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Fusion nucléaire: les promesses du réacteur SPARC du MIT

SPARC TOKAMAK MIT

Plusieurs équipes dans le monde travaillent sur des projets de réacteurs à fusion nucléaire. A côté du pharaonique ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), des équipes universitaires américaines estiment que leur modèle SPARC de réacteur de plus petite taille pourrait produire de l’électricité dès 2035.

La fusion nucléaire contrôlée, c’est le graal des physiciens. De nombreuses équipes travaillent aujourd’hui dans le monde à développer des réacteurs à fusion nucléaire capables de produire une électricité propre et en quantité presque illimitée. Il s’agit de la réaction atomique qui se produit au cœur des étoiles. En théorie, un réacteur à fusion serait capable de produire une énergie presque sans limite, sans la moindre émission de gaz à effet de serre et quasiment sans déchets. Le principe de la fusion, comme son nom l’indique, consiste a fabriquer de l’énergie par la fusion de deux noyaux atomiques légers tandis que les réacteurs nucléaires actuels utilisent, eux, la fission, c’est-à-dire cassent un gros noyau atomique en plusieurs morceaux, ce qui génère également de l’énergie.
 Mais la fusion en produit beaucoup plus. Le problème, de taille, est qu’il est impossible sur terre de récréer les conditions gravitationnelles et de température existantes au cœur d’une étoile. Il faut donc trouver le moyen de contenir et de confiner la réaction de fusion.

Il n’y a pas qu’ITER

Le projet aujourd’hui le plus avancé et le plus impressionnant est celui d’ITER pour International Thermonuclear Experimental Reactor (Réacteur thermonucléaire expérimental). Situé non loin de Cadarache en France, il s’agit tout simplement aujourd’hui du plus grand programme scientifique au monde et du plus important ouvrage de génie civil en cours de construction en Europe. La technologie qu’il utilise est celle de la cage magnétique, le Tokamak. Ce réacteur a été conçu théoriquement dans les années 1950 par les physiciens russes Igor Tamm et Andreï Sakharov. La cage magnétique doit maintenir la matière devenue plasma à 150 millions de degrés Celsius sous contrôle à l’aide d’aimants surpuissants. La production expérimentale du premier plasma est prévue en décembre 2025, et suivant les résultats un démonstrateur industriel pourrait voir le jour d’ici 2035.

D’autres équipes travaillent aussi dans le monde sur la réalisation d’un Tokamak. C’est notamment le cas du projet de réacteur à fusion nucléaire compact dit SPARC (Soonest/Smallest Private-Funded Affordable Robust Compact). Sa fabrication devrait être lancée en juin 2021 et un premier prototype construit d’ici 2025. SPARC pourrait produire de l’électricité avec la chaleur et la vapeur qu’il générera à partir de 2035. Il s’agit d’un projet privé lancé il y a seulement deux ans aux Etats-Unis par le prestigieux MIT (Massachusetts Institute of Technology) et une société baptisée Commonwealth Fusion Systems. Il regroupe plusieurs centres de recherches universitaires dans le monde et avance rapidement comme le prouve la publication au cours des dernières semaines de pas moins de sept articles scientifiques écrits par 47 physiciens travaillant pour 12 institutions différentes. Ils estiment que SPARC devrait fonctionner. «Nous essayons de placer le projet sur la base physique la plus solide possible, afin que nous soyons sûrs de ses performances. Puis nous fournirons des conseils et des réponses relatives à la conception technique au fur et à mesure de son déroulement», explique Martin Greenwald, un des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology qui mène le projet.

Des aimants plus puissants et un réacteur plus compact et moins coûteux

L’un des avantages de SPARC par rapport à ITER tient au fait que les aimants qu’il entend utiliser ont été conçus spécifiquement pour confiner le plasma et qu’il s’agit d’une technologie supraconductrice qui est apparue très récemment et qui n’existait pas quand ITER a été conçu. Ces nouveaux aimants sont capables de produire un champs magnétique beaucoup plus puissant. «Notre objectif est d’accélérer le calendrier de
l’énergie de fusion en tirant parti d’une percée dans la technologie des aimants
», explique le MIT.

SPARC sera aussi un réacteur de taille plus modeste et bien moins coûteux qu’ITER. Il devrait faire la taille d’un terrain de tennis et celui d’ITER d’un terrain de football. Et son budget n’a rien de comparable avec les 22 milliards de dollars initialement prévus pour ITER et qui seront largement dépassés. Les physiciens du consortium SPARC sont en tout cas désormais persuadés qu’ils parviendront à produire plus d’énergie qu’ils n’en consommeront pour faire fonctionner leur Tokamak expérimental. Selon le Journal of Plasma Physics de l’Université de Cambridge, SPARC pourrait produire jusqu’à dix fois plus d’énergie qu’il en consomme.

De nombreux détails de conception du réacteur sont encore en cours d’élaboration. Les chercheurs travaillent par exemple à préciser comment assurer son alimentation en énergie et comment mesurer les paramètres clés afin de surveiller le fonctionnement du réacteur. «Il y a aussi encore beaucoup à apprendre sur la physique de la combustion des plasmas, ajoute Martin Greenwald. Il faudra notamment comprendre les mécanismes d’autoéchauffement du plasma. Mais une fois que ce réacteur sera opérationnel, des informations clés pourront être obtenues qui aideront à ouvrir la voie à des dispositifs de fusion commerciaux et produisant une énergie quasi inépuisable».

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