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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 ?

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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.

Fusion nucléaire: Un progrès déterminant

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.

Fusion nucléaire : une avancée majeure

Fusion nucléaire : une avancée majeure /strong>

Les Etats-Unis seraient parvenus à « une avancée scientifique majeure » en matière de production d’énergie grâce à la fusion nucléaire. Cette technique, qui repose sur le fait d’associer deux noyaux atomiques légers pour en créer un lourd contrairement à la fission actuellement utilisée, est considérée comme l’énergie de demain, car elle produit peu de déchets et par de gaz à effet de serre.

D’après le Figaro, les Etats-Unis pourraient bien dévoiler une « avancée scientifique majeure cette semaine » dans le domaine de la fusion nucléaire. Il existe deux techniques pour produire de l’énergie. Celle dite de fission, et qui est utilisée dans les centrales nucléaires actuellement, consiste à casser les liaisons de noyaux atomiques lourds pour en récupérer l’énergie. La fusion est le processus inverse : on « marie » deux noyaux atomiques légers pour en créer un lourd. En l’occurrence deux isotopes (variantes atomiques) de l’hydrogène, donnant naissance à de l’hélium. Cette méthode est donc considérée par ses défenseurs comme l’énergie de demain, notamment car elle produit peu de déchets et pas de gaz à effet de serre.

Mais elle n’est pas encore totalement maîtrisée et, si les annonces américaines étaient avérées, il s’agirait de la première fois que des chercheurs réussissent à produire plus d’énergie dans une réaction de fusion – comme celle qui anime le Soleil – qu’ils n’en ont consommé au cours du processus. Cela constituerait, en effet, une avancée importante dans la recherche d’une énergie sans carbone.

Des chercheurs travaillent aussi pour développer leur propre projet de centrale à fusion nucléaire. En octobre dernier, le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) espérait ainsi obtenir le financement d’une étude de faisabilité d’un réacteur à fusion nucléaire. « L’idée est de travailler à la conception d’une centrale à fusion nucléaire compacte et rapide à construire à l’image de ce que font les Anglais », expliquait Jérôme Bucalossi, à la tête de l’Institut de recherche sur la fusion magnétique du CEA.

Et ce, en parallèle de la participation de la France au projet international du réacteur Iter, dont le chantier pharaonique se poursuit à Cadarache (Bouches-du-Rhône). Initié en 2006 et réunissant six pays et l’Union européenne, ce projet doit justement faire la démonstration de la viabilité scientifique et technique de cette solution à grande échelle. « Iter sera la plus grande installation de ce type au monde », revendique ainsi l’organisation internationale sur son site en précisant que la machine, une fois finalisée, pèsera quelque 23.000 tonnes.

Plusieurs autres pays ont également lancé leur propre projet national dont le Royaume-Uni « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon Jérôme Bucalossi. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précisait-il.

Fusion nucléaire : Percée majeur aux États-Unis

Fusion nucléaire : Percée majeur aux États-Unis

Les s Etats-Unis seraient parvenus à « une avancée scientifique majeure » en matière de production d’énergie grâce à la fusion nucléaire. Cette technique, qui repose sur le fait d’associer deux noyaux atomiques légers pour en créer un lourd contrairement à la fission actuellement utilisée, est considérée comme l’énergie de demain, car elle produit peu de déchets et par de gaz à effet de serre.

D’après le Figaro, les Etats-Unis pourraient bien dévoiler une « avancée scientifique majeure cette semaine » dans le domaine de la fusion nucléaire. Il existe deux techniques pour produire de l’énergie. Celle dite de fission, et qui est utilisée dans les centrales nucléaires actuellement, consiste à casser les liaisons de noyaux atomiques lourds pour en récupérer l’énergie. La fusion est le processus inverse : on « marie » deux noyaux atomiques légers pour en créer un lourd. En l’occurrence deux isotopes (variantes atomiques) de l’hydrogène, donnant naissance à de l’hélium. Cette méthode est donc considérée par ses défenseurs comme l’énergie de demain, notamment car elle produit peu de déchets et pas de gaz à effet de serre.

