Si la fusion nucléaire contrôlée n’est pas encore tout à fait dans les mains des physiciens, elle s’en approche toutefois à grands pas. Cela fait plusieurs années que les scientifiques développent des technologies permettant d’atteindre de très hautes températures. Cependant les seuils nécessaires à l’initiation de la fusion nucléaire sont extrêmement élevés. Une nouvelle étape vient ainsi d’être franchie par le réacteur chinois EAST, qui a atteint une température de 100 millions de °C, soit pratiquement 7 fois la température interne du Soleil. 

Les physiciens du Hefei Institutes of Physical Science of the Chinese Academy of Sciences (CASHIPS) ont annoncé cette semaine que le réacteur chinois EAST (Experimental Advanced Supraconducting Tokamak) avait enfin atteint une température dépassant les 100 millions de degrés Celsius, établissant ainsi un nouveau record dans la technologie de fusion, et franchissant une nouvelle étape vers la fusion nucléaire comme source d’énergie.

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Graphique montrant une température de 100 millions de °C du plasma, atteinte dans le réacteur chinois EAST. Crédits : EAST

Au sein du Soleil, les réactions de fusion thermonucléaire de l’hydrogène en hélium se déroulent à une température d’environ 15 millions de °C, avec l’aide de l’intense effet de contraction gravitationnelle de l’étoile. Pour réaliser les mêmes réactions sur Terre, des températures bien plus hautes doivent être atteintes, environ 7 fois la température interne du Soleil. En outre, une fois initiée, la réaction de fusion doit être maintenue stable.

Des prototypes de réacteurs à fusion nucléaire sont développés et testés depuis plusieurs dizaines d’années. Tous ces réacteurs n’utilisent pas les mêmes technologies, chacune ayant ses avantages et ses inconvénients lorsqu’il s’agit d’atteindre et de maintenir sur la durée, de très hautes températures.

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Certaines des approches les plus prometteuses consistent à injecter du plasma dans un tore en métal, en confinant celui-ci via des champs magnétiques. Les Stellarators, comme Wendelstein 7-X en Allemagne, maintiennent en place l’anneau de plasma à l’aide de bobines magnétiques. Ils offrent un contrôle supérieur de la stabilité plasmatique, mais peinent à atteindre des températures très élevées.

Plus tôt cette année, le W7-X a réussi à monter la température du plasma jusqu’à 40 millions de degrés Celsius. C’est un grand pas en avant par rapport aux efforts précédents, mais il est bien en deçà des températures de plus de 100 millions de degrés nécessaires pour que le processus de fusion soit initié.

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La chambre du réacteur (haut) et du plasma d’hydrogène porté à haute température (bas). Crédits : EAST

Les Tokamaks, comme le réacteur chinois EAST, utilisent les champs magnétiques produits par le plasma en mouvement lui-même pour contrôler sa stabilité. La stabilité obtenue est ainsi légèrement moindre, mais des températures supérieures peuvent être atteintes. En 2017, le réacteur a célébré une étape importante en maintenant le plasma dans un confinement de haute énergie pendant 101.2 secondes.

Pour atteindre une température de 100 millions de °C, les scientifiques ont combiné quatre sources de chaleur différentes : le chauffage par ondes hybrides inférieures, le chauffage par ondes cyclotron électroniques, le chauffage par résonance ionique par cyclotron et le chauffage par faisceaux d’ions neutres. L’injection de puissance a ainsi dépassé les 10 MW pour une énergie plasmatique stockée de 300 kJ.

Les chercheurs sont d’ores et déjà en train de perfectionner EAST afin d’améliorer la stabilité du plasma tout en augmentant le seuil de température, notamment par la génération de champs magnétiques plus puissants. Le record atteint par le réacteur chinois est une étape essentielle vers la réalisation de la fusion nucléaire, qui s’impose comme la source d’énergie de demain.

Source : Académie des sciences chinoise

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