôt disponible, comme le lait, disait-il, dans des bouteilles d’un demi-litre.

Plus récemment, le méga projet Iter promettait la production d’un premier plasma en 2025. Celle-ci n’aura finalement pas lieu avant 2030. De quoi s’interroger sur la place de ce méga projet dans un écosystème de plus en plus dynamique. Présenté comme un outil de formation pour des milliers de physiciens, complémentaire et bénéfique pour les startups, le programme, soumis à une gouvernance très complexe et confronté à des défis d’ingénierie accentués par sa taille, cumule les retards. « C’est une question qui devient gênante », reconnaît Greg Temmerman.

Renaissance fusion, seule start-up tricolore dans la course

Renaissance fusion est la seule start-up française à plancher sur la fusion nucléaire. Basée à Grenoble, elle s’est spécialisée dans la fusion par confinement magnétique. Cette approche consiste à faire chauffer un plasma à 150 millions de degrés et à le confiner grâce à des aimants extrêmement puissants, capables de rapprocher les particules et de les faire circuler selon une trajectoire bien précise.

Toutefois, à la différence du méga projet Iter, la jeune pousse a choisi un design de réacteur bien particulier : le stellarator, qui diffère du tokamak bien plus répandu et étudié par les chercheurs par le passé. Initialement conçu par les Américains, ce type de réacteur est beaucoup plus difficile à construire que le tokamak, mais il présente un grand avantage : il permet d’obtenir un plasma très stable et de produire de l’énergie de manière continue et non pulsée. Ses aimants sont en revanche « tarabiscotés », explique Simon Belka, chef de projet au sein de l’entreprise.
Pour surmonter cet écueil, Renaissance Fusion a développé une technique innovante pour fabriquer ces aimants. « On dépose la matière supraconductrice directement sur l’enceinte du réacteur ce qui permet d’avoir une enceinte aimantée géante », résume Simon Belka. Elle utilise ensuite un laser pour enlever la matière et donner un pattern bien précis. La start-up planche aussi sur des métaux liquides capables d’absorber la chaleur afin de protéger les parois des réacteurs.

Avant de construire un réacteur nucléaire, l’entreprise prévoit de vendre ses briques technologiques à d’autres secteurs pour financer son développement. Elle entend ensuite mettre sur pied un réacteur d’essai en 2028, capable de produire deux fois plus d’énergie qu’il n’en consomme. Ce démonstrateur ne produira que de la chaleur. Dernière étape : vendre un réacteur de 1000 mégawatts électriques, soit l’équivalent peu ou prou de la puissance d’une tranche nucléaire, entre 2032 et 2035.

Renaissance Fusion officialisera dans les prochaines semaines une levée de fonds supérieure à 10 millions d’euros. Elle prépare déjà un prochain tour de table pour 2024. « On espère être dans le top 7 des plus grosses levées de fonds du secteur », indique Simon Belka.

Energie-Fusion nucléaire : pour après 2050 ?

Energie-Fusion nucléaire : pour après 2050 ?

2022 constitue sans nul doute une année charnière pour la fusion nucléaire. Le 13 décembre dernier, la communauté scientifique œuvrant dans ce domaine était en ébullition. Et pour cause, les Etats-Unis ont fait savoir que le Laboratoire national Lawrence Livermore (LNLL) était parvenu à produire plus d’énergie pendant une réaction de fusion nucléaire qu’il n’en avait été nécessaire pour initier le processus, du moins au niveau du combustible. « Un seuil que l’on attend depuis des décennies. Grand pas pour la fusion, petit pas pour l’énergie », commentait alors sur Twitter Greg de Temmerman, directeur général du think tank Zenon et spécialiste français de la fusion nucléaire.( un article de la Tribune d’après Renaissance fusion)

Depuis les années 1930, les scientifiques tentent en effet de reproduire, sur Terre, le mécanisme à l’œuvre dans le soleil et les étoiles. Contrairement à la fission nucléaire, sur laquelle repose toutes les centrales nucléaires en fonctionnement dans le monde, la fusion nucléaire ne consiste pas à casser des noyaux lourds d’uranium pour libérer de l’énergie, mais à faire fusionner deux noyaux d’hydrogène extrêmement légers pour créer un élément plus lourd. Dans le détail, le mariage forcé du deutérium et du tritium permet de produire de l’hélium et un neutron. Cette réaction doit alors permettre de générer des quantités massives d’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être transformée en électricité grâce à une turbine.
La fusion nucléaire suscite d’immenses espoirs car si l’homme savait la contrôler, cette source d’énergie cocherait toutes les cases : l’électricité qu’elle pourrait délivrer serait quasi illimitée, décarbonée, sûre, et produirait très peu de déchets radioactifs à vie longue. Mais jusqu’au 13 décembre dernier, les scientifiques butaient sur une étape majeure : celle du breakeven, soit le seuil où l’énergie produite par la réaction de la fusion est supérieure à celle nécessaire pour faire fonctionner le système. C’est désormais chose faite.

