Comprendre la fusion nucléaire, l’énergie des étoiles, en 7 questions

Vieux serpent de mer des politiques énergétiques, la fusion nucléaire revient sur le devant de la scène, à la faveur du retour en grâce de la filière nucléaire. Le récent projet de loi visant à réduire l’inflation et à atténuer le dérèglement climatique promulgué aux États-Unis (« Inflation Reduction Act ») accorde ainsi 280 millions de dollars au programme national de développement de la fusion nucléaire. Le point en sept questions sur cette technologie, qui nourrit les espoirs et les fantasmes des scientifiques depuis près d’un siècle.

1. Qu’est-ce que la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire est une réaction nucléaire dans laquelle deux noyaux atomiques fusionnent pour créer un nouveau noyau au poids supérieur. Cette réaction est à l’œuvre dans le soleil et dans la quasi-totalité des étoiles de notre Univers, ce qui amène de nombreux observateurs à qualifier la fusion nucléaire d’« énergie des étoiles ».

Durant cette opération, une très grande quantité d’énergie est créée, ce qui pourrait théoriquement servir à produire de l’électricité dans des centrales nucléaires de nouvelle génération.

2. Quelle différence avec la fission nucléaire ?

Alors que la fusion nucléaire consiste en une fusion de deux atomes légers – comme l’hydrogène par exemple -, la fission nucléaire est la réaction inverse : un noyau lourd est scindé en deux sous l’impact d’un neutron, une petite particule présente dans les noyaux de tous les atomes. Dans les centrales nucléaires actuelles, l’uranium est l’élément constitué de noyaux lourds qui vont être divisés sous l’impulsion d’un neutron.

La fission s’accompagne aussi d’un grand dégagement d’énergie et en même temps, de la libération d’autres neutrons, qui vont à leur tour casser d’autres noyaux, libérer de l’énergie et libérer d’autres neutrons, et ainsi de suite. C’est ce que l’on appelle une réaction en chaîne.

3. Quels sont les avantages de la fusion nucléaire ?

Le principal avantage de la fusion nucléaire est qu’elle libère une quantité d’énergie bien plus grande que la fission tout en ne produit pas de déchets radioactifs pendant des milliers d’années. De plus, en s’appuyant sur des noyaux d’hydrogène – le deutérium et le tritium -, le procédé proposé d’avoir une énergie propre et presque inépuisable. Le deutérium se trouve dans l’eau, et le tritium est facile à produire à partir du lithium, un métal présent en abondance dans la croûte terrestre et océanique.

Les partisans de la fusion nucléaire avancent également un autre avantage, d’ordre sécuritaire, à savoir l’absence de possibilité d’un accident nucléaire. En cas de problème, le plasma contenu dans un réacteur à fusion nucléaire est refroidi en quelques secondes et les réactions sont interrompues. Il n’y aurait donc pas de risque d’emballement qui mettrait en péril la centrale nucléaire.

4. Quels pays s’activent dans le domaine ?

Les premières recherches sur la fusion nucléaire ont démarré dans les années 1920 en Angleterre. Cette fièvre va progressivement gagner de nombreux pays développés après la deuxième guerre mondiale, notamment les États-Unis, l’URSS, l’Angleterre, la France, l’Allemagne et le Japon.

Mais il a fallu attendre les années 1980 pour que se tracent les contours d’une collaboration internationale. Au sommet de Genève de 1985, les deux superpuissances, américaines et soviétiques, se mettent en accord pour travailler dans la main à un développement de la fusion nucléaire.

Ce rapprochement trouve une application concrète dans le projet Iter. Située à Saint-Paul-Lez-Durance, dans les Bouches-du-Rhône, cette initiative internationale d’un coût de 20 milliards d’euros associe 35 pays, parmi lesquels figureront les pays de l’Union européenne, la Russie, les Etats-Unis et la Chine.

Le tokamak au coeur de la centrale nucléaire d’Iter, à Caradache (Bouches-du-Rhône).Daniel Cole/AP/SIPA

Son objectif est d’arriver à une application industrielle de cette technologie, avec la construction d’un réacteur nucléaire civil à fusion nucléaire. Actuellement en phase d’assemblage, le réacteur devrait réaliser son premier essai en 2025.

5. La fusion nucléaire est-elle vraiment une énergie propre ?

En théorie, la fusion nucléaire doit servir à produire une énergie propre et quatre fois plus conséquente que l’énergie issue la fission nucléaire à combustible égal. Le procédé ne libère d’ailleurs pas de CO2, et produit seulement de l’hélium, un gaz non toxique qui ne fait pas partie de la famille des gaz à effet de serre.

Cependant, si les centrales à fusion nucléaire ne produisent aucun déchet radioactif de haute activité à vie longue, elles génèrent tout de même des déchets radioactifs.

Jérôme Bucalossi, directeur de l’Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (IRFM) au Commissariat à l’énergie atomique (CEA), expliquait connu aux « Echos » que la radioactivité de ces déchets « pourrait être désactivée en une décennie d ‘années, un siècle maximum », contre des milliers d’années pour les plus radioactifs dans le cas d’une réaction de fission nucléaire.

Reste toutefois l’épineuse question des matériaux à l’origine de la centrale – comme le béryllium – dont l’extraction serait polluante.

6. A quand une utilisation concrète de la fusion nucléaire ?

C’est la question qui taraude tous les observateurs du secteur. Pendant une décennie, l’avancement de la fusion nucléaire s’est résumé à des expériences isolées, qui établissaient de nouveaux enregistrements de températures ou de temps d’entretien du plasma.

Ces dernières années, de nombreux projets se sont lancés, avec pour objectif d’avoir un réacteur à fusion nucléaire opérationnelle aux alentours de 2030. C’est le cas du projet Iter, qui table sur un début des essais à l’horizon 2025. Cependant, de nombreux experts s’accordent à dire qu’une utilisation industrielle de cette technologie ne devrait pas intervenir avant le milieu du siècle.

De quoi faire dire à Greenpeace que « la fusion nucléaire reste un mirage sur papier glacé » qui coûte « des milliards d’euros d’argent public sans aucune garantie de résultat ».

7. Le secteur privé investit-il dans cette technologie ?

Longtemps chasse gardée des États, la fusion nucléaire gagne du terrain auprès des entreprises privées, parmi lesquelles figure Marvel Fusion. La start-up bavaroise – qui a levé près de 65 millions d’euros depuis sa création – compte lancer un prototype de centrale en 2027 avant de commercialiser sa solution dans les années 2030.

C’est toutefois aux Etats-Unis que la frénésie est la plus intense. Plusieurs investisseurs s’intéressent à la fusion nucléaire, et pas des moindres : Jeff Bezos, Bill Gates ou encore George Soros ont tous investi dans des jeunes pousses du secteur.

Le patron d’Amazon accompagne la start-up canadienne General Fusion – qui a également fourni un investissement étatique – dans son projet de centrale nucléaire à 400 millions de dollars, à Culham, en Angleterre. De leur côté, Bill Gates et George Soros ont participé à la levée de fonds de Commonwealth Fusion Systems, qui a permis à l’entreprise américaine de lever 1,8 milliard de dollars.

Au total, 25 entreprises privées se sont produites dans le secteur de la fusion en 2021. Près de 3,5 milliards de dollars ont été levés sur les marchés, selon les données de l’agence PitchBook.

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