La fusion est toujours « dans x années », ou du moins c’est le vieux gag. J’ai essayé (sans succès) de retracer l’origine de cette expression.
Pour ce qui est de la valeur, le témoignage d’un chercheur témoignage remonte aux années 60, tandis qu’un autre panel de conférence de 1986 mentionnait quelque chose de similaire. Les deux récits disent que l’énergie de fusion se situe à environ 50 et entre 25 et 30 années d’avance, respectivement, ce qui ramène à peu près vers les années 2010.
De toute évidence, nous avons largement dépassé ce prétendu délai et on voit toujours des gros titres affirmant que l’énergie de fusion est à 30 ans, ou à 50 ans, ou, pour les esprits mathématiciens, peut-être à 17,8 ans. Ainsi, la blague se moque du rythme apparemment lent auquel l’énergie de fusion arrive sur les réseaux électriques commerciaux. Mais cela vient avec des mises en garde importantes. Au cours des deux dernières décennies, il y a eu d’énormes avancées dans la recherche sur la fusion, conduisant à des gains d’énergie supérieurs, à du matériel amélioré et à une large gamme de développements expérimentaux et théoriques — venant aussi bien de grands qu de petits acteurs du monde entier. Et les scientifiques ont réussi l’allumage de la fusion dans les laboratoires.
La question n’est pas tant de savoir si l’homme peut recréer ce que les étoiles font se nourrir sur Terre, mais plutôt comment le faire de manière fiable, continue et efficace.
Nous avons posé cette seconde question aux experts dans Giz Asks. Pas besoin de se risquer à deviner quand l’énergie de fusion arrivera. Pas besoin de justifier l’utilité de la recherche sur la fusion. Mais si l’énergie de fusion n’est pas encore là, il doit y avoir une ou plusieurs raisons (ou deux ou trois). Et il faut sans doute s’en saisir, non ? Alors, quelles sont ces raisons ? Si l’on devait choisir les plus grands obstacles à l’énergie de fusion, quel serait‑ce ? Et surtout, existe-t-il des solutions simples ?
Les réponses qui suivent ont été légèrement modifiées et condensées pour plus de clarté.
Tammy Ma
Directrice, Livermore Institute for Fusion Technology, Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL)
Il reste encore énormément de science et de développement technologique devant nous. Bien que la National Ignition Facility (NIF) du LLNL ait atteint l’allumage de la fusion à dix reprises et au-delà, nous avons encore beaucoup à apprendre sur la maîtrise et l’application de ces réactions de fusion. Il est important de noter que la NIF a été conçue pour produire des données destinées à des expériences de sécurité nationale plutôt que pour générer efficacement les gains nécessaires à une énergie de fusion commerciale. Et jusqu’à présent, aucune autre installation ou approche n’a approché la NIF en termes de gain énergétique, de plasma brûlant ou de tout autre indicateur clé pris au sérieux par la communauté de la fusion.
La fusion est difficile. Elle exige de créer et de contrôler des conditions de plasma et de matériaux plus extrêmes que tout ce que l’on trouve sur la planète — et souvent même au‑delà du noyau des étoiles. Elle demande de repousser les limites de nos capacités scientifiques et techniques.
Malgré ce que j’entrevois comme une longue route devant nous, je reste optimiste quant au fait que l’humanité y parviendra. Des progrès scientifiques et techniques considérables se produisent chaque jour, et les bénéfices potentiels transformeront notre monde. Qu’il nous faille une décennie ou cinq, l’énergie de fusion mérite d’être poursuivie. Finalement, les progrès dépendront des ressources et du financement. Un soutien accru du gouvernement et des investisseurs accélérera ce calendrier.
Arianna Gleason
Directrice déléguée, Division des sciences à haute densité d’énergie, Laboratoire national SLAC
[Le plus grand obstacle à la fusion est] la science des matériaux. En substance, la fusion demande : pouvons-nous construire quelque chose qui survive aux conditions à l’intérieur d’une étoile — ici sur Terre — pendant des années d’affilée ? Beaucoup dans la communauté de la fusion s’accordent pour dire que les composants du réacteur qui doivent supporter des radiations et de la chaleur extrêmes constituent le principal obstacle. Des couvertures de breeding de tritium ? Des matériaux. Des parois du tokamak en contact avec le plasma ? Des matériaux. Des cibles de fusion inertielle qui doivent être conçues et fabriquées avec des tolérances incroyables et produites en série — parfaitement sphériques et microscopiquement pures ? Des matériaux. Un ruban superconduit pour les aimants à haute température ? Des matériaux. Même les optiques laser qui doivent survivre à 10 tirs par seconde au lieu de 3 par jour ? Des matériaux. Ce qui nous empêche d’avoir des électrons de fusion fonctionnant 24/7 sur le réseau, c’est notre capacité à concevoir des matériaux qui ne se dégradent pas, ne faillent pas et à assurer une chaîne d’approvisionnement robuste pour l’industrie de la fusion.
