Vers une énergie propre : les réacteurs à fusion compacte

Face à l’épuisement des ressources fossiles et au dérèglement climatique, la fusion nucléaire suscite un regain d’intérêt : elle promet une énergie quasi inépuisable, propre et sûre. Si les réacteurs de type tokamak et stellarator ont longtemps occupé le devant de la scène, les réacteurs à fusion compacte misent sur des configurations plus denses et des aimants supraconducteurs haute température pour réduire la taille, le coût et le délai de réalisation. Cet article fait le point sur les principes, les technologies clés, les prototypes en développement et les perspectives de cette voie prometteuse vers une énergie véritablement propre.

1. Principes fondamentaux de la fusion nucléaire

La fusion consiste à rapprocher deux noyaux légers pour en former un plus lourd, libérant une énergie considérable (par E = mc²). Les isotopes de l’hydrogène—deutérium (²H) et tritium (³H)—sont les plus étudiés car leur réaction D–T offre le meilleur rendement à « basse » température (~150 millions de degrés). Pour confiner un plasma aussi chaud, deux approches dominent :

• Confinement magnétique, via des champs intenses dans un tokamak ou un stellarator.

• Confinement inertiel, par lasers ou impulsions magnéto-inertiels (MIF).

La principale difficulté reste d’atteindre un gain net d’énergie (Q>1), c’est-à-dire produire plus d’énergie que celle injectée pour chauffer et maintenir le plasma.

2. Pourquoi viser la compacité ?

Les réacteurs compacts exploitent un haut facteur de pression plasma/magnétique (high-β) et des aimants supraconducteurs haute température (HTS) pour générer des champs magnétiques très intenses (> 20 teslas). Cette stratégie permet de :

• Réduire le volume du plasma nécessaire pour la réaction, donc la taille du confinement.

• Diminuer le coût des structures et des vannes de confinement, souvent les composants les plus volumineux et chers.

• Accélérer le calendrier de développement en rendant les installations plus modulaires et répétables Lockheed MartinWikipédia.

3. Technologies clés

3.1 Les tokamaks compacts

• SPARC (Commonwealth Fusion Systems) : vise le premier plasma en 2026 et le gain net (Q>1) en 2027, ouvrant la voie à la version commerciale ARC au début des années 2030 DR BRUCE MCCABE • FUTURIST • SPEAKERcfs.energy.

• ST40 (Tokamak Energy) : utilise des bobines HTS pour atteindre 12 teslas, avec un objectif de démonstration d’un plasma chaud et stable d’ici 2030 Tokamak Energy.

• SMART Tokamak (Université de Séville) : premier plasma généré début 2025 grâce à une géométrie sphérique et à une triangularité négative pour améliorer la stabilité et réduire l’usure des parois Cadena SEREl País.

3.2 Approches alternatives

• Fusion magnéto-inertielle (Helion Energy) : pulse plasmas et champs magnétiques en impulsions pour atteindre un gain net dès 2024, avec une centrale pilote de 50 MWe prévue pour 2028 en partenariat avec Microsoft RedditHelion.

• Réacteurs à fusion proton-bore (TAE Technologies) : ciblent la réaction p–¹¹B, produisant peu ou pas de neutrons radioactifs, avec des prototypes C-2W en opération depuis 2017 et un financement privé de plus de $1,2 Md tae.comWikipédia.

4. Matériaux et supraconducteurs haute température

Le déploiement d’aimants HTS (à base de rubidium–erbium–cuivre–oxyde, REBCO) est crucial pour les réacteurs compacts :

• Ils supportent des champs > 20 T à températures de 20–30 K, contre ~4 K pour les LTS classiques (niobium-titane).

• Leur intégration permet un confinement magnétique plus serré et limite l’encombrement des cryostats cfs.energy.
  Néanmoins, la mise au point de câbles robustes et la gestion du refroidissement cryogénique à grande échelle restent des défis techniques majeurs.

5. Défis techniques et modes d’échec

1. Instabilités MHD (modélisation et contrôle) : perturbations du plasma pouvant conduire à des disruptions catastrophiques.

2. Érosion des parois : bombardement neutronique et thermique nécessite des matériaux ultra-résistants (tungstène, composites à base de silicium).

3. Conception de tritium self-sufficient : boucles de combustible fermées pour produire et recycler le tritium in situ via la réaction neutrons–lithium.

4. Maintenance et disponibilité : cycles de maintenance rapides (idéalement < 1 mois) pour assurer la viabilité économique.

6. Perspectives industrielles et calendrier