Lancée officiellement en mars 2021, la start-up grenobloise Renaissance Fusion a annoncé le 26 janvier avoir levé 15 millions d'euros pour avancer dans la réalisation de son ambitieux projet : construire un réacteur fonctionnel et de taille commerciale d’ici à une dizaine d'années. Si la somme reste modeste par rapport aux annonces de levées de fonds astronomiques dans le secteur, (430 millions d’euros pour Helion Energy, 1,8 milliard pour Commonwealth Fusion Systems), les paris technologiques de la jeune pousse, bien qu’incertains, semblent assez pertinents pour asseoir sa crédibilité auprès d'experts du secteur. «Je suis assez impressionné par le projet de Renaissance Fusion», témoigne par exemple Alain Bécoulet, directeur général du domaine d’ingénierie du projet international Iter.
L'homme, qui a rejoint le comité stratégique de Renaissance Fusion, perçoit la pépite comme le «petit poucet» parmi les alternatives crédibles qui s'inventent du côté du privé, visant à semer «la graine d’une industrie de fusion».
Pour se positionner dans la course, l'entreprise n’hésite pas à afficher des objectifs très ambitieux, à l’image de ses concurrents. Son plan ? Mobiliser diverses briques technologiques de rupture (aimants à haute température, murs de métal liquide, procédés de construction innovants…) pour industrialiser une configuration originale de bouteille magnétique – dite stellarator – et construire un réacteur d'une puissance d'un gigawatt électrique (un peu plus que les plus petits réacteurs à fission commerciaux français, qui affichent 900 MW) d’ici dix ans.
«Quel privilège d’avoir la confiance d’investisseurs aussi réputés que Lowercarbon, HCVC, Norrsken, Position Ventures et Exor Seeds, dans notre mission pour faire de la fusion une réalité commerciale ! Avec leur soutien et grâce à une science bien connue, nous allons réinventer et simplifier radicalement l’ingénierie du réacteur pour répondre à la demande urgente d’une électricité abordable, abondante, disponible et décarbonée» a affirmé le fondateur, PDG et directeur technique de Renaissance Fusion, Francesco Volpe, à l'issue de l'annonce de la levée de fonds.
Ruban de Möbius magnétique
Alors que la fusion nucléaire fait miroiter la promesse d'une énergie décarbonée, pilotable, sûre et quasi-illimitée, la pépite a déjà une feuille de route toute tracée pour construire son stellarator compact. La source de l'enceinte magnétique dans laquelle le plasma de deutérium et de tritium (deux isotopes lourds de l'hydrogène) pourra être contenu à plus de 100 millions de degrés afin d'entrer en fusion et de produire de l’énergie... A la manière du Soleil. A la différence de l'option la plus couramment privilégiée du tokamak, qui prend la forme d'un donut pour faire office de prison magnétique, le stellarator ressemble à un ruban de Möbius ayant subi plusieurs torsions.
«Grâce à ses bobines déformées, le stellarator est plus simple à utiliser mais plus difficile à construire», résume Francesco Volpe. Avant de créer sa start-up, le scientifique a travaillé au sein de laboratoires publics sur la fusion durant 20 ans. De quoi étudier les différentes possibilités de confinement magnétique et de se convaincre des atouts du stellarator. Grâce à sa structure biscornue, ce dernier permet en effet d’obtenir des propriétés magnétiques similaires à celles des tokamaks tout en simplifiant le matériel nécessaire pour configurer un champ de confinement étanche (dans un tokamak, le champ magnétique nécessite deux types de bobines et doit être corrigé par un courant électrique au sein du plasma) et en prévenant les risques d’instabilité du plasma (ou disruptions).
Ce type d’architecture est déjà connu puisque le premier stellarator fut construit aux Etats-Unis en 1952 et que le plus grand du monde, le Wendelstein 7-X construit par l’institut Max Planck de physique des plasma à Greifswald, en Allemagne, a prouvé les performances de confinement de ce design à l'été 2022. Mais alors que le design des stellarators est facilité par l’apparition d’outils d’optimisation et de simulation numériques, seules deux start-up visent à s'emparer du concept pour produire de l’électricité : Type One Energy aux Etats-Unis et Renaissance Fusion en France.
