La puissance des รฉtoiles
D’autres sont d’un avis contraire, considรฉrant que tout ce qui n’est pas de l’ordre de la fission d’atomes est un moyen primitif et inefficace de produire de l’รฉnergie. Ils soulignent รฉgalement les faibles รฉmissions de carbone et la grande stabilitรฉ de la charge de base que l’รฉnergie nuclรฉaire peut fournir.
Il est probable que l’รฉnergie nuclรฉaire fera partie de notre futur bouquet รฉnergรฉtique, en particulier lorsque la quatriรจme gรฉnรฉration de rรฉacteurs nuclรฉaires commencera ร entrer en service, car ils seront plus propres, plus sรปrs et plus efficaces.
Cependant, tous ces rรฉacteurs reposent sur le concept de la fission nuclรฉaire. Ils utilisent des atomes trรจs lourds comme l’uranium, le thorium ou le plutonium et recueillent de l’รฉnergie lorsqu’ils se transforment en รฉlรฉments plus lรฉgers.
La fusion nuclรฉaire est une autre forme d’รฉnergie nuclรฉaire. Elle consiste ร prendre des รฉlรฉments trรจs lรฉgers et ร les faire fusionner en รฉlรฉments plus lourds.
La fusion nuclรฉaire est littรฉralement la source d’รฉnergie de l’univers, chaque รฉtoile รฉtant un gigantesque rรฉacteur de fusion nuclรฉaire. Chaque seconde, le soleil consomme 600 millions de tonnes d’hydrogรจne. ร titre indicatif, cela signifie que le soleil consomme une quantitรฉ d’hydrogรจne aussi importante que la masse totale de la Terre tous les 70 000 ans.
Il est amusant de constater que l’รฉnergie solaire (ainsi que l’รฉnergie รฉolienne, la biomasse et mรชme, en fin de compte, les combustibles fossiles) n’est en fait que de l’รฉnergie de fusion nuclรฉaire (ร partir du soleil), mais avec des รฉtapes supplรฉmentaires.
Par consรฉquent, si nous pouvions reproduire ne serait-ce qu’une petite partie de ce phรฉnomรจne sur Terre, nous pourrions disposer d’une source d’รฉnergie pratiquement illimitรฉe. Contrairement ร l’uranium ou au thorium, qui sont relativement rares, l’hydrogรจne reprรฉsente 74 % de toute la matiรจre disponible dans l’univers.
Fission et fusion
Lorsque nous brรปlons des molรฉcules comme le gaz naturel ou le pรฉtrole, nous libรฉrons l’รฉnergie contenue dans les liaisons chimiques de la molรฉcule. Il s’agit d’un niveau d’รฉnergie assez รฉlevรฉ, mais qui est loin de correspondre ร l’รฉnergie contenue dans les atomes eux-mรชmes.
C’est pourquoi 1 kg d’uranium contient la mรชme quantitรฉ d’รฉnergie que 2,7 millions de kg de charbon. L’hydrogรจne, lorsqu’il subit une fusion, est encore plus puissant.
Lorsqu’on parle d’รฉnergie nuclรฉaire, il peut รชtre difficile de comprendre pourquoi on peut produire de l’รฉnergie ร la fois par fusion et par fission.
En effet, l’รฉnergie contenue dans le noyau d’un atome varie en fonction du poids de l’รฉlรฉment. Les noyaux des รฉlรฉments lourds contiennent plus d’รฉnergie que ceux des รฉlรฉments de poids moyen, de sorte que lorsqu’ils se sรฉparent, ils libรจrent une partie de cette รฉnergie sous forme de chaleur et de rayonnement. C’est cette chaleur que nous recueillons pour produire de l’รฉnergie dans les centrales nuclรฉaires.
Mais les รฉlรฉments trรจs lรฉgers sont encore plus รฉnergรฉtiques. Lorsque nous les fusionnons en รฉlรฉments de poids moyen, ils libรจrent encore plus d’รฉnergie.
Par consรฉquent, la fusion nuclรฉaire peut produire de 3 ร 10 fois plus d’รฉnergie que la fission d’atomes.
Combinรฉ ร l’extrรชme abondance de l’รฉlรฉment le plus lรฉger possible, l’hydrogรจne, cela fait thรฉoriquement de la fusion nuclรฉaire une source d’รฉnergie illimitรฉe, limitรฉe uniquement par la quantitรฉ totale de matiรจre dans l’ensemble de l’univers.
Mรชme dans le systรจme solaire, les gรฉantes gazeuses et les nuages de comรจtes contiennent une telle quantitรฉ d’hydrogรจne qu’elle รฉclipse la masse totale de la Terre.
