Fusion nucléaire : le vrai, le faux et l’incertain

VRAI – La fusion nucléaire peut générer une énergie positive nette dans un cadre limité.

Le Lab­o­ra­toire nation­al Lawrence Liv­er­more – Nation­al Igni­tion Facil­i­ty (NIF), en Cal­i­fornie, l’a prou­vé en 2022 avec son dis­posi­tif de fusion par allumage laser. L’in­stal­la­tion NIF utilise 192 des lasers les plus puis­sants au monde pour envoy­er jusqu’à 4 mil­lions de joules d’én­ergie ultra­vi­o­lette sur une cible de deutéri­um et de tritium.

Cette cible fait la taille approx­i­ma­tive d’un grain de poivre et elle est sus­pendue dans un petit « four » à rayons X appelé Hohlraum. Ce dernier peut attein­dre une tem­péra­ture d’en­v­i­ron 3 mil­lions de degrés Cel­sius lorsqu’il est touché par ces lasers sur­puis­sants. Cette action fait l’im­plos­er du com­bustible, créant ain­si les con­di­tions néces­saires à la fusion nucléaire. Le 5 décem­bre 2022, le NIF a atteint le gain de cible, ce qui sig­ni­fie que les 2,05 méga­joules d’én­ergie laser délivrés sur la cible ont généré 3,15 méga­joules d’én­ergie de fusion. La cible a pro­duit plus d’én­ergie qu’elle n’en a absorbée. Ce point, appelé « allumage », a con­sti­tué une réelle avancée scientifique.

FAUX – Cette réaction a créé de l’énergie, mais elle est loin d’être suffisante pour alimenter l’installation.

Dans l’ensem­ble, ce dis­posi­tif de fusion par allumage laser a subi une perte d’én­ergie nette sub­stantielle. Pour don­ner une idée de l’échelle, les 1,1 méga­joules d’én­ergie nette de la cible représen­tent env­i­ron 0,306 kWh. À titre de com­para­i­son, un foy­er aux États-Unis con­somme typ­ique­ment plus de 3 000 fois cette quan­tité d’én­ergie chaque mois. De plus, les sci­en­tifiques du NIF esti­ment que le fonc­tion­nement de l’in­stal­la­tion laser du NIF néces­site env­i­ron 100 fois plus d’én­ergie que la quan­tité d’én­ergie fournie par le laser à la cible elle-même.

INCERTAIN – On ne sait pas quand ni comment ce point crucial, appelé « gain d’ingénierie », sera atteint.

À ce stade, les ingénieurs doivent s’ef­forcer de ren­dre ce dis­posi­tif encore plus effi­cace, afin de s’assurer qu’il pro­duise plus d’én­ergie qu’il n’en con­somme. L’un des moyens d’y par­venir serait de réduire la con­som­ma­tion d’én­ergie du dis­posi­tif par rap­port à sa pro­duc­tion, en fab­ri­quant des com­posants moins éner­gi­vores, tels que des lasers ou des supraconducteurs.

Des change­ments tels que l’amélio­ra­tion de l’iso­la­tion ther­mique ou la mise en place de com­man­des IA pour­raient faire fonc­tion­ner les sys­tèmes plus rapi­de­ment qu’un humain, ce qui serait très utile. D’autres gains d’énergie peu­vent être réal­isés : amélior­er les matéri­aux et les com­posants de la machine pour per­me­t­tre au sys­tème de fonc­tion­ner à des niveaux de puis­sance plus élevés. Pour ce faire, les ingénieurs pour­raient inclure des matéri­aux capa­bles de résis­ter à des tem­péra­tures extrêmes et con­cevoir des aimants encore plus puis­sants afin de mieux con­fin­er et con­trôler le plas­ma util­isé dans les réac­tions de fusion. Une autre approche con­siste à amélior­er le proces­sus qui cap­ture et con­ver­tit l’én­ergie de la réac­tion de fusion en électricité.

VRAI – La fusion nucléaire est généralement considérée comme une énergie « propre ».

Elle pro­duit beau­coup moins de « déchets » radioac­t­ifs que la fis­sion. Toute­fois, grâce aux tech­nolo­gies émer­gentes, il est pos­si­ble de réu­tilis­er les déchets de la fusion et de la fis­sion. Néan­moins, comme les autres fis­sions nucléaires, la fusion nucléaire néces­sit­era une sur­veil­lance appro­priée et com­plète. L’une des prin­ci­pales préoc­cu­pa­tions est que la réac­tion pour­rait être util­isée pour pro­duire des matières fos­siles util­is­ables dans des armes. Les machines de fusion nucléaire et les réac­tions con­nex­es ne pro­duisent pas directe­ment de matières utiles pour les armes. La réac­tion crée cepen­dant une énorme quan­tité de neutrons.

Le bon côté des choses, c’est que ces neu­trons pour­raient con­tribuer à pro­duire davan­tage de com­bustible pour la réac­tion de fusion – de nom­breux mod­èles prévoient d’in­cor­por­er une « cou­ver­ture de repro­duc­tion », c’est-à-dire une couche de matéri­aux qui sert d’isolant ther­mique, mais qui est égale­ment recou­verte de matéri­aux capa­bles de cap­tur­er les neu­trons pour créer davan­tage de tritium. 

L’u­ra­ni­um ou le tho­ri­um pour­raient égale­ment être placés dans cer­taines cou­ver­tures de repro­duc­tion. Le prob­lème est que ces matéri­aux, une fois irradiés, pour­raient génér­er de l’u­ra­ni­um 235 util­is­able dans des armes nucléaires. Il existe des moyens physiques d’empêcher ce proces­sus, notam­ment en exigeant l’u­til­i­sa­tion de lithium‑6 dans les mod­ules de cou­ver­ture. L’AIEA (Agence inter­na­tionale de l’énergie atom­ique) aura un rôle pri­mor­dial dans la sur­veil­lance ain­si que dans la mise en place de garanties de non-prolifération.

