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La compagnie pétrolière italienne Eni investit 50 millions de dollars dans Commonwealth Fusion Systems, une entreprise issue du MIT qui collabore avec l'institut au développement d'aimants supraconducteurs destinés à produire de l'énergie décarbonée dans le cadre d'une expérience de fusion nucléaire appelée SPARC. Julian Turner a recueilli les informations de Robert Mumgaard, PDG de l'entreprise.
Au cœur même du prestigieux Institut de technologie du Massachusetts (MIT), une révolution énergétique est en marche. Après des décennies de progrès, les scientifiques estiment que l'énergie de fusion est enfin prête à s'imposer et que le Graal d'une énergie illimitée, sans combustion et décarbonée est peut-être à portée de main.
Le géant italien de l'énergie Eni partage cet optimisme, investissant 50 millions d'euros (62 millions de dollars) dans un projet collaboratif avec le Plasma Fusion and Science Center (PSFC) du MIT et la société privée Commonwealth Fusion Systems (CFS), qui vise à accélérer l'intégration de l'énergie de fusion sur le réseau en seulement 15 ans.
La maîtrise de la fusion, le processus qui alimente le soleil et les étoiles, est freinée par un problème séculaire : bien que cette pratique libère d'énormes quantités d'énergie, elle ne peut être réalisée qu'à des températures extrêmes de millions de degrés Celsius, supérieures à celles du centre du soleil, et trop élevées pour que tout matériau solide puisse y résister.
En raison des difficultés liées au confinement des combustibles de fusion dans ces conditions extrêmes, les expériences de fusion nucléaire ont, jusqu'à présent, fonctionné avec un déficit, générant moins d'énergie que nécessaire pour entretenir les réactions de fusion, et sont donc incapables de produire de l'électricité pour le réseau.
« La recherche sur la fusion a fait l’objet d’études approfondies au cours des dernières décennies, ce qui a permis de réaliser des progrès dans la compréhension scientifique et les technologies liées à l’énergie de fusion », déclare Robert Mumgaard, PDG de CFS.
« Le CFS commercialise la fusion en utilisant l’approche des champs magnétiques intenses. Nous développons de nouveaux aimants à champ magnétique intense pour fabriquer des dispositifs de fusion plus petits, en nous appuyant sur les mêmes principes physiques que ceux utilisés dans les grands programmes gouvernementaux. Pour ce faire, le CFS collabore étroitement avec le MIT dans le cadre d’un projet commun, en commençant par le développement de ces nouveaux aimants. »
Le dispositif SPARC utilise de puissants champs magnétiques pour maintenir en place le plasma chaud – une soupe gazeuse de particules subatomiques – afin d'empêcher tout contact avec une quelconque partie de la chambre à vide en forme de tore.
« Le principal défi consiste à créer un plasma dans des conditions propices à la fusion, de sorte qu'il produise plus d'énergie qu'il n'en consomme », explique Mumgaard. « Cela repose en grande partie sur un sous-domaine de la physique appelé physique des plasmas. »
Cette expérience compacte est conçue pour produire environ 100 MW de chaleur par impulsions de dix secondes, soit l'équivalent de la consommation d'une petite ville. Cependant, SPARC étant une expérience, elle ne comprendra pas les systèmes nécessaires à la conversion de l'énergie de fusion en électricité.
Les scientifiques du MIT prévoient que la puissance produite sera plus de deux fois supérieure à celle utilisée pour chauffer le plasma, atteignant ainsi l'ultime étape technique : une énergie nette positive issue de la fusion.
« La fusion se produit à l'intérieur d'un plasma maintenu et isolé par des champs magnétiques », explique Mumgaard. « On peut comparer cela à une bouteille magnétique. L'intensité du champ magnétique est directement liée à la capacité de cette bouteille à isoler le plasma et à lui permettre d'atteindre les conditions de fusion. »
« Ainsi, si nous parvenons à créer des aimants puissants, nous pourrons produire des plasmas plus chauds et plus denses, nécessitant moins d'énergie. Et grâce à des plasmas de meilleure qualité, nous pourrons concevoir des dispositifs plus petits et plus faciles à construire et à développer. »
« Grâce aux supraconducteurs à haute température, nous disposons d'un nouvel outil pour générer des champs magnétiques de très haute intensité, et donc des enceintes magnétiques plus performantes et plus compactes. Nous pensons que cela nous permettra d'atteindre la fusion plus rapidement. »
Mumgaard fait référence à une nouvelle génération d'électroaimants supraconducteurs à grand alésage qui ont le potentiel de produire un champ magnétique deux fois plus puissant que celui utilisé dans toute expérience de fusion existante, permettant une augmentation de plus de dix fois la puissance par unité de taille.
