J'ai assisté ce midi à la fac d'Orsay à un « café-débat » consacré
cette semaine à la fusion contrôlée et notamment au projet ITER. C'était très
intéressant parce que d'une part la fusion est quelque chose qui
m'intéresse beaucoup, et d'autre part les participants du débat
étaient pour l'essentiel des physiciens (et même des gens proches de
la physique des plasmas) donc le débat volait plutôt haut,
scientifiquement parlant. L'exposant était Yves Pomeau (directeur du
laboratoire de physique statistique de l'ENS et membre de
l'Académie des sciences).
Je suis assez inquiet quant à l'avenir énergétique de l'humanité.
Les énergies fossiles ne dureront pas longtemps (même si les réserves
de pétrole ont l'air de s'étendre magiquement à mesure qu'on les
consomme, on ne peut pas espérer que cela dure éternellement quand on
est en train de consommer en des années ce que le carbonifère a mis
des millions d'années à fabriquer). La fission — le nucléaire
actuel, donc — me semble encore ce qu'on a de mieux (certes,
elle produit des déchets radioactifs, mais finalement ils me semblent
nettement moins dangereux écologiquement que la contribution à l'effet
de serre des carburants fossiles ; je ne comprends pas pourquoi les
écologistes dénigrent à ce point les centrales à fission, qui ne sont
certes pas la panacée mais qui me paraissent un moindre mal comparées
aux centrales thermiques). Les énergies dites renouvelables ne
présentent pour le moment pas le moindre début de commencement
d'espoir de pouvoir un jour servir à une échelle non infinitésimale
(et il est faux qu'elles sont non polluantes : le photovoltaïque est
très polluant à la fabrication des cellules qui, par ailleurs, s'usent
rapidement, et les éoliennes dénaturent gravement le paysage et
provoquent des nuisances lumineuses et sonores absolument non
négligeables). Reste la fusion thermonucléaire contrôlée, ce dont il
est question ici, mais dans le meilleur des cas elle ne sera pas
disponible avant cinquante ans, et plus probablement cent (les
mauvaises langues disent que cela fait cinquante ans que la fusion est
pour dans cinquante ans : mais les cinquante ans étaient sous
condition de subventions substantielles, qui jusqu'à présent n'ont pas
été accordées).
Les scientifiques sont souvent méfiants vis-à-vis
d'ITER, précisément parce qu'il coûte cher (quelque
chose comme 20G€ — je veux dire vingt milliards d'euros ;
ceci dit, ça ne doit pas être si énorme que ça comparé à des dépenses
de l'industrie pharmaceutique) et on a peur que cela se fasse au
détriment d'autres projets scientifiques. Reste que si c'est l'avenir
énergétique de l'humanité qui est en jeu, cela me semble valoir un
effort. Un autre problème, en revanche, qui a été souligné lors de ce
débat, c'est qu'ITER ne se focalise que sur les
difficultés de type « physique des plasmas », à l'exclusion de toutes
autres considérations (notamment « physique des matériaux »).
Rappelons que le principe de la fusion thermonucléaire est de
produire des plus gros atomes à partir de plus petits, en libérant de
l'énergie au cours du processus (alors que la fission casse des atomes
lourds en libérant de l'énergie). Les étoiles, le Soleil par exemple,
réalisent la fusion de l'hydrogène (dans ce qui s'appelle le cycle de
Bethe), mais il est question ici de la fusion d'isotopes de
l'hydrogène, le deutérium et le tritium, qui se combinent pour donner
un hélium et un neutron. (Telle quelle, la fusion des étoiles n'est
pas utilisable comme source d'énergie sur Terre : il s'y produit de
l'ordre de grandeur d'une réaction thermonucléaire par seconde et par
litre de plasma, ce qui ne représente pas une source d'énergie
suffisante pour être utile.) Pour se faire une idée des paramètres
opérationnels, le plasma de deutérium et de tritium doit être porté à
quelque chose comme 50MK (cinquante millions de degrés) ; dans le cas
d'ITER, le tokamak (le tore dans lequel se déroule
la fusion, et où le plasma est maintenu par confinement magnétique) a
un volume de l'ordre de 1000m³, et il y a quelques kilos de plasma
dedans. (J'espère avoir bien retenu ces quelques ordres de grandeur,
qui m'ont semblé intéressants, de ce qui a été dit.)
