La start-up américaine Zap Energy, créée en 2017, travaille sur le développement d’un réacteur à fusion nucléaire qui n’utilise pas d’aimants. Son dernier prototype est quasiment prêt pour les premiers tests et l’entreprise affirme que son énergie de fusion pourrait être exploitée dans un an ! Alors que d’autres prototypes de réacteur peinent encore à atteindre la puissance nécessaire, de nombreux scientifiques demeurent plus que sceptiques face à cette annonce.
La fusion nucléaire s’impose comme une solution de choix pour produire de l’énergie sans nuire à l’environnement. En effet, elle n’utilise pas de combustibles fossiles, n’émet pas de CO2 et ne produit pas de déchets radioactifs de haute activité à vie longue. Elle repose sur des combustibles quasiment inépuisables (du deutérium et du tritium, qui sont deux isotopes de l’hydrogène) et ne présente aucun risque d’emballement de la réaction (contrairement aux réactions de fission).
La réaction de fusion consiste à assembler deux noyaux atomiques pour former un noyau plus lourd. Ceci nécessite de porter ces combustibles à une température extrêmement élevée (de plusieurs millions de degrés) dans un milieu confiné. Pour créer ce plasma, on distingue plusieurs approches, notamment la fusion par confinement magnétique (sur laquelle reposent les tokamaks, y compris le réacteur ITER en cours de construction) et la fusion par confinement inertiel, réalisée par laser ou par striction axiale (aussi appelée Z-pinch). C’est sur cette dernière option que repose le réacteur expérimental de Zap Energy.
Une réaction de fusion qui ne nécessite pas d’aimants
Peu d’initiatives reposent actuellement sur cette approche — la plupart des réacteurs à fusion expérimentaux existant à l’heure actuelle utilisent des champs magnétiques. Pourtant, la fusion nucléaire par Z-pinch pourrait s’avérer plus efficace, plus simple et plus économique. En effet, les réacteurs à Z-pinch n’ont pas besoin de réseaux complexes de bobines magnétiques, ni de matériaux de blindage particulièrement onéreux.
Ils reposent sur un champ électromagnétique généré dans le plasma lui-même. Celui-ci fixe le plasma à l’intérieur d’une colonne relativement courte (d’environ 2 mètres de hauteur) et le « pince » jusqu’à ce qu’il devienne suffisamment chaud et dense pour que la fusion nucléaire se produise. Grâce à cette technique, Zap Energy espère bientôt produire plus d’énergie qu’il n’en faut pour déclencher la réaction de fusion — ce que personne n’a réussi à faire jusqu’à présent de manière fiable et durable, quelle que soit la technique.
La technologie Z-pinch a été créée dans les années 1950, mais souffrait de problèmes d’instabilité. L’équipe de Zap Energy a entrepris d’exploiter ce que l’on appelle « un flux axial cisaillé » pour lisser les flux de plasma et ainsi supprimer les distorsions qui étaient sources d’instabilité — et qui ont entravé les précédentes tentatives de fusion par Z-pinch.
La semaine dernière, la start-up a marqué une étape technique critique, en créant ses premiers plasmas dans son réacteur FuZE-Q. « Nous avons démontré par la simulation et l’expérimentation que les flux cisaillés peuvent stabiliser les plasmas de fusion, et que cette stabilité devrait s’étendre à une échelle commercialement viable », a déclaré Uri Shumlak, directeur scientifique de Zap Energy. Pour accélérer le rythme de mise sur le marché de sa technologie, la société a également annoncé la clôture d’un financement de série C de 160 millions de dollars.
Bientôt des réacteurs de la taille d’un garage ?
Par rapport aux approches actuelles de la fusion, la technologie de Zap Energy ne nécessite pas d’aimants supraconducteurs, ni de lasers à grande puissance. Elle est donc plus susceptible d’évoluer rapidement vers des systèmes plus petits, moins complexes et plus évolutifs, qui permettront d’exploiter réellement l’énergie de fusion.
Plus le courant utilisé pour réaliser le Z-pinch est élevé, plus le plasma sera chaud et dense. L’augmentation de l’intensité du courant est donc un élément clé pour faire progresser la fusion nucléaire par Z-pinch. Après avoir atteint les 500 kA l’automne dernier, Zap Energy a développé un nouveau dispositif supportant des courants plus élevés : le FuZE-Q. « FuZE-Q est la quatrième génération de dispositif à Z-pinch que nous avons construite et c’est sans aucun doute la plus ambitieuse », souligne Brian Nelson, directeur de la technologie.
Le FuZE-Q peut en théorie supporter les intensités nécessaires pour atteindre le seuil de rentabilité énergétique. La modélisation prédit que ce dernier se trouve autour de 650 kA de courant. Il faudra bien sûr aller bien au-delà de ce seuil pour que cette énergie puisse être réellement considérée comme une source d’énergie pratique. L’équipe cherche également à développer en masse des réacteurs à fusion « suffisamment petits pour tenir dans un garage ». Chacun de ces réacteurs serait capable d’alimenter au moins 8000 foyers, affirme la société.
Les critiques crient néanmoins au scandale, arguant que nous sommes simplement embarqués dans une autre série de « fièvre de l’énergie de fusion », rapporte le New York Times. « Le fait que ces affirmations soient largement crues est uniquement dû à la propagande efficace des promoteurs et des porte-parole des laboratoires », a déclaré au journal Daniel Jassby, physicien des plasmas de l’Université de Princeton, aujourd’hui à la retraite. Dans tous les cas, Zap Energy a encore du chemin à parcourir et doit notamment développer une alimentation électrique suffisamment puissante pour comprimer le plasma.