La 'machine stupide' promettant une percée dans l'énergie propre

« Quelques personnes ont dit que l'endroit où Proxima se trouve aujourd'hui était impossible », déclare Francesco Sciortino, cofondateur et PDG de Proxima Fusion.

Être accusé de tenter l'impossible n'est pas inhabituel pour les scientifiques et les ingénieurs travaillant sur des projets de fusion nucléaire dans le monde entier.

Après tout, ils tentent de capturer, sur Terre, la réaction qui alimente le Soleil.

Le succès pourrait signifier une électricité abondante, bon marché et sans émissions. Mais les défis sont considérables et une centrale électrique opérationnelle est encore loin.

La fusion est le processus de fusion des noyaux d'hydrogène, ce qui libère d'énormes quantités d'énergie.

Sur le Soleil, d'énormes forces gravitationnelles contribuent à maintenir la réaction en cours.

Pour maintenir la fusion ici sur Terre, des températures extrêmement élevées - plusieurs fois supérieures à celles que l'on trouve sur le Soleil - sont nécessaires.

Ainsi, un combustible (généralement une combinaison des isotopes de l'hydrogène, le tritium et le deutérium) est chauffé jusqu'à ce qu'il devienne un plasma brûlant, qui doit ensuite être contrôlé et manipulé pour déclencher la fusion.

Il existe plusieurs façons de faire cela, et Proxima Fusion, basée en Allemagne, tente l'une d'entre elles, considérée comme difficile, même selon les normes extrêmes de l'industrie de la fusion.

Une approche courante de la fusion consiste à construire un tokamak. C'est un appareil en forme de donut, qui utilise des aimants puissants pour confiner le plasma.

Mais Proxima, basée à Munich, travaille sur un stellarator. Il utilise également des aimants pour manipuler le plasma, mais le récipient de la réaction a une forme plus complexe, avec des torsions et des virages, ce qui le rend beaucoup plus difficile et coûteux à construire.

Alors, pourquoi emprunter ce chemin tortueux ?

Eh bien, si la conception fonctionne, les torsions et les virages d'un stellarator facilitent le contrôle du plasma brûlant qu'avec la conception rivale du tokamak, selon Sciortino.

En comparant les deux systèmes, il dit qu'un tokamak est une « bête » tandis que le stellarator est un « petit chat ».

« Un stellarator est une chose qui est objectivement très difficile à concevoir, objectivement très difficile à construire. Mais si vous le faites, c'est une machine stupide... tout comme un four à micro-ondes », dit Sciortino.

La « machine stupide » de Proxima sera un stellarator appelé Alpha. Il s'appuiera sur des décennies de travaux réalisés par l'Institut Max Planck de physique des plasmas et son stellarator W7-X.

L'objectif d'Alpha est de produire plus d'énergie qu'il n'en utilise pour fonctionner, et les leçons tirées contribuent à la conception d'un appareil encore plus avancé - une centrale électrique à fusion, appelée Stellaris.

Mais d'abord, Alpha aura besoin de beaucoup d'investissements, qui sont rassemblés actuellement. Proxima a récemment obtenu 400 millions d'euros (340 millions de dollars) de l'État de Bavière et se porte candidat à plus d'un milliard de dollars de financement auprès du gouvernement fédéral - une décision est attendue l'année prochaine.

Proxima est en concurrence avec d'autres groupes développant des technologies de fusion - 53 selon la Fusion Industry Association (FIA), qui représente l'industrie de la fusion et suit les développements.

Un projet utilisant l'approche tokamak est Step (Spherical Tokamak for Energy Production), basé au Royaume-Uni.

Soutenue par le gouvernement britannique, le plan est de construire une centrale prototype sur le site d'une ancienne centrale électrique au charbon à West Burton, dans le Yorkshire.

« Les tokamaks ont l'avantage d'une base expérimentale approfondie, construite sur des décennies. Ils ont démontré des performances de plasma plus proches de ce qui est requis pour une centrale électrique à fusion, y compris le fonctionnement avec du combustible de fusion », déclare Ryan Ramsey, directeur de la performance organisationnelle chez Step et ancien capitaine du sous-marin nucléaire HMS Turbulent.

Et dans ce type de fusion, les aimants coûteux et puissants devraient être relativement simples à construire.

« Ils [les tokamaks] bénéficient d'une géométrie magnétique comparativement plus simple, avec moins d'enroulements réguliers. Cela a de réelles implications pour la fabrication, la maintenance et le coût », dit Ramsey.

Sciortino est bien conscient des défis qui attendent Proxima. Il « fait des insomnies » à propos de la possibilité pour Proxima de construire les aimants, avec leurs formes complexes, à une vitesse et à un coût qui rendront le stellarator économiquement viable.

« Le premier aimant que nous fabriquerons sera très compliqué et très cher. Mais pouvons-nous le fabriquer plus rapidement que prévu et pouvons-nous réduire les coûts ? » demande Sciortini.

À leur avantage, il y a l'expertise allemande en matière de fabrication. Par exemple, Sciortino cite le nombre impressionnant de travailleurs capables d'utiliser des machines CNC - un type d'outil-machine à commande numérique qui peut couper, graver ou façonner des matériaux, y compris le bois, le métal ou le plastique.

Sciortino estime qu'il y a 550 000 machinistes CNC en Allemagne, contre 350 000 dans tout l'États-Unis.

Cela compte pour Proxima, qui utilise un type d'acier très cher dans ses aimants, qui doit être usiné avec une grande précision.

Tout en maintenant des niveaux de précision élevés, le maintien du rythme du développement est crucial pour Sciortino.

Le W7-X a mis plus d'une décennie à démarrer - il veut mettre Alpha en service en un tiers de ce temps.

Ainsi, une bobine magnétique prototype est en cours de construction et le plan est de la tester l'année prochaine.

Sa géométrie tordue en fait l'un des aimants les plus complexes au monde, selon Proxima.

Une fois les tests terminés, Proxima construira 40 autres bobines magnétiques qui seront intégrées à sa machine Alpha.

Pour ce faire, une usine d'aimants est en cours de construction.

« En 2028, 2029, nous devons être en mesure de fabriquer des aimants à une vitesse folle », dit Sciortino.

Le travail ne se limite pas à l'Allemagne. Sciortino dit qu'à travers l'Europe, il existe des fournisseurs clés, ce qui signifie que l'Europe pourrait bien être à l'avant-garde d'une future industrie de la fusion.

« Nous [les Européens] avons manqué la vague numérique, n'est-ce pas ? Mais il s'avère que nous avons toujours des gens formés à la fabrication », dit-il.

Chez Step, Ramsey souligne que l'industrie de la fusion est bien au-delà d'une expérience de physique maintenant.

« Il y a un véritable élan dans la fusion actuellement, et cela doit être considéré comme une force plutôt que comme quelque chose qui divise. Il ne s'agit pas d'une course à une seule voie, mais d'un ensemble d'approches explorant différents compromis. La véritable question maintenant n'est pas laquelle des concepts est le plus intéressant, mais laquelle peut crédiblement livrer une centrale électrique. »