Mais elle n’est pas encore totalement maîtrisée et, si les annonces américaines étaient avérées, il s’agirait de la première fois que des chercheurs réussissent à produire plus d’énergie dans une réaction de fusion – comme celle qui anime le Soleil – qu’ils n’en ont consommé au cours du processus. Cela constituerait, en effet, une avancée importante dans la recherche d’une énergie sans carbone.

Des chercheurs travaillent aussi pour développer leur propre projet de centrale à fusion nucléaire. En octobre dernier, le Commissariat à l’énergie atomique (CEA) espérait ainsi obtenir le financement d’une étude de faisabilité d’un réacteur à fusion nucléaire. « L’idée est de travailler à la conception d’une centrale à fusion nucléaire compacte et rapide à construire à l’image de ce que font les Anglais », expliquait Jérôme Bucalossi, à la tête de l’Institut de recherche sur la fusion magnétique du CEA.

Et ce, en parallèle de la participation de la France au projet international du réacteur Iter, dont le chantier pharaonique se poursuit à Cadarache (Bouches-du-Rhône). Initié en 2006 et réunissant six pays et l’Union européenne, ce projet doit justement faire la démonstration de la viabilité scientifique et technique de cette solution à grande échelle. « Iter sera la plus grande installation de ce type au monde », revendique ainsi l’organisation internationale sur son site en précisant que la machine, une fois finalisée, pèsera quelque 23.000 tonnes.

Plusieurs autres pays ont également lancé leur propre projet national dont le Royaume-Uni « qui est le plus gros promoteur de la fusion nucléaire en Europe », selon Jérôme Bucalossi. « Son programme STEP vise à développer un réacteur à fusion connecté au réseau électrique avant 2040 », précisait-il.

Quel avenir pour la fusion nucléaire ?

Quel avenir pour la fusion nucléaire ?

La Russie va fournir pour le projet Iter de fusion nucléaire situé en France un énorme aimant.

La fusion nucléaire pourrait assez prochainement remplacer la fission nucléaire à laquelle on reproche surtout de produire des déchets pour l’instant impossible à recycler. par ailleurs es prochaines décennies sont d’une importance capitale pour la mise en place d’une stratégie de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

D’ici la fin du siècle, compte tenu de la croissance démographique, de l’augmentation de l’urbanisation et de l’extension du réseau électrique dans les pays en développement, la demande en énergie aura triplé. Le recours aux combustibles fossiles qui ont modelé la civilisation industrielle est synonyme d’émission de gaz à effet de serre et de pollution.

Il est urgent de trouver une nouvelle source d’énergie à grande échelle, non émettrice de CO2, pérenne et disponible. La fusion offre les avantages suivants :

Une énergie abondante : A masse égale, la fusion d’atomes légers libère une énergie près de quatre millions de fois supérieure à celle d’une réaction chimique telle que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz, et quatre fois supérieure à celle des réactions de fission nucléaire. La fusion peut fournir l’énergie de base nécessaire pour satisfaire les besoins en électricité de nos villes et de nos industries.

Pérennité : Les combustibles de fusion sont universellement disponibles et quasiment inépuisables. Le deutérium peut être obtenu à partir de l’eau ; le tritium sera produit pendant la réaction de fusion lorsque les neutrons issus de la fusion des noyaux interagiront avec le lithium des modules placés dans la chambre à vide. (Les réserves de lithium dans la croûte terrestre permettraient l’exploitation de centrales de fusion pendant plus de 1 000 ans ; celles des océans pourraient répondre aux besoins pendant des millions d’années.)

Aucune émission de CO₂ : La fusion ne génère pas de dioxyde de carbone ou d’autres gaz à effet de serre. Le sous-produit principal est l’hélium, un gaz inerte non toxique.

