Qu’est-ce que la fusion nucléaire ?

Depuis qu’on a compris le principe de la fusion nucléaire dans les années 1930, des scientifiques et, de plus en plus, des ingénieurs cherchent à reproduire et à maîtriser ce phénomène. Pourquoi ? Car si la fusion nucléaire pouvait être reproduite sur terre à l’échelle industrielle, elle permettrait de produire une énergie pratiquement illimitée, propre, sûre et d’un coût abordable capable de répondre aux besoins en énergie de toute la planète.

La fusion pourrait générer quatre fois plus d’énergie par kilogramme de combustible que la fission (réaction utilisée dans les centrales nucléaires), et presque quatre millions de fois plus d’énergie que la combustion du pétrole ou du charbon.

La plupart des concepts de réacteurs à fusion en cours de développement utiliseront un mélange de deutérium et de tritium, des atomes d’hydrogène contenant des neutrons supplémentaires. En théorie, il suffit de quelques grammes de ces réactifs pour produire un térajoule d’énergie, ce qui couvrirait pendant soixante ans les besoins en énergie d’une personne vivant dans un pays développé.

Le combustible de la fusion est abondant et aisément accessible : le deutérium peut être extrait de l’eau de mer à peu de frais et le tritium peut être produit à partir de la réaction entre les neutrons générés par la fusion et le lithium présent en abondance dans la nature. Ces réserves de carburant dureraient des millions d’années. Les futurs réacteurs à fusion sont également intrinsèquement sûrs et ne devraient pas produire de déchets nucléaires de haute activité ou à vie longue. Par ailleurs, le processus de fusion étant difficile à enclencher et à maintenir, il n’y a pas de risque d’emballement de la réaction et de fusion du cœur ; la fusion ne peut se produire que dans des conditions opérationnelles strictes, en dehors desquelles (en cas d’accident ou de défaillance du système, par exemple), le plasma s’arrête naturellement, perdant très rapidement son énergie et s’éteignant avant que le réacteur ne subisse des dommages soutenus.

Il importe de souligner que la fusion nucléaire – tout comme la fission – n’émet pas de dioxyde de carbone ou d’autres gaz à effet de serre dans l’atmosphère ; elle pourrait par conséquent être une source durable d’électricité bas carbone à compter de la deuxième moitié de ce siècle.

L’énorme force gravitationnelle du soleil induit naturellement une réaction de fusion, mais sans cette force la réaction ne peut se produire qu’à une température plus élevée que celle du soleil. Sur Terre, il faut des températures de plus de 100 millions de degrés Celsius pour faire fusionner le deutérium et le tritium ; il faut dans le même temps réguler la pression et les forces magnétiques, pour assurer un confinement stable du plasma et pour maintenir la réaction de fusion assez longtemps pour produire une quantité d’énergie supérieure à celle qui a été nécessaire pour démarrer la réaction.

On parvient aujourd’hui régulièrement à créer lors d’expériences des conditions très proches de celles nécessaires pour un réacteur à fusion, mais il faut encore améliorer les propriétés de confinement et la stabilité du plasma pour maintenir la réaction et produire de l’énergie de façon durable. Des scientifiques et ingénieurs du monde entier continuent à mettre au point et à tester de nouveaux matériaux et à concevoir de nouvelles technologies pour parvenir à une production nette d’énergie de fusion.

Vous trouverez de plus amples informations dans la vidéo suivante (en anglais) :

The Future of Fusion Energy

Des travaux de recherche sur la fusion nucléaire et la physique des plasmas sont menés dans plus de 50 pays, et récemment, les chercheurs ont enfin réussi à obtenir pour la première fois un gain d’énergie dans une expérience de fusion. Les experts ont imaginé différents modèles et machines fonctionnant grâce à des aimants dans lesquels la fusion a lieu, comme des stellarators et tokamaks, mais aussi des systèmes qui reposent sur des lasers, des dispositifs linéaires et des combustibles avancés.