D’un point de vue rรฉaliste, mรชme une civilisation humaine utilisant 1 000 fois notre consommation d’รฉnergie actuelle ne serait jamais ร court de carburant.
Mieux encore, le produit de la fusion de l’hydrogรจne, l’hรฉlium, est un gaz non toxique, lรฉger et chimiquement non rรฉactif. Il n’y a donc pas de dรฉchets nuclรฉaires dรฉsagrรฉables ร gรฉrer ร la fin du processus.
La fusion est difficile
Pourquoi n’avons-nous pas encore alimentรฉ la civilisation humaine avec la fusion nuclรฉaire ?
Le fait est que la fusion nuclรฉaire est difficile ร rรฉaliser. Les noyaux des atomes d’hydrogรจne ont une charge รฉlectrique positive et se rรฉpรจtent naturellement. Il peut donc รชtre trรจs difficile de les rapprocher suffisamment l’un de l’autre pour obtenir une fusion, comme deux aimants ultra-forts qui se rรฉpรจtent l’un l’autre.
Dans la nature, seule la gravitรฉ รฉcrasante d’une รฉtoile entiรจre suffit ร rapprocher suffisamment d’atomes d’hydrogรจne pour dรฉclencher la fusion. Mรชme un objet aussi gros que Jupiter est encore “trop petit” pour y parvenir.
Il est donc trรจs, trรจs difficile de rapprocher des atomes d’hydrogรจne sur Terre.
Cela a toutefois รฉtรฉ fait et a รฉtรฉ rรฉalisรฉ pour la premiรจre fois par des machines de fusion dans les annรฉes 1950. Ces machines ont dรฉmontrรฉ la faisabilitรฉ de la fusion, mais n’ont pas rรฉussi ร restituer suffisamment d’รฉnergie par rapport ร l’รฉnergie utilisรฉe pour dรฉclencher la fusion.
(Techniquement, la fusion nuclรฉaire ร grande รฉchelle a รฉtรฉ rรฉalisรฉe dรจs 1952 avec la premiรจre bombe thermonuclรฉaire, mais il s’agit d’une technique difficilement utilisable pour crรฉer une alimentation รฉlectrique sรปre).
Un autre problรจme liรฉ ร la fusion est que le plasma de fusion nuclรฉaire est extrรชmement chaud, gรฉnรฉralement supรฉrieur ร 100 millions de degrรฉs Celsius. Il doit donc รชtre parfaitement confinรฉ, sous peine de faire fondre le rรฉacteur.
En raison de tous ces problรจmes ร rรฉsoudre, la fusion nuclรฉaire est un domaine qui รฉvolue lentement, comme en tรฉmoigne le commentaire sarcastique selon lequel “la fusion a toujours 30 ans devant elle”.
Remplacer la gravitรฉ
La question de la crรฉation d’une quantitรฉ d’รฉnergie suffisante ร partir de la fusion, par rapport ร celle utilisรฉe pour dรฉclencher la rรฉaction de fusion nuclรฉaire, est rรฉcurrente dans ce domaine. La fusion รฉtant trรจs difficile ร rรฉaliser, la compression de quelques atomes d’hydrogรจne seulement est extrรชmement coรปteuse en รฉnergie.
Plusieurs mรฉthodes ont รฉtรฉ proposรฉes jusqu’ร prรฉsent.
Il a รฉtรฉ dรฉmontrรฉ que chacune d’entre elles “fonctionne”, c’est-ร -dire qu’elles provoquent la fusion de l’hydrogรจne ou d’autres รฉlรฉments lรฉgers en รฉlรฉments plus lourds et libรจrent de l’รฉnergie.
Tokamaks
Les rรฉacteurs de fusion crรฉent un espace en forme de beignet avec des champs magnรฉtiques, oรน le plasma de fusion nuclรฉaire peut รชtre contenu.
C’est actuellement l’une des conceptions considรฉrรฉes comme ayant le plus de chances d’รชtre optimisรฉe pour en faire un rรฉacteur de fusion commercial. Le premier tokamak a รฉtรฉ construit en 1958 et constitue le concept de base d’ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), le plus grand effort de recherche visant ร dรฉvelopper la fusion commerciale, avec la participation de presque toutes les nations technologiquement avancรฉes.
Cependant, le projet ITER a connu des difficultรฉs et des retards considรฉrables. Rรฉcemment, il a รฉtรฉ annoncรฉ que les rรฉactions productrices d’รฉnergie pourraient ne pas se produire avant 2039.