Si cette percée est la plus retentissante, d’autres grandes avancées ont été observées au cours de la même année. Quelques mois auparavant, ce même laboratoire californien est parvenu à contrôler un plasma brûlant, le plasma étant le quatrième état de la matière (après les états solide, liquide et gazeux) dans lequel peuvent justement se rencontrer les deux noyaux d’hydrogène. En 2022, des quantités records d’énergie ont été produites par JET, une machine de recherche basée à Oxford, au Royaume-Uni. Les installations Kstar et East, implantées respectivement en Corée du Sud et en Chine, sont quant à elles parvenues à confiner le plasma sur des durées et des températures records.

Mais l’année 2022 c’est aussi l’année où « la fusion est sortie des laboratoires pour aller sur le marché », souligne Andrew Holland à la tête de la Fusion industry association (FIA). Dans son dernier rapport annuel, l’organisation dénombre 33 entreprises privées actives dans ce domaine à travers le monde. Parmi elles, 21 se sont créées au cours des cinq dernières années. On peut les ranger dans trois grandes familles. Celles qui planchent sur la fusion par confinement magnétique et qui s’appuient sur des aimants supraconducteurs pour maintenir le plasma. Celles qui travaillent sur la fusion inertielle en ayant recours à des lasers. Et celles, à l’image de General Fusion, qui entendent combiner ces deux approches.
En 2022, ces entreprises ont levé 2,8 milliards de dollars, contre près de 2 milliards de dollars un an plus tôt. Au total, depuis leur création, elles ont réuni un peu plus 4,8 milliards de dollars, principalement auprès d’investisseurs privés, (seuls 117 millions de dollars proviennent de subventions publiques). Parmi eux, on retrouve les grands fonds de capital-risque et des personnalités et des entreprises de la tech comme Bill Gates, Jeff Bezos (Amazon) ou encore Google et le groupe chinois Tencent, mais aussi une poignée d’industriels, dont l’énergéticien italien Eni, le norvégien Equinor, et les majors Chevron et Shell.

Commonwealth Fusion Systems, un spin off du MIT, représente à elle seule plus d’un tiers de ces investissements. Née en 2018, l’entreprise a bouclé un tour de table XXL de 1,8 milliard de dollars. Elle promet de commercialiser la première centrale à fusion à l’horizon 2030. Helion Energy, une autre entreprise américaine qui s’est spécialisée dans la fusion inertielle, a, elle, levé 500 millions de dollars et assure avoir déjà sécurisé un financement à venir de 1,7 milliard de dollars. Au total, sept entreprises ont déjà réuni plus de 200 millions de dollars d’investissements.

Comment expliquer cet engouement de la sphère privée pour la fusion ?
« Ce n’est pas quelque chose de nouveau. La première initiative privée remonte à 1998 avec TAE Technologies, mais le nombre de start-up a nettement augmenté à partir des années 2014-2015. A ce moment-là, Bernard Bigot, [alors à la tête du gigantesque programme scientifique international Iter, censé démontrer la viabilité de la fusion nucléaire à grande échelle, ndlr] annonce cinq années de retard sur le projet. Iter est en construction et permet à la communauté scientifique d’apprendre énormément, mais cela ne va pas assez vite. Cela a généré une frustration qui a poussé des scientifiques à entreprendre », se remémore Greg de Temmerman, coordinateur scientifique sur le projet Iter entre 2014 et 2020.
Par ailleurs, jusqu’à l’année dernière, les capitaux étaient largement disponibles tandis que les taux d’intérêt étaient à leur plus bas. Des conditions de marché qui ont conduit les investisseurs à aller chercher des investissements plus risqués afin d’obtenir des rendements plus élevés. « Or la fusion est un investissement à haut risque et à haut potentiel. C’est un investissement qui peut mener nulle part, mais si cela fonctionne l’investisseur fait fortune », souligne Greg de Temmerman. La fusion reste enfin l’un des grands défis techniques et scientifiques à résoudre. De quoi attirer des personnalités fortunées avides de ce genre de challenge.

Aujourd’hui, les Etats-Unis dominent incontestablement cette course mondiale, avec 21 entreprises basées sur son sol, tandis que seules trois sont installées en Europe continentale (Renaissance Fusion en France, Deutelio en Italie et Marvel Fusion en Allemagne) et trois autres au Royaume-Uni (Crossfield Fusion, First Light Fusion et Tokamak Energy).

Pourtant, c’est bien le Vieux Continent qui est le leader mondial de la recherche en fusion. L’Allemagne, qui a décidé de tourner le dos à la fission nucléaire, compte le plus grand nombre de chercheurs en la matière. « Les scientifiques sont parvenus à démontrer que ce n’était pas le même nucléaire, que la fusion ne présentait pas les mêmes problématiques en matière de sûreté et de déchets et qu’il fallait continuer », explique Greg de Temmerman.
En France, l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM) du CEA, qui jouxte le chantier d’Iter à Cadarache dans les Bouches du Rhône, est mondialement reconnu. Dès 1959, le centre de recherche a participé à la réalisation de plusieurs tokamaks expérimentaux, ces structures dans lesquelles sont confinées les plasmas. Il espère désormais développer une centrale à fusion nucléaire plus compacte que le réacteur Iter.

