Les États-Unis et les gouvernements du monde entier allouent d’énormes fonds pour développer l’énergie de fusion nucléaire. Leurs efforts porteront-ils leurs fruits ?
Et si nous pouvions produire une énergie presque sans carbone en utilisant des combustibles à isotopes d’hydrogène dérivés de l’eau de mer, sans générer de déchets radioactifs nuisibles à long terme ? C’est la promesse de la fusion nucléaire, un processus par lequel deux noyaux atomiques d’isotopes d’hydrogène, le deutérium et le tritium, sont combinés pour former un atome d’hélium, libérant d’énormes quantités d’énergie. C’est le même processus qui alimente toutes les étoiles de l’univers, y compris le Soleil.
Sur Terre, la fusion nucléaire est étudiée depuis plus de 70 ans. Le défi a toujours été de contenir et de contrôler le plasma d’hydrogène à d’immenses pressions et températures supérieures à 100 millions de degrés pour permettre la réaction de fusion nucléaire de l’hydrogène. Pour que la fusion nucléaire fonctionne, elle doit produire plus d’énergie que celle requise pour créer et contrôler le plasma de fusion—c’est ce qu’on appelle le point d’équilibre.
Les chercheurs du Laboratoire national de Lawrence Livermore en Californie ont atteint ce point d’équilibre en 2022 avec une réaction de fusion alimentée par laser. Pourtant, les scientifiques ont encore un long chemin à parcourir pour rendre l’énergie de fusion commercialement viable. Des partenariats public-privé, un financement gouvernemental et des budgets énormes seront nécessaires pour faire avancer la fusion nucléaire.
Technologie de diagnostic de fusion. Image utilisée avec l’autorisation du National Ignition Facility/Jason Laurea
L’Incitation à la Fusion
Selon l’Agence internationale de l’énergie atomique, l’énergie produite par kilogramme de combustible lors de la fusion nucléaire est jusqu’à quatre fois supérieure à celle produite dans un réacteur nucléaire à fission utilisant de l’uranium et presque quatre millions de fois celle obtenue par la combustion de combustibles fossiles.
La fusion ne produit pas de gaz à effet de serre nuisibles ni de déchets nucléaires de haute activité issus de réacteurs à fission. Contrairement aux réacteurs à fission utilisant l’uranium ou le plutonium comme combustible, les sous-produits des réactions de fusion ne peuvent pas être utilisés pour produire des armes nucléaires.
Investir dans l’Avenir
Le financement gouvernemental et les partenariats public-privé ont fait progresser la recherche sur la fusion nucléaire en raison des défis techniques liés à la création et à la maîtrise des températures et pressions nécessaires pour générer un plasma d’hydrogène. Selon le Rapport mondial de l’industrie de la fusion 2024 de la Fusion Industry Association, l’investissement total de l’industrie dans l’énergie de fusion dépasse 7,1 milliards de dollars, avec plus de 900 millions de dollars investis cette année. Le financement gouvernemental mondial a augmenté de 57 % au cours de l’année passée, atteignant 426 millions de dollars.
Les investissements privés dans 45 entreprises de fusion incluent 100 millions de dollars pour Xcimer, 90 millions de dollars pour SHINE Technologies et 65 millions de dollars pour Helion Energy. Les États-Unis sont en tête de l’industrie de l’énergie de fusion avec 25 entreprises dans l’enquête, suivis du Royaume-Uni, de l’Allemagne, du Japon et de la Chine, qui en comptent chacune trois. La Suisse possède maintenant deux entreprises de fusion, tandis que l’Australie, le Canada, la France, Israël, la Nouvelle-Zélande et la Suède en ont chacune une.
Machine de fusion Polaris. Image utilisée avec l’autorisation de Helion
En juin 2024, le Département américain de l’Énergie (DOE) a signé des contrats avec huit entreprises, allouant 46 millions de dollars pour que ces sociétés participent au Programme de développement de fusion basé sur des étapes pour livrer des conceptions d’installations pilotes. Les États-Unis ont dépensé 790 millions de dollars pour le Bureau des sciences de l’énergie de fusion du DOE et 690 millions de dollars supplémentaires pour soutenir la recherche sur la fusion inertielle par laser au National Ignition Facility, financés par l’Administration de la sécurité nucléaire nationale.