Autres rรฉacteurs de fusion ร aimants
Outre les tokamaks, d’autres modรจles utilisent des aimants pour comprimer et confiner le plasma. Il s’agit notamment des stellarators, des sphรฉromaks et des tores compacts.
Dans un stellarรฉacteur, la forme du donut est irrรฉguliรจre/torsadรฉe. En thรฉorie, cela permet d’allonger la durรฉe des rรฉactions de fusion et d’obtenir un plasma plus stable. En pratique, il est trรจs difficile ร construire et a รฉtรฉ considรฉrรฉ comme plus difficile que les tokamaks. Ce niveau de complexitรฉ supplรฉmentaire l’a รฉgalement rendu trรจs difficile ร modรฉliser sur ordinateur, le rendant plus difficile ร prรฉvoir et plus coรปteux ร construire.
Les sphรฉromaks sont similaires aux tokamaks, mais sont quelque peu diffรฉrents dans la maniรจre dont ils induisent le champ magnรฉtique.
Les tores compacts tentent de crรฉer la fusion sans bobine magnรฉtique au centre du tore (en forme de beignet), ce qui rรฉduit la nรฉcessitรฉ de recourir ร des aimants complexes.
Lasers
Au lieu de presser les atomes d’hydrogรจne avec un aimant, une autre approche utilisant des lasers tente de les rendre si chauds qu’ils entrent en collision les uns avec les autres, ce qui crรฉe instantanรฉment des ondes de choc poussant les atomes d’hydrogรจne les uns contre les autres.
Le National Ignition Facility (NIF) des รtats-Unis en est un bon exemple. Il guide, amplifie, rรฉflรฉchit et concentre 192 puissants faisceaux laser dans une cible de la taille d’une gomme ร crayon. Cela permet d’obtenir une puissance de pointe de 500 billions de watts en un seul point.
Il s’agit de l’autre conception principale considรฉrรฉe comme susceptible d’aboutir un jour ร une fusion commerciale viable.
La fusion magnรฉtique se heurte ร des mathรฉmatiques complexes et ร la science des matรฉriaux supraconducteurs. La fusion induite par laser a du mal ร fournir l’รฉnergie correctement et ร maintenir le combustible suffisamment dense et homogรจne pour que la fusion se produise.
Poussรฉe รฉlectrique
Une derniรจre mรฉthode possible pour rรฉaliser artificiellement la fusion consiste ร utiliser des courants รฉlectriques pour gรฉnรฉrer le champ magnรฉtique qui resserre le plasma, ou fusion ร cible magnรฉtisรฉe (FTM).
L’une de ces mรฉthodes est le Z-pinch, une autre mรฉthode utilise des pistons pneumatiques et l’injection de plasma. Un accรฉlรฉrateur de particules pourrait peut-รชtre aussi rรฉaliser le mรชme principe.
En gรฉnรฉral, ces conceptions sont beaucoup plus compactes que les tokamaks ou la fusion par laser.
C’est notamment l’approche privilรฉgiรฉe par les entreprises privรฉes de fusion telles que General Fusion et Helion.
รtapes vers la fusion commerciale
Rendements
Comme nous l’avons expliquรฉ plus haut, la fusion est encore trรจs expรฉrimentale et il n’existe pas encore de voie รฉvidente vers une conception commercialement viable.
Dans l’ensemble, le rendement des rรฉacteurs de fusion s’est amรฉliorรฉ, ce qui signifie qu’ils commencent progressivement ร produire plus d’รฉnergie de fusion ร partir de l’รฉnergie qui leur est injectรฉe pour dรฉclencher la fusion.
En 2022, les chercheurs de la National Ignition Facility amรฉricaine ont annoncรฉ qu’ils avaient “crรฉรฉ une rรฉaction qui produisait plus d’รฉnergie qu’ils n’en mettaient”.
En pratique, cette affirmation est quelque peu trompeuse : la conception alimentรฉe par laser a en effet dรฉlivrรฉ 2,05 mรฉgajoules d’รฉnergie et crรฉรฉ 3 mรฉgajoules d’รฉnergie par fusion.
Cela ne tient pas compte du fait que pour crรฉer les 2,05 mรฉgajoules de laser, une quantitรฉ totale d’รฉlectricitรฉ รฉgale ร 322 mรฉgajoules d’รฉnergie a รฉtรฉ consommรฉe pour crรฉer ces faisceaux laser. Dans la pratique, le rendement รฉnergรฉtique total est donc encore 100 fois trop faible pour que ce modรจle puisse รชtre considรฉrรฉ comme un “vrai” rendement positif. Et il est encore plus faible dans la pratique, car il est certain que toute la chaleur gรฉnรฉrรฉe n’a pas pu รชtre reconvertie en รฉnergie.
