Fusion nucléaire : la promesse d’une énergie parfaite ?

Eclairage signé Nicolas Riby, Consultant AMOA en Systèmes d’Information chez mc2iet Anthony Frescal – Directeur du pôle Énergie et Commerce

Le 3 mars dernier, la société américaine CommonWealth Fusion Systems a annoncé vouloir construire un campus de 20 hectares consacré à la fusion nucléaire. Son objectif est annoncé : fabriquer d’ici à 2025 le premier réacteur à fusion nucléaire produisant plus d’énergie qu’il n’en consomme.

Ce nouveau réacteur, baptisé SPARC, dépasserait ainsi les objectifs fixés par le projet scientifique mondial ITER, initialisé il y a maintenant plusieurs décennies, et pour lequel les investissements cumulés dépassent désormais les 20 milliards de dollars. De quoi s’interroger quant aux opportunités réelles de la fusion, ainsi qu’au rôle qu’elle pourrait jouer dans les décennies à venir. 

La fusion, une énergie qui …

Contrairement à la fission nucléaire, qui a vocation à scinder des atomes lourds tels que l’uranium pour dégager de l’énergie, la fusion vise à faire fusionner plusieurs atomes légers (le deutérium et le tritium, des isotopes de l’hydrogène) et générer une énergie bien supérieure encore, de l’ordre de quatre fois plus que la fission[1] .

Au-delà de cette capacité de production phénoménale – la même qui se tient au centre de notre soleil[2] – cette source d’énergie dispose également de nombreux atouts écologiques, économiques et sécuritaires qui pourrait faire de cette rupture technologique majeure une véritable réponse aux enjeux de la transition énergétique.

… impacterait peu l’environnement

L’énergie de fusion dispose avant tout de nombreux atouts écologiques, et ce, à tous les maillons de la chaîne. En amont de la production, le sourcing des matières premières nécessaires à la réaction de fusion ne demande pas d’exploitation minière ou de forage entraînant des dégâts sur l’environnement. Le deutérium peut être directement extrait de l’eau, à raison de 33 mg pour 1L d’eau.

Dans un réacteur à fusion idéal, 3 litres d’eau pourraient permettre de générer autant d’énergie que 1000 litres d’essence[3] . Le tritium, du fait de sa durée de vie très courte (12 ans), sera quant à lui créé artificiellement au cours du processus de fusion par un procédé déjà maîtrisé utilisant du lithium, que l’on peut trouver dans l’eau de mer.

La fusion nucléaire est une source d’énergie très largement décarbonée puisque le processus de production n’émettra que de l’hélium en faible quantité, un gaz inerte et non toxique qui ne contribue pas à l’accentuation de l’effet de serre.

Par ailleurs, contrairement à la fission nucléaire qui génère des déchets radioactifs à haute intensité, les réacteurs de fusion ne produiront pas de déchets radioactifs à vie longue et seuls certains matériaux de la centrale en contact direct avec le plasma seront radioactifs pendant plusieurs dizaines d’années tout au plus, permettant ainsi une gestion raisonnée des déchets en aval du processus de production.

 

Schéma : Des atouts écologiques sur l’ensemble du processus productif

 

 

… serait largement compétitive

D’après les estimations de l’organisation ITER, les premiers réacteurs à fusion ayant une capacité à délivrer de l’électricité devraient générer entre 1 et 1,7 GW[4] , de quoi alimenter entre 445 à 755 milliers de foyers environ[5] . En outre, ces nouvelles centrales auront une capacité de production continue et programmable dans le temps, parfaitement complémentaires des énergies renouvelables.

Toujours selon ces mêmes estimations, le coût moyen par kilowattheure devrait être situé dans les mêmes grandeurs que les EPR actuels, voire un peu plus faible avec le temps grâce aux économies d’échelle et à l’effet d’expérience.

… tout en évitant les catastrophes

Pour une majorité de la communauté scientifique internationale, les conditions de production de la fusion nucléaire sont tellement compliquées à atteindre et à stabiliser que toute perturbation dans ce processus mettrait naturellement fin à la réaction, écartant de fait les scénarios catastrophes tels que ceux de Fukushima ou Tchernobyl.

En outre, la fusion nucléaire n’utilise pas de composant ou d’éléments pouvant être utilisés pour fabriquer des armes nucléaires, limitant ainsi les scénarios de prolifération potentiels.

