Le réacteur chinois « solaire artificiel » dépasse les limites majeures de la fusion – un pas de plus vers une énergie propre quasi illimitée.

Le réacteur à fusion nucléaire chinois, surnommé le « soleil artificiel », a franchi une limite majeure de fusion en tirant du plasma au-delà de sa portée opérationnelle habituelle, faisant ainsi progresser le lent progrès de l’humanité vers une énergie propre quasi illimitée.

Le tokamak supraconducteur expérimental avancé (EAST) a conservé le plasma – la technologie à haute énergie quatrième état de la matière — stable à des densités extrêmes, ce qui était auparavant considéré comme un obstacle majeur au développement de la fusion nucléaire, selon un déclaration publié par l’Académie chinoise des sciences.

« Les résultats suggèrent une voie pratique et évolutive pour étendre les limites de densité dans les tokamaks et les dispositifs de fusion de plasma brûlant de nouvelle génération », co-auteur principal de l’étude Ping Zhuprofesseur à l’École de génie électrique et électronique de l’Université des sciences et technologies de Chine, a déclaré dans le communiqué.

Fusion nucléaire offre un potentiel d’énergie propre presque illimité. En d’autres termes, de l’énergie sans trop déchets nucléaires ou le réchauffement climatique émissions de gaz à effet de serre libéré par la combustion de combustibles fossiles. Les nouvelles découvertes, publiées le 1er janvier dans la revue Avancées scientifiquespourrait rapprocher notre espèce de l’exploitation de cette source d’énergie, que certains chercheurs affirment que nous pourrions exploiter dans quelques décennies.

Cependant, la technologie de la fusion nucléaire est en développement depuis plus de 70 ans et reste encore une science très expérimentale, les réacteurs consommant généralement plus d’énergie qu’ils ne peuvent en produire. Pendant ce temps, les climatologues réclament des mesures réduction des émissions de gaz à effet de serre maintenant que les impacts de changement climatique se font déjà sentir partout dans le monde. Il est donc peu probable que la fusion nucléaire représente une solution pratique à la crise climatique actuelle, mais elle pourrait alimenter notre monde à l’avenir.

Les réacteurs de fusion sont conçus pour fusionner deux atomes légers en un seul atome lourd via la chaleur et la pression. Ce faisant, ils génèrent de l’énergie de la même manière que le soleil. Cependant, le soleil a beaucoup plus de pression que les réacteurs terrestres, donc les scientifiques compensent en rassemblant le plasma chaud à des températures bien plus élevées que celles du soleil.

L’EST de la Chine est un réacteur à confinement magnétique, ou tokamak, conçu pour maintenir le plasma en combustion continue pendant des périodes prolongées. Le réacteur chauffe le plasma et le emprisonne dans une chambre en forme de beignet à l’aide de puissants champs magnétiques. Les réacteurs tokamak n’ont pas encore atteint l’allumage de la fusion, qui est le point auquel le processus de fusion devient autonome, mais le réacteur EAST a augmenté la durée pendant laquelle il peut maintenir une boucle de plasma stable et hautement confinée.

Un obstacle pour les chercheurs en fusion est une limite de densité appelée limite de Greenwald, au-delà de laquelle le plasma devient généralement instable. Cette limite pose problème car, même si des densités de plasma plus élevées permettent à davantage d’atomes de s’entrechoquer, réduisant ainsi le coût énergétique de l’allumage, l’instabilité tue également la réaction de fusion.

Pour dépasser la limite de Greenwald, les scientifiques d’EAST ont soigneusement géré l’interaction du plasma avec les parois du réacteur en contrôlant deux paramètres clés au démarrage du réacteur : la pression initiale du gaz combustible et la chauffage par résonance cyclotron électroniqueou la fréquence à laquelle les électrons du plasma absorbent les micro-ondes. Cela a permis de maintenir le plasma stable à des densités extrêmes de 1,3 à 1,65 fois au-delà de la limite de Greenwald, soit bien plus que la plage opérationnelle habituelle du tokamak, de 0,8 à 1, selon l’étude.

Ce n’est pas la première fois que la limite de Greenwald est franchie. Par exemple, le tokamak DIII-D National Fusion Facility du ministère américain de l’Énergie à San Diego. a franchi la limite en 2022 et en 2024, des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison dans le Wisconsin ont annoncé qu’ils avaient maintenu un plasma tokamak stable à environ 10 fois la limite de Greenwald à l’aide d’un dispositif expérimental.

Cependant, la brèche à EAST a permis aux chercheurs de chauffer pour la première fois le plasma jusqu’à un état précédemment théorisé appelé « régime sans densité », dans lequel le plasma restait stable à mesure que la densité augmentait. La recherche est basée sur une théorie appelée auto-organisation du mur de plasma (PWSO), qui propose qu’un régime sans densité pourrait être possible lorsque l’interaction entre le plasma et les parois du réacteur est dans un état soigneusement équilibré, selon le communiqué.

Les progrès réalisés à EAST et aux États-Unis éclaireront le développement de nouveaux réacteurs. La Chine et les États-Unis font tous deux partie du Réacteur expérimental thermonucléaire international (ITER), qui est une collaboration entre des dizaines de pays pour construire le le plus grand tokamak du monde en France.

ITER sera un autre réacteur expérimental conçu pour créer une fusion soutenue à des fins de recherche, mais pourrait ouvrir la voie à des centrales électriques à fusion. Le réacteur ITER devrait commencer à produire des réactions de fusion à grande échelle en 2039.