Il existe d’importants obstacles technologiques entre nous et l’emmagasinage d’une étoile. Quatre défis fondamentaux dans les domaines de la fusion magnétique (MFE) et de la fusion inertielle (IFE) : maintenir et stabiliser un plasma brûlant, augmenter le gain énergétique (sans sacrifier l’efficacité pour maintenir des coûts bas), fabriquer des composants qui résistent à des radiations et à une chaleur extrêmes, et fabriquer/recycler le carburant tritium. Pour la fusion inertielle, en particulier, nous avons coché le gain scientifique avec le succès considérable de la NIF qui a atteint l’allumage. Cependant, les lasers de la NIF tirent environ 1 à 3 fois par jour. Une centrale électrique aurait besoin d’environ 10 tirs par seconde. Cela représente un saut radical en termes de cadence, de fabrication des cibles et de gestion des débris. C’est ici que SLAC concentre ses efforts pour innover les technologies de l’IFE, soutenues par le DOE, les programmes FES et des partenariats public-privé via les FIRE Collaboratives.
Les scientifiques doivent encore mieux comprendre le comportement des plasmas une fois qu’ils atteignent des conditions d’auto‑chauffage et d’allumage pertinentes — y compris la turbulence, les instabilités, le transport d’énergie et la dynamique des particules alpha. Les modèles prédictifs pour l’une ou l’autre des notions de fusion (magnétique ou inertielle) ont cruellement besoin d’innovations en mesures et de diagnostics à des échelles de longueur et de temps appropriées pour valider les modèles utilisés dans les milieux universitaires, les laboratoires nationaux et l’industrie privée. La compréhension des plasmas brûlants soutenus (par exemple les concepts MFE) et de la symétrie d’implosion et des instabilités hydrodynamiques dans les billes de carburant comprimées (par exemple les concepts IFE) reste incomplète. Certains aspects du cycle du carburant tritium restent également mal contraints.
Mais nous progressons grâce aux efforts DOE FIRE Collaborative à travers l’écosystème des laboratoires nationaux du DOE et au sein des partenariats/programmes publics-privés. Une centrale commerciale de fusion doit produire, extraire, traiter et recycler le tritium à des vitesses et des efficacités qui n’ont jamais été démontrées — ici, nous avons besoin de bancs d’essai dédiés pour réaliser ce travail initial — les projets actuels menés dans l’écosystème des laboratoires nationaux du DOE (installations d’essai des couvertures de fusion) constituent une première étape brillante.
Carlos Romero Talamás
Fondateur et PDG, Terra Fusion, jeune pousse d’énergie nucléaire basée dans le Maryland.
Pendant près d’un siècle, nous avons connu la possibilité d’extraire d’énormes quantités d’énergie à partir des réactions de fusion. Tout au long de ce temps, diverses façons d’obtenir une énergie nette par fusion ont été proposées. Mais en faire une réalité commerciale s’est avéré être l’un des plus grands défis d’ingénierie de notre époque. Bon nombre de ces concepts ont désormais reçu une vérification expérimentale partielle, et il y a une confiance élevée que la physique de l’énergie nette fonctionnera pour au moins certains de ces concepts. Les modèles physiques, les diagnostics et les outils informatiques se sont énormément améliorés au fil des années, mais c’est vraiment le manque de financement adéquat qui a freiné le déploiement pratique de l’énergie de fusion.
L’optimisme selon lequel l’énergie issue de la fusion n’était plus qu’à quelques années se traduit par l’idée qu’il existerait un financement suffisant et soutenu. Jusqu’à récemment, toutefois, l’investissement pour développer et tester des systèmes de fusion provenait presque exclusivement des gouvernements et il n’était jamais suffisant. Même à ces niveaux limités, les financements suivaient des cycles dictés davantage par les vents politiques que par les avancées scientifiques. Pendant certaines périodes de sécheresse, de nombreux collègues ont changé leur domaine de recherche, et même lorsque le financement revenait, beaucoup ne sont pas revenus dans l’espace fusion. Cela a entraîné une lourde perte d’expérience pratique pour l’ensemble de la communauté.
Nous sommes désormais dans une ère différente du financement de la fusion, où le capital privé est le contributeur le plus important (du moins dans les pays occidentaux), et les niveaux de financement ne cessent d’augmenter d’année en année. Il existe aujourd’hui plus de 50 entreprises privées poursuivant la fusion, dont la plupart n’existaient pas il y a 10 ans. Bien sûr, il existe une variété d’expertises, de réalisations et de crédibilité au sein de ces sociétés. Beaucoup disparaîtront ou fusionneront au cours de la prochaine décennie, mais quelques-unes sont prêtes à faire de grandes annonces dans les prochaines années.
En particulier, ce que l’on appelle le jalon « Scientific Q > 1 », qui montre que le système produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme, sans tenir compte des inefficacités d’ingénierie. Le NIF a annoncé ce jalon en décembre 2022 pour la fusion par confinement inertiel. Certaines idées de fusion magnétique annonceront leur propre version de ce jalon dans les prochaines années. Après cela, le prochain grand jalon est « Engineering Q > 1 », qui prend en compte toutes les inefficacités des équipements et est nécessaire pour un déploiement commercial durable. Cela devrait probablement se produire au cours des dix prochaines années. Un déploiement à grande échelle suivra. L’énergie issue de la fusion est désormais vraiment en vue.