Le Royaume-Uni, « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon les propos de Jérôme Bucalossi, à la tête de l’IRFM du CEA, s’est déjà engagé dans cette voie. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précise-t-il. Un dynamisme qui a permis d’attirer la start-up canadienne General Fusion, soutenue par Jeff Bezos. Fondée en 2002, l’entreprise a choisi de construire sa première centrale nucléaire pilote à Culham, un petit village de l’Oxfordshire.
Malgré cet indéniable atout académique du côté européen, les entreprises américaines pourraient creuser davantage l’écart avec le reste du monde dans les mois à venir grâce à un soutien public qui se muscle. Le département de l’énergie américain a récemment débloqué 50 millions de dollars pour favoriser les partenariats publics-privés et accélérer le développement de réacteurs à fusion. Une enveloppe qui vient s’ajouter à l’Inflation Reduction Act, le vaste plan de réforme défendu par l’administration Biden, qui prévoit quelque 370 milliards de dollars pour décarboner l’économie américaine. De quoi accélérer considérablement le financement des projets liés à la fusion.

La fusionpour après 2050

Car les acteurs de la fusion sont également portés par l’urgence climatique, la nécessaire électrification des usages ainsi que la flambée des prix de l’électricité. Nombre de ces startups promettent ainsi une première centrale à fusion connectée au réseau électrique avant 2035 et présentent cette technologie comme un moyen efficace de lutter contre le changement climatique. Une communication qui « agace » Greg de Temmerman. « Un réacteur à fusion nucléaire qui fonctionne 24 heures sur 24 de façon fiable dans les années 2030, c’est hors d’atteinte, tranche-t-il. En revanche, si on parle d’un démonstrateur capable de générer de l’électricité cela peut arriver dans la décennie 2030 », reconnaît-il

Plus globalement, le spécialiste estime que la fusion « ne représentera rien pour l’énergie en 2050. Elle ne contribuera pas à la transition énergétique ». Il juge néanmoins que la fusion, comme source d’énergie pilotable et décarbonée, restera utile pour l’après 2050 et que son financement ne compromet pas, en parallèle, la décarbonation de l’économie.
En revanche, des applications en dehors du secteur de l’énergie pourraient voir le jour bien plus tôt. A Grenoble, la start-up Renaissance Fusion entend notamment commercialiser des briques technologiques issues de son activité pour l’imagerie médicale, les éoliennes ou encore les accélérateurs de particules.
Des verrous technologiques à lever

Si Greg de Temmerman se montre si prudent sur les calendriers partagés par ces startups c’est que les verrous technologiques à lever restent encore nombreux. D’abord, un réacteur à fusion devra être capable de produire son propre combustible. « On estime que les réserves de tritium sur Terre ne s’élèvent qu’à 35 kilos. Or, pour fonctionner un réacteur à fusion nucléaire aurait besoin d’une centaine de kilos de tritium par an. Le seul moyen pour la fusion d’être viable c’est que le réacteur soit capable de générer autant de tritium qu’il n’en consomme, voire plus pour pouvoir démarrer un autre réacteur », explique-t-il. La tâche est éminemment complexe. A titre d’illustration, Iter est censé tester cinq modules différents de génération de tritium.
Outre cet écueil, la recherche doit également énormément avancer sur les matériaux, car les enceintes des réacteurs devront résister à des dizaines d’années de bombardement de neutrons. Autre grand défi : s’assurer que des phénomènes de disruption du plasma ne puissent en aucun cas survenir car l’écrasement d’un plasma à 150 millions de degrés endommagerait inévitablement le matériel. « Un tokamak (l’enceinte dans laquelle est confiné le plasma, ndlr) ne peut fonctionner que si on supprime ces événements », assure Greg de Temmerman. Enfin, un tokamak a besoin de générer du courant en continu et « on n’a encore jamais prouvé qu’un tokamak pouvait fonctionner de façon continue », pointe-t-il.

Gare aux revers et déceptionsSurtout, l’industrie de la fusion n’est pas à l’abri de revers et déceptions, qui ont déjà largement marqué son histoire. « En 1998, TAE Technologies promettait un premier réacteur dans les 15 années à venir », se souvient le spécialiste. Une dizaine d’années plus tôt, en 1989, deux chimistes de l’université de l’Utah (Etats-Unis) avaient affirmé avoir réussi à fusionner des noyaux à température ambiante dans une simple cellule électrochimique sur une paillasse. Une affirmation qui s’est démentie quelques semaines plus tard. Autre exemple en 1951, au plus fort de la guerre froide. Juan Perón, alors président de l’Argentine, avait assuré que ses scientifiques étaient parvenus à maîtriser l’énergie de fusion, faisant ainsi la une des journaux du monde entier. Le combustible de fusion serait bientôt disponible, comme le lait, disait-il, dans des bouteilles d’un demi-litre.

