Un grand pas pour la fusion nucléaire : des chercheurs dépassent la limite théorique de densité du plasma au sein d'un tokamak

Un réacteur à fusion nucléaire au sein duquel des atomes sont chauffés pour former un plasma (illustration).

Des chercheurs chinois et américains ont mis au point une méthode de fonctionnement des réacteurs nucléaires tokamaks. Elle rend le plasma qui y circule plus dense, ce qui ouvre la voie à une utilisation commerciale.

Elle est considérée comme la source d’énergie ultime pour l’humanité. L’énergie issue de la fusion nucléaire pourrait anéantir tout problème de production énergétique. Cette technologie s’assimile à concevoir un “Soleil artificiel”. Mais pour le moment, les scientifiques cherchent encore à le dompter.

Actuellement, ce sont les réacteurs tokamaks qui affichent les plus grandes avancées. Il s’agit d’une structure utilisant une configuration de champ magnétique toroïdal (reprenant la forme d’un donut). Grâce à lui, des atomes vont être chauffés et concentrés afin de créer des collisions au cours desquelles deux atomes vont fusionner pour ne former qu’une seule entité. Cette réaction permet de libérer une grande quantité d’énergie.

La densité théorique de confinement magnétique dépassé de 20 %

Pour fonctionner, les réacteurs à fusion utilisent deux isotopes d’hydrogène : le deutérium et le tritium. Ce sont des atomes d’hydrogène (un proton et un électron), mais leur nombre de proton varie. Ils ont respectivement un et deux neutrons alors qu’un atome d’hydrogène classique n’en possède pas. Sous l’effet de la chaleur – jusqu’à 100 millions de degrés – les éléments forment un plasma au sein duquel ils vont s’entrechoquer.

Et c’est justement autour de ce plasma que des chercheurs chinois et américains ont réussi à franchir une nouvelle étape vers l’utilisation commerciale de la fusion nucléaire, indique South China Morning Post. Au cours d’une expérience dans un tokamak expérimental de San Diego, les scientifiques ont pu dépasser la limite théorique de densité du plasma pendant 2,2 secondes.

Pendant ce court instant, détaillent les chercheurs dans un article paru dans la revue Nature, la densité moyenne du plasma a été 20 % supérieure à celle de la limite de Greenwald. Il s’agit d’une limite à partir de laquelle le confinement magnétique devient instable. Or, cette instabilité influe directement sur l’efficacité du réacteur.

Pour y parvenir, les chercheurs ont mis en place un gradient de densité. C’est-à-dire que la densité du plasma était plus élevée au centre du tokamak et plus faible sur la partie extérieure du réacteur.

Une qualité du confinement de l’énergie revue à la hausse

Jusqu’à maintenant, lorsque la limite de Greenwald était atteinte, la qualité du confinement magnétique diminuait. Ce qui engendre une “perte soudaine et complète de l’énergie du plasma”, explique l’équipe de recherche dans l’article. Seul problème, la densité du plasma est directement liée à la quantité d’énergie produite.

Cette découverte revêt donc une importance capitale dans l’espoir de faire de la fusion nucléaire une source d’énergie fiable. D’autant plus que l’expérience a également montré que cette méthode permettait d’obtenir une qualité de confinement de l’énergie revue à la hausse de 50 %.

“Le régime de fonctionnement que nous décrivons répond à certaines exigences critiques de nombreux modèles de réacteurs à fusion dans le monde entier et ouvre une voie potentielle vers un point de fonctionnement permettant de produire une énergie de fusion économiquement attrayante”, conclut l’article.

Cette découverte pourrait notamment aider au développement du projet pilote ITER. Ce réacteur expérimental, installé en France, doit devenir le plus grand tokamak au monde. Sa mise en service, prévue pour 2030, doit permettre de démontrer la faisabilité de la fusion nucléaire afin d’en faire une source d’énergie propre et infinie.