Fusion nucléaireLe feu des étoiles apprivoisé
100 millions de degrés, 30 milliards d'euros, 50 ans de recherches : la fusion promet une énergie propre et quasi-infinie — si on parvient à la maîtriser.
1Définition
La fusion nucléaire est la réaction inverse de la fission : au lieu de casser un noyau lourd, on fusionne deux noyaux légers (isotopes de l'hydrogène) pour former un noyau plus lourd, libérant au passage une énergie colossale. C'est la réaction qui fait briller le Soleil et toutes les étoiles.
²H + ³H → ⁴He + n + 17,6 MeV
Un deutéron et un triton fusionnent pour donner un noyau d'hélium-4 stable et un neutron ultra-rapide emportant 80 % de l'énergie. Un gramme de combustible D-T libère l'énergie de 8 tonnes de pétrole.
2Principe physique
Pour vaincre la répulsion électrostatique entre noyaux, il faut les chauffer à 100-150 millions de degrés Celsius — dix fois plus chaud que le centre du Soleil. À ces températures, la matière est à l'état de plasma : noyaux et électrons dissociés.
Pour obtenir un gain net, il faut satisfaire trois conditions simultanément : température (T), densité (n), temps de confinement (τ). Le produit nTτ > 10²¹ keV·s/m³. C'est le Saint-Graal atteint partiellement mais jamais durablement jusqu'en 2022.
Les combustibles envisagés :
- Deutérium (²H) — présent dans l'eau de mer (33 mg/L), réserves pour des millions d'années.
- Tritium (³H) — radioactif, demi-vie 12,3 ans, produit in situ à partir du lithium.
- Hélium-3 — rare sur Terre, abondant sur la Lune (prospectif).
3Histoire de la recherche
- 1920 — Arthur Eddington postule que le Soleil tire son énergie de la fusion.
- 1952 — Premier essai thermonucléaire militaire (Ivy Mike, USA).
- 1955 — Conférence « Atoms for Peace » : déclassification des recherches civiles.
- 1968 — Les Soviétiques dévoilent le tokamak T-3, qui atteint 10 millions de degrés.
- 1997 — JET (UK) atteint 16 MW de puissance fusion pendant 2 secondes.
- 1985 — Gorbatchev et Reagan proposent un projet conjoint : ITER est né.
- 2006 — Signature officielle ITER (Cadarache, France).
- 5 décembre 2022 — NIF (Livermore, USA) atteint le scientific breakeven : Q = 1,5 (3,15 MJ produits pour 2,05 MJ injectés).
- 2024 — EAST (Chine) maintient un plasma de 100 M°C pendant 403 secondes.
4Technologies actuelles
Deux approches principales sont poursuivies :
| Approche | Principe | Exemples |
|---|---|---|
| Tokamak | Plasma confiné dans une chambre torique par champs magnétiques | ITER, JET, KSTAR, EAST, WEST |
| Stellarator | Tokamak sans courant plasma, plus stable, géométrie complexe | Wendelstein 7-X (Allemagne) |
| Confinement inertiel | Lasers comprimant une micro-bille de combustible | NIF (Livermore), LMJ (Bordeaux) |
| Configurations alternatives | FRC, Z-pinch, sphéromaks | TAE Technologies, Helion, Tokamak Energy |
5ITER & projets mondiaux
ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) est le plus grand projet scientifique de l'histoire, en construction à Cadarache (France) depuis 2006.
- 35 pays partenaires (UE, USA, Chine, Inde, Russie, Japon, Corée).
- Budget : 20 à 25 milliards € (initial : 5 Md).
- Objectif : 500 MW de puissance fusion pour 50 MW injectés (Q = 10).
- Volume plasma : 830 m³ — 10 fois JET.
- Champ magnétique : 5,3 tesla (100 000 fois celui de la Terre).
- Premier plasma : repoussé à 2035 (initialement 2016).
Après ITER : DEMO, démonstrateur pré-commercial visé pour 2050, et les premières centrales commerciales envisagées vers 2060-2070.
Startups privées en 2024 : Commonwealth Fusion Systems (MIT, 2 Md$ levés), Helion (Microsoft signataire d'un contrat pour 2028), TAE Technologies, Tokamak Energy, General Fusion.
6Défis techniques
Les obstacles restants sont formidables :
- Matériaux — tenue des parois sous flux neutronique de 14 MeV (tungstène, carbure de silicium, aciers ODS).
- Tritium — production in situ par réaction avec le lithium (couvertures tritigènes).
- Aimants supraconducteurs — refroidis à 4 K, champs > 10 T. ITER utilise du Nb₃Sn, les nouveaux projets privés visent les HTS.
- Extraction de chaleur — divertor supportant 10-20 MW/m².
- Cycle tritium — récupération, purification, recyclage quasi-100 %.
7Horizon commercial
La fusion représenterait l'énergie ultime : sans émissions de CO₂, sans risque d'emballement, sans déchets de haute activité à vie longue, avec un combustible quasi-inépuisable.
Les scénarios optimistes tablent sur :
- 2035 — Premier plasma ITER à pleine puissance.
- 2035-2040 — Premières démonstrations commerciales privées (Helion, CFS).
- 2050-2060 — Mise en service du premier DEMO public européen.
- 2070-2100 — Déploiement commercial large.
L'adage reste : « la fusion est l'énergie du futur... et elle le restera toujours ». Mais les progrès des 5 dernières années changent la donne.