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🔶 La fusion nous sauvera-t-elle ?

 

 

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13 septembre 2021 | Une innovation décryptée 

Effets
d’annonce

On sabre le champagne… Une « avancĂ©e historique » pour la fusion nuclĂ©aire, nous annonçait-on cet Ă©tĂ©. La fusion, cette Ă©nergie « propre et infinie » qui rĂ©soudra peut-ĂŞtre tous nos problèmes.

… puis on le rebouche. En rĂ©alitĂ©, cette nouvelle venant d’un labo amĂ©ricain n’est qu’une étape de plus vers la gĂ©nĂ©ration d’énergie (et non d’électricitĂ©, nuance) via cette si belle rĂ©action qui a lieu dans le Soleil.

Petit pas pour l’humanitĂ©. De fait, de l’Ă©lectricitĂ© produite par une centrale Ă  fusion, cela n’arrivera pas avant 50 ou 100 ans… si cela arrive un jour. Comment la recherche maintiendra le suspense d’ici lĂ  ?

Bonne lecture,
Lucile de TheMetaNews

 PS. Un grand merci Ă  Bernard Bigot, Greg De Temmerman, Yannick Marandet et ThiĂ©ry Pierre pour m’avoir apportĂ© leurs analyses, ainsi qu’Ă  Pariscience pour l’accès au très Ă©clairant documentaire Let There Be Light.

Si vous n’avez que 30 secondes
  • ITER structure toute la recherche française
  • La fusion, plutĂ´t pour après demain
  • Pour Greg De Temmerman, il faut rĂ©gler la crise climatique
  • Ils parlent d’innovation (alors on vous en parle)
  • Et pour finir, on imprime des maisons


En six minutes, des origines aux applications

Tout vient de la paillasse (ou presque)

ITER volera-t-il près du Soleil ?

Le réacteur thermonucléaire expérimental international ( ou ITER en anglais) situé à Cadarache structure à lui seul toute la recherche sur la fusion depuis plus de 20 ans. Non sans critiques.

Le rĂŞve d’ITER deviendra-t-il rĂ©alité ?

Autour du berceau. Avant même sa naissance – qui remonte à fin 2006 – , le projet ITER a divisé et ce au sein même de la communauté scientifique. De grands noms de la physique comme Sébastien Balibar ont signé plusieurs tribunes contre ce projet. La raison principale ? Son budget énorme.

« Si on augmente la taille du tokamak, on améliore sa stabilité. D’où un projet monstrueux comme ITER »

DĂ©bauche d’Ă©nergie. A budget Ă©norme, machine Ă©norme : une bouteille magnĂ©tique toroĂŻdale appelĂ©e tokamak de 830 mètres cubes et pesant plus de 23 000 tonnes pour confiner du plasma, l’état de la matière obtenue dans ces conditions extrĂŞmes, Ă  150 millions de degrĂ©s… Du jamais vu.

Nécessité physique. « Le plasma a une turbulence intrinsèque, notamment sur les bords, c’est pourquoi si on augmente la taille du tokamak, on améliore sa stabilité. D’où un projet monstrueux comme ITER, avec un coût monstrueux », explique Thiéry Pierre, physicien des plasmas au CNRS.

Pot commun. Son financement – 20 milliards d’euros pour la construction selon Bernard Bigot (ITER) mais bien plus au total selon ses dĂ©tracteurs – est assurĂ© par 35 pays, le plus souvent en fournissant des composants en nature, ainsi que par la commission Energie de l’Union europĂ©enne. Hors budget recherche, donc.

« La plupart des postes CNRS en plasmas chauds depuis dix ans sont liĂ©s Ă  ITER (…) c’est catastrophique pour la discipline »

Fils prodigue. ITER a tout de même un fort impact sur la recherche académique française, dont il est issu. Le site de Cadarache dans les Bouches-du-Rhône sur lequel il est implanté est en effet un site du CEA qui abritait un laboratoire pionnier en la matière, l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM).

Forces en prĂ©sence. L’IRFM et ses 250 chercheurs constitue une grosse moitiĂ© de la fĂ©dĂ©ration de recherche que dirige Yannick Marandet, en plus de pĂ´les de recherche fondamentale, dont celui d’Aix-Marseille. A ITER, le groupe “recherche” comporte une trentaine de chercheurs seulement : « Ils poussent le lancement de programmes de recherche partout dans le monde », rapporte Greg De Temmerman (voir notre interview â–Ľ).