Aucun déchet radioactif de haute activité à vie longue : Les réacteurs de fusion nucléaire ne produisent pas de déchets radioactifs de haute activité à vie longue. L’activation des composants d’un réacteur de fusion est suffisamment faible pour que les matériaux puissent être recyclés ou réutilisés dans les 100 ans qui suivent la mise à l’arrêt de l’installation.

Aucune prolifération : La fusion n’utilise pas de matières fissiles comme l’uranium et le plutonium (le tritium radioactif n’est pas un matériau fissile ni fissionnable). Un réacteur de fusion ne contient pas d’éléments susceptibles d’être utilisés pour fabriquer des armes nucléaires.

Aucun risque de fusion du cœur : Un accident nucléaire de type Fukushima ne peut pas se produire dans un réacteur de fusion. Les conditions propices aux réactions de fusion sont difficiles à atteindre ; en cas de perturbation, le plasma se refroidit en l’espace de quelques secondes et les réactions cessent. En outre, la quantité de combustible présente dans l’enceinte est insuffisante pour alimenter les réactions au-delà de quelques secondes et une « réaction en chaîne » est inconcevable du point de vue de la physique.

Coût : La quantité d’énergie produite par un réacteur de fusion industriel, tels qu’ils pourront voir le jour dans la seconde moitié de ce siècle, sera équivalente à celle produite par un réacteur de fission — entre 1 et 1.7 gigawatts. Le coût moyen par kilowatt d’électricité devrait aussi être du même ordre : légèrement plus élevé au début, la technologie étant nouvelle, puis décroissant par la suite dans la mesure où les économies d’échelle feront baisser les prix.

Le mix énergétique des prochaines décennies devra reposer sur une large variété de sources d’énergie différentes. En tant que nouvelle option énergétique non émettrice de carbone et non productrice de déchets nucléaires de haute activité à vie longue, la fusion répond aux défis que représentent le maintien des grands équilibres climatiques, la disponibilité des ressources et la sûreté.

« Fusion » nucléaire : la France veut son propre projet

Fusion nucléaire : la France veut son propre projet

La fusion nucléaire ( Aujourd’hui toutes les centrales nucléaires reposent sur la technique de la fission nucléaire) offre les avantages suivants :

Une énergie abondante : A masse égale, la fusion d’atomes légers libère une énergie près de quatre millions de fois supérieure à celle d’une réaction chimique telle que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz, et quatre fois supérieure à celle des réactions de fission nucléaire. La fusion peut fournir l’énergie de base nécessaire pour satisfaire les besoins en électricité de nos villes et de nos industries.

Pérennité : Les combustibles de fusion sont universellement disponibles et quasiment inépuisables. Le deutérium peut être obtenu à partir de l’eau ; le tritium sera produit pendant la réaction de fusion lorsque les neutrons issus de la fusion des noyaux interagiront avec le lithium des modules placés dans la chambre à vide. (Les réserves de lithium dans la croûte terrestre permettraient l’exploitation de centrales de fusion pendant plus de 1 000 ans ; celles des océans pourraient répondre aux besoins pendant des millions d’années.)

Aucune émission de CO₂ : La fusion ne génère pas de dioxyde de carbone ou d’autres gaz à effet de serre. Le sous-produit principal est l’hélium, un gaz inerte non toxique.

Le CEA espère décrocher une enveloppe de plusieurs dizaines de millions d’euros pour financer une étude de faisabilité d’une centrale à fusion nucléaire plus compacte que le réacteur Iter. Objectif : éviter les écueils d’ingénierie qui découlent de sa dimension XXL. Un projet national de fusion nucléaire permettrait aussi à la France d’avancer plus rapidement sur cet immense défi technologique alors que la course internationale s’intensifie.