Il s’agit nรฉanmoins d’une รฉtape importante et d’une rรฉalisation impressionnante.
Stabilitรฉ du plasma et durรฉe de la rรฉaction
L’รฉlรฉment clรฉ sera d’รฉvaluer la situation d’une rรฉaction de fusion auto-entretenue, oรน la libรฉration d’รฉnergie prรฉcรฉdente est suffisante pour dรฉclencher une nouvelle fusion. Jusqu’ร prรฉsent, les rรฉactions de fusion ont durรฉ au mieux quelques dizaines de secondes. Dans un futur rรฉacteur commercialement viable, ces rรฉactions pourraient durer des dizaines de minutes, voire des heures, grรขce ร un plasma plus stable.
Le nouveau record d’une fusion d’une durรฉe totale de 6 minutes รฉtabli par le dispositif WEST (tungstรจne (W) Environment in Steady-state Tokamak) en France montre que l’utilisation innovante de la technologie de l’รฉnergie nuclรฉaire dans les rรฉacteurs de recherche et de dรฉveloppement peut contribuer ร amรฉliorer la qualitรฉ de l’air et ร rรฉduire les รฉmissions de gaz ร effet de serre.
Cela montre comment l’utilisation innovante de matรฉriaux avancรฉs tels que le tungstรจne pourrait ouvrir la voie ร une amรฉlioration radicale des rรฉacteurs de fusion classiques. Pour en savoir plus sur le tungstรจne et les opportunitรฉs d’investissement difficiles ร trouver dans ce secteur, consultez notre article “Tungstรจne – Le mรฉtal secret de la haute technologie“.
Des supraconducteurs bon marchรฉ
Cette รฉtape est particuliรจrement nรฉcessaire pour les rรฉacteurs de fusion basรฉs sur des aimants, mais aussi pour d’autres, car les niveaux de puissance nรฉcessitent gรฉnรฉralement l’utilisation de matรฉriaux supraconducteurs ร un endroit ou ร un autre du systรจme.
Heureusement, de meilleurs supraconducteurs, ou mรชme la technologie des supraconducteurs ร tempรฉrature ambiante, progressent rapidement. Vous pouvez lire les dรฉtails de ce sujet dans notre article “Les progrรจs de la supraconductivitรฉ ouvrent la voie ร une nouvelle rรฉvolution technologique“.
IA
Le plasma est un รฉtat de la matiรจre incroyablement complexe, trรจs diffรฉrent des trois autres (solide, liquide, gaz). Il est extrรชmement chaud et, dans l’ensemble, devient rapidement trรจs instable.
Le plasma instable a tendance ร ne pas rester confinรฉ longtemps dans le rรฉacteur, ce qui interrompt le processus de fusion nuclรฉaire.
Pour compenser, les aimants des rรฉacteurs nuclรฉaires tentent de stabiliser en permanence le plasma, en ajustant le champ magnรฉtique en temps rรฉel. Les mathรฉmatiques qui y sont associรฉes sont d’une complexitรฉ ahurissante, et mรชme les superordinateurs peuvent avoir du mal ร les maรฎtriser, surtout s’ils doivent les exรฉcuter rapidement pour ordonner la bonne rรฉaction ร l’aimant du rรฉacteur.
Cette situation pourrait changer grรขce aux progrรจs de l’IA, comme nous l’avons indiquรฉ dans un article rรฉcent. Nous y expliquions comment l’IA avait appris ร prรฉdire l’รฉmergence d’instabilitรฉs dans le plasma jusqu’ร 300 ms ร l’avance.
“Nous n’aurons plus ร attendre que les instabilitรฉs se produisent et ร prendre rapidement des mesures correctives avant que le plasma ne soit perturbรฉ.
Sรฉcuritรฉ
La fusion nuclรฉaire est intrinsรจquement beaucoup plus sรปre que la fission nuclรฉaire. La rรฉaction de fusion s’arrรชte automatiquement lorsque le plasma se dilate, ce qui signifie qu’il n’y a aucun risque d’emballement de la rรฉaction en chaรฎne.
Toutefois, avant de devenir une source d’รฉnergie ร grande รฉchelle, la fusion nuclรฉaire devra encore rรฉsoudre quelques problรจmes de sรฉcuritรฉ :
- De nombreux modรจles de rรฉacteurs utilisent le tritium, car ces rรฉactions de fusion sont plus faciles ร dรฉclencher que la fusion deutรฉrium-deutรฉrium. Cependant, le tritium รฉtant radioactif, toute dรฉfaillance du rรฉacteur pourrait entraรฎner une (faible) contamination radioactive.
