La progression vers une source d’énergie durable prend un tournant majeur grâce aux avancées d’un projet chinois qui a récemment atteint des performances sans précédent dans la recherche sur la fusion nucléaire. Les scientifiques ont franchi des étapes décisives tout en travaillant à la stabilité du plasma, élément essentiel de ce processus complexe.
Un réacteur tokamak. Crédit : Christopher Roux (CEA–IRFM)/EUROfusion (CC BY 4.0)
Le « Sole Artificiel » chinois a atteint un nouveau jalon qui rapproche encore d’un pas la réalisation de la fusion nucléaire. Ce phénomène naturel se produit dans le Soleil et d’autres étoiles, en raison de la pression et des températures extrêmes. En termes simples, il s’agit de l’union d’atomes légers, comme l’hydrogène, pour former un atome plus lourd. Au cours de la fusion, une partie des noyaux d’origine est « perdue », libérant ainsi d’énormes quantités d’énergie.
Réussir à reproduire ce mécanisme sur Terre pour générer de l’énergie est perçu comme une avancée majeure pour de nombreuses raisons. L’énergie produite est propre, car aucune émission de dioxyde de carbone, principal gaz à effet de serre, n’est générée. De plus, elle ne présente pas les dangers associés à la fission nucléaire, déjà exploitée depuis des décennies. Enfin, elle repose sur des éléments particulièrement abondants sur notre planète. C’est pourquoi la fusion nucléaire est souvent décrite comme le « Saint Graal » de l’énergie.
Pour contrôler la fusion nucléaire et produire de l’énergie, il est nécessaire d’atteindre des niveaux extrêmes de pression et de température. Le plasma, état dans lequel se trouvent les particules atomiques lors des expériences, doit également être stable. Des réacteurs expérimentaux appelés tokamak, ressemblant à d’énormes anneaux de métal, ont été construits pour tenter de déclencher la fusion nucléaire. Parmi les plus avancés, le fameux « Sole Artificiel » chinois, qui a récemment battu un nouveau record.
Les scientifiques ont réussi à dépasser une limite théorique de densité du plasma, connue sous le nom de « limite de Greenwald ». Au-delà de cette valeur, le plasma devient instable. Si celui-ci n’est pas stable, le processus de fusion peut s’arrêter, stoppant ainsi la production d’énergie. Cette limite est fixée à 1,0, et les tokamak fonctionnent généralement avec des valeurs variant entre 0,8 et 1,0 pour éviter l’instabilité. En termes simples, les chercheurs chinois ont atteint une densité comprise entre 1,3 et 1,65 fois la limite de Greenwald sans provoquer d’instabilité. C’est une avancée fondamentale, car une densité élevée du plasma augmente la vitesse d’initiation de la fusion nucléaire.
Auparavant, le Sole Artificiel, connu sous le nom de Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), avait déjà établi des records majeurs, dont celui du plasma ultra-chaud à plus de 100 millions de degrés, maintenu pendant près de 18 minutes. S’ajoute maintenant le fait d’avoir nettement dépassé la limite de Greenwald, un pas supplémentaire vers l’initiation de la fusion nucléaire. Un consortium de recherche international a réalisé cette prouesse, avec la collaboration d’universitaires d’Aix-Marseille et de l’Institut de physique du plasma de l’Académie chinoise des sciences. Les chercheurs ont réussi à surmonter cette limite théorique en ajustant la pression du gaz initial et la résonance de chauffage des électrons, c’est-à-dire la manière dont le plasma absorbe les micro-ondes.
Les résultats offrent une voie pratique et évolutive pour étendre les limites de densité dans les tokamak et les dispositifs de fusion au plasma de nouvelle génération. Bien que nous soyons encore loin de l’initiation de la fusion nucléaire, cette avancée représente un pas significatif vers cet objectif. Les détails de la recherche « Accéder au régime sans contrainte de densité avec un démarrage ohmique assisté par ECRH sur EAST » ont été publiés dans Science Advances.