L'intérieur du Tokamak West.

Le programme ITER devra prouver à l’horizon 2025 que la fusion nucléaire peut produire de l’électricité. En attendant, c’est sur son petit frère West que les scientifiques testent les premières briques de ce qui pourrait devenir une source d’énergie révolutionnaire.

Mettre le Soleil en boîte. L’expression est souvent utilisée au sujet de la fusion nucléaire et n’est pas galvaudée. C’est en observant les phénomènes naturels à l'œuvre dans les étoiles que les scientifiques ont eu l'idée de les reproduire pour créer une nouvelle source d'énergie. Plus propre, plus sûre et plus puissante que nos vieilles centrales nucléaires. Une révolution est peut-être en marche et c’est au cœur des Bouches du Rhône, sur le site du CEA de Cadarache, qu’elle a commencé.

Ici se trouve le réacteur expérimental West. Une installation massive composée d’un enchevêtrement de tuyaux incompréhensible aux yeux du néophyte (voir image ci-dessous). Difficile de distinguer au centre une sorte de caisson en forme de donut (voir image ci-dessus). Il s'agit d'un tokamak, un acronyme russe désignant une chambre de confinement magnétique. Le tout préfigure, en beaucoup plus petit, ce que sera ITER, le fameux programme international qui doit prouver d’ici 2030 la capacité de la fusion nucléaire à produire de l’électricité à grande échelle.


Le tokamak West vu de l'extérieur.

Le gaz est chauffé à 150 millions de degrés

West doit servir de terrain d’expérimentation aux scientifiques afin de mettre en place les briques technologiques qui seront utilisées sur ITER. « On commence par faire le vide dans la boîte, avant d’injecter du gaz et d’y induire un champ électrique pour le faire claquer », nous explique Jérôme Bucalossi, chef de projet West au CEA. En bref, ce gaz, qui est un mélange de deutérium et de tritium, est ensuite chauffé entre 150 et 200 millions de degrés. On obtient ainsi du plasma : une sorte de soupe où noyaux et électrons circulent librement sans être liés. Ils peuvent ainsi entrer en collision et former un noyau plus lourd d’hélium pour libérer un neutron.

Le plasma en fusion est invisible aux yeux de l’homme, à l’exception de la trainée lumineuse qui se forme au contact de la partie basse du tokamak, parce qu’elle est soumise à des températures moins élevées. On peut le voir dans cette vidéo qui date de 2007, tournée dans l'ancienne version de West qui s'appelait alors Tore Supra :



Maintenir le plasma en fusion, un véritable défi

Le problème, c’est d’arriver à maintenir ce plasma en fusion. « Le plasma est comme une flamme qui pourrait facilement être soufflée. Il est très difficile à entretenir », fait observer Alain Becoulet, directeur de l’IRFM du CEA (Institut de Recherche sur la fusion par confinement magnétique). Tant que l’on ne saura pas entretenir l’énergie de la fusion avec une puissance et sur une durée suffisante, on ne pourra pas produire d’électricité. Or, jusqu’ici les scientifiques du CEA n’ont pas réussi à soutenir le plasma au-delà de 400 secondes.


CEA - Schéma du tokamak West.

Pour éviter que le plasma ne disparaisse au contact des parois du tokamak, des bobines supraconductrices génèrent en permanence des champs magnétiques pour créer le confinement. Le plasma est aussi chauffé en continu grâce à l’injection de matière chaude et à des ondes radio très haute fréquence.

Le tungstène, la grande innovation de West

Mais la grande innovation de West, c’est d’utiliser un composant qui pourrait tout changer : le tungstène. « Ce matériau a pour avantage de ne pas stocker d’hydrogène, à l’inverse du le carbone, par exemple », souligne Alain Becoulet. Il a donc été utilisé pour recouvrir le divertor, un module essentiel qui se trouve sur le plancher de la chambre à vide. « Son rôle est d'évacuer les impuretés générées par les interactions du plasma et de la paroi, ainsi que de maintenir le plasma dans des conditions de températures idéales », détaille Jérôme Bucalossi.


CRoux/CEA - Un élément du divertor en tungstène.

Le 14 décembre dernier, le tokamak West a produit son premier plasma. Une campagne s’apprête maintenant à débuter pour une durée de trois mois à raison de 25 à 30 décharges de plasma par jour. Mais le chemin est encore long avant d'espérer un jour produire de l'électricité grâce à la fusion nucléaire. Si tout se passe bien, ITER débouchera sur un énième réacteur, Demo, destiné à prouver cette fois la faisabilité industrielle de cette technologie vers 2040. Avec des premières centrales attendues pour 2050 qui ne produiront ni CO2, ni déchets toxiques et dont les combustibles seront abondants et accessibles.

La fusion nucléaire : une compétition mondiale

ITER réunit 35 pays dont la Chine, les membres de l'Union européenne, le Japon, la Corée du Sud, la Russie et les Etats-Unis. Ce qui n'empêche chacun de poursuivre en solo ses propres recherches :

-En Allemagne, le Max Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP), s’enorgueillit d’avoir construit un réacteur en forme hélicoïdale plus efficace qu'un tokamak, le Wendelstein 7-X pour maintenir l'état de fusion. Il a produit son premier plasma en décembre 2015.
-Aux Etats-Unis, la société privée Lockheed Martin est très active sur le sujet.

Via sa filiale Sandia, elle avait déjà réussi à produire accidentellement du plasma avec sa Z machine, un générateur de rayons X pulsés. La firme envisage maintenant de bâtir un CFR, un réacteur à fusion compact. On trouve aussi des start-ups comme Tri Alpha. Le MIT pilote le projet ARC (Affordable, Robust, Compact) mais manque encore de financements. Enfin, l'Université de Washington attend elle aussi des subsides pour son dynomak dont l'architecture diffère du tokamak.

-La France compte expérimenter la fusion nucléaire par confinement inertiel grâce à Petal, le laser énergétique le plus puissant du monde.

-La Chine possède également son propre tokamak, l'EAST pour Experimental Advanced Superconducting Tokamak. Elle a réussi en février 2016 à maintenir un plasma durant 102 secondes.

Pour finir, signalons que la Canada, qui n'a pas rejoint le programme ITER, montrer des ambitions dans ce domaine. Un rapport universitaire, appuyé par la start-up General Fusion, vient en effet de démontrer que le pays possède suffisamment de compétences pour construire un démonstrateur d'ici 2030.