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L'humanité poursuit depuis longtemps le rêve de l'énergie de fusion nucléaire. Nous avons maîtrisé la fission nucléaire il y a plusieurs décennies, et l'énergie nucléaire nous a bien servi depuis, malgré sa terrible réputation. Lorsque l'énergie nucléaire fait défaut, comme à Tchernobyl et à Fukushima, les conséquences sont très graves.
Malgré des accidents majeurs, l'énergie nucléaire est en réalité l'une des sources d'énergie les plus sûres, au même titre que l'énergie solaire et éolienne. L'énergie nucléaire est responsable de 99,91 % de décès en moins que le charbon. Le pétrole et le gaz sont presque aussi dangereux que le charbon. L'énergie nucléaire, et notamment l'énergie nucléaire moderne, est bien plus efficace que toute autre source d'énergie.
L'énergie nucléaire moderne est également très performante en matière de production de déchets. La plupart de ces déchets peuvent être recyclés, et les centrales nucléaires ne produisent que 3 mètres cubes de déchets par an. À titre de comparaison, une centrale thermique au charbon produit 300 000 tonnes de cendres et six millions de tonnes de CO₂ sur la même période.
Tout cela rend l'énergie nucléaire plutôt séduisante. Imaginez maintenant utiliser l'énergie de fusion au lieu de la fission. Quatre fois plus d'énergie que la fission, et le seul déchet produit est l'hélium, non radioactif. Quatre millions de fois plus d'énergie que le charbon.
Vous avez peut-être entendu dire que la fusion nucléaire est une source d'énergie illimitée. Ce n'est pas loin de la vérité, si l'on excepte les coûts potentiels qui y sont associés. Mais si nous surmontons ces obstacles, si nous parvenons à maîtriser la fusion nucléaire, nous changerons le monde à jamais. Or, nous n'en sommes pas encore là.
La conception des réacteurs à fusion a débuté dès 1939, mais force est de constater qu'aucun progrès significatif n'a été réalisé. Nous comprenons les avantages et les fondements scientifiques, mais leur mise en œuvre pratique reste à concrétiser. Nous sommes même capables de créer des réactions de fusion, mais nous ne savons pas encore les maintenir ni les exploiter. Alors, cela se produira-t-il un jour ? L'avenir nous le dira !
Qu'est-ce que la fusion ?
L'énergie de fusion, aussi difficile soit-elle à produire sur Terre, est tout à fait réelle et plausible. C'est elle qui alimente le Soleil. La pression et la température extrêmes qui y règnent permettent la fusion des atomes d'hydrogène, produisant de l'hélium comme sous-produit. L'énergie libérée lors de cette réaction est ce qui fait du Soleil cette gigantesque boule de plasma incandescente que nous observons chaque jour dans le ciel.
La fission atomique, qui se produit dans les réacteurs nucléaires modernes et les armes nucléaires, est une division de l'atome, et non une fusion. Dans les deux cas, une énergie considérable est libérée car la masse du noyau résultant est inférieure à celle des noyaux ayant réagi.
Le Soleil s'éteindra un jour lorsqu'il n'aura plus le carburant nécessaire à sa survie, mais pour l'instant, il possède suffisamment d'hydrogène pour durer encore cinq milliards d'années, donc cela ne constituera pas un problème majeur pour nous dans un avenir proche.
Pour que la fusion nucléaire fonctionne sur Terre, il nous faut une réaction qui nous fournisse plus d'énergie qu'elle n'en consomme. C'est là le problème. Amorcer une réaction de fusion nucléaire exige une quantité considérable d'énergie. Cela nécessite la création d'un plasma, un gaz extrêmement chaud rempli de particules chargées. Presque toutes les tentatives menées jusqu'à présent pour induire la fusion nucléaire ont nécessité davantage d'énergie pour atteindre la pression et la température nécessaires à la formation du plasma que ce que nous pouvions produire lors de la minuscule réaction de fusion nucléaire qui s'en est suivie. N'oublions pas que le Soleil est 333 000 fois plus grand que la Terre ; la pression et la température y sont donc bien moindres (atteignant 27 millions de degrés).
Est-il même possible de créer un générateur thermonucléaire ?
La fusion nucléaire est possible sur Terre, mais elle est complexe. La pression exercée sur le Soleil atteint 24,7 millions de gigapascals. À titre de comparaison, des scientifiques ont réussi à créer une pression de 770 gigapascals en laboratoire, provoquant un véritable séisme international. Il s'agit d'un obstacle fondamental à la réalisation de la fusion nucléaire aussi facilement sur Terre que sur le Soleil. Nous sommes incapables d'atteindre une pression comparable. Cela signifie que nous devons augmenter la température, ce qui requiert une énergie bien plus importante, laquelle détruit la réaction. Si l'énergie nécessaire à la fusion nucléaire est insuffisante pour produire le résultat escompté, alors elle est inutile.