- L’instabilitรฉ du plasma et la physique des hautes รฉnergies comportent un risque inhรฉrent. Pour que les opรฉrateurs soient en sรฉcuritรฉ et que le rรฉacteur ne soit pas endommagรฉ pendant les opรฉrations de production continue d’รฉnergie, il faudra de bonnes procรฉdures de sรฉcuritรฉ et probablement une optimisation de la conception.
- La fusion nuclรฉaire produit parfois des neutrons, qui transforment lentement la paroi du rรฉacteur en dรฉchets radioactifs. Bien que leur volume soit minime, ces dรฉchets devront รชtre correctement traitรฉs ร la fin de la durรฉe de vie des composants ou des rรฉacteurs dans leur ensemble.
Propulsion par fusion dans l’espace
Actuellement, la fusion nuclรฉaire est principalement รฉtudiรฉe pour son potentiel de production d’รฉnergie sur Terre. L’exploration et la colonisation de l’espace constituent un autre secteur qui bรฉnรฉficierait grandement de la maรฎtrise de la fusion nuclรฉaire.
Grรขce ร leur rendement trรจs รฉlevรฉ par rapport ร la masse de combustible, ainsi qu’ร des tempรฉratures extrรชmement รฉlevรฉes, les rรฉacteurs ร fusion nuclรฉaire constituent des systรจmes de propulsion parfaits pour l’espace lointain.
En thรฉorie, ils pourraient offrir des temps d’accรฉlรฉration et de dรฉplacement trรจs rapides, avec une faible consommation de carburant, et une sรฉcuritรฉ accrue pour l’รฉquipage par rapport ร d’autres solutions telles que les moteurs chimiques ou ร fission nuclรฉaire. La facilitรฉ d’accรจs et la surabondance d’hydrogรจne dans l’espace sont un atout supplรฉmentaire.
En pratique, fabriquer un rรฉacteur de fusion suffisamment petit et lรฉger pour l’embarquer sur un vaisseau spatial pourrait s’avรฉrer difficile, mรชme aprรจs en avoir maรฎtrisรฉ la conception sur Terre.
Si la fusion nuclรฉaire devenait commercialement viable, cela rรฉvolutionnerait complรจtement la perspective d’une รฉconomie basรฉe dans l’espace
, et ferait instantanรฉment de l’humanitรฉ une espรจce spatiale.
Fusion froide
La fusion froide est un sujet controversรฉ. Il s’agit de l’idรฉe que la fusion nuclรฉaire pourrait รชtre rรฉalisรฉe sans plasma ร basse tempรฉrature.
Une mรฉthode proposรฉe consisterait ร utiliser des matรฉriaux changeant de forme de maniรจre ร piรฉger les atomes d’hydrogรจne et ร les forcer ร fusionner. Des mรฉtaux infusรฉs ร l’hydrogรจne comme le palladium, l’erbium et le titane ont รฉtรฉ proposรฉs pour y parvenir.
En 1989, les chercheurs Stanley Pons et Martin Fleischmann ont affirmรฉ รชtre parvenus ร une telle fusion. Malheureusement, des annรฉes d’efforts de la part de la communautรฉ scientifique pour tenter de reproduire les rรฉsultats n’ont jusqu’ร prรฉsent pas abouti, ce qui a conduit ร des accusations de mauvaise qualitรฉ scientifique, voire de fraude pure et simple.
La controverse qui s’ensuivit allait dรฉfinitivement nuire ร l’image de ce concept. Nรฉanmoins, un petit nombre de scientifiques continuent ร travailler sur le sujet, gรฉnรฉralement sous le nom de rรฉactions nuclรฉaires ร basse รฉnergie (LENR), de science nuclรฉaire de la matiรจre condensรฉe (CMNS) ou de rรฉactions nuclรฉaires assistรฉes par la chimie (CANR).
Un regain d’intรฉrรชt pour ce domaine est apparu dans les annรฉes 2020, cherchant ร dรฉpasser le stigmate d’une recherche peu sรฉrieuse. En particulier, l’agence gouvernementale amรฉricaine ARPA-E a annoncรฉ en 2023 une sรฉrie de subventions destinรฉes ร financer des groupes de recherche sur les rรฉactions nuclรฉaires ร basse รฉnergie (LENR), ร la suite des rรฉsultats intrigants obtenus par les chercheurs de la NASA en 2020.
La fusion froide est actuellement trรจs incertaine et spรฉculative. Toutefois, le retour d’une recherche sรฉrieuse et bien financรฉe dans ce domaine pourrait clarifier la situation et dรฉterminer s’il s’agit d’une voie viable pour parvenir ร la fusion nuclรฉaire.