Aimants supraconducteurs et murs de métal fondu
Il faut dire que la réalisation n’est pas des plus simples et impose à Renaissance Fusion de plancher sur plusieurs technologies de rupture en même temps. Pour simplifier la fabrication de bobines magnétiques tordues, la pépite grenobloise vise d’abord… à en diminuer la taille. A l’instar de ce que prévoit la start-up issue du MIT Commonwealth Fusion Systems pour son tokamak compact, Renaissance Fusion compte pour cela sur un nouveau type d’aimants, dit supraconducteurs à haute-température. «Dans la fusion, le volume nécessaire dépend de l’intensité du champ magnétique : Iter est déjà à l’optimum de ce que nous pouvons faire, donc si vous voulez une machine plus petite, une telle rupture technologique sur les aimants est nécessaire», rappelle Alain Bécoulet. Bonus : «en plus d’avoir une machine plus petite, et donc moins chère, la haute température requiert moins d’énergie pour le refroidissement, ce qui augmente l’efficacité de l’ensemble», note le scientifique.
En utilisant des aimants de dix teslas, Renaissance Fusion prévoit de pouvoir construire un stellarator dont l’anneau de plasma ne ferait que six mètres de rayon, «contre 22 mètres avec des matériaux classiques», vante Francesco Volpe. Pour produire les bobines d’aimants supraconducteurs, dont les géométries complexes donnent du fil à retordre aux industriels, la jeune pousse travaille aussi sur une nouvelle technologie de fabrication. Une rupture «radicale» affirme Francesco Volpe qui préfère ne pas dévoiler ses secrets de cuisine pour l'instant.
Pour fonctionner enfin, le prototype nécessitera une troisième rupture. Face à la densité d’énergie produite dans un si petit volume, des panneaux de tungstène massifs comme ceux utilisés par le projet Iter ne suffiront pas pour supporter et transmettre la chaleur. D’où une solution drastique : réaliser une enceinte de lithium liquide venant s’intercaler et fluer à plusieurs centaines de degrés entre le plasma et les bobines, sous l’action de pompes électromagnétiques. De quoi évacuer la chaleur (ensuite convertie en électricité par des turbines), mais aussi diminuer la production de déchets radioactifs et assurer l’approvisionnement du réacteur en tritium (un isotope de l’hydrogène nécessaire pour la fusion et issu de l’irradiation du lithium). Si l’idée de murs de lithium en fusion orbitant autour d’un plasma lui-même à cent millions de degrés semble folle, Francesco Volpe (qui a travaillé sur le sujet lors de son passage à l’Université Columbia de 2012 à 2019) espère présenter un premier démonstrateur cylindrique du concept (sans plasma) d’ici 2024.
Feuille de route détaillée
«C’est l’une des forces de Renaissance Fusion : découper son objectif final – la fusion – en plusieurs étapes qui auront elles-mêmes des applications», juge Alain Bécoulet, en notant que la fabrication abordable d’aimants supraconducteurs à haute température complexes pourrait, par exemple, servir dans le médical ou le stockage de l’énergie.
La pépite tricolore a séquencé son plan d’industrialisation en trois phases : la production de démonstrateurs de concepts individuels d’ici trois ans, puis leur intégration au sein de prototypes intégrés (avec production d’un premier plasma) d’ici 2027, avant la création d’un réacteur à échelle réelle au début de la prochaine décennie. Un agenda très resserré, à l’image de celui des autres start-up du domaine, désireuses de participer à la lutte contre le changement climatique et de séduire les investisseurs. Dubitatifs, nombre de scientifiques rappellent pourtant les difficultés techniques et réglementaires qui entourent la fusion nucléaire et invitent à la prudence.
Pour se donner les moyens de ses ambitions, la start-up, qui compte 12 personnes et a choisi de s'installer Grenoble pour son écosystème de recherche et la présence d’acteurs de poids de l’industrie du nucléaire en France, devra aussi lever des fonds. Si Renaissance Fusion s'est pour l'instant financée auprès d'investisseurs individuels, «nous constatons un intérêt fort des deux côtés de l’Atlantique», affirme Francesco Volpe. Evaluant à moins d'un milliard d’euros le coût total du stellarator (sans prendre en compte les infrastructures annexes nécessaires, comme les turbines), l'entrepreneur prévoit de monter en puissance progressivement, et de commencer par une série d'amorçage plus modeste.