Plus récemment, le méga projet Iter promettait la production d’un premier plasma en 2025. Celle-ci n’aura finalement pas lieu avant 2030. De quoi s’interroger sur la place de ce méga projet dans un écosystème de plus en plus dynamique. Présenté comme un outil de formation pour des milliers de physiciens, complémentaire et bénéfique pour les startups, le programme, soumis à une gouvernance très complexe et confronté à des défis d’ingénierie accentués par sa taille, cumule les retards. « C’est une question qui devient gênante », reconnaît Greg Temmerman.

Renaissance fusion, seule start-up tricolore dans la course

Renaissance fusion est la seule start-up française à plancher sur la fusion nucléaire. Basée à Grenoble, elle s’est spécialisée dans la fusion par confinement magnétique. Cette approche consiste à faire chauffer un plasma à 150 millions de degrés et à le confiner grâce à des aimants extrêmement puissants, capables de rapprocher les particules et de les faire circuler selon une trajectoire bien précise.

Toutefois, à la différence du méga projet Iter, la jeune pousse a choisi un design de réacteur bien particulier : le stellarator, qui diffère du tokamak bien plus répandu et étudié par les chercheurs par le passé. Initialement conçu par les Américains, ce type de réacteur est beaucoup plus difficile à construire que le tokamak, mais il présente un grand avantage : il permet d’obtenir un plasma très stable et de produire de l’énergie de manière continue et non pulsée. Ses aimants sont en revanche « tarabiscotés », explique Simon Belka, chef de projet au sein de l’entreprise.
Pour surmonter cet écueil, Renaissance Fusion a développé une technique innovante pour fabriquer ces aimants. « On dépose la matière supraconductrice directement sur l’enceinte du réacteur ce qui permet d’avoir une enceinte aimantée géante », résume Simon Belka. Elle utilise ensuite un laser pour enlever la matière et donner un pattern bien précis. La start-up planche aussi sur des métaux liquides capables d’absorber la chaleur afin de protéger les parois des réacteurs.

Avant de construire un réacteur nucléaire, l’entreprise prévoit de vendre ses briques technologiques à d’autres secteurs pour financer son développement. Elle entend ensuite mettre sur pied un réacteur d’essai en 2028, capable de produire deux fois plus d’énergie qu’il n’en consomme. Ce démonstrateur ne produira que de la chaleur. Dernière étape : vendre un réacteur de 1000 mégawatts électriques, soit l’équivalent peu ou prou de la puissance d’une tranche nucléaire, entre 2032 et 2035.

Renaissance Fusion officialisera dans les prochaines semaines une levée de fonds supérieure à 10 millions d’euros. Elle prépare déjà un prochain tour de table pour 2024. « On espère être dans le top 7 des plus grosses levées de fonds du secteur », indique Simon Belka.

Fusion nucléaire : pour après 2050 ?

Fusion nucléaire : pour après 2050 ?

2022 constitue sans nul doute une année charnière pour la fusion nucléaire. Le 13 décembre dernier, la communauté scientifique œuvrant dans ce domaine était en ébullition. Et pour cause, les Etats-Unis ont fait savoir que le Laboratoire national Lawrence Livermore (LNLL) était parvenu à produire plus d’énergie pendant une réaction de fusion nucléaire qu’il n’en avait été nécessaire pour initier le processus, du moins au niveau du combustible. « Un seuil que l’on attend depuis des décennies. Grand pas pour la fusion, petit pas pour l’énergie », commentait alors sur Twitter Greg de Temmerman, directeur général du think tank Zenon et spécialiste français de la fusion nucléaire.( un article de la Tribune d’après Renaissance fusion)

Depuis les années 1930, les scientifiques tentent en effet de reproduire, sur Terre, le mécanisme à l’œuvre dans le soleil et les étoiles. Contrairement à la fission nucléaire, sur laquelle repose toutes les centrales nucléaires en fonctionnement dans le monde, la fusion nucléaire ne consiste pas à casser des noyaux lourds d’uranium pour libérer de l’énergie, mais à faire fusionner deux noyaux d’hydrogène extrêmement légers pour créer un élément plus lourd. Dans le détail, le mariage forcé du deutérium et du tritium permet de produire de l’hélium et un neutron. Cette réaction doit alors permettre de générer des quantités massives d’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être transformée en électricité grâce à une turbine.
La fusion nucléaire suscite d’immenses espoirs car si l’homme savait la contrôler, cette source d’énergie cocherait toutes les cases : l’électricité qu’elle pourrait délivrer serait quasi illimitée, décarbonée, sûre, et produirait très peu de déchets radioactifs à vie longue. Mais jusqu’au 13 décembre dernier, les scientifiques butaient sur une étape majeure : celle du breakeven, soit le seuil où l’énergie produite par la réaction de la fusion est supérieure à celle nécessaire pour faire fonctionner le système. C’est désormais chose faite.

Si cette percée est la plus retentissante, d’autres grandes avancées ont été observées au cours de la même année. Quelques mois auparavant, ce même laboratoire californien est parvenu à contrôler un plasma brûlant, le plasma étant le quatrième état de la matière (après les états solide, liquide et gazeux) dans lequel peuvent justement se rencontrer les deux noyaux d’hydrogène. En 2022, des quantités records d’énergie ont été produites par JET, une machine de recherche basée à Oxford, au Royaume-Uni. Les installations Kstar et East, implantées respectivement en Corée du Sud et en Chine, sont quant à elles parvenues à confiner le plasma sur des durées et des températures records.

