Mercredi, le consortium EUROfusion a annoncé que le Joint European Torus (JET), situé près d’Oxford au Royaume-Uni, avait établi un nouveau record d’énergie libérée. Au cours d’une « impulsion » de cinq secondes, 59 mégajoules d’énergie ont été libérées, soit le double du précédent record de fusion tokamak établi au JET en 1997.
Malgré les chiffres impressionnants, les résultats sont encore bien en deçà du seuil de rentabilité où l’énergie de fusion libérée correspondrait à l’apport d’énergie nécessaire pour déclencher la fusion. Pourtant, les travaux fournissent une validation importante de l’approche adoptée lors du prochain grand projet de fusion, le réacteur thermonucléaire expérimental international, ou ITER.
Deux façons de fusionner
La fusion a lieu lorsque les noyaux atomiques sont suffisamment rapprochés pour fusionner, créant un élément plus lourd. C’est le processus qui alimente les étoiles, et il pourrait produire de grandes quantités d’énergie à partir de petites quantités d’isotopes d’hydrogène si nous pouvions reproduire les températures et les pressions trouvées dans les étoiles ici sur Terre. Jusqu’à présent, nous avons adopté deux approches principales du processus.
Dans le premier, de nombreux lasers de haute puissance délivrent une rafale d’énergie extrêmement intense qui écrase et chauffe une petite pastille d’isotopes d’hydrogène, produisant une courte rafale de fusion. C’est l’approche adoptée par la National Ignition Facility, qui a obtenu des résultats impressionnants en termes de quantité d’énergie produite. Mais l’énergie libérée se présente sous la forme d’une rafale extrêmement courte, après quoi les lasers doivent être recyclés et la cible doit être remplacée. Au moment où le système est prêt à créer une autre explosion de fusion, toute la chaleur générée par la première s’est dissipée. Il n’est pas clair comment créer le genre de libération d’énergie soutenue qui sera nécessaire pour quelque chose comme une centrale électrique.
L’approche alternative consiste à créer un plasma d’hydrogène à haute énergie, puis à utiliser des champs magnétiques intenses pour le contenir et le comprimer. Cela se fait généralement dans une structure toroïdale appelée tokamak, une approche développée en Union soviétique (bien qu’il existe des structures alternatives). Bien qu’il ne produise pas le même type d’explosion de fusion, un tokamak contient beaucoup plus de carburant et a le potentiel de maintenir des réactions de fusion suffisamment longtemps pour extraire de l’énergie utile.
À l’heure actuelle, le tokamak le plus puissant de la planète est JET, qui détient le record du rendement le plus élevé : 22 mégajoules, établi lors d’une campagne expérimentale en 1997. Ces dernières années, JET a été utilisé comme banc d’essai pour les technologies et les matériaux qui entrer dans ITER, un tokamak beaucoup plus grand qui devrait enfin atteindre le seuil de rentabilité et ouvrir la voie à la première centrale à fusion de démonstration.
En tant que tels, les succès du JET fournissent des indications importantes sur le fait qu’ITER est susceptible d’atteindre les jalons attendus de lui.
Record du monde
Bien qu’il soit possible d’exécuter des réactions soutenues dans les tokamaks, JET n’est pas assez grand pour atteindre ce type d’état stable. Au lieu de cela, il fonctionne par impulsions de cinq secondes dans lesquelles il crée des conditions dans lesquelles la fusion peut démarrer, puis redescendre. Cette configuration permet aux chercheurs de tester des matériaux pour le tokamak et différentes configurations de ses aimants afin de déterminer comment ils affectent cette impulsion de fusion. Étant donné que la conception est largement similaire à celle d’ITER, ces impulsions peuvent fournir des données réelles pour valider les modèles dont nous disposons sur ce qui se passera à l’intérieur d’ITER une fois qu’il sera allumé.
Et c’est pourquoi ce jalon énergétique est important. Conçu pour refléter la conception d’ITER, et avec le mélange de carburant de deutérium et de tritium qui y sera utilisé, JET a réalisé la plus grande réaction de fusion soutenue à ce jour.
« Le dossier – et plus important encore, les choses que nous avons apprises sur la fusion dans ces conditions et comment cela confirme pleinement nos prédictions – montre que nous sommes sur la bonne voie vers un monde futur d’énergie de fusion », a déclaré Tony Donné, le programme directeur chez EUROfusion, qui dirige JET. « Si nous pouvons maintenir la fusion pendant cinq secondes, nous pouvons le faire pendant cinq minutes, puis cinq heures à mesure que nous augmentons nos opérations dans les futures machines. »
Après des années de retard, ITER devrait maintenant commencer les essais expérimentaux en 2025. Contrairement à JET, ITER devrait dépasser largement le seuil de rentabilité et héberger des réactions de fusion auto-entretenues dans lesquelles l’énergie produite reste supérieure à l’énergie nécessaire pour contrôler la réaction.