Soixante-dix ans de promesses, et pour la première fois, la cible a rendu plus qu’elle n’a reçu
En 1954, le président de l’Atomic Energy Commission américaine promettait de l’électricité « trop bon marché pour être comptée » grâce à l’énergie nucléaire. Soixante-dix ans plus tard, la blague est restée: la fusion, c’est l’énergie du futur, et elle le restera toujours.
Pourtant, en décembre 2022, une expérience a changé le statut de la question. Pour la première fois, une cible de fusion a libéré plus d’énergie qu’elle n’en avait reçu des lasers: les physiciens appellent ça l’ignition. Le laboratoire américain NIF (National Ignition Facility), en Californie, a envoyé 2 mégajoules de laser sur une capsule de la taille d’un petit pois, et la capsule a restitué 3,15 mégajoules par fusion. Un seuil cherché depuis soixante-dix ans, franchi pour la première fois.
La même année, les investissements privés dans la fusion nucléaire ont dépassé 2,3 milliards de dollars en douze mois. Des entreprises soutenues par Bill Gates, Jeff Bezos et les fonds de la Silicon Valley parient sur une commercialisation avant 2040. Commonwealth Fusion Systems promet un réacteur pilote en activité pour 2035. Helion Energy a signé un accord de vente d’électricité avec Microsoft pour 2028.
Est-ce que cette fois-ci, c’est différent? Pour répondre à cette question, il faut comprendre ce qu’est vraiment la fusion nucléaire, pourquoi elle a mis 70 ans à produire ses premiers résultats nets, et ce qui a réellement changé dans les dix dernières années.
Les bases: qu’est-ce que la fusion nucléaire
La fusion nucléaire est l’inverse de la fission. Dans une centrale nucléaire classique, on casse des atomes lourds (uranium, plutonium) pour libérer de l’énergie. Dans la fusion, on unit des atomes légers pour en former un plus lourd, et cette union libère une énergie considérable.
Le combustible de référence est le mélange deutérium-tritium. Le deutérium est extrait de l’eau de mer: un litre contient environ 0,03 gramme de deutérium, soit l’équivalent énergétique de 300 litres d’essence. Le tritium est rare mais peut être produit à partir du lithium. Les réserves potentielles de combustible sont, en pratique, quasi illimitées à l’échelle humaine.
Le problème fondamental: confiner un plasma à 150 millions de degrés
La difficulté est physique. Pour que deux noyaux légers fusionnent, il faut les rapprocher suffisamment pour que la force nucléaire forte prenne le dessus sur la répulsion électromagnétique entre deux charges positives. Cela exige des températures de l’ordre de 100 à 150 millions de degrés Celsius, soit dix fois la température du cœur du Soleil.
À ces températures, la matière existe sous forme de plasma: un état où les atomes sont entièrement ionisés. Aucun matériau solide ne peut contenir un plasma à cette température. Deux approches existent pour le confiner sans contact physique.
La première, et la plus avancée, est le confinement magnétique. Des champs magnétiques intenses maintiennent le plasma en suspension dans une chambre en forme de tore. C’est l’approche du tokamak, inventé en URSS dans les années 1950, que suivent ITER et la plupart des projets publics et privés. La variante du stellarator, plus complexe géométriquement, offre un plasma naturellement plus stable.
La seconde est le confinement inertiel, où de puissants lasers compriment une cible de combustible de l’extérieur, créant des conditions de fusion pendant une fraction de seconde. C’est l’approche du NIF de Livermore, qui a atteint l’ignition en décembre 2022. Nuance importante: le gain mesuré (Q = 1,54) compare l’énergie reçue par la cible à celle produite par la fusion. L’installation elle-même consomme environ 300 mégajoules du réseau électrique pour chaque tir, soit cent fois plus que la fusion ne produit. La route vers un réacteur rentable est encore longue.
Le critère de Lawson: le seuil à franchir
Un ingénieur britannique, John D. Lawson, a défini en 1957 le seuil minimal à atteindre pour qu’une réaction de fusion produise plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Ce critère dépend de trois variables: la densité du plasma, sa température, et le temps de confinement.
Pendant des décennies, les progrès ont été lents mais réels. Chaque génération de tokamaks a amélioré le produit densité-température-temps. Le Joint European Torus (JET), au Royaume-Uni, a battu son propre record en 2022 en produisant 59 mégajoules d’énergie de fusion en 5 secondes, soit l’équivalent énergétique de l’alimentation d’un appartement pendant deux semaines. C’est symboliquement fort et pratiquement marginal.