Mais l’année 2022 c’est aussi l’année où « la fusion est sortie des laboratoires pour aller sur le marché », souligne Andrew Holland à la tête de la Fusion industry association (FIA). Dans son dernier rapport annuel, l’organisation dénombre 33 entreprises privées actives dans ce domaine à travers le monde. Parmi elles, 21 se sont créées au cours des cinq dernières années. On peut les ranger dans trois grandes familles. Celles qui planchent sur la fusion par confinement magnétique et qui s’appuient sur des aimants supraconducteurs pour maintenir le plasma. Celles qui travaillent sur la fusion inertielle en ayant recours à des lasers. Et celles, à l’image de General Fusion, qui entendent combiner ces deux approches.
En 2022, ces entreprises ont levé 2,8 milliards de dollars, contre près de 2 milliards de dollars un an plus tôt. Au total, depuis leur création, elles ont réuni un peu plus 4,8 milliards de dollars, principalement auprès d’investisseurs privés, (seuls 117 millions de dollars proviennent de subventions publiques). Parmi eux, on retrouve les grands fonds de capital-risque et des personnalités et des entreprises de la tech comme Bill Gates, Jeff Bezos (Amazon) ou encore Google et le groupe chinois Tencent, mais aussi une poignée d’industriels, dont l’énergéticien italien Eni, le norvégien Equinor, et les majors Chevron et Shell.

Commonwealth Fusion Systems, un spin off du MIT, représente à elle seule plus d’un tiers de ces investissements. Née en 2018, l’entreprise a bouclé un tour de table XXL de 1,8 milliard de dollars. Elle promet de commercialiser la première centrale à fusion à l’horizon 2030. Helion Energy, une autre entreprise américaine qui s’est spécialisée dans la fusion inertielle, a, elle, levé 500 millions de dollars et assure avoir déjà sécurisé un financement à venir de 1,7 milliard de dollars. Au total, sept entreprises ont déjà réuni plus de 200 millions de dollars d’investissements.

Comment expliquer cet engouement de la sphère privée pour la fusion ?
« Ce n’est pas quelque chose de nouveau. La première initiative privée remonte à 1998 avec TAE Technologies, mais le nombre de start-up a nettement augmenté à partir des années 2014-2015. A ce moment-là, Bernard Bigot, [alors à la tête du gigantesque programme scientifique international Iter, censé démontrer la viabilité de la fusion nucléaire à grande échelle, ndlr] annonce cinq années de retard sur le projet. Iter est en construction et permet à la communauté scientifique d’apprendre énormément, mais cela ne va pas assez vite. Cela a généré une frustration qui a poussé des scientifiques à entreprendre », se remémore Greg de Temmerman, coordinateur scientifique sur le projet Iter entre 2014 et 2020.
Par ailleurs, jusqu’à l’année dernière, les capitaux étaient largement disponibles tandis que les taux d’intérêt étaient à leur plus bas. Des conditions de marché qui ont conduit les investisseurs à aller chercher des investissements plus risqués afin d’obtenir des rendements plus élevés. « Or la fusion est un investissement à haut risque et à haut potentiel. C’est un investissement qui peut mener nulle part, mais si cela fonctionne l’investisseur fait fortune », souligne Greg de Temmerman. La fusion reste enfin l’un des grands défis techniques et scientifiques à résoudre. De quoi attirer des personnalités fortunées avides de ce genre de challenge.

Aujourd’hui, les Etats-Unis dominent incontestablement cette course mondiale, avec 21 entreprises basées sur son sol, tandis que seules trois sont installées en Europe continentale (Renaissance Fusion en France, Deutelio en Italie et Marvel Fusion en Allemagne) et trois autres au Royaume-Uni (Crossfield Fusion, First Light Fusion et Tokamak Energy).

Pourtant, c’est bien le Vieux Continent qui est le leader mondial de la recherche en fusion. L’Allemagne, qui a décidé de tourner le dos à la fission nucléaire, compte le plus grand nombre de chercheurs en la matière. « Les scientifiques sont parvenus à démontrer que ce n’était pas le même nucléaire, que la fusion ne présentait pas les mêmes problématiques en matière de sûreté et de déchets et qu’il fallait continuer », explique Greg de Temmerman.
En France, l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM) du CEA, qui jouxte le chantier d’Iter à Cadarache dans les Bouches du Rhône, est mondialement reconnu. Dès 1959, le centre de recherche a participé à la réalisation de plusieurs tokamaks expérimentaux, ces structures dans lesquelles sont confinées les plasmas. Il espère désormais développer une centrale à fusion nucléaire plus compacte que le réacteur Iter.

