Confinement magnétique

• Les tokamaks

Les premiers tokamaks remontent à la fin des années 1950, date à partir de laquelle le concept devient incontournable pour le confinement magnétique du plasma. À l’origine, les soviétiques étaient pionniers en la matière, notamment avec le T-3 (T pour tokamak). Depuis, des machines de ce type ont été construites partout dans le monde. On estime que depuis les années 1950/60, plus de 200 tokamaks ont contribué aux recherches sur l’énergie de fusion.

La France a exploité le tokamak de Fontenay aux Roses (TFR) dans les années 1970. Aujourd’hui, ses efforts se concentrent sur le tokamak West (version améliorée de Tore Supra) exploité par le CEA à Cadarache. Ses expérimentations contribuent à préparer la future exploitation scientifique d’Iter et à qualifier des solutions technologiques qui y seront mises en œuvre. West a ainsi réalisé un plasma d’une durée de 22 min en début 2025 (2,6 gigajoules d’énergie injectée) en utilisant des composants recouverts de tungstène qui seront aussi utilisés dans Iter.

Aux États-Unis, les recherches étaient actives surtout à la fin des années 90 sur le TFTR (Tokamak Fusion Test Reactor), qui a été le premier a effectué des expériences de fusion avec un combustible à parts égales de deutérium et de tritium. Aujourd’hui, les principaux acteurs du pays sont des start-ups qui lèvent des investissements conséquents notamment auprès des Gafam.

Le Royaume-Uni est le pays qui a abrité le tokamak européen Jet (Joint European Torus), qui a activement fait progresser la recherche grâce à de nombreux records, jusqu’à son arrêt définitif en 2023. Un programme ambitieux (programme Step) est en cours avec l’objectif de démarrer la construction d’une centrale de démonstration la prochaine décennie.

En Asie, le Japon, la Chine et la Corée du sud disposent également de tokamaks en activité, avec respectivement le JT-60SA (Japan Torus 60 Super Advanced) – une installation coexploitée avec l’Europe –, le East (Experimental Advanced Supraconducting Tokamak) et le Kstar (Korean Supraconducting Tokamak Advanced Research). En outre, la Chine est un des pays qui misent le plus sur la fusion nucléaire pour son avenir énergétique à long terme.

D’autres pays, comme l’Inde ou le Kazakhstan, possèdent également des tokamaks sur leur territoire ou ont des projets en développement.

• Le stellarator

Le stellarator (« stellar » pour stellaire, « generator » pour générateur) est une machine de fusion nucléaire par confinement magnétique comme le tokamak. À la différence de celui-ci, le stellarator n’utilise pas de courant circulant à l’intérieur du plasma. Le confinement du plasma est créé par l’arrangement de bobines à la géométrie plus complexe, dite hélicoïdale, autour de la chambre à vide¹. Un programme de recherche est notamment développé depuis 2013 en Allemagne par l’Institut Max-Planck de physique avec le Wendelstein 7-X, qui obtient de très bons résultats. Le pays fait lui aussi le pari de la fusion nucléaire pour son avenir énergétique à long terme.

Confinement inertiel

L’idée est également de faire fusionner deux noyaux atomiques légers en un noyau atomique plus lourd, en utilisant ici des faisceaux laser de très forte puissance. La matière est alors comprimée forme un plasma au sein duquel les réactions de fusion se produisent. Sous certaines conditions, la physique mise en jeux dans le confinement inertiel permet de reproduire des phénomènes que l’on retrouve dans une arme nucléaire.

La fusion par confinement inertiel est donc étudiée dans plusieurs pays essentiellement à des fins militaires : en France avec le Laser Mégajoule, aux États-Unis avec le Nif (National Ignition Facility), ou encore en Chine (le programme Shenguang et le Laser Fusion Major Device Laboratory en construction). C’est sur ces installations que les meilleurs résultats dans le domaine de la fusion sont obtenus pour l’instant, notamment pour ce qui est du seuil de rentabilité énergétique (le rapport entre l’énergie injectée et celle produite par la fusion des atomes légers). La fusion inertielle peut aussi être envisagée pour produire de l’énergie.

Une course aux records

Bien que tous les pays participent à l’effort collectif en matière de recherche sur la fusion nucléaire, le suivi des performances des machines à fusion nucléaire entretient une compétition stimulante. Ainsi, depuis 1950, de nombreux records ont été établis. ■