Fusion nucléaire : le tokamak EAST dépasse la limite de densité
Des chercheurs chinois ont généré des plasmas dans le tokamak EAST dont les densités dépassent la limite empirique de Greenwald. Ces résultats offrent ainsi un nouveau mode de fonctionnement à haute densité pour les réacteurs de fusion. Par conséquent, ils ouvrent également de nouvelles perspectives pour l’amélioration de la performance énergétique au sein de ces machines.
Dans un tokamak, la densité du plasma est un paramètre crucial – au même titre que la température et la durée de confinement – pour l’atteinte du seuil critique du produit triple de ces grandeurs, aussi appelé critère de Lawson. C’est cette condition qui définit la « rentabilité » du plasma et, par conséquent, la viabilité et l’entretien des opérations de fusion nucléaire. Jusqu’à présent, les études montraient que les valeurs de densité étaient bloquées à partir d’un certain seuil, identifié sous le nom de « limite de densité de Greenwald ». Dès son dépassement, le plasma se dérobe au confinement magnétique et se désagrège.
Une théorie sur l’interaction plasma-paroi
De récents travaux ont émis l’hypothèse que cette limite de densité était régie par un phénomène se déroulant à l’interface entre le plasma et la paroi interne du tokamak. Cette hypothèse, notamment avancée par des chercheurs de l’Université d’Aix-Marseille, suggère que l’accumulation d’impuretés à cette interface affecte directement la densité du plasma. Par ailleurs, elle met en avant l’existence de conditions dans lesquelles la limite de Greenwald pourrait être dépassée (largement).
EAST franchit la limite de Greenwald
À la fin de l’année 2025, des chercheurs de l’Institut de physique des plasmas de l’Académie chinoise des sciences (ASIPP) ont mené des recherches sur le tokamak EAST pour vérifier cette hypothèse. Grâce à une augmentation de la pression du gaz combustible et/ou à une augmentation de la puissance de chauffage par résonance cyclotronique électronique (ECRH) [1] durant la phase de démarrage du plasma, les chercheurs chinois ont pu atteindre des valeurs de densité supérieures à celle de la limite de Greenwald (au détriment d’une baisse de la température du plasma). « Les résultats expérimentaux obtenus sur le tokamak EAST atteignent une densité électronique moyenne (…) comprise entre 1,3 et 1,65 fois la limite de densité de Greenwald, nettement au-dessus de la plage de fonctionnement typique d’EAST », détaille l’étude, publiée sur Science Advances le 1er janvier 2026.
Ces résultats permettent de confirmer l’existence de régimes de fonctionnement à des densités supérieures à la limite empirique de Greenwald. Selon les chercheurs, le tungstène utilisé sur les parois internes (divertor) du tokamak est aussi essentiel pour réduire l’accumulation d’impuretés et ainsi pouvoir atteindre ce régime de densité. « Ce n’est pas la première fois que cette limite a pu être dépassée. Des valeurs similaires ont en effet été obtenues par le passé sur d’autres machines de fusion grâce à des systèmes différents, comme l’injection de glaçons par exemple. Ce qui est novateur cette fois, c’est le soin apporté à la méthode de démarrage pour obtenir un plasma le plus pur possible », détaille Jérôme Bucalossi, directeur de l’Institut de recherche sur la fusion par confinement magnétique (IRFM) du CEA, lors d’un entretien accordé à la RGN.
Un pas de plus vers la fusion
« Ces expériences démontrent et valident une méthode pratique pour augmenter la limite de densité, qui pourra être étendue et appliquée à d’autres dispositifs de fusion par confinement magnétique (y compris les stellarators) », soulignent les chercheurs chinois. « Nous allons pouvoir tester ce nouveau mode de fonctionnement à haute densité lors de la prochaine campagne d’expérimentation sur le tokamak WEST [2]. Jusqu’à présent, nous ne bénéficions pas du système de chauffage ECRH, contrairement au tokamak EAST. Celui-ci a été installé très récemment », indique Jérôme Bucalossi.
Par conséquent, ces résultats fournissent également une piste sérieuse pour améliorer la rentabilité énergétique dans les tokamaks. C’est ce seuil qui déterminera la viabilité de la production d’énergie de fusion à grande échelle. ■
Par François Terminet (Sfen)
Image : Tokamak EAST en Chine
[1] C’est le gyrotron qui génère le chauffage par résonance cyclotronique électronique (ECRH). Cet appareil envoie des micro-ondes de haute fréquence (une centaine de GHz) qui entrent en résonnance avec les électrons présents dans le plasma de manière à monter la température de ce dernier.
[2] WEST, pour W Environment in Steady-state Tokamak, est le tokamak du CEA installé à Cadarache. Sa configuration est très similaire à celle de EAST en Chine. Il est utilisé en recherche scientifique pour étudier les plasmas de fusion et leurs interactions avec les parois dans des conditions similaires à celles attendues dans Iter.