Le temps qu’il faudra pour que l’énergie de fusion soit déployée avec succès dépendra de la mobilisation des ressources dans le cadre de partenariats et de collaborations au niveau mondial, et de la rapidité avec laquelle l’industrie sera en mesure de développer, de valider et de qualifier les technologies de fusion émergentes. Par ailleurs, il importe de développer en parallèle l’infrastructure nucléaire nécessaire, à savoir notamment les prescriptions, normes et bonnes pratiques applicables à la réalisation de cette future source d’énergie.

Après 10 ans consacrés à la conception des composants, à la préparation du site et à la fabrication à travers le monde, l’assemblage en France d’ITER, la plus grande installation internationale de fusion, a débuté en 2020. ITER est un projet international qui vise à démontrer la faisabilité scientifique et technologique de la production d’énergie de fusion et à valider la technologie et les concepts des futures centrales de démonstration à fusion productrices d’électricité, appelées DEMO. ITER commencera à mener ses premières expériences au cours de la seconde moitié de cette décennie et les expériences à pleine puissance devraient débuter en 2036.

Les calendriers concernant les DEMO varient selon les pays, mais les experts s’accordent à dire qu’une centrale à fusion produisant de l’électricité pourrait être construite et exploitée d’ici 2050. En parallèle, de nombreuses entreprises commerciales à fonds privés avancent elles aussi sur la voie de la conception de centrales à fusion, en tirant parti du savoir-faire accumulé au fil d’années de recherche-développement financée par des fonds publics, et proposent de concrétiser l’énergie de fusion encore plus tôt.

L’AIEA est depuis longtemps au cœur de la recherche-développement internationale sur la fusion et a récemment commencé à soutenir le développement et le déploiement des premières technologies.

• L’AIEA a créé la revue Nuclear Fusion en 1960 pour diffuser des informations sur les progrès réalisés dans le domaine de la fusion nucléaire. Cette revue est aujourd’hui considérée comme la publication périodique de référence dans ce domaine. En outre, l’AIEA publie régulièrement des TECDOC et des supports de vulgarisation et d’éducation sur la fusion.
• La première Conférence internationale de l’AIEA sur l’énergie de fusion s’est tenue en 1961 et, depuis 1974, l’AIEA en organise une tous les deux ans pour favoriser l’examen des faits nouveaux et des réalisations dans ce domaine. Cliquez ici pour regarder une brève vidéo retraçant l’histoire de cette série de conférences.
• Depuis 1971, le Conseil international de la recherche sur la fusion de l’AIEA contribue à accélérer le renforcement de la collaboration internationale dans la recherche sur la fusion.
• Le Directeur général de l’AIEA est dépositaire de l’Accord ITER. La collaboration entre l’AIEA et l’Organisation ITER a été officialisée par un accord de coopération conclu en 2008, qui a été élargi et approfondi en 2019.
• L’AIEA facilite la coopération et la coordination internationales des activités du programme DEMO partout dans le monde.
• L’AIEA propose une série de réunions techniques et d’activités de recherche coordonnée sur des sujets liés au développement et au déploiement de la science et de la technologie de la fusion, et organise et soutient des activités de formation théorique et pratique sur la fusion.
• L’AIEA gère des bases de données numériques contenant des données fondamentales pour la recherche sur l’énergie de fusion, ainsi que le Système d’information sur les dispositifs de fusion (FusDIS), qui compile des informations sur les dispositifs de fusion en fonctionnement, en construction ou en projet dans le monde entier.
• L’AIEA mène un projet sur les synergies dans le développement technologique entre la fission nucléaire et la fusion pour la production d’énergie, et sur la durabilité à long terme – y compris le traitement des déchets radioactifs – et les questions juridiques et institutionnelles relatives aux installations de fusion.
• L’AIEA étudie les principaux aspects relatifs à la sûreté concernant l’ensemble du cycle de vie des installations de fusion, pour lesquels des lignes directrices et des documents de référence spécifiques sont nécessaires.
• L’AIEA soutient une étude préliminaire de faisabilité concernant une centrale de démonstration à fusion générique.