Fusion ร bulles
Une autre idรฉe est que la fusion nuclรฉaire pourrait se produire dans des bulles lorsqu’elles s’effondrent ; par exemple, des bulles peuvent se former dans l’eau lorsqu’elles sont soumises ร des ultrasons, une idรฉe parfois appelรฉe sonofusion.
En thรฉorie, les ondes de choc crรฉรฉes par l’effondrement d’une bulle dans un liquide pourraient รชtre suffisamment puissantes pour provoquer la fusion, un peu comme le font les ondes de choc induites par un laser. Cela pourrait expliquer le phรฉnomรจne de sonoluminescence (l’รฉmission de lumiรจre lors de l’effondrement d’une bulle, qui n’est toujours pas comprise).
L’idรฉe est aussi controversรฉe que la fusion froide, son principal promoteur รฉtant largement critiquรฉ.
Cependant, l’idรฉe n’est peut-รชtre pas aussi morte que les deux derniรจres dรฉcennies de controverse pourraient le laisser croire.
En mai 2024, un article scientifique intitulรฉ “Observation of neutron emission during acoustic cavitation of deuterated titanium powder“, publiรฉ dans la trรจs prestigieuse revue Nature, affirme avoir dรฉtectรฉ des รฉvรฉnements de fusion potentiels avec des bulles d’eau lourde mรฉlangรฉes ร des particules de titane.
Nous avons pu maintenir la production de neutrons pendant plusieurs heures et avons rรฉpรฉtรฉ l’expรฉrience plusieurs fois dans diffรฉrentes conditions. Nous รฉmettons l’hypothรจse que les neutrons observรฉs proviennent de la fusion nuclรฉaire d’ions deutรฉrium dissous dans un rรฉseau de titane sous l’action mรฉcanique des jets de cavitation qui les frappent
Le mรฉlange d’un rรฉseau de titane (comme dans la fusion froide) et de cavitation (bulles) est plus qu’intrigant, et la publication dans une revue trรจs sรฉrieuse รฉvaluรฉe par des pairs pourrait raviver l’intรฉrรชt pour le secteur, avec peut-รชtre une “fusion ร bulles froides” comme percรฉe scientifique inattendue.
Le secteur privรฉ entre en jeu
Depuis leur crรฉation, les domaines de la physique des plasmas et de la fusion nuclรฉaire ont รฉtรฉ principalement menรฉs par la recherche gouvernementale ร partir de fonds publics.
C’est logique, car ces domaines รฉtaient trรจs utiles pour les programmes de dรฉveloppement d’armes nuclรฉaires. Par exemple, la National Ignition Facility des รtats-Unis a รฉtรฉ initialement dรฉveloppรฉe pour remplacer les essais d’armes nuclรฉaires plutรดt que pour explorer la fusion nuclรฉaire.
En tant que segment de la science sans applications commerciales directes, le financement de la fusion devait provenir principalement des secteurs public et universitaire.
Cette situation est en train de changer grรขce ร la convergence de trois facteurs :
- Des dรฉcennies d’expรฉrience dans le secteur ont permis de crรฉer un vaste corpus de connaissances en libre accรจs et de former des scientifiques qui peuvent travailler pour des entreprises commerciales.
- La fusion nuclรฉaire semble plus proche que jamais d’รชtre rรฉalisรฉe commercialement, ce qui accroรฎt l’enthousiasme des investisseurs. Les investissements de type “moonshot” sont dรฉsormais populaires, la fusion nuclรฉaire รฉtant peut-รชtre l’ultime “moonshot”, avec l’exploitation miniรจre des astรฉroรฏdes, pour rรฉsoudre de faรงon permanente les problรจmes de pรฉnurie d’รฉnergie et de matiรจres premiรจres.
- Le changement climatique, la gรฉopolitique et l’รฉpuisement des ressources convergent pour accroรฎtre la demande d’une source d’รฉnergie abondante et neutre en carbone.
Une nouvelle vague d’efforts dans le domaine de la fusion nuclรฉaire est donc menรฉe par des entreprises privรฉes, qui cherchent ร retravailler la conception des rรฉacteurs ร partir des premiers principes, ร รฉtudier de nouvelles mรฉthodes et ร reproduire pour le secteur de la fusion ce que des entreprises comme SpaceX ont rรฉalisรฉ pour les vols spatiaux (comme la rรฉutilisation des fusรฉes, considรฉrรฉe jusqu’ici comme impossible).
