Beaucoup de gens résistent aux voitures électriques parce que notre réseau électrique n’est pas assez vert, avec 60 % de notre électricité générée par des combustibles fossiles. Le reste est à peu près réparti entre les énergies renouvelables (éolienne et hydraulique, principalement) et la fission nucléaire. Ce dernier est en baisse constante depuis la catastrophe de Fukushima en 2011, mais en février, il y avait de bonnes nouvelles sur le front de l’énergie de fusion nucléaire beaucoup plus respectueuse de l’environnement et renouvelable.
Fin 2021, le laboratoire britannique Joint European Torus (JET) a battu le record du monde qu’il avait établi en 1997 pour l’énergie extraite en fusionnant des isotopes d’hydrogène pour former de l’hélium – 16,4 kWh d’énergie en 5 secondes. C’est juste assez pour parcourir environ 50 miles dans un véhicule électrique, et même en ignorant l’énergie dépensée pour déclencher la réaction, l’appareil a investi le triple de l’énergie produite pendant la réaction. Personne ne hisse une bannière « Mission accomplie », mais 5 secondes, c’est une éternité en termes de réaction de fusion, et ce résultat a convaincu les scientifiques que des réactions positives d’énergie plus longues sont possibles. Passons en revue le fonctionnement de l’énergie de fusion.
Aux températures et pressions qui alimentent la fusion dans des étoiles comme notre soleil, la plupart des éléments plus légers que le fer (numéro atomique 26) peuvent fusionner, libérant de l’énergie dans le processus. La fusion de deux isotopes d’hydrogène (numéro atomique 1) pour former de l’hélium (2) se produit à des températures plus basses et libère plus d’énergie que la fusion d’éléments plus lourds, de sorte que la recherche actuelle sur l’énergie de fusion nucléaire se concentre sur la fusion des isotopes H2 du deutérium et du tritium. Le noyau du premier est constitué d’un neutron et d’un proton, tandis que le second a deux neutrons et un proton. Lors de la fusion, un peu de masse est perdue avec ce surplus de neutron, donc pour équilibrer l’équation d’Einstein E=mc2, l’énergie est libérée avec cette masse.
La pression gravitationnelle intense dans le soleil permet à cette réaction de se produire à une température tempérée de 10 millions de degrés Celsius, mais ici sur Terre, nous devons augmenter la chaleur au-dessus de 100 millions de degrés. À ces températures, les atomes d’hydrogène gazeux se divisent en particules chargées positivement et négativement appelées plasma (un éclair est un plasma). Comme aucun matériau ne peut contenir de telles températures, la réaction doit avoir lieu dans le vide avec le combustible « contenu » par un champ magnétique intense. Façonner la chambre à vide et le champ magnétique comme l’intérieur d’un moule à beignet (un tore) permet à ces molécules surchauffées de tourner en rond lorsqu’elles sont chauffées électriquement ou magnétiquement jusqu’à ce qu’elles se heurtent et fusionnent. (Recherchez « tokamak » et « stellarator » pour en savoir plus sur ces conteneurs magnétiques.)
La réaction au JET, alimenté par deux volants d’inertie de 500 MW, n’a duré que 5 secondes car c’est le temps qu’il a fallu aux électroaimants en cuivre gérant cet intense champ de confinement pour surchauffer. Mais le réacteur thermonucléaire expérimental international (ITER) considérablement plus grand en construction à Cadarache, en France, utilisera des aimants surfondus. Ce dispositif est destiné à démontrer la faisabilité d’une fusion nucléaire durable et positive. La récente expérience JET a vérifié les calculs qui suggèrent qu’ITER réussira lorsqu’il commencera les expériences de fusion en 2035.
Pourquoi la fusion est-elle plus sûre ? Tout d’abord, il n’y a rien dans la réaction elle-même qui doive être maîtrisé pour empêcher un effondrement comme celui de Fukushima. Si le champ de confinement frise, la réaction s’arrête. La radioactivité impliquée est beaucoup plus faible. Le combustible tritium est légèrement radioactif, mais il est utilisé en petites quantités et son rayonnement quitte rapidement le corps humain. Les émissions de neutrons hautement énergétiques génèrent une certaine radioactivité, mais elle est facilement contenue et se désintègre rapidement. Le carburant est complètement utilisé, produisant de l’hélium inoffensif et ne laissant aucun déchet nocif.
Presque aucune exploitation minière n’est nécessaire. Le deutérium est naturel (représentant un atome d’hydrogène sur 5 000 dans l’eau de mer), et bien que le tritium soit rare dans la nature, il peut être fabriqué en exposant le lithium aux neutrons énergétiques émis par la réaction de fusion, de sorte qu’un réacteur en fonctionnement peut générer son propre tritium localement.
Dans combien de temps pourrons-nous alimenter nos voitures avec la fusion ? Les chercheurs largement financés par le gouvernement visent 2050, mais une récente augmentation du financement du secteur privé me donne l’espoir que le calendrier pourra être compressé, comme ce qui s’est passé dans le domaine des vaccins à ARNm. Le réchauffement climatique n’est-il pas une menace encore plus grande que le COVID ?