DOSSIER ENERGIE DU MAGAZINE POLYRAMA
Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne
No 111, juin 1999
Fusion thermonucléaire: la tête dans les étoiles

    Projet mondial, la fusion est aux yeux de certains une belle qui coûte cher et qui se fait attendre. Pourtant, la science avance, les promesses d'une énergie respectant l'écosystème ne tiennent plus de la fiction. A une condition seulement, c'est que les politiques - impatients par nature - ne se découragent pas en route et continuent de soutenir l'effort d'une recherche internationale à laquelle la Suisse participe activement.

La fusion thermonucléaire contrôlée consiste à «reproduire» le processus énergétique qui donne vie aux étoiles. Mais si dans le Soleil, un milieu très dense, les réactions de fusion de l'hydrogène ont lieu à 15 millions de degrés, sur Terre, pour des raisons de probabilité de réaction, nous cherchons à fusionner les isotopes de l'hydrogène (deutérium et tritium) à des températures 10 fois supérieures, dans un milieu très ténu en densité. Alors que le Soleil, par sa masse, confine le plasma (seul état de la matière existant à ces températures) par gravitation, sur Terre l'approche retenue pour réaliser un réacteur de fusion est basée sur le confinement magnétique.

Une impatience contrariée
Le but de la recherche en fusion est de construire vers le milieu du siècle prochain des centrales électriques dont le coeur sera un réacteur à fusion. En 1958, à la conférence de Genève sur l'utilisation de l'atome à des fins pacifiques, on pensait que la fusion serait pour la fin de ce siècle! Cet optimisme retombe comme un but non atteint sur les chercheurs d'aujourd'hui, pourtant même si, sur un chemin long et semé d'embûches, les scientifiques ont franchi de nombreux obstacles et commencent à maîtriser le plasma, à comprendre ce quatrième état de la matière. La physique des plasmas est encore une science jeune, que l'on étudie depuis quelques décennies, et on désirerait déjà en être à la construction d'un réacteur qui  fournirait de  l'électricité! Quelle impatience contrariée! Pas uniquement celle des physiciens, mais également celle des politiciens, revendiquant le résultat immédiat qui cautionnerait les décisions et supports! Normal!

Depuis quarante ans, les recherches ont montré des progrès continus dans la recherche en fusion en vue de son utilisation comme une source d'énergie électrique sûre, aux ressources illimitées, respectueuse de l'environnement, et donc dans la droite ligne du développement durable. Dans cette quête, les derniers résultats obtenus par des installations du type tokamak comme le projet européen JET (Joint European Torus) un parangon de collaboration internationale, font apparaitre que nous approchons du seuil du «breakeven» (facteur d'amplification - puissance de fusion/puissance de chauffage nécessaire pour maintenir la température du plasma - égal à 1). Bien sûr pour qu'un réacteur soit profitable, il faut encore aller plus loin, mais les résultats sont prometteurs et le saut obtenu dans les performances, un facteur d'environ 25'000, en ces 30 dernières années nous laissent envisager le futur scientifique  et technologique avec confiance et enthousiasme, dans la mesure où le cap et la stratégie sont maintenus!

Une construction encore en attente
Pour en arriver là, il a fallu avancer les limites de nos connaissances physiques et techniques dans tous les domaines, de la physique des plasmas à haute température aux méthodes de chauffage, des diagnostics aux supraconducteurs, de la construction et de l'opération de grandes installations aux simulations numériques faisant appel à la dernière génération d'ordinateurs massivement parallèles... Le long terme n'a pas non plus été négligé: d'autres configurations que le tokamak sont à l'étude, des matériaux à faible activation développés et testés, des études de sécurité entreprises... Reconnaissant l'importance de la perception du public dans le domaine énergétique, un programme de recherches socio-économiques européen sur la fusion est également en cours.

Les connaissances scientifiques et techniques acquises grâce au programme de recherche mondial permettent aujourd'hui d'envisager la construction d'une installation expérimentale avec un facteur d'amplification beaucoup plus grand que 10, même infini, correspondant à l'«ignition». Ce projet, c'est le réacteur expérimental ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor), basé sur le modèle tokamak et présenté fin juillet 1998. C'est la première fois que les aspects technologiques et physiques sont intégrés dans un même projet. Afin de cristalliser leur volonté de trouver une réponse à la sempiternelle question de l'énergie, ce grand défi des temps modernes, l'Union Européenne (y compris la Suisse), le Japon, la Fédération de Russie et les USA se sont associés dans cette démarche.

Des études, réalisées en partie sur des modèles grandeur nature, ont confirmé la validité des options techniques retenues pour ITER. Mais, aucun des partenaires n'étant prêt à s'engager immédiatement dans sa construction et certains tests importants de validation dans le domaine des aimants supraconducteurs devant encore être menés à terme, les partenaires ont décidé de prolonger la phase d'ingénierie de 3 ans. L'Union Européenne, le Japon et la Russie ont prolongé l'accord sur ITER jusqu'en juillet 2001, les Etats-Unis n'ayant pour le moment signé que pour un terme menant à juillet 1999, tout en réexprimant leur souhait de voir ITER construit.