Contrairement au projet international Iter , l’objectif n’est plus de faire des machines encore plus grandes, mais, au contraire, de développer des réacteurs à fusion nucléaire plus petits, à l’image de ce qui se produit dans l’industrie de la fission nucléaire qui s’oriente désormais vers des petits réacteurs modulaires, les fameux SMR (pour small modular reactors).
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Avenir : la fusion nucléaire

Avenir : la fusion nucléaire

La fusion nucléaire pourrait assez prochainement remplacer la fission nucléaire à laquelle reproche surtout de produire des déchets pour l’instant impossible à recycler. par ailleurs es prochaines décennies sont d’une importance capitale pour la mise en place d’une stratégie de réduction des émissions de gaz à effet de serre.

D’ici la fin du siècle, compte tenu de la croissance démographique, de l’augmentation de l’urbanisation et de l’extension du réseau électrique dans les pays en développement, la demande en énergie aura triplé. Le recours aux combustibles fossiles qui ont modelé la civilisation industrielle est synonyme d’émission de gaz à effet de serre et de pollution.

Il est urgent de trouver une nouvelle source d’énergie à grande échelle, non émettrice de CO2, pérenne et disponible. La fusion offre les avantages suivants :

Une énergie abondante : A masse égale, la fusion d’atomes légers libère une énergie près de quatre millions de fois supérieure à celle d’une réaction chimique telle que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz, et quatre fois supérieure à celle des réactions de fission nucléaire. La fusion peut fournir l’énergie de base nécessaire pour satisfaire les besoins en électricité de nos villes et de nos industries.

Pérennité : Les combustibles de fusion sont universellement disponibles et quasiment inépuisables. Le deutérium peut être obtenu à partir de l’eau ; le tritium sera produit pendant la réaction de fusion lorsque les neutrons issus de la fusion des noyaux interagiront avec le lithium des modules placés dans la chambre à vide. (Les réserves de lithium dans la croûte terrestre permettraient l’exploitation de centrales de fusion pendant plus de 1 000 ans ; celles des océans pourraient répondre aux besoins pendant des millions d’années.)

Aucune émission de CO₂ : La fusion ne génère pas de dioxyde de carbone ou d’autres gaz à effet de serre. Le sous-produit principal est l’hélium, un gaz inerte non toxique.

Aucun déchet radioactif de haute activité à vie longue : Les réacteurs de fusion nucléaire ne produisent pas de déchets radioactifs de haute activité à vie longue. L’activation des composants d’un réacteur de fusion est suffisamment faible pour que les matériaux puissent être recyclés ou réutilisés dans les 100 ans qui suivent la mise à l’arrêt de l’installation.

Aucune prolifération : La fusion n’utilise pas de matières fissiles comme l’uranium et le plutonium (le tritium radioactif n’est pas un matériau fissile ni fissionnable). Un réacteur de fusion ne contient pas d’éléments susceptibles d’être utilisés pour fabriquer des armes nucléaires.

Aucun risque de fusion du cœur : Un accident nucléaire de type Fukushima ne peut pas se produire dans un réacteur de fusion. Les conditions propices aux réactions de fusion sont difficiles à atteindre ; en cas de perturbation, le plasma se refroidit en l’espace de quelques secondes et les réactions cessent. En outre, la quantité de combustible présente dans l’enceinte est insuffisante pour alimenter les réactions au-delà de quelques secondes et une « réaction en chaîne » est inconcevable du point de vue de la physique.

Coût : La quantité d’énergie produite par un réacteur de fusion industriel, tels qu’ils pourront voir le jour dans la seconde moitié de ce siècle, sera équivalente à celle produite par un réacteur de fission — entre 1 et 1.7 gigawatts. Le coût moyen par kilowatt d’électricité devrait aussi être du même ordre : légèrement plus élevé au début, la technologie étant nouvelle, puis décroissant par la suite dans la mesure où les économies d’échelle feront baisser les prix.

Le mix énergétique des prochaines décennies devra reposer sur une large variété de sources d’énergie différentes. En tant que nouvelle option énergétique non émettrice de carbone et non productrice de déchets nucléaires de haute activité à vie longue, la fusion répond aux défis que représentent le maintien des grands équilibres climatiques, la disponibilité des ressources et la sûreté.

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