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Fusion nucléaire : les nouveaux supraconducteurs changeraient la donne

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Espoir d'une énergie quasiment inépuisable, la fusion nucléaire repose sur des technologies encore en devenir. Les progrès pourraient s'accélérer, affirme une équipe du MIT lancée dans un projet baptisé ARC. La clé : une nouvelle génération de supraconducteurs qui permet de créer des champs magnétiques bien plus intenses, ce qui simplifierait la conception d'un réacteur.

Une vue en coupe du réacteur ARC proposé par une équipe du MIT. Grâce à une nouvelle technologie magnétique, le réacteur ARC devrait permettre de produire, à un prix plus faible, la même quantité d'énergie qu’un réacteur beaucoup plus grand. © MIT ARC Team

Depuis plusieurs décennies, les scientifiques rêvent d'exploiter la fusion nucléaire, ce phénomène qui a lieu au cœur des étoiles, pour produire une énergie sûre, quasi inépuisable et presque propre. Grâce aux récentes avancées réalisées dans le secteur des technologies magnétiques, des chercheurs américains du MIT (Massachusetts Institute of Technology) estiment possible de construire un réacteur à fusion nucléaire compact en une petite dizaine d'années seulement.

Pour parvenir à leurs fins, ils ont employé de nouveaux supraconducteurs, déjà disponibles dans le commerce. Ces supraconducteurs à base d'oxyde de baryum, de cuivre et de terres rares, et baptisés Rebco (rare-earth barium copper oxide), se présentent sous forme de rubans. De quoi permettre aux chercheurs du MIT de fabriquer des bobines génératrices de champs magnétiques particulièrement intenses, suffisamment pour confiner du plasma, la clé d'un réacteur à fusion nucléaire. Ils ont baptisé leur projet ARC, pour affordable, robust, compact (abordable, robuste et compact). On ne peut pas manquer d'y voir un clin d'œil à la source d'énergie de l'armure d'Iron Man, le héros des bandes dessinées de Marvel Comics et des films éponymes.

Pour mieux comprendre, revenons aux bases physiques de la fusion nucléaire. Elle consiste à faire fusionner deux noyaux atomiques légers, des noyaux d'hydrogène en l'occurrence. Or, les noyaux sont électriquement positifs et deux charges de même signe ont la fâcheuse tendance à se repousser. Seules des températures extrêmes, qui se compteraient en millions de degrés, peuvent accélérer les noyaux au point de leur permettre de casser la barrière dressée par les forces électromagnétiques. Et, actuellement la plupart des scientifiques s'accordent à dire que la meilleure solution pour y parvenir est celle du tokamak, une sorte de boîte magnétique dans laquelle deux isotopes de l'hydrogène, le deutérium et le tritium, seraient confinés et maintenus à une température de quelque 150 millions de degrés. À cette température, la matière se présente sous la forme d'un plasma, un gaz extrêmement chaud et électriquement chargé. Un environnement favorable à la fusion nucléaire.

Une fois refroidis à la température de l’azote liquide, les rubans supraconducteurs de Rebco (main droite) transportent autant de courant qu’un gros câble de cuivre (main gauche). De quoi construire des bobines émettant des champs magnétiques extrêmement élevés et consommant des quantités minimales d’énergie. © Jose-Luis Olivares, MIT

Comme Iter mais en mieux

Un prototype à grande échelle de ce type de réacteur est actuellement en cours de construction à Saint-Paul-lez-Durance, en Provence-Alpes-Côte d'Azur. Le projet Iter vise à valider la faisabilité scientifique et technologique de l'énergie de fusion et à ouvrir la voie à son exploitation industrielle. Au cœur de ce réacteur seront produits des noyaux d'hélium, des neutrons et de l'énergie. Les noyaux d'hélium, chargés, resteront confinés dans le tokamak sous l'effet du champ magnétique. 80 % de l'énergie produite sera portée par les neutrons, insensibles au champ magnétique. Ceux-ci transféreront leur énergie sous forme de chaleur aux parois du réacteur. Une chaleur qui sera, par la suite, utilisée pour produire vapeur et électricité.

La solution proposée par les chercheurs du MIT pour ce projet ARC repose sur les mêmes principes physiques. Cependant, basée sur des champs magnétiques bien plus intenses, elle permet de diminuer la taille du réacteur et, partant, son coût. Elle permet aussi d'envisager d'autres avancées. Les scientifiques ont en effet établi qu'en doublant l'intensité du champ magnétique appliqué, l'énergie produite pouvait être multipliée... par 16 ! Avec un réacteur tel que cet ARC, l'énergie produite serait 10 fois supérieure à celle que l'on attend en utilisant des supraconducteurs classiques. Ainsi, un réacteur d'un diamètre deux fois plus petit que celui d'Iter pourrait produire tout autant d'énergie, pour un coût bien moindre et une durée de construction plus courte, explique le communiqué du MIT. Rappelons tout de même que Iter n'est pas prévu pour produire de l'électricité mais pour valider des concepts techniques.

Parmi les autres avantages cités par l'équipe américaine : la possibilité de remplacer le cœur de fusion sans avoir à démanteler le réacteur tout entier. De quoi mener aisément des recherches plus poussées (matériaux, conception, etc.) dans le but d'améliorer encore les performances du système. De même, les matériaux solides qui entourent habituellement ce type de réacteurs pourront être remplacés par un liquide qui pourra facilement être mis en circulation autour de la chambre de fusion et remplacé sans grand frais.

Pour l'heure, aucun réacteur de fusion n'a pu produire plus d'énergie qu'il n'en consomme. Or, dans sa configuration actuelle, ARC serait théoriquement capable de produire trois fois plus d'électricité que celle utilisée pour le faire fonctionner. Et les chercheurs du MIT assurent que ce rendement pourrait être encore doublé...