Vous vous souvenez quand on a dit que le Soleil pouvait atteindre des températures de 27 millions de degrés ? C’est incroyable, mais imaginez ce qu’il faut faire en laboratoire pour tenter de créer la fusion thermonucléaire. Sur Terre, en utilisant des lasers pour compenser le manque de pression, on chauffe le plasma à 100 millions de degrés.
Ce procédé fonctionne, et nous avons utilisé avec succès la fusion nucléaire à de nombreuses reprises en laboratoire. Le problème est que l'atteinte de températures de 100 millions de degrés requiert plus d'énergie que celle que la fusion nucléaire peut produire. Il est également certain qu'une fois la fusion nucléaire suffisamment développée pour être viable, elle sera initialement extrêmement coûteuse. Ceci constitue un obstacle majeur à l'obtention de ressources énergétiques illimitées.
Il existe actuellement une vingtaine de réacteurs à fusion dans le monde qui s'efforcent de créer une réaction de fusion durable, dont la consommation d'énergie est égale à la production. En 2022, des scientifiques ont réalisé cette prouesse pour la première fois. Ils ont utilisé deux mégajoules d'énergie pour alimenter 200 lasers concentrés sur une seule capsule de combustible. La réaction de fusion s'est amorcée et a produit 3,15 mégajoules d'énergie. Bien que modeste, cette réaction a été concluante. Elle a été reproduite à trois reprises, atteignant même 3,88 mégajoules, ce qui a confirmé qu'il ne s'agissait pas d'un coup de chance.
Toujours en 2022, un laboratoire chinois a battu le record de la réaction nucléaire la plus longue, atteignant une température de 126 millions de degrés Celsius pendant 17 minutes. Plus tard, un laboratoire britannique a produit 59 mégajoules d'énergie continue, doublant ainsi le précédent record. En 2024, 69 mégajoules ont été produits. En pratique, cela reste faible, suffisant pour alimenter seulement quatre bains chauds. Plusieurs projets visent à créer des générateurs de fusion fonctionnels d'ici 2030.
Pour que cela devienne viable, il est indispensable d'augmenter considérablement la production. Fournir de l'électricité aux villes nécessite de produire beaucoup plus d'énergie. Mais les perspectives sont là, et cela devrait se concrétiser prochainement.
Pourquoi le désirons-nous tant ?
Il n'est pas étonnant que la fusion nucléaire soit considérée comme une source d'énergie potentiellement illimitée. Elle fonctionne grâce à l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers.
Imaginons une installation, un réacteur à fusion, stable et fiable, produisant une énergie de fusion très efficace. Un gallon d'eau de mer suffirait à produire l'équivalent de 300 gallons d'essence. Plus besoin de charbon, polluant, ni d'uranium, radioactif. Uniquement un combustible propre et abordable, sans sous-produits dangereux.
L'énergie solaire et l'énergie éolienne offrent également une production d'énergie propre, mais elles ne peuvent pas atteindre l'échelle de la fusion nucléaire. Elles nécessitent des infrastructures beaucoup plus importantes, comme des panneaux solaires et des éoliennes. De plus, contrairement à la fusion nucléaire, l'énergie solaire et l'énergie éolienne sont tributaires des conditions météorologiques.
Le principal avantage de l'énergie de fusion réside dans son impact sur le climat. Elle permet d'éliminer efficacement la pollution environnementale causée par les sources d'énergie modernes, notamment les combustibles fossiles. On pourrait ainsi supprimer la production de nombreuses émissions dangereuses. La crise climatique pourrait potentiellement être résolue grâce à l'énergie de fusion. Les entreprises qui investissent dans ce domaine prévoient que nous pourrons atteindre la neutralité carbone d'ici 2050.
Le fait que la fusion nucléaire soit bien plus efficace énergétiquement que toute autre méthode de production d'énergie existante constitue également un avantage majeur. La production d'énergie est quatre millions de fois plus efficace qu'une centrale au charbon, rendant même l'utilisation de ce dernier impraticable.
Bien que la fission nucléaire soit actuellement la meilleure option disponible, la fusion présente des avantages considérables, tant en termes de production d'énergie que de sûreté. Les principaux inconvénients des centrales nucléaires actuelles sont le risque d'accidents et la gestion des déchets. Les réacteurs à fusion éliminent ces deux problèmes. Ils ne produisent aucun déchet dangereux et les accidents sont impossibles.
Les centrales à fusion utilisent des quantités infimes de combustible ; la quantité de deutérium ou de tritium employée est à peu près de la taille d'un timbre-poste. En cas d'incident, la réaction ne s'emballerait pas et n'entraînerait pas de fusion du cœur ; elle s'éteindrait d'elle-même.
Autre point important : puisque ces réacteurs utilisent de l’hydrogène, une part significative des tensions géopolitiques pourrait être apaisée. Imaginez si les guerres pour le pétrole n’existaient plus, car personne n’en aurait besoin. Le potentiel de nouvelles dynamiques à l’échelle mondiale est bien réel. Parallèlement, l’impact économique potentiel sur différentes régions du monde ne saurait être négligé.