Fabriqués à partir d'un ruban d'acier recouvert d'un composé appelé oxyde d'yttrium-baryum-cuivre (YBCO), les nouveaux aimants supraconducteurs permettront à SPARC de produire une puissance de fusion d'environ un cinquième de celle d'ITER, mais dans un dispositif dont le volume est environ 1/65.
En réduisant la taille, le coût, le délai et la complexité organisationnelle nécessaires à la construction de dispositifs de fusion nette, les aimants YBCO permettront également de nouvelles approches académiques et commerciales en matière d'énergie de fusion.
« SPARC et ITER sont tous deux des tokamaks, un type spécifique de réacteur magnétique basé sur les vastes recherches fondamentales menées au cours des dernières décennies sur la physique des plasmas », précise Mumgaard.
« SPARC utilisera la prochaine génération d'aimants supraconducteurs à haute température (HTS) qui permettent un champ magnétique beaucoup plus élevé, offrant ainsi les performances de fusion ciblées dans un format beaucoup plus petit. »
« Nous pensons que ce sera un élément clé pour parvenir à la fusion dans un délai compatible avec les enjeux climatiques et pour obtenir un produit économiquement attractif. »
En ce qui concerne les délais et la viabilité commerciale, SPARC est une évolution d'une conception de tokamak qui a été étudiée et perfectionnée pendant des décennies, notamment grâce aux travaux menés au MIT qui ont débuté dans les années 1970.
L'expérience SPARC vise à ouvrir la voie à la première véritable centrale de fusion au monde, d'une capacité d'environ 200 MW d'électricité, comparable à celle de la plupart des centrales électriques commerciales.
Malgré le scepticisme généralisé autour de l'énergie de fusion – Eni a la vision d'être la première compagnie pétrolière mondiale à investir massivement dans ce domaine – ses partisans estiment que cette technique pourrait potentiellement répondre à une part importante des besoins énergétiques croissants de la planète, tout en réduisant considérablement les émissions de gaz à effet de serre.
La miniaturisation permise par les nouveaux aimants supraconducteurs ouvre potentiellement la voie à une production d'électricité à partir de l'énergie de fusion sur le réseau électrique plus rapide et moins coûteuse.
Eni estime à 3 milliards de dollars le coût de développement d'un réacteur à fusion de 200 MW d'ici 2033. Le projet ITER, une collaboration entre l'Europe, les États-Unis, la Chine, l'Inde, le Japon, la Russie et la Corée du Sud, a déjà réalisé plus de la moitié de son objectif : un premier essai de plasma surchauffé d'ici 2025 et une première fusion à pleine puissance d'ici 2035. Son budget s'élève à environ 20 milliards d'euros. À l'instar de SPARC, ITER est conçu pour ne pas produire d'électricité.
Alors que le réseau électrique américain s'éloigne des centrales monolithiques au charbon ou à fission de 2 à 3 GW pour se tourner vers des centrales de 100 à 500 MW, l'énergie de fusion peut-elle être compétitive sur un marché difficile – et, si oui, quand ?
« Il reste encore des recherches à mener, mais les défis sont connus, de nouvelles innovations ouvrent la voie à une accélération des choses, de nouveaux acteurs comme CFS apportent une perspective commerciale aux problèmes et la science fondamentale est mature », déclare Mumgaard.
« Nous pensons que la fusion est plus proche que beaucoup ne le croient. Restez à l'écoute. » jQuery( document ).ready(function() { /* Carrousel d'entreprises */ jQuery('.carousel').slick({ dots: true, infinite: true, speed: 300, lazyLoad: 'ondemand', slidesToShow: 1, slidesToScroll: 1, adaptiveHeight: true }); });
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Date de publication : 18 décembre 2019