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La compagnie pétrolière italienne Eni investit 50 millions de dollars dans Commonwealth Fusion Systems, une spin-off du MIT qui collabore avec l'institut au développement d'aimants supraconducteurs pour produire de l'énergie zéro carbone dans le cadre d'une expérience de fusion nucléaire appelée SPARC. Julian Turner a obtenu les informations de son PDG, Robert Mumgaard.
Au cœur des salles sacrées du Massachusetts Institute of Technology (MIT), une révolution énergétique est en cours. Après des décennies de progrès, les scientifiques sont convaincus que l'énergie de fusion est enfin prête à faire son apparition et que le Saint Graal d'une énergie illimitée, sans combustion et sans carbone est peut-être à portée de main.
Le géant italien de l'énergie Eni partage cet optimisme, en 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'arrivée de l'énergie de fusion sur le réseau en seulement 15 ans.
Le contrôle de la fusion, le processus qui alimente le soleil et les étoiles, est entravé par un problème séculaire : bien que cette pratique libère de vastes quantités d’énergie, elle ne peut être réalisée qu’à des températures extrêmes de plusieurs millions de degrés Celsius, plus chaudes que le centre du soleil, et trop chaudes pour qu’un matériau solide puisse y résister.
En raison du défi que représente le confinement des combustibles de fusion dans ces conditions extrêmes, les expériences d’énergie de fusion ont jusqu’à présent fonctionné en déficit, générant moins d’énergie que nécessaire pour soutenir les réactions de fusion, et sont donc incapables de produire de l’électricité pour le réseau.
« La recherche sur la fusion a été largement étudiée au cours des dernières décennies, ce qui a permis des avancées dans la compréhension scientifique et les technologies de l’énergie de fusion », déclare Robert Mumgaard, PDG du CFS.
Le CFS commercialise la fusion grâce à l'approche à haut champ. Nous développons de nouveaux aimants à haut champ pour fabriquer des dispositifs de fusion plus petits, en utilisant la même approche physique que les programmes gouvernementaux plus importants. Pour ce faire, le CFS travaille en étroite collaboration avec le MIT dans le cadre d'un projet collaboratif, qui commence par le développement des 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’éviter qu’il n’entre en contact avec une partie quelconque de la chambre à vide en forme de beignet.
« Le principal défi consiste à créer un plasma dans des conditions propices à la fusion, de manière à ce qu'il produise plus d'énergie qu'il n'en consomme », explique Mumgaard. « Cela s'appuie fortement 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 autant d'énergie que la consommation d'une petite ville. Cependant, SPARC étant une expérience, elle n'inclura pas les systèmes permettant de transformer 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'étape technique ultime : une énergie nette positive issue de la fusion.
« La fusion se produit à l'intérieur d'un plasma maintenu en place et isolé par des champs magnétiques », explique Mumgaard. « Conceptuellement, cela ressemble à une bouteille magnétique. L'intensité du champ magnétique est étroitement liée à la capacité de la bouteille magnétique à isoler le plasma pour atteindre les conditions de fusion. »
Ainsi, si nous parvenons à fabriquer des aimants puissants, nous pourrons produire des plasmas plus chauds et plus denses, tout en consommant moins d'énergie. De plus, grâce à de meilleurs plasmas, nous pourrons concevoir des dispositifs plus compacts et plus faciles à construire et à développer.
« Grâce aux supraconducteurs à haute température, nous disposons d'un nouvel outil pour créer des champs magnétiques très puissants, et donc des bouteilles magnétiques plus performantes et plus petites. Nous pensons que cela nous permettra d'accélérer la fusion. »
Mumgaard fait référence à une nouvelle génération d'électroaimants supraconducteurs de grand diamètre 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 de la puissance par taille.
Fabriqués à partir d'une bande d'acier recouverte 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 appareil qui ne représente qu'environ 1/65 du volume.
En réduisant la taille, le coût, le calendrier et la complexité organisationnelle nécessaires à la construction de dispositifs d'énergie de fusion nette, les aimants YBCO permettront également de nouvelles approches académiques et commerciales de l'énergie de fusion.
« SPARC et ITER sont tous deux des tokamaks, un type spécifique de bouteille magnétique basé sur le vaste développement de la science fondamentale de la physique des plasmas au fil des décennies », précise Mumgaard.
« SPARC utilisera la prochaine génération d'aimants supraconducteurs à haute température (HTS) qui permettent un champ magnétique beaucoup plus élevé, offrant les performances de fusion ciblées à une taille beaucoup plus petite.
« Nous pensons que cela constituera un élément clé pour parvenir à la fusion dans un délai adapté au climat et constituera 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 affinée pendant des décennies, y compris des travaux au MIT qui ont commencé dans les années 1970.
L'expérience SPARC vise à ouvrir la voie à la première véritable centrale de fusion au monde, dotée 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 prospective d'être la première compagnie pétrolière mondiale à investir massivement dans ce domaine – les défenseurs pensent que cette technique peut potentiellement répondre à une part substantielle des besoins énergétiques croissants de la planète, tout en réduisant les émissions de gaz à effet de serre.
La plus petite échelle permise par les nouveaux aimants supraconducteurs permet potentiellement un chemin plus rapide et moins coûteux vers l’électricité à partir de l’énergie de fusion sur le réseau.
Eni estime que le développement d'un réacteur à fusion de 200 MW coûtera 3 milliards de dollars d'ici 2033. Le projet ITER, fruit d'une collaboration entre l'Europe, les États-Unis, la Chine, l'Inde, le Japon, la Russie et la Corée du Sud, est à plus de la moitié de son objectif : un premier essai de plasma surchauffé d'ici 2025 et la première fusion à pleine puissance d'ici 2035. Son budget s'élève à environ 20 milliards d'euros. Comme SPARC, ITER est conçu pour ne pas produire d'électricité.
Alors que le réseau électrique américain s’éloigne des centrales monolithiques à 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 faire, mais les défis sont connus, de nouvelles innovations montrent la voie pour accélérer les choses, de nouveaux acteurs comme CFS apportent une approche commerciale aux problèmes et la science fondamentale est mature », explique Mumgaard.
« Nous pensons que la fusion est plus proche que beaucoup de gens le pensent. 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