Finir une course entamée il y a plus de soixante ans, en s’engageant dans le dernier tour. C’est « guidé par un sentiment d’urgence » que le physicien italien Francesco Volpe a fondé Renaissance Fusion en 2020. Située à Grenoble (Isère), la jeune pousse d’une dizaine de collaborateurs assume son ambition : faire advenir, en l’espace d’une décennie, la fusion nucléaire à l’échelle commerciale.
Remporter ce pari audacieux la conduirait à damer le pion au projet international Iter, dont la construction a démarré en 2006 à Cadarache (Bouches-du-Rhône) pour prouver la faisabilité de la fusion nucléaire, mais dont la feuille de route comme le coût sont régulièrement réévalués.
Mieux : en misant sur des technologies de rupture et sur un design d’enceinte magnétique torsadée, connu des spécialistes sous le nom de stellarator – et non sur le traditionnel tokamak en forme de donut prévu par Iter –, Renaissance Fusion espère diminuer drastiquement les coûts de sa future centrale. Et lui permettre de faire partie du panel de solutions face au changement climatique. « Quand j’ai découvert ce qu’est la fusion, j’ai senti qu’elle pouvait changer radicalement la donne. Elle offre une énergie propre, abondante et à des prix compétitifs », se remémore Martin Kupp, professeur d’entrepreneuriat et stratégie à l’ESCP Europe et cofondateur de Renaissance Fusion après sa rencontre avec Francesco Volpe.
Un tsunami d’investissements
Depuis des décennies déjà, la fusion nucléaire déclenche les passions et inspire les scientifiques. L’objectif ? Reproduire sur Terre, de manière contrôlée, les processus à l’œuvre au cœur des étoiles. C’est-à-dire imposer à des atomes légers, sous forme de plasma, des conditions de pression et de température telles qu’elles contraignent leurs noyaux à fusionner en un élément plus lourd. En dégageant de faramineuses quantités d’énergie !
Le seuil du breakeven, c’est-à-dire lorsque la réaction produit plus d’énergie qu’il n’en a fallu pour l’initier, n’a pas encore été atteint.
Pilotable, bas carbone, la réaction de fusion produit par ailleurs des déchets bien moins radioactifs que ceux issus de la fission d’atomes lourds (comme au sein des centrales actuelles) et ne présente pas de risque d’emballement. Mais l’instabilité du plasma et les températures nécessaires, supérieures à 100 millions de degrés, imposent des systèmes de confinement ultra-complexes. Le seuil du breakeven, c’est-à-dire lorsque la réaction produit plus d’énergie qu’il n’en a fallu pour l’initier, n’a pas encore été atteint.
Portés par un tsunami d’investissements, une trentaine d’acteurs privés dans le monde s’attaquent à ce défi technologique. En tête, Commonwealth Fusion Systems (CFS), sorti du MIT en 2018, a levé près de 1,6 milliard d’euros fin novembre 2021. La start-up veut construire un démonstrateur viable dès 2025. En 2021 encore, l’américain TAE Technologies a récolté 260 millions d’euros (pour un total de 0,8 milliard en vingt ans d’existence) tandis que son compatriote Helion Energy et le canadien General Fusion empochaient respectivement 460 millions et 120 millions d’euros. D’autres, comme l’allemand Marvel Fusion, l’américain Zap Energy et les britanniques Tokamak Energy et First Light Fusion, ont levé des dizaines de millions ces derniers mois.
Sur les épaules d’Iter
La plupart espèrent commercialiser la fusion dès la prochaine décennie. Certes, la mode est aux financements colossaux. Mais le secteur bénéficie aussi de sa relative maturité. « Les valorisations obtenues prouvent que les investisseurs institutionnels sont désormais à l’aise avec la fusion. Un fonds dans les énergies propres qui n’y est pas exposé peut s’inquiéter de manquer la vague », se réjouit Chris Kelsall, le PDG de Tokamak Energy depuis 2021, après une carrière dans la banque.
En mars, la pépite britannique a atteint une température de plasma de 100 millions de degrés au sein de son tokamak sphérique ST40. « Ce résultat est le terme d’un programme de cinq ans et seulement 50 millions de livres [58 millions d’euros, ndlr]. Il met en évidence l’agilité et l’astuce du secteur privé pour rendre la fusion disponible à un coût non prohibitif », insiste Chris Kelsall, qui prévoit de multiplier les partenariats et les recrutements pour accélérer.
La communauté scientifique s’accorde désormais sur la possibilité d’obtenir de l’énergie par la fusion. Les start-up innovent pour en faire un produit commercialisable.
