La fusion contrôlée aneutronique, alternative à la technologie d'Iter, pourrait-elle accélérer le mouvement vers une énergie abondante? C’est ce que promet la société privée américaine TAE Technologies, alias Tri Alpha Energy. La société a annoncé fin février dans Nature communications avoir réalisé, en collaboration avec l'Institut national japonais des sciences de la fusion (NIFS), les toutes premières expériences de fusion hydrogène-bore, aussi dite proton-bore, dans un plasma de fusion magnétiquement confiné.
«Ce qui a été réalisé sur la machine du NIFS est une fusion entre un faisceau énergétique et du plasma qui contenait du bore. Les équipes de TAE ont réussi à générer une réaction de fusion proton bore et à mesurer des particules alpha dont ils disent qu’elles proviennent de la réaction de cette fusion», détaille Yanick Sarazin, directeur de recherche au CEA. Le scientifique, qui n'a pas participé aux recherches, juge le papier «assez convaincant». Mais rappelle que la route est encore longue avant d’atteindre une production d’énergie nette.
Une trentaine d’entreprises engagées sur la fusion nucléaire
La fusion nucléaire, qui produit peu de déchets nucléaires et pas de CO2, est vue par ses défenseurs comme l’énergie de demain. Alors que la fission, technique utilisée actuellement dans les centrales nucléaires, consiste à casser les liaisons de noyaux atomiques lourds pour en récupérer l’énergie, la fusion s’appuie sur le processus inverse: on «marie» deux noyaux atomiques légers pour en créer un lourd. En l’occurrence deux isotopes (variantes atomiques) de l’hydrogène, donnant naissance à de l’hélium. C’est ce processus qui est à l’œuvre dans les étoiles, dont notre Soleil. Induire le processus de fusion nécessite de chauffer, puis de maintenir un mélange à très haute température (on parle alors de plasma), et donc d'investir de l'énergie. Si le défi du réacteur de fusion est toujours le même, à savoir produire plus d'énergie que celle nécessaire à son fonctionnement, il existe des approches variées.
La voie la plus avancée, développée dans Iter (International thermonuclear experimental reactor), le principal projet scientifico-industriel mondial dans la fusion nucléaire, cherche à faire fusionner des noyaux de deutérium avec du tritium. Or, si le deutérium se trouve en abondance dans l'eau de mer, ce n’est pas le cas du titrium. Cette ressource n’est pas présente sur Terre et doit être générée au sein du réacteur à fusion, en bombardant par exemple des neutrons sur du lithium. Problème de cette méthode, explique Yanick Sarazin: les neutrons sont très énergétiques et endommagent les parois métalliques du tokamak, le dispositif de confinement magnétique expérimental qui explore la physique des plasmas et les possibilités de produire de l'énergie par fusion nucléaire. Si des recherches sont en cours pour découvrir un matériau capable de résister à ce flux de neutrons, difficile prédire quand elles aboutiront.
Pour tenter d’accélérer le processus, une trentaine de sociétés privées dans le monde travaillent sur la fusion. Fondée en 1998, TAE Technologies est la plus ancienne et la plus importante d’entre elles. Cette société a été cofondée par le physicien Norman Rostoker, avec l’objectif de fabriquer un réacteur à fusion aneutronique exploitant la fusion nucléaire de l’hydrogène et du bore 11. Pour confiner une fusion entre les atomes hydrogène-bore, elle développe une architecture dans laquelle deux anneaux de plasma (FRC) sont projetés l’un contre l’autre avec régularité.
Rich Crowder TAE technologies À l’échelle d’un laboratoire, l’installation d’essai Norman, le dispositif de fusion de cinquième génération de TAE, produit un plasma stable à plus de 50 millions de degrés Celsius.
Une fusion à 3 milliard de degrés
Car la fusion proton-bore présente deux avantages majeurs par rapport à celle du deutérium-tritium (2D-3T), pointe Yanick Sarazin. «Le premier avantage est lié au fait que le bore, dont le nombre de nucléons est égal à 11, est un combustible léger et présent en grande quantité sur Terre, tout comme le proton qui est le noyau de l’hydrogène», détaille le chercheur. Deuxième avantage: la réaction de fusion du bore avec les neutrons est dite aneutronique, car elle produit uniquement des noyaux d’hélium et pas de neutrons. Cela signifie qu’à condition d’être maîtrisée, la fusion aneutronique serait à même de réduire considérablement les inconvénients associés au rayonnement neutronique.
Mais si les avantages sont indéniables, les conditions requises pour déclencher une fusion aneutronique impliquent des difficultés que personne ne sait résoudre à ce jour, pointe le chercheur. «Réaliser cette fusion et générer une énergie nette implique de fonctionner à des températures 100 à 200 fois supérieures à celle du cœur du Soleil», relate-t-il. Soit environ 3 milliards de degrés, contre un peu plus de 100 millions de degrés avec Iter. Dans un précédent article publié en avril 2021, TAE technologies avait annoncé avoir réussi à maintenir le plasma à 50 millions de degrés: «La moitié de ce qu’on réalise dans le tokamak d’Iter, et très en deçà de ce qu’il faut pour rendre cette fusion économiquement rentable», précise le scientifique. Par ailleurs, le problème de la fusion du plasma à des températures si élevées, si toutefois on arrivait à la réaliser, réside dans le fait qu’elle génère un rayonnement des électrons qui entraîne une perte énergétique du plasma explique le chercheur. Des difficultés qui expliquent que la production d'une énergie nette avec cette méthode semble, pour l'heure, hors de portée.
La fusion proton-bore, une fausse bonne idée?
Des défis qui n’ont pas l’air d’effrayer TAE technologies. L'entreprise états-unienne affirme être en mesure d’atteindre un début de production industrielle d’électricité pour 2030 dans son dernier dispositif appelé Copernicus, qui serait capable de produire «jusqu'à 100 fois plus d'énergie que les tokamaks». Des affirmations jugées «peu crédibles» par Yanick Sarazin. «Beaucoup des annonces de ces start-up du nucléaire sont liées à la nécessité de faire des déclarations fracassantes pour attirer les financements, juge-t-il. Or, si on se fie aux promesses faites ces dernières années, on devrait déjà avoir des machines de fusion branchées au réseau, ce qui est complètement irréaliste.»
D’autant que le rayonnement n’est pas le seul défi que pose la solution proposée par la société nord-américaine. «TAE travaille sur sa propre machine, dans laquelle elle développe des techniques de confinement du plasma en vue de générer de l’électricité, rappelle Yanick Sarazin. Or, la configuration magnétique de leur machine fait que le plasma, sujet à plusieurs instabilités, peut perdre son confinement et s’étaler sur les parois. Actuellement, TAE ne parvient pas à confiner le plasma plus de 30 millisecondes.»
«Iter est un projet gigantesque. Comme tous les grands projets internationaux, il rencontre des difficultés techniques, mais fait indéniablement avancer les choses, argue le scientifique. Il n’en demeure pas moins que les résultats prometteurs obtenus sur le NIF encouragent à explorer en parallèle des routes alternatives. Mais, parmi ces voies, la fusion proton-bore ne me semble pas la plus prometteuse.» Des difficultés qui ne semblent pas pour aujourd’hui décourager TAE Technologies.