Le Forum économique mondial de la Chine prévoit de dépenser entre 1 et 1,5 milliard de dollars par an pour la recherche sur la fusion—presque le double du montant alloué par le gouvernement américain pour la recherche sur la fusion en 2024.
Le gouvernement chinois a effectué des investissements substantiels dans des projets de fusion, y compris le Tokamak superconductor avancé expérimentale au sein de l’Institut de physique de Hefei, qui a reçu presque 900 millions de dollars en 2019 pour sa construction et son fonctionnement, ainsi qu’une somme supplémentaire de 900 millions de dollars plus récemment pour continuer ses efforts de recherche. L’EAST a établi un record mondial en maintenant une température de plasma à 120 millions de degrés Celsius pendant 101 secondes et à 160 millions de degrés Celsius pendant 20 secondes.
Le réacteur expérimental de fusion de Chine est prévu pour être construit d’ici la fin de cette décennie, avec une puissance initiale de 200 MW et, éventuellement, plus de 1 GW, démontrant l’engagement de la Chine envers la production d’énergie de fusion à grande échelle.
Des entreprises privées en Chine investissent également de manière significative dans la recherche sur la fusion. Le Groupe ENN, une grande entreprise privée d’énergie chinoise, prétend avoir investi plus de 100 millions de dollars dans son programme de fusion, avec un budget supplémentaire à long terme de 150 millions de dollars par an.
L’International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER), actuellement en construction en France, est un effort collaboratif impliquant 35 nations, y compris les États-Unis, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et l’Union européenne. L’ITER utilise un design de tokamak avec des champs magnétiques pour confiner et chauffer le plasma créé par la réaction de fusion impliquant les isotopes d’hydrogène, le deutérium et le tritium. Le réacteur produira 500 MW d’énergie de fusion à partir de 50 MW de puissance d’entrée.
Installation ITER en France. Image utilisée avec l’autorisation de ITER
La construction a commencé en 2013. Les premières expériences de plasma d’ITER sont attendues en décembre 2025, avec une mise en service complète prévue pour 2039. Le financement d’ITER est fixé à 6,8 milliards de dollars entre 2021 et 2027.
Quand verrons-nous la fusion ?
La probabilité de production d’électricité par fusion nucléaire à grande échelle dans les 10 à 20 prochaines années (avant 2035) est faible, mais certaines démonstrations limitées pourraient se produire. À moyen terme (2040-2060), les chances d’installer les premières centrales électriques de fusion connectées au réseau sont meilleures. Celles-ci seront probablement des prototypes à grande échelle pour évaluer les technologies, ce qui pourrait finalement mener à des systèmes de production d’énergie à grande échelle.
Au-delà de 2060, la fusion nucléaire commerciale deviendra plus probable, mais cela dépendra de la résolution des défis techniques importants concernant la maîtrise du plasma et l’extraction efficace de l’énergie. Cela sera conditionné à un financement continu à grande échelle, et il est soutenu que ces fonds pourraient être mieux utilisés pour soutenir des énergies renouvelables à émissions nulles comme l’éolien et le solaire.
Simulation d’ignition de fusion. Image utilisée avec l’autorisation du National Ignition Facility/Marty Marinak
Bien que la fusion nucléaire présente un grand potentiel comme source d’énergie propre et abondante, il est peu probable qu’elle contribue de manière significative à la production d’électricité dans les prochaines décennies. Cependant, le milieu du 21e siècle pourrait voir émerger les premières centrales électriques commerciales à fusion, avec une adoption plus répandue possible dans la seconde moitié du siècle. Beaucoup dépendra de la capacité à surmonter d’importants défis scientifiques, techniques et économiques.