Le Royaume-Uni, « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon les propos de Jérôme Bucalossi, à la tête de l’IRFM du CEA, s’est déjà engagé dans cette voie. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précise-t-il. Un dynamisme qui a permis d’attirer la start-up canadienne General Fusion, soutenue par Jeff Bezos. Fondée en 2002, l’entreprise a choisi de construire sa première centrale nucléaire pilote à Culham, un petit village de l’Oxfordshire.
Malgré cet indéniable atout académique du côté européen, les entreprises américaines pourraient creuser davantage l’écart avec le reste du monde dans les mois à venir grâce à un soutien public qui se muscle. Le département de l’énergie américain a récemment débloqué 50 millions de dollars pour favoriser les partenariats publics-privés et accélérer le développement de réacteurs à fusion. Une enveloppe qui vient s’ajouter à l’Inflation Reduction Act, le vaste plan de réforme défendu par l’administration Biden, qui prévoit quelque 370 milliards de dollars pour décarboner l’économie américaine. De quoi accélérer considérablement le financement des projets liés à la fusion.

La fusionpour après 2050

Car les acteurs de la fusion sont également portés par l’urgence climatique, la nécessaire électrification des usages ainsi que la flambée des prix de l’électricité. Nombre de ces startups promettent ainsi une première centrale à fusion connectée au réseau électrique avant 2035 et présentent cette technologie comme un moyen efficace de lutter contre le changement climatique. Une communication qui « agace » Greg de Temmerman. « Un réacteur à fusion nucléaire qui fonctionne 24 heures sur 24 de façon fiable dans les années 2030, c’est hors d’atteinte, tranche-t-il. En revanche, si on parle d’un démonstrateur capable de générer de l’électricité cela peut arriver dans la décennie 2030 », reconnaît-il

Plus globalement, le spécialiste estime que la fusion « ne représentera rien pour l’énergie en 2050. Elle ne contribuera pas à la transition énergétique ». Il juge néanmoins que la fusion, comme source d’énergie pilotable et décarbonée, restera utile pour l’après 2050 et que son financement ne compromet pas, en parallèle, la décarbonation de l’économie.
En revanche, des applications en dehors du secteur de l’énergie pourraient voir le jour bien plus tôt. A Grenoble, la start-up Renaissance Fusion entend notamment commercialiser des briques technologiques issues de son activité pour l’imagerie médicale, les éoliennes ou encore les accélérateurs de particules.
Des verrous technologiques à lever

Si Greg de Temmerman se montre si prudent sur les calendriers partagés par ces startups c’est que les verrous technologiques à lever restent encore nombreux. D’abord, un réacteur à fusion devra être capable de produire son propre combustible. « On estime que les réserves de tritium sur Terre ne s’élèvent qu’à 35 kilos. Or, pour fonctionner un réacteur à fusion nucléaire aurait besoin d’une centaine de kilos de tritium par an. Le seul moyen pour la fusion d’être viable c’est que le réacteur soit capable de générer autant de tritium qu’il n’en consomme, voire plus pour pouvoir démarrer un autre réacteur », explique-t-il. La tâche est éminemment complexe. A titre d’illustration, Iter est censé tester cinq modules différents de génération de tritium.
Outre cet écueil, la recherche doit également énormément avancer sur les matériaux, car les enceintes des réacteurs devront résister à des dizaines d’années de bombardement de neutrons. Autre grand défi : s’assurer que des phénomènes de disruption du plasma ne puissent en aucun cas survenir car l’écrasement d’un plasma à 150 millions de degrés endommagerait inévitablement le matériel. « Un tokamak (l’enceinte dans laquelle est confiné le plasma, ndlr) ne peut fonctionner que si on supprime ces événements », assure Greg de Temmerman. Enfin, un tokamak a besoin de générer du courant en continu et « on n’a encore jamais prouvé qu’un tokamak pouvait fonctionner de façon continue », pointe-t-il.

Gare aux revers et déceptionsSurtout, l’industrie de la fusion n’est pas à l’abri de revers et déceptions, qui ont déjà largement marqué son histoire. « En 1998, TAE Technologies promettait un premier réacteur dans les 15 années à venir », se souvient le spécialiste. Une dizaine d’années plus tôt, en 1989, deux chimistes de l’université de l’Utah (Etats-Unis) avaient affirmé avoir réussi à fusionner des noyaux à température ambiante dans une simple cellule électrochimique sur une paillasse. Une affirmation qui s’est démentie quelques semaines plus tard. Autre exemple en 1951, au plus fort de la guerre froide. Juan Perón, alors président de l’Argentine, avait assuré que ses scientifiques étaient parvenus à maîtriser l’énergie de fusion, faisant ainsi la une des journaux du monde entier. Le combustible de fusion serait bientôt disponible, comme le lait, disait-il, dans des bouteilles d’un demi-litre.

Plus récemment, le méga projet Iter promettait la production d’un premier plasma en 2025. Celle-ci n’aura finalement pas lieu avant 2030. De quoi s’interroger sur la place de ce méga projet dans un écosystème de plus en plus dynamique. Présenté comme un outil de formation pour des milliers de physiciens, complémentaire et bénéfique pour les startups, le programme, soumis à une gouvernance très complexe et confronté à des défis d’ingénierie accentués par sa taille, cumule les retards. « C’est une question qui devient gênante », reconnaît Greg Temmerman.

