Une excitation nerveuse flotte dans l'air. Une demi-douzaine de scientifiques sont assis derrière des écrans d'ordinateur, zappant entre les panneaux pendant qu'ils effectuent des vérifications de dernière minute. "Allez rendre l'arme dangereuse", lance l'un d'eux à un technicien qui se glisse dans une chambre adjacente. Un bip bas retentit. "Prêt", dit la personne qui exécute le test. La salle de contrôle devient silencieuse. Alors, boum.
À côté, 3 kg de poudre à canon ont comprimé 1 500 litres d'hydrogène à 10 000 fois la pression atmosphérique, lançant un projectile dans le canon de 9 mètres d'un canon à gaz léger à deux étages à une vitesse de 6,5 km par seconde, soit environ 10 fois plus vite qu'une balle de fusil.
Sur les moniteurs, les scientifiques vérifient l'étape suivante, lorsque le projectile heurte la cible - un petit bloc transparent soigneusement conçu pour amplifier la force de la collision. Le projectile doit atteindre sa cible parfaitement au ras. La moindre rotation risque de faire dérailler la physique soigneusement calibrée.
« Dieu merci », s'exclame l'un des techniciens, après avoir visionné une lecture vidéo de l'impact de l'artillerie scientifique. C'était le coup parfait.
Les personnes présentes dans la salle de First Light Fusion, dans un parc d'activités à l'extérieur de la ville anglaise d'Oxford, venaient d'assister à une autre étape pleine d'espoir dans une mission de 60 ans visant à répondre à l'un des problèmes les plus complexes de la science : comment exploiter la réaction de fusion. qui alimente le soleil pour générer de l'électricité propre et illimitée sur Terre.
Le potentiel de l'énergie de fusion, d'abord lancé par l'Union soviétique, a fasciné les scientifiques pendant des décennies, mais a toujours semblé hors de portée.
"La fusion est probablement le plus grand défi technique que l'humanité ait jamais relevé", déclare Arthur Turrell, dont le livre The Star Builders retrace les efforts déployés pendant des décennies par des ingénieurs, des physiciens et des mathématiciens pour accomplir ce que certains croire encore est impossible. "La proximité ne dépend pas du temps, mais de la volonté, de l'investissement et de l'engagement des ressources pour y arriver."
Un nombre croissant d'entreprises privées, dont First Light, espèrent désormais commercialiser ces années de recherche publique en prouvant que l'énergie de fusion peut fonctionner et en la connectant au réseau dès les années 2030.
Contrairement à la fission nucléaire lorsque les atomes sont divisés, la fusion ne produit pas de déchets radioactifs importants et ne pourrait jamais entraîner un accident nucléaire, tel que Tchernobyl. Les intrants chimiques les plus efficaces pour la fusion - le deutérium et le tritium - sont également largement disponibles.
Un seul verre du carburant créé par le processus a le potentiel énergétique de 1 million de gallons de pétrole et pourrait générer, selon l'approche de fusion, jusqu'à 9 millions de kilowattheures d'électricité, assez pour alimenter une maison pendant plus de 800 ans, estiment les scientifiques.
Ces caractéristiques, selon ses partisans, signifient que la fusion, en fournissant une électricité bon marché, illimitée et à zéro émission, pourrait véritablement sauver le monde.
"Je ne pourrais pas être plus optimiste", déclare Sam Altman, capital-risqueur de la Silicon Valley, qui a récemment investi 375 millions de dollars dans la start-up américaine de fusion Helion. "En plus d'être notre meilleur moyen de sortir de la crise climatique, une énergie moins chère est transformatrice pour la société."
Une idée de l'ère soviétique, confinée
Les physiciens soviétiques ont développé la première machine à fusion dans les années 1950 en utilisant une approche connue sous le nom de fusion par confinement magnétique. Le tokamak - abréviation en russe de chambre toroïdale avec bobines magnétiques - a permis à un plasma de deutérium et de tritium, deux isotopes de l'hydrogène, d'être maintenu en place par de puissants aimants et chauffé à des températures plus chaudes que le soleil afin que les noyaux atomiques fusionnent, créant de l'hélium et libérant de l'énergie dans le processus.
Le problème est que si les scientifiques sont devenus experts dans la fusion des deux isotopes, le tokamak soviétique et tous les autres systèmes de fusion développés depuis nécessitent une grande quantité d'énergie. Et en plus d'un demi-siècle d'essais, aucun groupe n'a été capable de générer plus d'énergie à partir d'une réaction de fusion que le système n'en consomme.
"Quand aurons-nous de l'électricité issue de la fusion ? Qui diable sait ? dit Steven Krivit, un écrivain scientifique qui, pendant 20 ans, a été un observateur critique des faux départs de l'énergie de fusion. "Jusqu'à ce que nous voyions quelqu'un fournir de l'électricité de manière rentable, nous faisons toujours de la science, nous ne faisons pas de technologie."
