La fusion nucléaire est-elle la source d’énergie du futur ? En tout cas, elle permet de produire jusqu’à des millions de fois plus d’énergie que les ressources fossiles. Pour pouvoir exploiter cette puissance de manière sûre et économique, les chercheurs redoublent d’efforts. Dans une récente avancée, des chercheurs ont utilisé des aimants permanents — plutôt que des électroaimants — pour confiner le plasma de la réaction. Une première, qui a comme objectif une réduction considérable des coûts de construction et d’exploitation des réacteurs à fusion.
Pour rappeler brièvement les bases, la fusion nucléaire se produit lorsque deux atomes légers s’unissent pour former un atome plus lourd. Le phénomène libère une quantité importante d’énergie, bien plus que celle produite par la fission nucléaire. Cette dernière consiste en la division d’un atome lourd en deux ou plusieurs atomes plus légers. La fission est la réaction exploitée dans les réacteurs nucléaires actuels.
Ces dernières décennies, les chercheurs concentrent leurs recherches dans la fusion nucléaire en vue d’obtenir une source d’énergie propre, sûre et plus abondante que jamais. Cependant, bien que certaines installations parviennent désormais à amorcer la réaction de fusion (et à la maintenir sur une très courte durée), en faire une source d’énergie commercialement viable représente de nombreux défis.
Il est notamment nécessaire de maîtriser le processus de fusion et le confinement avec précision, le tout avec des réacteurs économiquement viables. Concernant ce dernier point, des experts du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton (États-Unis), un centre de recherche en physique des plasmas, ont réalisé une nouvelle prouesse technique dans le cadre de leur projet de recherche baptisé « MUSE ». Leur innovation promet de réduire considérablement les coûts d’exploitation et la complexité des réacteurs à fusion.
Confiner efficacement le plasma
Pour que la réaction de fusion se produise au sein d’un réacteur, le plasma (gaz ionisé extrêmement chaud) doit être confiné efficacement. Atteignant des températures similaires à celles du centre du Soleil, le plasma doit être maintenu à l’écart des parois du réacteur. Dans le projet MUSE, le confinement du plasma est assuré par un stellarator. Ce dispositif est conçu pour maintenir le plasma stable et chaud suffisamment longtemps pour permettre la réaction de fusion. Ici, l’innovation réside dans l’utilisation d’aimants permanents dans le processus. En effet, les réacteurs à fusion utilisent généralement des électroaimants.
« J’ai réalisé que même s’ils étaient situés à côté d’autres aimants, les aimants permanents de terres rares pourraient générer et maintenir les champs magnétiques nécessaires pour confiner le plasma afin que des réactions de fusion puissent se produire », affirme l’un des chercheurs dans un communiqué.
Une réduction des coûts
Les aimants permanents, contrairement aux aimants électromagnétiques, ne nécessitent pas d’électricité pour maintenir leur champ magnétique. Cela peut réduire la complexité et les coûts associés à la gestion des champs magnétiques dans les réacteurs. De plus, ce choix permet de tester rapidement différentes configurations de confinement du plasma et de construire plus rapidement de nouveaux dispositifs de fusion. « Cette technique nous permet de tester rapidement de nouvelles idées de confinement du plasma et de construire facilement de nouveaux dispositifs », explique un membre de l’équipe.
Un autre avantage de l’aimant est sa disponibilité. Les aimants permanents peuvent être achetés dans le commerce. Cela offre évidemment un avantage pratique et économique, car il n’est pas nécessaire de développer des aimants spéciaux. Les coûts et les délais de mise en œuvre sont donc forcément réduits. Il faut savoir que les électroaimants sont difficiles et coûteux à concevoir, car ils doivent être dimensionnés avec précision, impliquant une très faible marge d’erreur.
Dans leur expérience, les chercheurs se sont servis d’une simple coque imprimée en 3D pour placer les aimants permanents. Le fait de pouvoir utiliser l’impression 3D permet la création et la mise à l’essai rapide de structures complexes, ce qui est nécessaire à la conception de réacteurs de fusion expérimentaux.