La Chine bat un record de durée pour son "soleil artificiel"

par Anthony Roberfroid, le 5 janvier 2022

Fusion nucléaire : 70 millions de degrés pendant 17 minutes! C'est une nouvelle avancée dans le domaine de la fusion nucléaire qui a eu lieu le 30 décembre 2021 dans le réacteur chinois EAST.

D’après South China Morning Post, qui cite l’agence de presse chinoise Xinhua, des scientifiques ont recréé un soleil artificiel à 70 millions de degrés durant 17 minutes et 36 secondes. Un record de durée pour cette température.

À titre de comparaison, même si la température était plus élevée (120 millions de degrés), l’ancien record était 1 minute et 41 secondes. Il était détenu par ce même réacteur et avait été établi en mai dernier.

La fusion nucléaire représente un réel espoir dans le cadre de la production d’électricité "propre". L’idée est de reproduire en laboratoire la réaction de fusion nucléaire qui se produit à l’intérieur du Soleil et des étoiles.

Au cœur de ces étoiles, les pressions et températures extrêmes font entrer en collision des noyaux d’hydrogènes qui fusionnent en atomes d’hélium, tout en libérant de très grandes quantités d’énergie.

Comment fonctionne la fusion ?

Afin de comprendre la fusion nucléaire, il est indispensable de ressortir quelques notions de physiques.

Un atome est un noyau composé de protons (chargés positivement) et de neutrons (neutres) avec des électrons qui gravitent autour (chargés négativement).

La fusion nucléaire, c’est obliger des composants nucléaires chargés positivement, donc qui se repoussent naturellement, à se lier ensemble, ce qui demande une quantité d’énergie considérable, et des conditions extrêmes.

Pour réussir cette fusion, les scientifiques font chauffer à très haute température des atomes d’hydrogène dans une chambre en forme de donut, appelée tokamak. Les experts y placent des atomes d’hydrogène, les maintiennent ensemble à l’aide d’un champ magnétique conféré par de puissants électro-aimants et font augmenter la température à l’aide de plusieurs systèmes, dont des micro-ondes par exemple.

À haute température, ces atomes d’hydrogène vont se transformer en plasma. Le plasma est un état de la matière très particulier, semblable au gaz, mais où les composants du noyau et les électrons ne sont plus liés ensemble (dans un gaz, noyaux et électrons ne se séparent pas). Cet état de matière peut également être influencé par un champ magnétique.

Dans ce plasma où les protons, neutrons et électrons sont libres, les réactions de fusion nucléaire vont pouvoir avoir lieu. Les composants des noyaux d’hydrogène vont fusionner et ainsi former des atomes d’hélium. Dans ce processus, les atomes vont perdre de la masse, qui sera convertie en grande quantité d’énergie, environ quatre fois plus que celle produite par la fission nucléaire.

Mais on le comprend vite, les conditions pour que cette fusion nucléaire puisse avoir lieu sont tellement exceptionnelles que cela demande une technologie de pointe, et une consommation d’énergie énorme.

Pour que la fusion soit rentable et produise plus d’électricité qu’elle n’en consomme, il est essentiel d’atteindre une température de près de 150 millions de degrés Celsius pendant une période suffisamment longue. Actuellement, les premières expérimentations rentables sont rares et ne sont possibles que de courts instants.

Afin de contenir cette température extrêmement élevée (10 fois plus que celle du centre du soleil) à l’intérieur de la chambre, le champ magnétique contenant le plasma est essentiel. Ce champ va placer le plasma dans une sorte de lévitation, empêchant la température de dissoudre les parois de la chambre.

Les avantages de la fusion

Ces parois chauffées pourront être utilisées pour faire bouillir de l’eau, créer de la vapeur et faire tourner des turbines qui produiront de l’électricité.

Ce processus, contrairement à la fission nucléaire, ne produit que de très légers déchets radioactifs, qui se limitent aux équipements utilisés et dont la période de demi-vie est très courte, 100 à 200 années maximum. Il est également plus sûr. Si le confinement dans la chambre est brisé, le plasma va s’étendre, se refroidir et la réaction s’arrêtera.

Une avancée importante qui confirme les calculs des scientifiques

Le record battu par la Chine est une avancée importante pour la technologie de fusion nucléaire reposant sur le Tokamak. Maintenir un plasma à 70 millions de degrés Celsius pendant 1056 secondes, soit un peu plus de 17 minutes, est un bond en avant important : "C’est une percée, ça permet de confirmer les théories et de voir qu’il est possible de tenir cette chaleur sur une longue période", explique Vincent Massaut, directeur adjoint Centre d’étude de l’énergie nucléaire SCK-CEN.

En effet, les essais précédents ne duraient qu’une poignée de secondes.

La température de ce nouveau record est certes moins élevée que celle obtenue lors du précédent mais les chercheurs mettent en avant la remarquable maîtrise du plasma sur une plus longue durée : "Les scientifiques ont pu stabiliser la réaction ainsi que la température sur plusieurs minutes. Cela n’avait encore jamais été poussé aussi loin et c’est un résultat qui mérite une attention", indique Christian Dierick, le correspondant pour l’industrie belge au réseau ITER, un programme réunissant 35 pays travaillant sur la fusion nucléaire.

Une avancée pour le réseau ITER

Cette nouvelle expérimentation et les enseignements qui en seront tirés permettront de nombreuses avancées dans la recherche au sein du réseau ITER.

Les 35 pays que compte ce réseau (l’Union Européenne, la Chine, les Etats-Unis, la Russie, le Royaume-Uni, l’Inde, la Suisse, le Japon, la Corée du Sud, l’Australie, le Canada, le Kazakhstan, et la Thaïlande) collaborent et mettent en commun leurs ressources afin d’accélérer le développement de ce nouveau type de production d’énergie. La plupart de ces pays ont d’ailleurs des réacteurs à fusion sur leur territoire.

Le programme comprend la construction d’un Tokamak dix fois plus grand que les versions actuelles. En construction depuis 2014 à Cadarache, dans le Sud-Est de la France, il devrait rentrer en service dès 2025.

L’objectif de cette installation est de générer des plasmas atteignant des températures bien plus importantes, maintenus sur de plus longues durées. Il est aussi question de réussir à mieux optimiser les réacteurs afin qu’ils produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment pour fonctionner.

Les prévisions estiment que la production d’électricité via ces nouveaux réacteurs pourrait démarrer dans les années 2040-2050 mais cela restera dans le cadre scientifique. La commercialisation de ce genre de réacteur ne devrait démarrer que dans les années 2060.