FAUX – L’énergie de fusion peut être presque illimitée, mais cela ne se traduit pas nécessairement par une énergie inépuisable.

Cer­taines tech­nolo­gies d’én­ergie de fusion nucléaire en cours de développe­ment pour­raient, théorique­ment, pro­duire plus de com­bustibles qu’elles n’en con­som­ment. Par con­séquent, elles pour­raient être pra­tique­ment illim­itées. Mais cela ne sig­ni­fie pas qu’elles fourni­raient l’én­ergie dont la société a besoin. La plu­part des chercheurs s’at­ten­dent à ce que la con­struc­tion et l’ex­ploita­tion des pre­mières cen­trales de fusion nucléaire soient très coû­teuses. La ques­tion de savoir si la société serait dis­posée à pay­er pour faire fonc­tion­ner des réac­teurs de fusion dis­pendieux dépen­dra de la manière dont la fusion nucléaire s’in­té­gr­era aux autres sys­tèmes d’én­ergie propre. 

INCERTAIN – On ne sait toujours pas quand la fusion nucléaire commencera à alimenter le monde en énergie.

Adam Stein reste opti­miste que la fusion nucléaire fini­ra par fournir de l’én­ergie pro­pre, au moins à cer­taines par­ties du monde. Cepen­dant, il est peu prob­a­ble que cette tech­nolo­gie soit prête à soutenir entière­ment la tran­si­tion vers l’a­ban­don des com­bustibles à base de car­bone. Ce retard pour­rait la désa­van­tager par rap­port à d’autres pro­duits adop­tés très tôt et qui pour­raient être déployés à plus grande échelle. Néan­moins, nous pour­rions assis­ter à une cas­cade d’avancées sci­en­tifiques et tech­nologiques qui accélér­erait rapi­de­ment les pro­grès de la fusion nucléaire. Il se peut aus­si que nous devions atten­dre longtemps avant que la prochaine avancée n’émerge.

VRAI – Les start-ups se disent prêtes à construire des installations pilotes commerciales.

Plusieurs start-ups ont annon­cé des cal­en­dri­ers très ambitieux. Helion, par exem­ple, a promis de com­mencer à pro­duire de l’én­ergie à par­tir d’une cen­trale de fusion nucléaire d’i­ci 2028¹. Dans son rap­port de 2023, la Fusion Indus­try Asso­ci­a­tion a con­staté que beau­coup pensent qu’une cen­trale de fusion nucléaire fourni­ra de l’élec­tric­ité au réseau avant 2035².

Les entre­pris­es spé­cial­isées dans la fusion nucléaire ont en effet réal­isé des pro­grès itérat­ifs et avan­cent assidû­ment vers le suc­cès. Le NIF, qui a prou­vé l’al­lumage de la fusion nucléaire, a fourni des don­nées cru­ciales qui per­me­t­tront d’orienter les pro­grammes de recherche, en par­ti­c­uli­er ceux de fusion par allumage laser. Cer­taines entre­pris­es ont égale­ment com­mencé à utilis­er l’IA pour opti­miser leur approche de la fusion nucléaire, et ont mon­tré des résul­tats intéres­sants. Toute­fois, pro­gress­er n’est pas la même chose que de dis­pos­er d’un pro­duit fini.

FAUX – Aucune star-tup n’a prouvé qu’elle avait atteint le stade de développement nécessaire pour lancer la fusion nucléaire sur le marché à court terme.

Les start-ups doivent encore démon­tr­er le gain énergé­tique net et le gain tech­nique glob­al de leurs sys­tèmes. Elles doivent égale­ment appren­dre à faire fonc­tion­ner leur réac­tion de fusion nucléaire à des échelles sus­cep­ti­bles de génér­er un prof­it. Et même si les entre­pris­es de fusion nucléaire souhait­ent fix­er un cal­en­dri­er pour la réal­i­sa­tion de ces étapes tech­nologiques, il s’ag­it d’avancées sci­en­tifiques et tech­nologiques qui ne peu­vent pas être programmées.

INCERTAIN – Il y a aussi une affaire commerciale délicate à résoudre.

La fusion nucléaire reste un investisse­ment à très haut risque, car la tech­nolo­gie n’a pas encore fait ses preuves. Ce n’est pas comme inve­stir dans les cel­lules solaires il y a 15 ans, lorsqu’elles avaient déjà un ren­de­ment de 20 %. C’est plutôt comme inve­stir dans les cel­lules solaires il y a 40 ans, lorsqu’elles avaient un ren­de­ment de 1 % et que leur déploiement était très limité.

Les entre­pris­es en phase de démar­rage devront con­stru­ire des instal­la­tions pilotes pour prou­ver leur con­cept. Il sera prob­a­ble­ment dif­fi­cile de réu­nir suff­isam­ment de cap­i­taux pour con­stru­ire ces instal­la­tions. Les sta­tions de pre­mière généra­tion seront prob­a­ble­ment onéreuses et peu fiables, mais cela fait par­tie de l’innovation.

Cepen­dant, en sup­posant que nous nous éloignons des com­bustibles fos­siles, que la crois­sance démo­graphique aug­mente con­sid­érable­ment et que la demande d’én­ergie des pays en développe­ment con­tin­ue de croître, il existe un vaste marché poten­tiel pour toutes les sources d’én­ergie pro­pres à l’avenir.

Marianne Guenot