Fusion nucléaire : un stellarator maintient le plasma stable pendant une durée record de 43 secondes

Récemment, le réacteur stellarator allemand Wendelstein 7-X de l’Institut Max-Planck de physique des plasmas (IPP) à Greifswald, en Allemagne, a établi un nouveau record en matière de fusion nucléaire. Il nous rapproche ainsi d’une énergie propre commerciale et quasi illimitée. Explications.

Une énergie propre et illimitée

La fusion nucléaire promet une énergie propre et illimitée. En brisant des isotopes d’hydrogène à des températures extrêmement élevées, le plasma surchauffé d’électrons et d’ions qui en résulte fusionne en atomes plus lourds, libérant ainsi une quantité phénoménale d’énergie.

Lire aussi Ai-Da expose, Black Panther court… et xAI dérive : deux visages d’un futur qui nous fascine autant qu’il nous fait peur

Cependant, même si cette réaction de fusion est auto-entretenue sous les températures et les pressions extraordinaires qui règnent à l’intérieur des étoiles, recréer ces conditions sur Terre constitue un énorme défi technique. Et les systèmes de réacteurs actuels consomment encore plus d’énergie qu’ils ne sont capables d’en produire.

Le stellarator W7-X

Les stellarators font partie des réacteurs les plus prometteurs. Ils sont appelés ainsi en raison de leur capacité à imiter les réactions du Soleil. Ils utilisent de puissants aimants externes pour contrôler le plasma à haute énergie dans une chambre à vide annulaire et maintenir une pression élevée et stable. Contrairement aux réacteurs tokamaks plus simples, qui font passer un courant élevé dans le plasma pour générer le champ magnétique requis, les aimants externes des stellarators stabilisent mieux le plasma lors des réactions de fusion, une caractéristique qui sera à terme nécessaire lors du transfert de cette technologie vers des centrales électriques commerciales.

Lors des expériences récentes, le stellarator W7-X a surpassé les précédentes attentes établies par les tokamaks JT60U au Japon et JET au Royaume-Uni, en particulier en ce qui concerne la durée pendant laquelle le plasma peut être maintenu. « Le réacteur a atteint un nouveau record de produit triple, un indicateur clé du succès des générateurs d’énergie de fusion », a expliqué dans un communiqué Thomas Klinger, directeur des opérations chez Wendelstein 7-X et directeur de la dynamique et du transport du stellarator chez IPP. « Ce produit triple est une combinaison de la densité des particules dans le plasma, de la température requise pour leur fusion et du temps de confinement de l’énergie (une mesure de la capacité du système à retenir l’énergie thermique). Une valeur minimale, appelée critère de Lawson, marque le point où la réaction produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme et devient auto-entretenue. Un produit triple plus élevé indique donc une réaction plus efficace. »

Lire aussi En mode autonome, une Tesla s’engage sur une voie ferrée et se fait percuter par un train

Une centrale électrique

Le directeur ajoutant : « Ce nouveau record est une formidable réussite pour l’équipe internationale. L’élévation du triple produit au niveau d’un tokamak lors de longues impulsions plasma marque une nouvelle étape importante vers un stellarator capable de fonctionner comme une centrale électrique. »

Par ailleurs, cette dernière étape clé permet le développement d’un nouvel injecteur de pastilles de combustible combinant le ravitaillement continu du réacteur et un chauffage pulsé pour maintenir la température requise du plasma. En 43 secondes, 90 pastilles d’hydrogène congelées ont été projetées dans le plasma à une vitesse pouvant atteindre 800 mètres par seconde, soit environ la vitesse d’une balle. Des impulsions préprogrammées de puissantes micro-ondes ont chauffé le plasma, qui a atteint une température maximale de 30 millions de degrés Celsius. Cette entente entre les impulsions micro-ondes et l’injection des pastilles a prolongé la durée de maintien stable du plasma.

Ces expériences ont finalement permis d’augmenter le renouvellement d’énergie de la réaction à 1,8 gigajoule sur une période de six minutes, pulvérisant ainsi le précédent record du réacteur de 1,3 gigajoule datant de février 2023. Le renouvellement d’énergie est une combinaison de la puissance de chauffage et de la durée du plasma d’un réacteur à fusion et une indication de la capacité du réacteur à maintenir le plasma à haute énergie.

Lire aussi La fusion nucléaire a un nouveau visage : celui d’un laser figé dans le temps à 1 000 milliards de watts

« Les résultats de cette campagne expérimentale sont bien plus que de simples chiffres. Ils représentent une avancée significative dans la validation du concept de stellarator, rendue possible grâce à une collaboration internationale exceptionnelle », a conclu Robert Wolf, responsable du chauffage et de l’optimisation du stellarator à l’IPP.

Par ailleurs, un réacteur expérimental produit une quantité record d’énergie.