Évidemment, maintenir confinés quelques kilos d'un plasma à
cinquante millions de degrés, même dans 1000m³, ce n'est pas la chose
la plus facile au monde. Il se produit notamment toutes sortes de
problèmes d'instabilité dans le plasma. Rajoutons que les parois ne
doivent pas se désagréger car des atomes lourds pollueraient le plasma
et nuiraient à l'efficacité de la fusion, et qu'inversement le plasma
ne doit surtout pas atteindre les parois (elles sont très fragiles et
coûtent une fortune à remplacer). Le confinement magnétique est
réalisé par des aimants supraconducteurs qui doivent être maintenus à
une température proche du zéro absolu et baignent dans de l'hélium
superfluide. Et pour couronner le tout, le tritium est un produit
radioactif qui n'existe pas dans la nature, il faut le produire,
vraisemblablement en bombardant du lithium avec des neutrons, lesquels
sont produits par la réaction elle-même, mais cela signifie que les
murs du réacteur doivent être parcourus par du lithium liquide, cela
n'arrange pas les choses. Et enfin, il faut récupérer d'une façon ou
d'une autre l'énergie produite par le réacteur. Bref, les difficultés
ne manquent pas.
Il y en a certaines qu'on pense savoir résoudre, cependant. La
stabilisation du plasma est un problème bien étudié, et qui ne devrait
pas être insurmontable — c'est essentiellement cela
qu'ITER est chargé d'étudier. La réalisation
d'électro-aimants supraconducteurs capables de produire le champ
confinant, mais aussi de résister mécaniquement aux forces de Lorentz
exercées sur eux, devraitre difficile mais résoluble. La production
du tritium à partir du lithium n'est pas trop difficile non plus (il y
a des mécanismes pour multiplier les neutrons produits par la réaction
et les faire absorber par le lithium), paraît-il, même si là des
problèmes politiques peuvent se poser (le tritium entre dans la
fabrication des armes nucléaires, et les Chinois, par exemple, ne
veulent pas que les Japonais en aient — ou quelque chose de ce
genre). Apparemment, on sait sans trop de mal capter l'énergie
produite par le réacteur (sous forme de rayons X), au moins dans une
certaine limite (on a avancé le chiffre de 20MW/m²). Il y a aussi des
stratégies pour récupérer l'hélium produit par la réaction, ce genre
de choses. D'après l'orateur, le principal problème, pour lequel on
n'a encore aucune solution ni même idée de solution, est celui de la
dégradation des parois par l'effet de l'impact des neutrons : ceux-ci
détruisent les atomes et les transforment essentiellement en hélium,
et les micro-bulles d'hélium ainsi formées dans la masse du matériau
en altèrent gravement la solidité (or dans le cas d'un réacteur
industriel il faudra compter de l'ordre de cinq ans sans remplacer les
parois si on veut espérer qu'il soit rentable). Déjà pour les
centrales à fission, les problèmes pour trouver les bons matériaux
n'ont pas été minces, et les neutrons en question sont autour de
cinquante fois moins énergétiques, et nettement moins nombreux, que
ceux émis par un réacteur à fusion (qui tournent dans les 15MeV). Ce
problème ne se pose pas pour ITER (qui n'aura pas
un fonctionnement continu assez long pour observer une dégradation
significative des parois), mais il faudra un jour le résoudre si on
veut espérer produire effectivement de l'énergie par fusion.
Enfin, il y a la question des déchets. En principe, la
fusion est propre, c'est-à-dire nettement plus que la fission : le
principal produit radioactif est du tritium, qui est réutilisé par le
réacteur lui-même, et l'ensemble des déchets est censé être des atomes
légers à durée de vie courte ; le principal produit de la réaction est
tout simplement de l'hélium. En pratique, cela est moins sûr, par
exemple parce qu'il faudra peut-être utiliser un alliage lithium-plomb
pour récupérer les neutrons.
Bref, tout cela est bien inquiétant quant à nos perspectives dans
cette direction.