Renaissance fusion, seule start-up tricolore dans la course

Renaissance fusion est la seule start-up française à plancher sur la fusion nucléaire. Basée à Grenoble, elle s’est spécialisée dans la fusion par confinement magnétique. Cette approche consiste à faire chauffer un plasma à 150 millions de degrés et à le confiner grâce à des aimants extrêmement puissants, capables de rapprocher les particules et de les faire circuler selon une trajectoire bien précise.

Toutefois, à la différence du méga projet Iter, la jeune pousse a choisi un design de réacteur bien particulier : le stellarator, qui diffère du tokamak bien plus répandu et étudié par les chercheurs par le passé. Initialement conçu par les Américains, ce type de réacteur est beaucoup plus difficile à construire que le tokamak, mais il présente un grand avantage : il permet d’obtenir un plasma très stable et de produire de l’énergie de manière continue et non pulsée. Ses aimants sont en revanche « tarabiscotés », explique Simon Belka, chef de projet au sein de l’entreprise.
Pour surmonter cet écueil, Renaissance Fusion a développé une technique innovante pour fabriquer ces aimants. « On dépose la matière supraconductrice directement sur l’enceinte du réacteur ce qui permet d’avoir une enceinte aimantée géante », résume Simon Belka. Elle utilise ensuite un laser pour enlever la matière et donner un pattern bien précis. La start-up planche aussi sur des métaux liquides capables d’absorber la chaleur afin de protéger les parois des réacteurs.

Avant de construire un réacteur nucléaire, l’entreprise prévoit de vendre ses briques technologiques à d’autres secteurs pour financer son développement. Elle entend ensuite mettre sur pied un réacteur d’essai en 2028, capable de produire deux fois plus d’énergie qu’il n’en consomme. Ce démonstrateur ne produira que de la chaleur. Dernière étape : vendre un réacteur de 1000 mégawatts électriques, soit l’équivalent peu ou prou de la puissance d’une tranche nucléaire, entre 2032 et 2035.

Renaissance Fusion officialisera dans les prochaines semaines une levée de fonds supérieure à 10 millions d’euros. Elle prépare déjà un prochain tour de table pour 2024. « On espère être dans le top 7 des plus grosses levées de fonds du secteur », indique Simon Belka.

Electricité et fusion nucléaire: Un progrès déterminant

Electricité et fusion nucléaire: Un progrès déterminant

par Greg De Temmerman, Mines Paris et Rémi Delaporte-Mathurin, Massachusetts Institute of Technology (MIT) dans the Conversation

Le 5 Décembre 2022 marquera un tournant dans la recherche sur la fusion nucléaire. Plus de 100 ans après que l’astrophysicien britannique Arthur Eddington émit l’idée que la fusion serait « une source d’énergie inépuisable si maîtrisée », le National Ignition Facility (NIF) aux États-Unis a réussi, pour la première fois, à générer plus d’énergie par des réactions de fusion que celle nécessaire à la provoquer. Que signifient ces résultats ? Pourquoi est-ce une vraie avancée pour la recherche ? Et quelles conséquences pour le développement de la fusion comme source d’énergie bas-carbone ?

La fusion nucléaire est le procédé qui se produit au cœur des étoiles – notre soleil fusionne environ 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde générant en 1 seconde autant d’énergie que l’humanité n’en utilise en une année entière (418 exajoules en 2021). La majorité des recherches se concentrent sur la fusion entre 2 isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium, qui produit un neutron très énergétique et un atome d’hélium. Cette réaction est en effet plus accessible que celle se produisant au cœur du soleil.

Pour provoquer la fusion, il faut des conditions extrêmes, notamment des températures de l’ordre de 100 millions de degrés. Atteindre ces températures nécessite un apport conséquent d’énergie, et pour que la fusion soit profitable, il faut qu’elle génère beaucoup plus d’énergie qu’il n’en faut pour la provoquer. Le rapport entre l’énergie apportée et celle produite est appelée le gain, s’il est supérieur à 1 alors la réaction de fusion aura libéré plus d’énergie que celle apportée.

Il y a deux voies possibles pour réaliser la fusion nucléaire : le confinement magnétique (ITER, par ex.) qui utilise des aimants puissants pour confiner le plasma pendant des durées très longues, et le confinement inertiel qui induit la réaction par des impulsions très brèves et intenses. Le NIF est une installation de fusion inertielle qui utilise des lasers très puissants.

Jusqu’à récemment, aucune expérience n’avait réussi à obtenir un gain supérieur à 1. Le record pour la fusion par confinement magnétique, était de 0,65 dans le tokamak JET (UK) en 1997, et le NIF avait obtenu un gain de 0,7 en août 2021. Il faut noter que ce gain est pris au niveau du plasma (l’état de la matière à très hautes températures) et pas au niveau de l’ensemble de l’installation. Ce même NIF vient pour la première fois d’atteindre un gain supérieur à 1. Pour une énergie injectée de 2,1 mégajoules (via 192 lasers), la fusion a produit une énergie de 3,15 mégajoules, soit un gain de 1,5 !