Le long chemin vers la suffisance énergétique

Malgré ces atouts indéniables, la mise en œuvre de la fusion nucléaire fait face à plusieurs défis de taille qui retardent son utilisation à grande échelle. Premièrement, les isotopes de l’hydrogène utilisés dans le processus de fusion (deutérium et tritium) se repoussent naturellement. Pour parvenir à un résultat, il est indispensable de transformer ces atomes en plasma en le soumettant à des températures extrêmes, de l’ordre de 150 millions de degrés celsius.

Conséquemment à ce premier défi, l’installation doit donc réussir à fournir suffisamment d’énergie pour créer et maintenir ce plasma, tout en délivrant une puissance énergétique supérieure à celle qui a été utilisée pour le faire fonctionner, ce qui reste pour le moment inenvisageable.

Toutefois, si ses perspectives d’utilisation semblent encore éloignées, la communauté scientifique est activement mobilisée sur le sujet, à l’instar du bien connu projet ITER qui réunit 35 pays, et qui a vocation à démontrer la faisabilité physique de la fusion à travers une technologie Tokamak (une centrale en forme d’anneau creux dans lequel est maintenu le plasma grâce à un champ magnétique).

Le 14 avril 2021, au cours d’un séminaire organisé par l’association des alumni de l’école Centrale Paris, Bernard Bigot, directeur général du projet ITER, a présenté en détail les objectifs et jalons de ce projet scientifique international : ITER devrait, sauf catastrophe, arriver à son objectif de produire d’ici fin 2025 un premier plasma stable.

 

 

Schéma : Principales technologies Tokamak dans le monde, d’après iter.org.

 

 

Rappelons néanmoins que ce projet n’a aucunement vocation à démontrer la faisabilité industrielle de la fusion, il ne s’agit que d’une expérience scientifique qui ne saurait à elle seule dresser les premiers jalons de l’utilisation de cette énergie d’avenir. Pour cela, il convient plutôt de regarder au niveau de la prochaine étape, baptisée “DEMO” (pour Demonstration Power Plant), qui aura vocation à démontrer la faisabilité de l’utilisation de la fusion pour produire de l’électricité à grande échelle[6] .

Si plusieurs technologies de tokamaks sont encore à l’étude, la majorité des scientifiques s’accordent pour envisager une mise en fonction de ces technologies de démonstration à l’horizon 2040.

La lumière au bout du tunnel ?

À l’heure où la consommation d’énergie primaire pourrait croître de 46,9% d’ici à 2050 dans les pays de l’OCDE et de plus de 70% dans les pays en voie de développement[7] , la maîtrise de la fusion nucléaire représente sans aucun doute l’un des projets les plus ambitieux du XXIè siècle.

Elle permettra de répondre à certaines problématiques, telles que l’indépendance énergétique des états qui la possède ou la garantie d’une énergie quasi-illimitée à fournir à leur population, favorisant ainsi un développement économique et social de grande ampleur.

Toutefois, l’horizon annoncé de la seconde moitié du siècle est bien trop éloigné pour envisager qu’elle puisse jouer un rôle dans la crise écologique que nous connaissons actuellement. La transition vers un modèle énergétique et écologique plus durable ne peut attendre tout ce temps, et la fusion ne doit aucunement justifier de se soustraire aux efforts consentis dans le développement des énergies renouvelables, qui rappelons le, pourront tout à fait être utilisées en complément des centrales à fusion.

Par ailleurs, son développement à grande échelle – si tant est qu’il se concrétise – prendra encore des dizaines d’années supplémentaires. À l’instar des centrales à fission actuelles, il y a fort à parier que seul un petit nombre de pays développés aient la mainmise sur cette technologie complexe et onéreuse dans la seconde moitié du siècle, ce qui repousse encore un peu plus son utilisation massive par l’ensemble de la population mondiale.

Dès lors, l’accès à cette énergie dans laquelle la communauté scientifique place tant d’espoir devra encore patienter un long moment avant de pouvoir jouer le rôle que l’on attend d’elle.

