Ressources essentielles pour l’énergie de fusion : disponibilité et mise à l’échelle

Propre, sûre… et « presque illi­mi­tée » : sur le papier, la fusion semble être la source d’élec­tri­ci­té idéale. Et de fait, sur le ter­rain, les expé­ri­men­ta­tions se mul­ti­plient. En 2024, l’Agence inter­na­tio­nale de l’énergie ato­mique (AIEA) recen­sait plus d’une ving­taine de concepts de cen­trale à fusion en cours de déve­lop­pe­ment, du Cana­da à la Chine, en pas­sant par les États-Unis, l’Eu­rope, Israël ou la Corée du Sud. Pour­tant, les obs­tacles tech­no­lo­giques sont ver­ti­gi­neux, car chaque dimen­sion de ce futur sys­tème de pro­duc­tion d’énergie pose à la recherche des dif­fi­cul­tés consi­dé­rables, si bien que les experts n’en­vi­sagent pas un déploie­ment à grande échelle avant au moins plu­sieurs décen­nies. Cet hori­zon loin­tain et incer­tain n’empêche pas les pro­messes de cir­cu­ler, tou­jours appuyées par un mot-clé qui sonne comme un man­tra : « illimitée ».

Cepen­dant, il s’a­git en fait d’un rac­cour­ci, qui sou­ligne la den­si­té éner­gé­tique très éle­vée de la fusion – de faibles quan­ti­tés de com­bus­tibles étant sus­cep­tibles de pro­duire de très grandes quan­ti­tés d’éner­gie élec­trique – et surfe sur la répu­ta­tion de qua­si-inépui­sa­bi­li­té de son com­bus­tible. Dans les faits, c’est la fusion de deux iso­topes de l’hy­dro­gène, le deu­té­rium (stable) et le tri­tium (instable, radio­ac­tif), qui pro­dui­ra de la cha­leur, ensuite conver­tie en élec­tri­ci­té. Si le deu­té­rium existe à l’é­tat natu­rel, ce n’est pas le cas du tri­tium. « Il doit donc être pro­duit au sein même du réac­teur à par­tir du lithium conte­nu dans les parois, selon une réac­tion induite par les neu­trons géné­rés par la fusion », explique Jacques Trei­ner. La manière la plus effi­cace d’y par­ve­nir fait inter­ve­nir du lithium enri­chi à 50% en Li‑6 (un iso­tope pré­sent à seule­ment 7,5% dans le lithium natu­rel). En fin de compte, une cen­trale four­nis­sant 1GW élec­trique consom­me­ra ain­si annuel­le­ment 167 kg de deu­té­rium et 7 tonnes de lithium naturel.

Le deu­té­rium s’a­vère effec­ti­ve­ment extrê­me­ment abon­dant dans la nature : on en trouve 33 g par mètre cube d’eau de mer, et il est extrac­tible par des pro­cé­dés bien maî­tri­sés. Et le lithium ? L’US Geo­lo­gi­cal Sur­vey estime les res­sources à 115 mil­lions de tonnes, dont 30 mil­lions de réserves exploi­tables à ce jour. Bien assez, selon les défen­seurs de la fusion, pour consi­dé­rer ce com­bus­tible comme « négli­geable ». De fait, si la fusion était la seule consom­ma­trice du métal léger, les réserves per­met­traient de pro­duire 30000 TWh par an (c’est-à-dire l’é­qui­valent de la pro­duc­tion élec­trique mon­diale en 2024, toutes sources confon­dues) pen­dant plus d’un mil­lé­naire. La même puis­sance pro­duite via des cen­trales à char­bon, à gaz natu­rel ou à fis­sion épui­se­rait les réserves de leurs com­bus­tibles en moins d’un siècle – voire beau­coup moins.

Mais la fusion est loin d’être la seule à avoir besoin de lithium. Cet élé­ment est même déjà une des res­sources les plus consom­mées par la tran­si­tion éner­gé­tique, pour ali­men­ter notam­ment le très flo­ris­sant mar­ché des bat­te­ries pour véhi­cules élec­triques. De 95 kt en 2021, la demande mon­diale de lithium est ain­si pas­sée à 205 kt en 2024, et pour­rait atteindre 928 kt en 2040, selon l’A­gence Inter­na­tio­nale de l’Énergie (AIE). Des études ont aler­té sur de pos­sibles pénu­ries d’ap­pro­vi­sion­ne­ment d’i­ci la fin du siècle en rai­son de l’ex­plo­sion de la demande, de la concen­tra­tion géo­gra­phique des res­sources, de la vola­ti­li­té des prix et des limites du recy­clage et de l’ex­ploi­ta­tion minière. Certes, les incer­ti­tudes sur les pro­jec­tions de ce type sont tou­jours impor­tantes. Mais la concur­rence sur le lithium reste bien réelle, et a toutes les chances de s’a­vé­rer durable. À l’é­chéance où la fusion sera prête, rien n’as­sure donc que l’ap­pro­vi­sion­ne­ment sera aisé.

« Pour poin­ter la néces­si­té de stra­té­gies de ges­tion des res­sources sur les temps longs, on pour­rait avan­cer la pro­po­si­tion évi­dem­ment assez naïve de déci­der de réser­ver des stocks pour la fusion, avance Gérard Bon­homme. Les besoins de la fusion en lithium sont ridi­cu­le­ment faibles par rap­port à ceux des véhi­cules élec­triques : on pour­rait consi­dé­rer que les consi­dé­rables béné­fices qu’elle appor­te­ra à l’a­ve­nir méritent de gar­der de petites réserves dis­po­nibles pour son usage ». Le degré de matu­ri­té de la fusion, les ten­sions pré­vi­sibles sur le mar­ché du lithium et l’ab­sence de gou­ver­nance mon­diale sur le métal léger consti­tuent tou­te­fois pour l’heure de sérieux obs­tacles à cette option.