Entreprises spรฉcialisรฉes dans la fusion
ร l’heure actuelle, aucune des entreprises qui se consacrent ร la viabilitรฉ commerciale de la fusion nuclรฉaire n’est cotรฉe en bourse. Il s’agit de Helion, General Fusion, Commonwealth Fusion, TEA Technologies, ZAP Energy et NEO Fusion. Vous trouverez une liste complรจte de start-ups dans le domaine de la fusion nuclรฉaire sur la page dรฉdiรฉe de Dealroom.
1. General Fusion
General est l’une des start-ups qui a pris l’initiative de faire de la fusion une entreprise du secteur privรฉ, au lieu d’un projet de physique financรฉ par les pouvoirs publics.
La sociรฉtรฉ a รฉtรฉ crรฉรฉe en 2002 pour dรฉvelopper la technologie de fusion ร cible magnรฉtisรฉe (MTF).
Selon la sociรฉtรฉ, la fusion sur cible magnรฉtisรฉe est une voie plus courte vers la fusion ร รฉnergie positive et elle est beaucoup moins coรปteuse. General Fusion a รฉtรฉ la premiรจre entreprise au monde ร construire et ร mettre en service un injecteur de plasma toroรฏdal compact ร l’รฉchelle d’une centrale รฉlectrique en 2010 et a franchi de nombreuses autres รฉtapes depuis.
L’entreprise vise ร atteindre la fusion ร une tempรฉrature de 100 millions de degrรฉs Celsius en 2025 et ร progresser vers le seuil de rentabilitรฉ รฉnergรฉtique (rendement positif de la fusion nuclรฉaire) en 2026. Avant cela, un modรจle ร l’รฉchelle 1/5e a รฉtรฉ rรฉalisรฉ en 2023 et ses performances ont correspondu aux attentes des modรจles informatiques.
Dans l’ensemble, General Fusion a passรฉ deux dรฉcennies ร mettre au point, รฉtape par รฉtape, chacune des technologies de base de sa conception finale, en les testant tout au long du processus et en validant l’idรฉe avec succรจs, du moins jusqu’ร prรฉsent.
En tant qu’entreprise privรฉe, elle n’a pas eu ร discuter et ร nรฉgocier des modifications de conception, contrairement ร des projets internationaux tels qu’ITER. Elle a รฉgalement pu choisir une technologie en fonction de ses propres mรฉrites, sans avoir ร dรฉcider si un pays spรฉcifique devait obtenir le contrat pour des raisons politiques.
C’est pourquoi beaucoup s’attendent ร ce que General Fusion et quelques-uns de ses concurrents parviennent ร gรฉrer ce que les grands projets gouvernementaux ne peuvent pas faire.
2. Lockheed Martin Corporation
Une exception notable ร la domination des startups privรฉes est la sociรฉtรฉ cotรฉe en bourse Lockheed Martin Corporation, un gรฉant de l’industrie de la dรฉfense.
Lockheed travaillait depuis le dรฉbut des annรฉes 2010 sur Compact Fusion, un rรฉacteur ร fusion nuclรฉaire qui devait รชtre prรชt dans les annรฉes 2020. Cependant, il a รฉtรฉ annoncรฉ depuis que les travaux sur le projet ont รฉtรฉ interrompus en 2021.
L’entreprise est restรฉe trรจs discrรจte sur ce projet aprรจs une premiรจre annonce trรจs publique. ร ce jour, on ne sait pas ce qui a pu pousser l’entreprise ร abandonner l’idรฉe.
En mรชme temps, il semble qu’elle n’ait pas complรจtement abandonnรฉ le concept, notamment en investissant en 2024 dans Helicity, une startup dรฉveloppant un moteur ร fusion.
L’idรฉe serait de propulser des engins spatiaux grรขce ร de brรจves bouffรฉes de fusion. Helicity prรฉvoit d’utiliser un canon ร plasma, la mรชme approche que celle adoptรฉe par General Fusion.
Potentiellement, les rรฉsultats internes de Lockheed ont montrรฉ que leur conception ne pouvait pas soutenir la fusion d’une maniรจre compatible avec la production d’รฉnergie.
Mais peut-รชtre qu’en mรชme temps, de courtes rafales suffisent pour rรฉpondre au besoin de propulsion dans l’espace et qu’elles sont beaucoup plus proches de devenir un produit rรฉel ? Cela correspondrait รฉgalement mieux au profil gรฉnรฉral de l’entreprise, axรฉ sur l’aรฉrospatiale et la dรฉfense.
3. TAE Technologies
Anciennement connue sous le nom de Tri Alpha Energy, cette entreprise californienne se consacre au dรฉveloppement de la technologie de l’รฉnergie de fusion. TAE Technologies modernise actuellement sa plate-forme de fusion, Norman, pour en faire une machine de sixiรจme gรฉnรฉration appelรฉe Copernicus.