Mais après une série de percées dans les secteurs public et privé au cours des six derniers mois, certains acteurs du secteur sont beaucoup plus optimistes. En Chine, en mai, une machine connue sous le nom d'East - le tokamak supraconducteur expérimental avancé - a réussi à maintenir une réaction de fusion à 120 m degrés Celsius pendant un record de 101 secondes. Des températures supérieures à 100 m C généralement requises pour la fusion par confinement magnétique avaient déjà été atteintes mais n'avaient jamais été maintenues aussi longtemps.
En septembre, une start-up basée à Boston a démontré l'utilisation d'un supraconducteur à haute température pour générer un champ magnétique beaucoup plus puissant qu'un tokamak traditionnel. Le groupe, Commonwealth Fusion Systems, issu du Massachusetts Institute of Technology, pense que cette découverte lui permettra de fabriquer une machine à fusion plus efficace qui sera plus petite, moins chère et plus viable en tant que source d'énergie commerciale.
Bob Mumgaard, directeur général de CFS, compare cette percée à l'évolution de l'informatique. « Les ordinateurs, à l'époque où ils avaient des tubes à vide, occupaient des pièces entières. Ensuite, quand ils avaient des transistors, vous pouviez rendre les ordinateurs plus petits et, tout à coup, les gens qui ne faisaient pas d'ordinateurs pouvaient faire des ordinateurs », dit-il.
"La fusion a tellement d'attributs vraiment désirables, si vous pensez à ce qui est nécessaire pour que le monde entier vive comme les gens le méritent et pour avoir une planète vivable", dit-il. La prochaine étape vers la production d'électricité est la construction d'une centrale de démonstration appelée Sparc, d'environ la moitié de la taille d'un court de tennis, qui, espère CFS, atteindra l'énergie nette d'ici 2025, puis une centrale électrique commerciale dans les années 2030.
"Nous utilisons une science connue, avec une nouvelle ingénierie et de nouveaux matériaux", déclare Francesca Ferrazza, physicienne chez la grande compagnie pétrolière italienne Eni, qui collabore avec le MIT depuis 2008 et est le plus grand investisseur extérieur dans CFS. "L'ambition serait d'être un acteur dans le domaine [de l'énergie de fusion] avec une présence substantielle dans différentes parties de la chaîne de valeur", dit-elle.
"La fusion arrive, plus vite que prévu", déclare Andrew Holland, directeur général de la Fusion Industry Association, récemment créée, qui compte le nombre d'entreprises privées du secteur dans le monde à 35 et ne cesse de croître.
Une attente patiente
La participation privée dans le secteur est relativement nouvelle. Dans la seconde moitié du XXe siècle, la recherche sur la fusion a été avancée par des consortiums publics internationaux et les plus grands projets au monde restent financés par le gouvernement.
Le département américain de l'Énergie a contribué à la création du Plasma Fusion Center du MIT (aujourd'hui le Plasma Science and Fusion Center) en 1976 en réponse à la crise pétrolière et à la hausse des prix. Le Joint European Torus, qui reste le tokamak le plus avancé au monde, a été ouvert à Culham, un village au sud d'Oxford, en 1984. Puis, en 1985, le président américain Ronald Reagan et Mikhaïl Gorbatchev, son homologue soviétique, ont convenu de coopérer sur ITER — le réacteur thermonucléaire expérimental international - le plus grand projet de fusion nucléaire au monde, pour apaiser les tensions de la guerre froide.
Certains experts pensent qu'ITER est encore le plus susceptible de produire de l'énergie nette en premier, mais le projet, une collaboration entre 35 pays qui reste en construction en France près de 40 ans plus tard pour un coût estimé à plus de 20 milliards de dollars, est devenu synonyme pour le progrès glaciaire.
"Aucune des entreprises privées de fusion ne serait ici aujourd'hui sans la science qui a été développée dans le programme ITER", déclare Christofer Mowry, directeur général de General Fusion au Canada. "Mais le coût et le calendrier d'ITER ne doivent pas être utilisés comme point de référence pour ce qu'il faut pour développer et commercialiser l'énergie de fusion."
Mowry, qui a rejoint la société soutenue par Jeff Bezos en 2017, est certain que ce sera le secteur privé qui fera de l'énergie de fusion une réalité. Il le compare au rôle que SpaceX d'Elon Musk a joué dans l'avancement des perspectives d'accès commercial à l'espace.
"SpaceX n'a pas inventé la science des fusées. Il a fallu 50 ans de recherche, saupoudré un peu de ces technologies modernes et fait un Apollo meilleur, plus rapide et moins cher », dit-il, faisant référence au programme de l'agence spatiale américaine.
L'approche de General Fusion, qu'elle appelle la fusion à cible magnétisée, est inhabituelle en ce sens qu'elle a été conçue en pensant à une centrale électrique commercialement viable, explique Mowry. Il utilise un réseau de pistons à vapeur pour comprimer rapidement le plasma dans des conditions de fusion et une paroi de métal liquide pour absorber la chaleur de la réaction, qui est ensuite utilisée pour produire de la vapeur pour entraîner un turbogénérateur. La construction de sa première usine de démonstration devrait commencer l'année prochaine, également à Culham, et s'achever en 2025.