Quels sont les dangers de l'énergie thermonucléaire ?
Bien que cela ne présente aucun danger, un inconvénient potentiel de l'énergie de fusion, à ses débuts, sera probablement son coût. Toute nouveauté est onéreuse, qu'il s'agisse d'une nouvelle voiture, d'une nouvelle console de jeux ou d'une nouvelle source d'énergie. Les sources d'énergie traditionnelles deviendront tout simplement moins chères. C'est pourquoi nous continuons à utiliser le charbon et l'essence, ainsi que les centrales nucléaires. L'infrastructure existe, le procédé de production d'énergie est simple à comprendre et les consommateurs sont habitués à payer un certain prix.
Le coût de la fusion nucléaire devrait se situer entre 80 et 100 dollars par MWh aux prix de 2020. Cependant, un scénario plus réaliste prévoit des coûts nettement supérieurs, pouvant atteindre 150 dollars par MWh. Ce chiffre augmentera avec l'inflation. Toutefois, cette hypothèse n'est réaliste que si la fusion nucléaire devient la norme. Initialement, des chercheurs de Princeton estimaient que les coûts d'investissement pour la fusion nucléaire pourraient atteindre 7 000 dollars par kW.
En 2021, le département américain de l'Énergie estimait que le projet international de recherche sur la fusion ITER, qui construit des tokamaks pour étudier et produire de l'énergie de fusion, avait déjà coûté 65 milliards de dollars. Le budget initial était de 5 milliards de dollars. Autrement dit, le coût exact de la fusion reste inconnu, mais il sera probablement plus élevé que prévu.
En termes de risques pratiques, les réacteurs à fusion pourraient ne pas fonctionner comme on le croit généralement. Le Soleil fusionne l'hydrogène, mais sur Terre, nous envisageons d'utiliser le deutérium et le tritium, isotopes de l'hydrogène, car ils sont plus réactifs. Le tritium n'existe pas à l'état naturel. Il est radioactif et un sous-produit de la fission. Une réaction de fusion peut éventuellement produire son propre tritium, mais il faut d'abord en fournir de grandes quantités. Le coût d'un gramme est d'environ 30 000 dollars.
La fusion utilisant ces isotopes génère des flux de neutrons, radioactifs et susceptibles de produire du plutonium de qualité militaire. Par conséquent, l'avantage du « zéro déchet » est, en réalité, illusoire lorsqu'on l'applique à la fusion telle que nous la pratiquons sur Terre. Cependant, ses partisans soulignent que le tritium a une demi-vie très courte et que seules des quantités négligeables sont nécessaires dans les centrales à fusion. Cela pourrait garantir une sécurité relative. Quant aux flux de neutrons, la solution pour les blinder et s'en protéger reste à trouver, mais elle est envisageable.
Un autre inconvénient, pour revenir à la question énergétique, réside dans l'ambiguïté de l'affirmation concernant le gain énergétique net. Le rapport de 2022 sur la percée dans le domaine de la fusion a omis de mentionner que le laboratoire avait utilisé 300 mégajoules d'énergie pour charger les lasers avant leur activation, produisant ainsi trois mégajoules d'énergie de fusion. Il s'est concentré uniquement sur l'énergie libérée lors de l'activation proprement dite, inférieure à l'énergie produite.
Quant au rôle de sauveur du monde, la question de l'urgence se pose également. Si nous voulons sauver la planète de la crise climatique, l'ONU affirme que nous devons atteindre la neutralité carbone mondiale d'ici 2050. Malgré les promesses des entreprises, il semble peu probable que la fusion nucléaire puisse être développée à grande échelle aussi rapidement. Cela ne signifie pas qu'il faille renoncer à son développement, mais prétendre qu'elle résoudra un problème qu'il sera trop tard pour régler est malhonnête.
Il convient également de noter que les informations relatives à la puissance produite par un générateur de fusion sont souvent obscurcies par un langage vague. L'installation ITER, en France, est présentée comme capable de produire 500 mégawatts pour une consommation électrique de seulement 50 mégawatts. Cela semble un bon compromis, mais 500 mégawatts ne représentent pas la puissance électrique, mais l'énergie de fusion sous forme de neutrons et de particules alpha. Et 50 mégawatts ne correspondent pas à la puissance électrique consommée, mais uniquement à l'énergie thermique. L'installation consomme en réalité bien plus d'électricité, environ 300 à 400 mégawatts. Par conséquent, le rendement annoncé n'est pas encore atteint, et les relations publiques et le marketing contribuent à déformer la réalité.
Le Soleil et les autres étoiles prouvent sans aucun doute que l'énergie de fusion est une source d'énergie extraordinaire. Quant à savoir si l'humanité parviendra un jour à la maîtriser, et à la maîtriser d'une manière qui justifie le temps et les efforts déployés, nous ne le saurons pas avant plusieurs années.
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