Masse critique. Une influence que constate Ă©galement ThiĂ©ry Pierre : « la plupart des postes CNRS en plasmas chauds depuis dix ans sont pour des sujets liĂ©s Ă  ITER ». Ce qu’il estime « catastrophique pour la discipline » car cela « rĂ©duit le champ des recherches Ă  de la physique appliquĂ©e au cas très pointu des tokamak (…) alors qu’il y a d’autres applications en mĂ©decine ou pour la fabrication d’hydrogène. »

« ITER peut paraître très cher, oui, mais ce n’est pas un effort démesuré à l’échelle de la société »

Le tore tue-t-il ? ITER reste une motivation pour Yannick Marandet : « Depuis le dĂ©but de la phase d’assemblage cette annĂ©e, le projet ITER devient concret, c’est la perspective de participer Ă  un grand projet de type CERN. » Cette comparaison revient d’ailleurs souvent, mĂŞme si le projet est bien mieux acceptĂ© dans la communautĂ© scientifique – parce que plus fondamental ?

Martingale. Et s’il fallait mettre encore plus d’argent ? Certains physiciens le pensent, comme Yannick Marandet : « Le projet ITER peut paraĂ®tre très cher, oui, mais ce n’est pas un effort dĂ©mesurĂ© Ă  l’échelle de la sociĂ©tĂ© si on le compare au programme Apollo ou aux Jeux olympiques… et les retombĂ©es sociĂ©tales peuvent ĂŞtre très importantes. » Et vous, paririez-vous dessus ?

ITER est-il si vert ?  
L’absence de source d’Ă©nergie fiable et sans impact sur le climat est un argument phare de la communication d’ITER ou des start-up du secteur. Mais la fusion nuclĂ©aire serait loin d’être parfaite, argumente le physicien Ă  la retraite Daniel Jassby. Au menu : une consommation d’électricitĂ© importante uniquement pour la structure (cryostat, pompe Ă  vide…), la production de tritium, pour l’instant issu de la fission, encore Ă  rĂ©soudre. Mais aussi la problĂ©matique des dĂ©chets radioactifs — en moindre quantitĂ© que dans la fission, certes —, ainsi que les besoins en eau pour le refroidissement, sans compter le stockage de la gigantesque quantitĂ© de donnĂ©es nĂ©cessaire au projet ou les matĂ©riaux impactant l’environnement. Reste l’espoir que des solutions seront trouvĂ©es en cours de route.

Un chiffre plutĂ´t qu’un long discours

 2035 

Presque 100 ans après la dĂ©couverte de la fusion et 50 après la première Ă©vocation du projet par MikhaĂŻl Gorbatchev, c’est en 2035 qu’ITER devra fonctionner Ă  pleine puissance et dĂ©gager plus d’énergie que nĂ©cessaire Ă  “l’allumage” de la rĂ©action, avec un objectif de dix fois plus. Après une phase critique au dĂ©but des annĂ©es 2010 – oĂą les Etats-Unis avaient failli se retirer du projet pour cause de mauvaise gestion –, le chimiste français Bernard Bigot a repris la tĂŞte d’ITER en 2015. Celui-ci affirme que l’espoir renaĂ®t et que les dĂ©lais seront tenus malgrĂ© l’épisode Covid. Quant Ă  la conversion de l’Ă©nergie en Ă©lectricitĂ©, celle-ci se fera certainement comme pour la fission : avec une bonne vieille turbine. D’ici 40 ou 50 ans, la part d’Ă©lectricitĂ© produite par fusion pourrait ĂŞtre significative selon Bernard Bigot, alors que Greg De Temmerman l’estime Ă  1% Ă  horizon 2090 (ou 2060 si les start-up changent la donne).

Les pères de la fusion
 Hans Bethe  A la suite des travaux d’Eddington dans les annĂ©es 1920, cet astrophysicien met en Ă©quation la rĂ©action de fusion ayant lieu dans les Ă©toiles, libĂ©rant ainsi de l’énergie. Cette dĂ©couverte datant de 1939, et d’autres, lui vaudront le prix Nobel en 1967.

 Ernest Rutherford  Père de la physique nuclĂ©aire, il est Ă  l’origine des premières expĂ©riences de fusion entre 1932 et 1934 avec Mark Oliphant, dans son labo de l’universitĂ© de Cambridge : deux atomes d’hydrogène fusionnent en un atome d’hĂ©lium.

 Lyman Spitzer  La lĂ©gende raconte que c’est après avoir lu une fake news provenant d’Argentine, selon laquelle des chercheurs auraient rĂ©ussi Ă  produire de l’Ă©nergie grâce Ă  la fusion, que cet astrophysicien aurait proposĂ© en 1958 une machine Ă  fusion, le Stellerator.

 Andrei Sakharov  Avec Igor Tamm, il est l’inventeur en 1949 du tokamak ou “bouteille Ă  plasma”, à partir de l’idĂ©e d’Oleg Lavrentiev. Le secret ne sera partagĂ© qu’en 1968, Ă  fin de la Guerre froide. Aujourd’hui, c’est la technologie qui a bĂ©nĂ©ficiĂ© du plus d’investissement.
 