— Martin Kupp, professeur à l’ESCP Europe et cofondateur de Renaissance Fusion
Une vision partagée par nombre d’acteurs privés, frustrés des lenteurs des grands projets étatiques, Iter en tête, et paradoxalement galvanisés par les succès de ces derniers. Alors que la construction d’Iter avance, les records récents de deux installations publiques, le National Ignition Facility (NIF), aux États-Unis, et le Joint European Torus (JET), en Angleterre, ont encore rassuré. Les nouveaux venus avancent sur les épaules de ces géants. « La communauté scientifique s’accorde désormais sur la possibilité d’obtenir de l’énergie par la fusion. Les start-up entrent en jeu et innovent pour en faire un produit commercialisable », résume Martin Kupp. Un objectif qui n’est pas celui des laboratoires publics.
Concepts éprouvés, architectures anciennes ou configurations inédites
Pour réussir leur pari, tous les nouveaux acteurs misent sur des technologies de pointe et les dernières capacités de calcul et de simulation numérique pour comprendre et contrôler le plasma. « Il y a les start-up qui veulent améliorer des concepts éprouvés, comme le tokamak et le stellarator, et celles qui ressuscitent des architectures anciennes, voire proposent des configurations nouvelles », éclaire Yannick Marandet, chercheur en physique des plasmas au CNRS.
Dans la première catégorie, où l’on retrouve CFS, Tokamak Energy et Renaissance Fusion, la mode est aux aimants supraconducteurs à haute température. Une technologie de rupture encore indisponible lors de la conception d’Iter et dont les performances magnétiques permettent de diminuer significativement la taille, donc les complexités d’assemblage des enceintes de confinement. Renaissance Fusion travaille aussi sur l’impression 3D pour simplifier la fabrication des aimants aux formes biscornues indispensables à son stellarator.
La seconde catégorie s’illustre par sa diversité. General Fusion développe un système au sein duquel un ballet de pistons comprime rapidement un vortex de lithium et de plomb liquide contenant le plasma. TAE et Helion conçoivent des systèmes en forme de tunnels au centre desquels s’entrechoquent à intervalles réguliers des anneaux de plasma, et imaginent des recettes de combustibles originales (proton-bore, deutérium-hélium 3…) au lieu de la traditionnelle recette deutérium-tritium. First Light Fusion utilise un canon électromagnétique pour projeter à toute vitesse une pièce de cuivre sur une cible de combustible…
Chaque nouvelle technologie ouvre des chemins. « Depuis quelques années, nous développons des lasers suffisamment rapides et énergiques pour espérer briser directement les liaisons entre les particules du noyau », témoigne Franck Leibreich, le responsable de l’activité laser de Thales. Le géant français collabore avec la start-up allemande Marvel Fusion – qui veut lancer une fusion entre un proton et un atome de bore grâce à l’énergie d’un laser – et caresse l’idée de produire des sous-ensembles lasers pour une future industrie de la fusion.
Des avancées et des incertitudes
Atteindre un gain énergétique, comme le visent les start-up, est possible d’ici à la fin de la décennie, mais ce n’est qu’une étape.
— Greg De Temmerman, directeur du think tank Zenon
Face à cette effervescence, Yannick Marandet, du CNRS, tempère. « Il ne faut pas croire que les performances d’un petit prototype de garage sont comparables à celles d’un tokamak de grande taille comme Iter », estime-t-il. L’histoire de la fusion est faite de difficultés imprévues et la majorité des chercheurs doutent de l’apparition d’un réacteur commercial dès 2030. « Atteindre un gain énergétique, comme le visent les start-up, est possible d’ici à la fin de la décennie, mais ce n’est qu’une étape. Un réacteur opérationnel doit fonctionner en continu et il reste de nombreux défis technologiques et réglementaires », pointe le directeur du think tank sur les technologies climatiques Zenon, Greg De Temmerman.
« L’agenda est intenable : coupler un réacteur au réseau nécessitera encore vingt ou trente ans », tranche le directeur du domaine d’ingénierie d’Iter, Alain Bécoulet. Il reste pourtant très enthousiaste vis-à-vis de l’arrivée des start-up, louant leur ingéniosité et la complémentarité de leurs travaux avec le projet en construction à Cadarache, qui, lui, avance sur des verrous technologiques comme la génération du tritium.
« L’étape suivante devra se faire de toute façon avec les industriels et viser la commercialisation », juge le physicien. Référence faite au futur réacteur Demo, qui doit succéder à Iter et dont les caractéristiques pourraient être influencées par l’expérience des start-up. « C’est une dynamique très positive, qui permet aussi d’attirer des étudiants en leur offrant un horizon dans le privé », souligne Yannick Marandet en listant ses post-doctorants recrutés par les start-up. Un choix de carrière « surréaliste » à l’époque de ses propres études, mais désormais sensé. Les chances de succès des start-up, bien qu’encore très incertaines, sont désormais crédibles.
Vous lisez un article de L'Usine Nouvelle n°3708-3709 - Juillet-Août 2022
