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Tokamaks, stellarateurs, concepts s’appuyant sur des lasers et concepts alternatifs : un rapport présente les perspectives mondiales sur les dispositifs de fusion nucléaire

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Construction du réacteur expérimental thermonucléaire international (ITER), le plus grand dispositif de fusion au monde, à Saint-Paul-lez-Durance (France). (Photo : ITER)

Reproduire sur Terre la fusion, source d’énergie des étoiles, est un défi de taille depuis les premières expérimentations menées dans les années 1950. Les scientifiques et les ingénieurs continuent aujourd’hui à faire de nouvelles découvertes qui contribuent à concrétiser la possibilité d’exploiter cette source d’énergie quasiment inépuisable. Au fil des ans, différents dispositifs expérimentaux de fusion ont été conçus et construits, tels que des tokamaks, des stellarateurs et des dispositifs s’appuyant sur des lasers, pour progresser sur la voie de la concrétisation des promesses de l’énergie de fusion et, à terme, révolutionner nos moyens de production d’énergie.

À ce jour, plus de 130 dispositifs expérimentaux de fusion publics et privés sont en service, en construction ou en projet dans le monde. Ils sont fondés sur différentes méthodes de production de réactions de fusion et conçus d’après différents modèles. L’AIEA a publié un nouveau rapport, intitulé World Survey of Fusion Devices 2022, pour faire connaître ces dispositifs de fusion. Le rapport présente de manière plus détaillée les informations disponibles dans le Système d’information sur les dispositifs de fusion (FusDIS), base de données en ligne de l’AIEA (en anglais).

« Lorsque nous parviendrons à en faire une réalité, la fusion nucléaire profitera à tous les pays et sera associée à l’énergie nucléaire et à d’autres formes d’énergie durable pour atténuer les effets du changement climatique et diversifier les bouquets énergétiques », affirme Matteo Barbarino, spécialiste de plasmas de fusion nucléaire à l’AIEA. « La fusion peut être profitable à la quasi-totalité des pays, et c’est l’une des raisons pour lesquelles elle est si importante. »

« Les chercheurs et les ingénieurs du monde entier examinent différents modèles de dispositifs de fusion pour accélérer les progrès », ajoute-t-il. « Cette nouvelle publication explique en détail les activités de recherche-développement dans le domaine de la fusion, du point de vue des capacités de ces dispositifs. »

La fusion nucléaire est le processus par lequel des noyaux atomiques s’unissent pour former un noyau plus lourd en libérant une énorme quantité d’énergie. Dans la pratique, il reste à surmonter plusieurs défis scientifiques et techniques pour pouvoir réaliser des réactions de fusion soutenues et contrôlées. Le maintien de cette réaction nécessite que le combustible — généralement des isotopes de l’hydrogène — soit confiné et maintenu à des niveaux de pression forte et à une température extrêmement élevée plusieurs fois supérieure à celle du noyau solaire.

D’importants progrès continuent d’être réalisés. Plus de 30 pays ont mené des expériences reposant sur différents types de dispositifs de fusion, et ont réussi souvent à produire des réactions de fusion, bien que celles-ci soient de courte durée et ne génèrent pas encore de quantités d’énergie utiles.

Les chercheurs et les ingénieurs du monde entier examinent différents modèles de dispositifs de fusion pour accélérer les progrès. Cette nouvelle publication explique en détail les activités de recherche-développement dans le domaine de la fusion, du point de vue des capacités de ces dispositifs.
Matteo Barbarino, spécialiste de plasmas de fusion nucléaire à l’AIEA

Des méthodes différentes, un objectif commun

Le nouveau rapport consacre un chapitre à chaque type de modèle spécifique, fournissant des informations telles que le nom, l’état d’avancement, le détenteur, le pays hôte et l’organisation, ainsi qu’un bref descriptif des objectifs et des principales caractéristiques du dispositif. Il fournit également des statistiques sur les publications, le financement et d’autres paramètres qui permettent de présenter de manière exhaustive les efforts en matière de fusion dans le monde.

Par exemple, les tokamaks et les stellarateurs sont les dispositifs les plus courants et sur lesquels se focalisent la plupart des recherches en cours. Ces dispositifs toroïdaux sont équipés de grands aimants qui contrôlent le mouvement du plasma — gaz chargé et chauffé à une température extrêmement élevée — dans lequel se produit la fusion. Le rapport indique que plus de 50 tokamaks et plus de 10 stellarateurs sont en service dans le monde. En France, 35 pays participent à la construction du plus grand tokamak du monde : ITER.

Une autre méthode est le recours à la fusion inertielle, technique consistant à utiliser des lasers de haute puissance (ou d’autres moyens) pour chauffer et comprimer de petites capsules sphériques contenant des pastilles de combustible. En décembre dernier, cette méthode a permis aux chercheurs de l’installation nationale d’ignition (NIF) des États-Unis d’Amérique de progresser significativement dans la recherche sur la fusion, en produisant environ 3,15 mégajoules (MJ) d’énergie à partir de 2,05 MJ fournis par les 192 faisceaux laser. « Cette année, nous avons franchi une étape clé dans les domaines du plasma en combustion, du déclenchement de la fusion et de la production d’énergie supérieure à celle investie ; c’est impressionnant », s’enthousiasme Omar Hurricane, scientifique en chef du programme de fusion par confinement inertiel du Laboratoire national Lawrence de Livermore (États-Unis d’Amérique).

Le rapport présente également les alternatives sur lesquelles les scientifiques continuent de travailler pour produire la fusion. Celles-ci consistent par exemple à faire entrer en collision deux faisceaux d’ions générés par des accélérateurs de particules, la fusion ayant lieu au point de collision, ou à essayer des combustibles autres que les isotopes de l’hydrogène, tels que ceux basés sur la combinaison d’un proton et du bore 11.

Pour prouver la capacité de la fusion à produire de l’électricité, des efforts considérables, y compris des investissements du secteur privé, sont entrepris pour concevoir et construire des centrales électriques de démonstration à base de fusion (DEMO). Un chapitre du rapport est également consacré aux 12 DEMO qui sont à différents stades de mise en œuvre dans le monde, avec différentes dates d’achèvement prévues au cours des trois prochaines décennies. « Nous avons fait des progrès considérables dans la compréhension de la fusion et de la science qui la sous-tend, mais il reste encore beaucoup à faire pour qu’elle devienne une source effective d’électricité », déclare M. Barbarino.

Pour en savoir plus sur la fusion et le rôle de l’AIEA dans ce domaine, cliquez ici.

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