[1] https://www.iter.org/fr/sci/fusion

[2] https://www.cea.fr/comprendre/Pages/energies/nucleaire/fusion-nucleaire.aspx?Type=Chapitre&numero=1

[3] https://www.cea.fr/multimedia/Pages/videos/culture-scientifique/physique-chimie/fusions.aspx

[4] https://www.iter.org/fr/sci/fusion

[5] https://www.edf.fr/groupe-edf/espaces-dedies/l-energie-de-a-a-z/tout-sur-l-energie/produire-de-l-electricite/le-nucleaire-en-chiffres

[6] https://www.iter.org/fr/sci/tkmkresearch

[7] https://www.connaissancedesenergies.org/la-consommation-mondiale-denergie-pourrait-quasiment-augmenter-de-moitie-dici-2050-190925

 

commentaires

COMMENTAIRES

  • Il n’y aura jamais la moindre source d’électricité produite par un projet de fusion car nous aurons résolu notre besoin quelle que soit sa hauteur, bien avant avec la captation de l’énergie solaire. Mais les projets comme ITER gardent un intérêt incontestable pour nous permettre d’améliorer notre connaissance aujourd’hui bien faible de la physique des plasmas, car c’est précisément cette faiblesse qui nous incite à croire que nous pourrions un jour tirer profit de ces connaissances, qui restent à découvrir, pour répondre à ce qui n’est qu’un besoin d’aujourd’hui.

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  • Sapiens-sapiens veut toujours plus… et cela dans tous les domaines!
    -Avec ITER on est arrivé au summum possible de cette quête… de l’impossible (pour ne pas dire de l’insouciance collective, de l’utopie d’un futur inaccessible,d’un projet perdu d’avance…).
    -Des physiciens, des chercheurs se font plaisir à grands renforts de dépenses faramineuses qui auraient pu servir immédiatement et durablement dans notre transition énergétique!
    -Vouloir ”copier” notre étoile sur Terre alors que gentiment et gratuitement elle nous envoie tous les jours son énergie partout et pour tous… quelle débilité primaire!
    -Produire 150 millions de degrés dans une chambre à vide poussé ultra blindée (pression atmosphérique oblige!)… pour essayer de produire un plasma avec des aimants cryogéniques devant être maintenus à moins 270°C, et présentant une masse actuelle égale à 10 000 tonnes! Tout cela uniquement pour un projet démonstratif qui ne produira jamais le moindre Kwh!
    -Enfin, même si un plasma durable et non pas éphémère arrive a être produit, on ne pourra jamais extraire l’énergie thermique faramineuse produite à l’intérieur de cette enceinte (qui sera soumise à divers rayonnements dégradants sur ses parois!).
    -Mais le comble de tout cela, c’est qu’il faudra ensuite passer à de la production de vapeur pour faire tourner une centrale thermique traditionnelle autant que médiocre en rendement énergétique! DES FOUS EN LIBERTE NON SURVEILLEE!
    -Il y a de nombreux déserts très chauds sur Terre, on sait construire des centrales thermiques de différents types, on sait aussi stocker la chaleur… tout cela avec des rendements excellents!

    Répondre
  • Si on peut raisonnablement penser que les poules auront des dents avant qu’ ITER ne débouche sur un moyen industriel crédible d’alimenter notre civilisation industrielle en énergie, il est tout aussi raisonnable de penser que ce moyen verra le jour bien plus vite que le 100% ENRi susceptible d’assurer:
    -la sécu gratuite, de la naissance à trépas
    -les études gratuites à bac + 5 pour tous
    -le revenu universel
    -les 35 heures avec les RTT et 5 semaines de congés payés
    -le plein emploi
    -la retraite à 60 ans
    -etc…..

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  • Vouloir reproduire l’énergie du soleil est un blasphème à la face de la Nature ! Je suggère cet argument qui manque à votre oraison.

    Répondre
  • S’agit-t-il d’ignorance volontaire ou de mensonge délibéré ? Mensonge avéré pour le rapport cité, qui ne parle nulle part de centrales au charbon.

    Depuis 2011, l’Allemagne n’a rouvert aucune centrale au charbon (ou au lignite) pour “palier l’intermittence de ses ENR”.

    Certes, d’anciennes centrales ont été remplacées par des centrales plus modernes, au meilleur rendement énergétique et moins polluantes. Mais pour toutes ces centrales, la construction a commencé entre 2005 et 2008, bien avant Fukushima.

    Au total, au cours des cinq dernières années, la capacité des centrales au charbon ET au lignite a baissé de 6,1MW, tandis que celle du gaz n’a augmenté que de 2,1 MW.

    La durée de construction de la dernière et plus récente a été de treize ans. Elle a malgré tout battu l’EPR de Flamanville de plusieurs longueurs.

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