Quatre questions Ă  Greg De Temmerman
« Il faut régler la crise climatique, la fusion viendra peut-être après »

Chercheur durant 18 ans dans la fusion nucléaire, dont six passés à ITER, Greg De Temmerman livre son analyse du domaine.

Le physicien est à la tête de Zenon Research,
un think tank sur les Ă©nergies de demain

Quels sont les défis techniques à relever pour produire de l’électricité via la fusion ?
Pour provoquer une rĂ©action de fusion, il faut chauffer le combustible Ă  des tempĂ©ratures très Ă©levĂ©es (environ 150 millions de degrĂ©s), ce qui nĂ©cessite de l’énergie. La première question est : peut-on gĂ©nĂ©rer plus d’énergie que celle investie ? En thĂ©orie oui mais pour l’instant aucune expĂ©rience ne l’a dĂ©montrĂ©. Le tokamak JET – et plus rĂ©cemment le National Ignition Facility [voir Ă©dito, NDLR] – a permis la production de 70% de l’énergie injectĂ©e. Avec ITER, le choix a Ă©tĂ© fait de concentrer les efforts sur une installation plus grande et donc de passer d’un facteur 0,7 Ă  10 sans Ă©tape intermĂ©diaire. Beaucoup de difficultĂ©s techniques sont Ă  surmonter : l’instabilitĂ© du plasma, son maintien sur de très longues durĂ©es, le dĂ©veloppement des matĂ©riaux assez rĂ©sistants, des moyens de produire du tritium mais aussi l’extraction d’un flux de chaleur Ă©norme, etc.

Ces promesses sont-elles nouvelles ?
Sur-promettre est un des travers de la fusion depuis ses débuts, dès la fin de la seconde Guerre mondiale. Les scientifiques ont été dupés par la rapidité avec laquelle la fission a pu être utilisée [c’est le principe des centrales nucléaires actuelles, NDLR]. Pour la fusion, il y a eu plusieurs phases d’espoir puis de déception. Comme dans les années 1970, on parle à nouveau de fusion dans les médias et on observe aujourd’hui une hype autour de projets privés ambitieux.

Ces initiatives privées sont-elles crédibles face à des projets comme ITER ?
Parmi la trentaine de projets dans le monde qu’on dĂ©nombrait fin 2020, certains sont basĂ©s sur une physique proche de celle d’ITER et des technologies novatrices, au sujet des supraconducteurs par exemple – notamment Commonwealth Fusion System, une spin-off du MIT [qui vient d’annoncer des records de champ magnĂ©tique permettant une machine plus compacte et Ă  des tempĂ©ratures moins basses, NDLR]. D’autres projets sont basĂ©s sur des concepts beaucoup moins connus et Ă©tudiĂ©s. Mais si la plupart des projets promettent des rĂ©acteurs connectĂ©s au rĂ©seau Ă©lectrique d’ici 10 ou 15 ans, ils n’ont pas encore rĂ©glĂ© les questions du tritium ou des matĂ©riaux. Leur communication est pour autant très optimiste et en dĂ©calage avec le monde acadĂ©mique. A ITER, la physique est connue et la prise de risque est beaucoup moins grande.

La fusion nous aidera-t-elle dans la transition énergétique ?
Non, il faut aller vite pour régler la crise climatique, la fusion viendra après – si elle vient. ITER est fait pour montrer sa faisabilité : si les résultats ne sont pas à la hauteur, au vu des sommes engagées et des délais, la fusion pourrait connaître un coup d’arrêt. La question est donc plutôt : y aura-t-il de la place pour elle dans 50 ans ? Quel sera le besoin pour une énergie nécessitant de grosses structures comme ITER si nous sommes passés à un modèle basé sur des énergies renouvelables ? Ce sera un choix sociétal mais je pense qu’il est bon d’avoir cette option et donc de continuer à la développer.

 Des infos en vrac  BPI lance le 23 septembre la plateforme Les Deeptech dédiée au développement de startup… deeptech, comme son nom l’indique //////////// La France et les Pays-Bas ont signé un accord sur la stratégie quantique //////////// Le concours de pitch professionnel organisé par l’association Bernard Gregory est ouvert. La finale aura lieu lors du PhDTalent Career Fair le 15 octobre ////////////

Ils parlent d’inno (alors on vous en parle)

Et pour finir
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Une imprimante 3D, vous en avez peut-être une au labo, mais saviez-vous qu’on pouvait construire des maisons avec ? Alors que la demande explose aux Etats-Unis, les premières arrivent en Europe !

 

 

 

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