La technologie de TAE s’appuie sur des accรฉlรฉrateurs de particules pour injecter de l’รฉnergie dans le plasma et “agir comme un agent รฉpaississant qui le rend plus facile ร gรฉrer”.
L’entreprise utilise aussi largement l’impression 3D pour la fabrication de Copernicus, ce qui permet de crรฉer rapidement de nouvelles piรจces et de rรฉsoudre plus rapidement les problรจmes. Par exemple, elle a rรฉussi ร imprimer certains composants du rรฉacteur pour un poids deux fois infรฉrieur ร celui que la fabrication conventionnelle aurait permis d’obtenir.
Si tout se passe bien, l’entreprise prรฉvoit de construire son premier prototype de centrale รฉlectrique qui pourrait รชtre raccordรฉ au rรฉseau au dรฉbut des annรฉes 2030, et de poursuivre le dรฉveloppement d’une รฉnergie commerciale “robuste et fiable” tout au long de la dรฉcennie. Selon son PDG, Michl Binderbauer, la fusion nous ferait entrer dans un “paradigme d’abondance”.
Au cours des 25 derniรจres annรฉes, l’entreprise a fonctionnรฉ selon un modรจle “d’argent par รฉtape”, oรน chaque tour de financement n’est gagnรฉ qu’en fonction de la rรฉalisation des รฉtapes promises aux investisseurs.
En 2022, Google et Chevron ont investi dans TAE Technologies dans le cadre d’une levรฉe de fonds de 250 millions de dollars. Google est en fait partenaire de TAE depuis une dizaine d’annรฉes et fournit ร l’entreprise de l’IA et de la puissance de calcul.
L’entreprise propose รฉgalement des services dans le domaine des sciences de la vie (Boron Neutron Capture Therapy -BNCT) et des solutions รฉnergรฉtiques telles que les batteries et l’e-mobilitรฉ.
4. Helion
Helion vise ร crรฉer une fusion avec du deutรฉrium et de l’hรฉlium 3, au lieu de l’approche plus courante qui consiste ร se concentrer sur la fusion avec le tritium.
Normalement, l’hรฉlium 3 est trรจs difficile ร trouver. Mais Helion dispose d’une mรฉthode pour le produire ร partir du deutรฉrium dans son propre rรฉacteur. Dans le cas contraire, il aurait probablement fallu recourir ร d’autres solutions, comme l’exploitation miniรจre de l’hรฉlium sur la Lune, qui n’a pas encore fait ses preuves.
Comme la plupart des entreprises privรฉes dans le domaine de la fusion, Helion utilise la technologie de l’injection de plasma.
Une autre caractรฉristique unique est la capture directe de l’รฉlectricitรฉ ร partir du plasma, en utilisant la loi de Faraday pour induire un courant, en sautant directement le cycle de chauffage ร la vapeur commun dans les centrales nuclรฉaires.
Cette dรฉmarche est plutรดt audacieuse, mais elle pourrait multiplier par deux ou trois le rendement des futures centrales รฉlectriques, car la conversion de la chaleur en vapeur pour produire de l’รฉlectricitรฉ a gรฉnรฉralement un rendement trรจs faible. Il s’agit รฉgalement d’une procรฉdure ร forte intensitรฉ de capital.
La centrale ร fusion d’Helion devrait avoir un coรปt de combustible nรฉgligeable, un faible coรปt d’exploitation, un temps de fonctionnement รฉlevรฉ et un coรปt d’investissement compรฉtitif. Nos machines nรฉcessitent un coรปt d’investissement beaucoup plus faible parce que nous pouvons rรฉaliser la fusion de maniรจre si efficace et que nous n’avons pas besoin de grandes turbines ร vapeur, de tours de refroidissement ou d’autres exigences coรปteuses des approches traditionnelles de la fusion.
Helion exploite actuellement Trenta, son rรฉacteur de6e gรฉnรฉration qui a atteint plus de 10 000 impulsions et des tempรฉratures de 100 millions de degrรฉs Celsius.
L’entreprise passe actuellement ร Polaris, son prochain modรจle qui devrait รชtre 100 fois plus rapide que Trenta, ce qui en ferait le premier rรฉacteur de fusion nuclรฉaire ร produire un gain net d’รฉlectricitรฉ.
Il convient de noter que Polaris mesurera 19 mรจtres de long, ce qui est loin d’รชtre une installation gรฉante par rapport ร d’autres modรจles de rรฉacteurs de fusion plus classiques.