Au total, les entreprises privées de fusion ont levé 2,3 milliards de dollars d'investissements, selon l'association de l'industrie. Plus d'un cinquième de ce financement a été levé ce mois-ci par Altman's Helion, qui utilise encore une autre approche qu'il appelle la fusion pulsée sans allumage. Il s'agit d'élever la température du carburant à 100 m C dans un "accélérateur de plasma" en forme d'haltère de 40 pieds de large et de six pieds de haut pour capturer l'énergie lorsque la réaction se dilate et repousse le champ magnétique du système.
Mowry soutient que la variété des approches est l'une des forces du secteur émergent. "L'industrie privée accepte plus de risques pour aller plus vite et moins cher", dit-il. "Cela signifie que tous les tirs n'iront pas, mais le monde n'a pas besoin de tous."
Un secteur entaché
À First Light à Oxford, les espoirs des scientifiques ne reposent pas sur le pistolet à gaz - qui est utilisé pour tester la science mais ne fera pas partie du futur système électrique - mais sur la cible utilisée pour abriter le combustible deutérium-tritium et amplifier l'impact du projectile.
L'hypothèse de First Light, basée sur la théorie de la fusion par confinement inertiel, est qu'en tirant un projectile sur la cible à des vitesses supérieures à 20 km par seconde — suffisamment pour voyager de Londres à New York en 4 minutes — ils peuvent créer suffisamment énergie pour forcer le deutérium et le tritium à fusionner, vaporisant la cible, tout en générant l'équivalent énergétique de la combustion de 10 barils de pétrole.
Fondée par Nicholas Hawker, PDG de 36 ans, et son ancien professeur de physique Yiannis Ventikos, First Light se méfie de la composition et de la conception de la cible, que la société surveille de près. La réplique de leur quartier général - un cube transparent d'un peu plus d'un centimètre de large, renfermant deux capsules sphériques - ressemble à un accessoire d'un film de super-héros.
"C'est la capsule d'espresso ultime", déclare Hawker, expliquant que First Light espère fabriquer et vendre les cibles aux futures centrales électriques - construites selon sa conception - qui devraient en vaporiser une toutes les 30 secondes pour générer de l'énergie en continu. Il était attiré, dit-il, par « travailler au-delà des connaissances humaines ».
C'est précisément cette complexité, cependant, qui rend les affirmations difficiles à vérifier et qui a entaché le secteur.
En 1951, au plus fort de la guerre froide, Juan Perón, le président argentin, a convaincu le monde que ses scientifiques avaient exploité la puissance de la fusion, faisant la une des journaux du monde entier. Le carburant de fusion sera bientôt disponible, comme le lait, dit-il, en bouteilles d'un demi-litre. Près de quatre décennies plus tard, en 1989, deux chimistes de l'Université de l'Utah ont déclaré avoir pu fusionner des noyaux à température ambiante dans une simple cellule électrochimique sur une paillasse de laboratoire, une affirmation qui s'est révélée en quelques semaines.
De tels incidents continuent de peser sur l'industrie. Krivit, l'écrivain scientifique, soutient que jusqu'à ce qu'un groupe montre qu'il peut générer de l'électricité à partir d'une réaction de fusion, les investisseurs potentiels devraient traiter les revendications des entreprises privées avec scepticisme.
Pourtant, des progrès sont sans aucun doute en cours, y compris au National Ignition Facility du gouvernement américain, où en août, des scientifiques ont utilisé 192 lasers pour générer une réaction de fusion qui semble être la plus proche à ce jour de l'obtention d'une énergie nette.
"Il s'agissait de la plus grande percée dans le domaine de la fusion depuis des décennies", déclare Turrell, ajoutant que l'intégration de l'énergie de fusion au réseau en 2030 est une "grande ambition".
"Mais s'ils y arrivent en 2040, ce sera quand même une énorme victoire pour le monde", ajoute-t-il. "Et même s'ils y arrivent après 2050 et que le monde a [déjà] atteint le zéro net, ce sera toujours une victoire massive pour l'humanité car nous avons besoin d'un portefeuille de sources d'énergie."
À ce stade, dit Turrell, la fusion pourrait être utilisée pour alimenter des systèmes de capture de carbone à forte intensité énergétique permettant au monde de commencer à inverser, plutôt que de ralentir, certains des dommages environnementaux causés par le changement climatique.
Hawker partage ce point de vue. Les sources d'énergie renouvelables existantes, en particulier l'énergie éolienne et solaire, peuvent être développées pour remplacer les combustibles fossiles, mais auront également du mal à répondre aux augmentations prévues de la demande d'électricité en raison de l'électrification du système énergétique mondial et de l'augmentation de la consommation d'énergie dans les pays en développement, dit-il.
En 2050, le monde aura besoin de 12 fois plus d'électricité propre que ce qui est produit aujourd'hui, dit-il, citant les travaux de l'auteur sur le climat, Solomon Goldstein-Rose. "Tout ce que nous avons qui s'ajoute à l'image existante est une bonne chose", dit Hawker, "et nous devrions le faire à une vitesse maximale."
Vidéo : L'énergie solaire spatiale "pourrait être déployée dans 10 ans"Climate Capital
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