Au-delà de l’aspect symbolique, ce résultat représente une vraie avancée scientifique. Le NIF utilise un schéma dit « d’attaque indirecte » : le combustible (une bille en diamant de 2 mm de diamètre contenant du deutérium et du tritium) n’est pas directement chauffé par les 192 faisceaux laser. En effet, il est placé dans un « Hohlraum » (un cylindre métallique) qui est chauffé par les lasers pour produire des rayons X qui vont chauffer et comprimer le combustible.

Cette approche présente l’avantage de rendre l’alignement des lasers plus aisé, mais présente le désavantage que seule une partie de l’énergie des lasers (10-20 %) est convertie en rayons X et chauffe le combustible. Au niveau du combustible, l’énergie de fusion produite est donc largement supérieure à l’énergie incidente : le plasma est auto-chauffé. On entre dans le régime des plasma auto-entretenus, un régime de la physique des plasmas qu’il était impossible d’étudier jusque récemment.

Beaucoup de voix se sont élevées pour relativiser les résultats obtenus en pointant le fait que les lasers nécessitent près de 400 mégajoules d’énergie pour pouvoir fournir les 2 mégajoules injectés dans NIF. Il faut cependant garder en tête que le NIF n’a pas été conçu pour générer de l’électricité, mais pour démontrer l’ignition. Surtout, cette installation (tout comme le laser MégaJoule en France) vise à permettre de simuler des explosions nucléaires (les essais nucléaires en condition réelles étant interdits) et est largement financé par le Department of Defense américain. La construction du NIF a démarré en 1997, ses opérations ont commencé en 2009. Les technologies laser ont beaucoup progressé depuis.

Il est clair qu’un gain largement supérieur à 100 (au niveau du combustible) sera nécessaire pour produire de l’électricité à un coût acceptable dans le futur et qu’il reste donc beaucoup à faire de ce côté. Mais surtout, une expérience à NIF requiert beaucoup de temps de préparation pour être exécuté, et seulement quelques tirs par semaine sont réalisés. Un réacteur devra pouvoir être opéré avec une fréquence de l’ordre de 10 tirs par secondes, et ce 365 jours par an, ce qui représente un gros défi technologique. L’approche indirecte utilisée par le NIF est difficilement extrapolable à un réacteur puisqu’elle complique la fabrication du combustible et nécessite des gains plus élevés pour compenser les pertes. Plusieurs start-up développent cependant des concepts de réacteur de fusion inertielle.

Il reste également d’autres défis technologiques à relever pour pouvoir disposer d’un réacteur de fusion opérationnel (que ce soit pour la fusion magnétique ou la fusion inertielle). L’un d’eux est de pouvoir disposer du combustible nécessaire. Si le deutérium est très abondant sur Terre, le tritium lui est radioactif et a une durée de demi-vie très courte (12,3 ans). Il est principalement produit dans les réacteurs nucléaires de type CANDU au Canada. On estime le stock mondial de tritium à environ 30 kg alors qu’un réacteur de fusion produisant 500 MW d’électricité nécessiterait environ 90 kg de tritium par an.

Pour contourner ce problème, un réacteur de fusion devra produire son propre tritium – une couverture tritigène contenant du lithium entourera le plasma. Les neutrons produits par la fusion interagiront avec le lithium pour former du tritium. Pour permettre de démarrer d’autres réacteurs, la production devra même être légèrement supérieure à la consommation. Or cette technologie n’a jamais été démontrée à l’échelle. Certaines start-up proposent d’utiliser d’autres combustibles, mais comme l’hélium-3 ou le bore, mais ces réactions nécessitent des conditions de températures beaucoup plus difficiles à atteindre.

Il y a d’autres défis comme celui des matériaux – ceux-ci seront constamment bombardés par des neutrons extrêmement énergétiques, mais devront maintenir des propriétés mécaniques et physiques suffisantes pendant des durées extrêmement longues, un domaine de recherche très actif.

Il est clair que les résultats du NIF sont un progrès pour la fusion, un domaine qui connaît depuis quelques années un engouement d’investisseurs privés et qui compte environ 30 start-up développant des concepts de réacteurs de fusion. Le gouvernement américain a annoncé plus tôt cette année qu’il développait un plan sur 10 ans pour accélérer le développement de la fusion nucléaire. Les résultats récents arrivent donc à point pour justifier ces ambitions, et on peut imaginer que des investisseurs privés vont y voir une raison supplémentaire de s’intéresser au domaine.

Le développement de la fusion est cependant une aventure au long cours, et l’atteinte du breakeven n’est qu’une étape nécessaire, mais pas suffisante. De plus si le développement d’un premier réacteur est extrêmement important, pour que la fusion joue un rôle dans le mix énergétique mondial il faudra en construire en très grande quantité, ce qui prendra nécessairement du temps même avec une approche très volontariste. La fusion reste donc une option de long terme pour l’énergie, alors que le changement climatique impose un changement rapide du système énergétique.