Le « soleil artificiel » chinois maintient 5 fois la température du Soleil pendant 17 minutes

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À gauche : le tokamak chinois EAST. | Shutterstock/EAST
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La Chine s’impose une nouvelle fois dans la course à la fusion nucléaire : l’Académie chinoise des sciences a annoncé que son tokamak — l’Experimental Advanced Superconducting Tokamak, installé à l’Institut de physique des plasmas de Hefei — a réussi à contenir du plasma à 70 millions de degrés Celsius pendant plus de 17 minutes !

Produire une énergie quasiment inépuisable : c’est l’objectif des scientifiques qui travaillent actuellement sur le développement de réacteurs à fusion nucléaire. Le principe ? Reproduire dans l’enceinte d’une machine, un tokamak, les réactions de fusion qui se déroulent au cœur des étoiles, y compris le Soleil, entre deux isotopes de l’hydrogène (le deutérium et le tritium), pour générer de grandes quantités d’énergie sans émettre de CO2. Le projet ITER, un réacteur expérimental actuellement en construction dans le sud de la France, ambitionne de produire 500 MW de puissance de fusion pendant au moins 400 secondes.

Mais ITER, qui réunit 35 pays dont la Chine, avance relativement lentement ; la construction de l’installation a démarré en 2010 et la phase d’assemblage du réacteur lui-même a débuté en 2020. La production du premier plasma n’est pas prévue avant décembre 2025 selon les responsables du projet. En attendant, les scientifiques chinois ont pris de l’avance : le 30 décembre 2021, l’équipe de l’EAST a maintenu un plasma pendant 1056 secondes (17 minutes et 36 secondes) à plus de 70 millions de degrés ! Pour rappel, la température au cœur du Soleil est évaluée à quelque 15 millions de degrés.

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Une succession de records pour la fusion chinoise

En réalité, les scientifiques de l’EAST — qui a produit son tout premier plasma en 2006 — ne font qu’enchaîner les records depuis 2007, année lors de laquelle ils sont parvenus à contenir un plasma pendant près de cinq secondes. En 2011, le réacteur chinois devient le premier tokamak à maintenir un plasma en mode de confinement élevé pendant plus de 30 secondes. Cinq ans plus tard, un nouveau record de durée : une impulsion plasmatique a été maintenue pendant un record de 102 secondes à 50 millions de degrés. Plus récemment, en mai 2021, le réacteur a atteint une température de 120 millions de degrés pendant 101 secondes.

La fusion nucléaire repose sur la fusion de deux atomes légers (deutérium et tritium) en un atome plus lourd (l’hélium) ; le défaut de masse provoqué par la réaction est comblé par la formation d’une grande quantité d’énergie. Mais pour que la fusion se produise, les atomes doivent être débarrassés de leurs électrons ; on obtient alors un plasma, dont la température doit être suffisamment élevée (supérieure à 100 millions de degrés Celsius) pour que la fusion ait lieu.

Suite à ce nouveau record, le projet ITER et l’ensemble de ses pays membres devraient bénéficier de l’expertise de la Chine pour optimiser le confinement du plasma dans les divers projets en cours. Si la fusion nucléaire contrôlée fait l’objet de plusieurs expérimentations dans le monde entier, c’est parce que cette technique permet de produire une énergie « propre » (sans émission de gaz à effet de serre), à partir de ressources quasi illimitées ; le deutérium est largement abondant (il peut être obtenu par simple distillation d’eau de mer) et le tritium, bien que présent à l’état de traces dans la nature, peut être produit au cours de la réaction de fusion elle-même (lorsqu’un neutron issu de la réaction frappe un atome de lithium-6). En outre, à masse égale, la fusion atomique libère une énergie près de quatre millions de fois supérieure à celle produite par les combustibles fossiles !

La Chine, où l’industrie du charbon bat son plein, pourrait véritablement tirer profit de cette technologie si elle souhaite réduire progressivement ses émissions carbone et atteindre la neutralité à l’horizon 2060, comme elle l’a annoncé. Un objectif plutôt ambitieux alors que le pays, actuellement confronté à une hausse de la demande d’électricité, continue à construire des centrales à charbon sur son territoire pour assurer son indépendance énergétique.

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Le record de durée de plasma était auparavant détenu pour le Tore Supra (transformé en 2013 et rebaptisé WEST — pour Tungstène (W) Environment in Steady-state Tokamak), situé à Cadarache, qui en 2003, a réussi à contenir un plasma pendant 6,5 minutes. Malgré ce nouveau record de l’EAST et les progrès réalisés par d’autres installations, telles que le Joint European Torus (JET) de Culham, au Royaume-Uni (en service depuis 1983), le Tokamak à configuration variable (TCV) de Lausanne, le KSTAR en Corée du Sud, ou encore la National Spherical Torus Experiment (NSTX) de Princeton, la fusion nucléaire est encore loin de fournir l’énergie nécessaire pour couvrir les besoins énergétiques d’un pays.

Pour qu’une installation produise de l’énergie en continu, les réactions de fusion doivent être auto-entretenues, comme c’est le cas au cœur du Soleil. Ainsi, les scientifiques qui œuvrent autour des tokamaks tentent de produire des scénarios de réaction de plus en plus longs. C’est aux alentours de 150 millions de degrés que la réaction de fusion peut se produire ; l’EAST avait bien atteint ce seuil critique l’an dernier, en maintenant le plasma à 160 millions de °C… mais pendant une vingtaine de secondes seulement.

En clair, la fusion nucléaire à l’échelle commerciale ne verra pas le jour tant que l’on ne parviendra pas à maintenir ces températures incroyablement élevées pendant plusieurs heures, voire plusieurs jours d’affilée. Il faudra donc patienter encore plusieurs décennies (au moins jusqu’en 2060-2070 selon les dernières estimations) avant de voir apparaître les premières centrales à fusion nucléaire.

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Source : Hefei Institutes of Physical Science

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