Les besoins en maté­riaux d’une ins­tal­la­tion élec­tro­gène ne se limitent d’ailleurs pas à ses com­bus­tibles : ils englobent aus­si toutes les res­sources mobi­li­sées dans les ins­tal­la­tions de pro­duc­tion et dans les infra­struc­tures de dis­tri­bu­tion et de sto­ckage. L’a­ve­nir de la fusion dépen­dra donc aus­si de la capa­ci­té de la recherche à limi­ter, voire à sup­pri­mer, les quan­ti­tés de res­sources rares mises en œuvre. Cet impé­ra­tif pour­rait s’a­vé­rer dif­fi­cile à tenir, notam­ment pour les tech­no­lo­gies assu­rant le confi­ne­ment du plas­ma. Si ITER¹ s’ap­puie sur un champ magné­tique géné­ré par des bobines en nio­bium-étain, ces der­nières res­sources risquent d’être insuf­fi­santes pour construire un parc de mil­liers de réac­teurs. À ce jour, les meilleurs can­di­dats pour les rem­pla­cer et garan­tir la maî­trise et le déploie­ment indus­triel à grande échelle de l’éner­gie de fusion res­tent les supra­con­duc­teurs à haute tem­pé­ra­ture. Cepen­dant, les concepts les plus pro­met­teurs, les REBCO² reposent sur l’u­sage de terres rares, qui figurent sur les listes de maté­riaux cri­tiques (c’est-à-dire essen­tiels à l’économie et sus­cep­tibles de connaître des rup­tures d’approvisionnement) de l’U­nion euro­péenne et de l’US Geo­lo­gi­cal Sur­vey. D’autres can­di­dats moins sen­sibles pour­raient-ils émer­ger ? L’a­ve­nir seul le dira.

Les maté­riaux asso­ciés aux tech­no­lo­gies assu­rant le confi­ne­ment sont par ailleurs loin d’être les seuls à poser question.

Les maté­riaux asso­ciés aux tech­no­lo­gies assu­rant le confi­ne­ment sont par ailleurs loin d’être les seuls à poser ques­tion. « Quels seront ceux rete­nus pour les parois, qui doivent résis­ter à des flux intenses de neu­trons de très haute éner­gie ? À quelle fré­quence devra-t-on les rem­pla­cer ? Il s’agit de pro­blèmes aujourd’hui non réso­lus. Une machine d’es­sai dédiée, l’International Fusion Mate­rials Irra­dia­tion Faci­li­ty (IFMIF), doit d’ailleurs être construite pour les étu­dier », ajoute Jacques Treiner.

En com­pa­rai­son, quels sont les besoins en maté­riaux des autres ins­tal­la­tions élec­tro­gènes opé­ra­tion­nelles ? « Les cen­trales à fis­sion ou à fos­siles consomment à peu près les mêmes quan­ti­tés de maté­riaux de base (béton, acier, alu­mi­nium ou cuivre) que la fusion. Mais les renou­ve­lables en uti­lisent 10 à 20 fois plus », pré­cise Jacques Trei­ner. Les renou­ve­lables uti­lisent aus­si des maté­riaux cri­tiques, par­fois en quan­ti­tés impor­tantes, comme le néo­dyme dans le cas de l’éo­lien. « La fusion ne sera pas la pana­cée. Mais elle sera une source d’éner­gie à haute inten­si­té, aux impacts rela­ti­ve­ment faibles sur les res­sources. Ni les fos­siles, ni les renou­ve­lables, ni même le nucléaire à fis­sion de 2e ou 3e géné­ra­tion ne peuvent pré­tendre à ce double avan­tage », résume Gérard Bonhomme.

La fusion est donc « pro­met­teuse », « extrê­me­ment ambi­tieuse », mais pas « pra­ti­que­ment illi­mi­tée ». Et c’est tant mieux, car « une éner­gie illi­mi­tée condui­rait non à une abon­dance maté­rielle et une crois­sance infi­nie, mais à un épui­se­ment tou­jours plus rapide des res­sources, pointe Jacques Trei­ner. Rela­ti­vi­ser, voire occul­ter le carac­tère fini du sys­tème Terre relève d’un désir for­ce­né d’i­gno­rance, qui a quelque chose de déses­pé­ré. Regar­der en face ses limites per­met au contraire de pré­ci­ser les échelles de temps en jeu vis-à-vis du cli­mat, les res­sources en éner­gie, en eau, en intrants pour l’a­gri­cul­ture, de l’é­tat de la bio­di­ver­si­té, etc. C’est la condi­tion pour redon­ner place et sens à l’ac­tion poli­tique ».

Pour Gérard Bon­homme, cette der­nière doit tou­te­fois se fon­der sur une vision à long terme : « Recon­naître les limites des res­sources pla­né­taires doit nous inci­ter à pen­ser et à construire des stra­té­gies opti­mi­sant des com­bi­nai­sons de solu­tions ayant des tem­po­ra­li­tés de déve­lop­pe­ment dif­fé­rentes, aptes à garan­tir un appro­vi­sion­ne­ment en éner­gie suf­fi­sant pour une huma­ni­té de dix mil­liards d’in­di­vi­dus ».

Anne Orliac