«Vous ne serez pas prêts à temps!»
Lors des négociations pour cette extension, au vu des hésitations des Américains et de certains milieux européens, l'équipe d'ITER est retournée à la planche à dessin afin d'examiner la possibilité, en réduisant les objectifs scientifiques, de diminuer le coût de construction de la machine, de ses auxiliaires et de tous les bâtiments et de ramener le coût du projet de 6 milliards d'euros, valeur originale du projet et considérée alors comme acceptable par les autorités politiques signataires des accords initiant le projet à environ 3,5 milliards. Ce projet modifié, appelé Reduced Technical Objective/Reduced Cost ITER, est actuellement en cours d'étude. On constate que la décision de ne pas procéder à la construction d'ITER, première version, est de nature politique. Certains milieux aimeraient bien se prévaloir d'arguments scientifiques basés sur des études partielles et incomplètes pour critiquer le projet et faire porter la responsabilité d'un choix politique aux scientifiques eux-mêmes! Au risque de se répéter il faut rappeler que la communauté scientifique est prête à entreprendre l'étape suivante à savoir ITER. La retarder d'une manière substantielle contribuerait à la validation de l'axiome énoncé par les détracteurs de la fusion. «De toute façon, vous ne serez jamais prêts à temps!».

Malgré ce contretemps, le but stratégique de faire suivre ITER par un réacteur fusion de démonstration sans introduire une machine additionnelle intermédiaire, serait pour autant maintenu.

Aujourd'hui nous ne pouvons prédire quels seront les coûts de l'énergie au milieu du XXI« siècle, sans doute plus élevés qu'aujourd'hui. Dans cinquante ans, cent ans, la compétition et donc le portfolio entre les différentes formes d'énergie ne ressemblera peut-être en rien à ceux que nous connaissons. Ce que l'on peut projeter, c'est la réduction inéluctable des ressources fossiles et les dangers de bouleversements climatiques inhérents à leur emploi massif. Ainsi suivant les types de scénarios énergétiques proposés pour l'aurore du troisième millénaire, il faudra trouver et proposer aux générations futures des solutions viables qui répondront à leurs besoins selon les modèles de sociétés qu'elles adopteront. C'est donc un devoir politique et scientifique de préparer cet éventail de propositions parmi lesquelles elles choisiront. Aujourd'hui proche de montrer les conditions physiques du plasma dans une centrale à fusion, demain capable de proposer les solutions technologiques nécessaires, la fusion ouvre la voie à une énergie au potentiel illimité, propre et sûre, en accord avec la vision d'un développement durable pour l'humanité.

Pierre Jean Paris
Prof Minh Quang Tron
Centre de Recherches
en Physique des Plasmas EPFL


La Suisse au coeur de la fusion
Avec le Centre de Recherches en Physique des Plasmas (CRPP) de l'EPFL, la Suisse contribue pleinement à l'effort européen et mondial dans la recherche en fusion. Elle est membre de l'Euratom depuis maintenant vingt ans. En adhérant au programme européen de recherche en fusion, elle participe de pleins droits à la définition de la stratégie européenne, à tous les projets communautaires comme JET et ITER, à la coordination des activités et à l'échange scientifique. Les retombées économiques se manifestent sous forme de nombreux contrats de haute technologie confiés à l'industn'e suisse: alors que la contribution suisse au programme européen en fusion représente environ 3.5%, environ 7% des contrats «high tech» ont été attribués à des firmes suisses. Du point de vue scientifique, le point focal des activités expérimentales au CRPP est le tokamak TCV (Tokamak à Configuration du plasma Variable), une machine dont la flexibilité permet l'exploration du domaine encore peu connu de l'influence de la forme du plasma sur les propriétés de confinement. Cet effort est soutenu par une importante activité théorique et de simulation numérique. La réalisation de la fusion nécessitant de nouveaux supraconducteurs et matériaux à basse activation, le CRPP est également fortement engagé dans ces deux domaines avec des groupes de recherche en supraconductivité et en matériaux qui opèrent deux installations uniques, SULTAN (SUpraleiter Test ANlage) et PIREX (Proton IRradiation Experiment).
Pour la préservation de l'écosystème
Les activités scientifiques du CRPP en fusion sont définies par le Contrat d'Association signé entre l'Euratom et le Conseil Fédéral et remis à jour périodiquement. Dans l'Union Européenne, le programme fusion fait partie du Programme Cadre qui vient d'etre restructuré. La fusion contrôlée est devenue une «action clé» du programme thématique «Préserver l'écosystème» du 5ème Programme Cadre. L'inclusion de la fusion contrôlée dans un tel programme indique clairement la perspective dans laquelle la fusion s'inscrit: c'est une des quelques sources d'énergie électrique concevables à long terme pour le monde futur et elle est attractive du point de vue de l'environnement. Du point de vue stratégique, l'Union Européenne a décidé de maintenir la stratégie présente qui vise la construction d'un réacteur expérimental de fusion, dans l'immédiat ITER. Le budget du programme de fusion européen, dont dépend la contribution de l'Euratom à la Suisse, a été fixé par le Conseil des Ministres du 22décembre 7998 à 788 millions d'euros pour le 5ème Programme Cadre. Ce montant permet d'assurer le financement des diverses activités européennes (physique, technologie, support à ITER et opération des installations de JET). Du point de vue suisse, ce budget garantit le maintien de la contribution de l'Euratom aux projets de l'Association Euratom-Confédération Suisse au même niveau qu'actuellement (25% pour le programme de physique et de technologie de base et pour les tâches technologiques, 45% pour les investissements prioritaires et certains contrats technologiques). Comme par le passé, la Suisse continuera à avoir une participation pleine dans tous les comités scientifiques et exécutifs de la nouvelle structure mise en place au début de 1999. Les représentants suisses dans les divers comités sont des membres du CRPP et de l'Office Fédéral de l'Education et de la Science.