Lorsqu’un gaz est porté à très haute température, les atomes se dissocient : les électrons et les noyaux sont séparés les uns des autres et le gaz se transforme en plasma. Un plasma est donc une phase de la matière (appelé 4^ème état) constituée de particules chargées (des ions positifs ou négatifs et des électrons). C’est dans ce milieu, à des températures de plusieurs centaines de millions de degrés Celsius, que les noyaux légers peuvent fusionner.

De toutes les réactions de fusion, c’est celle entre le deutérium (²H ou D) et le tritium (³H ou T), deux isotopes de l’hydrogène (H), qui se révèle la plus accessible et prometteuse en l’état actuel des technologies. Elle permet d’obtenir le gain énergétique le plus élevé (quatre fois supérieure à l’énergie produite par la fission), en présentent la plus grande section efficace (probabilité de réaction de fusion entre les deux atomes) aux températures les moins élevées.

Les 3 conditions à remplir

Pour parvenir à fusionner ces atomes légers dans ce milieu, il est nécessaire de remplir certaines conditions :

• une température du plasma supérieure à 150 millions de degrés Celsius ;
• le maintien de ce plasma pendant une durée suffisante que l’on appelle temps de confinement ;
• une densité suffisante des particules du plasma pour produire le plus grand nombre de collisions possible.

Confinement magnétique ou inertiel

Les deux paramètres libres des 3 conditions ci-dessus que sont le temps de confinement et la densité permettent d’entrevoir 2 approches possibles. La première est le confinement magnétique qui consiste à donner du temps aux noyaux légers pour fusionner. Le plasma est contenu dans une boite magnétique (Tokamak ou Stellarator) en forme d’anneau. Un puissant champ magnétique généré grâce à des aimants supraconducteurs confine le plasma et permet ainsi de le maintenir stable. Dans ces machines, plusieurs systèmes de chauffage ont également été inventés pour porter le plasma aux températures attendues. Dans ces installations, les densités de combustible sont très faibles (typiquement quelques grammes dans un volume d’interaction de plusieurs centaines de m³).

La seconde solution est le confinement inertiel qui va consister à compresser le combustible contenu dans une cible millimétrique à de très fortes densités par des faisceaux lasers ultraviolets. Ce bombardement permet également la formation d’un plasma au sein duquel les opérations de fusions entre les atomes légers pourront se dérouler.

La fusion nucléaire, un graal énergétique ?

Si les principes physiques derrière la fusion sont bien connus, sa maitrise l’est beaucoup moins et stimule activement la recherche depuis des décennies. C’est pourquoi dans plus de cinquante pays, des institutions, laboratoires, universités, start-ups et investisseurs publics et privés travaillent à son développement pour que cette technologie révolutionnaire devienne réalité au cours du XXI^ème siècle.

La fusion nucléaire est considérée comme « un graal énergétique » car elle présente de nombreux avantages :

• Elle laisse entrevoir une source d’énergie massive, continue, programmable dans le temps, virtuellement inépuisable, dont le combustible est universellement réparti (deutérium seulement).
• Les principes physiques qui la régissent sont intrinsèquement sûrs. Il n’y a pas de risque d’emballement de la réaction.
• Son impact sur l’environnement est limité : la fusion nucléaire n’émettant ni CO₂, ni polluants atmosphériques.
• Contrairement à la fission nucléaire, la fusion ne produit pas de déchets de haute activité à vie longue.
• Enfin, le risque de prolifération est moindre.

Toutefois, bien que les expérimentations progressent au fil des années, il reste encore des défis à lever pour permettre un jour à l’énergie de fusion d’alimenter en électricité les foyers, notamment en ce qui concerne la pleine maîtrise des trois conditions nécessaires pour la fusion, le développement de matériaux résistants aux environnements spécifiques de la fusion, la production de tritium au sein des centrales (auto-alimentation)… ■