Avec le projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), la communauté internationale nourrit l’espoir de reproduire sur Terre la fusion entre les atomes d’hydrogène, ressemblant à celle qui se déroule dans le Soleil, et qui fait de celle-ci une source d’énergie gigantesque et quasi inépuisable.

Réalisée naturellement dans le Soleil par l’important confinement gravitationnel¹ qui y règne, la fusion thermonucléaire peut être réalisée sur Terre par confinement inertiel² ou par confinement magnétique, fondement technologique du projet ITER. Les atomes sont agités de telle façon que leurs noyaux peuvent se rapprocher en franchissant la barrière électrostatique pour ensuite fusionner. Ceci ne peut être réalisé qu’après avoir chauffé les atomes à plusieurs millions de degrés, les portant à l’état de plasma. Cette réaction nucléaire est exothermique et s’accompagne d’un très grand dégagement d’énergie.

Le combustible « idéal » existe sur Terre : il s’agit du deutérium et du tritium, deux isotopes de l’hydrogène. Leur fusion crée un noyau plus lourd (hélium) plus un neutron, et, surtout, le dégagement d’énergie recherché. Mais si le deutérium, extrait de l’eau de mer, est largement disponible dans la nature, ce n’est pas le cas du tritium. Un apport complémentaire de cet élément est donc indispensable. On le produit à partir du lithium, un métal abondant dans la croûte terrestre, qui devient lui-même « tritigène » (producteur de tritium) lorsqu’il est bombardé par des neutrons. ITER est un réacteur expérimental qui préfigure un futur réacteur industriel. Il permettra de tester la capacité tritigène qu’offre une paroi métallique contenant du lithium(sous forme solide ou liquide), d’exploiter la réaction nucléaire et provoquer la production de tritium et d’énergie. Le complément de tritium ainsi produit est alors réinjecté dans le plasma et permet à celui-ci d’entretenir de lui-même la réaction de fusion. Certains composants d’ITER ont pour objet de valider ce concept.

La fusion, une question de confinement

ITER est une chambre de confinement (appelée également tokamak³) en forme de tore (un peu comme une chambre à air), entourée d’un dispositif d’aimants supraconducteurs (verticaux et horizontaux). Ceux-ci créent un jeu de champs magnétiques fermés sur eux-mêmes en forme d’hélice, autour desquels viennent circuler des particules piégées de deutérium et de tritium. Celles-ci y développent une énergie cinétique suffisante pour atteindre l’état de plasma. Un chauffage additionnel est cependant nécessaire pour déclencher la réaction. Créé par l’injection de particules neutres et des courants de radiofréquences élevées, ce chauffage augmente l’énergie cinétique du plasma qui atteint « l’ignition » (amorçage de la réaction nucléaire). La fusion thermonucléaire s’entretient alors d’elle même, comme c’est le cas dans le Soleil.

Une approche pragmatique, une organisation inédite

ITER constitue un maillon essentiel des recherches en direction de la fusion contrôlée, en vue d’un déploiement à l’échelle industrielle à la fin de ce siècle. Les avantages nombreux et bien identifiés de la fusion – ressource de combustible abondante, risque intrinsèque quasi inexistant, faible production de déchets pouvant être pris en charge, pour la plupart, dans les filières de gestion ou de traitement existantes, absence d’émission de gaz à effet de serre, non-prolifération…– en font une solution de choix. Mais il reste à lever un certain nombre d’obstacles techniques et à sélectionner les meilleures technologies. Ces enjeux ont donc poussé les communautés scientifiques et industrielles internationales – efficacement relayées par les pouvoirs publics en termes de financement – à regrouper leurs efforts et leurs compétences au sein d’une structure originale autant qu’inédite : ITER International Organisation. Aujourd’hui, le développement conjoint du contrôle du confinement du plasma et des matériaux du réacteur constitue l’axe prioritaire retenu pour ITER. Prenant le relais de cette première phase de développement, les constructions de DEMO, un premier réacteur électrogène de démonstration, au-delà de 2030, puis de PROTO, prototype de dimension commerciale, exploiteront alors tous les enseignements tirés de l’expérimentation d’ITER.

1. Confinement gravitationnel : état de la matière dans le Soleil et dans les étoiles, où les forces de gravitation, les densités et les températures sont suffisamment élevées pour provoquer la fusion thermonucléaire.
2. Confinement inertiel: chauffage artificiel à très haute température et haute pression d’un petit volume de matière pendant un temps extrêmement court en vue de déclencher la fusion thermonucléaire. L’expérimentation du Laser Mégajoule du CEA consiste à focaliser l’énergie de 240 faisceaux laser sur une petite bille (1 centimètre de diamètre) contenant un mélange de deutérium et de tritium (source CEA).
3. Tokamak : abréviation du russe « TOroidalnaja KAamera MAgnetnaja Katuska » (chambre à vide toroïdale et bobine magnétique).