La fusion par confinement magnétique est une approche de la fusion nucléaire qui consiste à suspendre un plasma (gaz ionisé) dans un champ magnétique et à élever sa température et sa pression à des niveaux élevés. La fusion nucléaire est un type d’énergie nucléaire produite lorsque des noyaux atomiques légers – hydrogène, deutérium, tritium ou hélium – sont fusionnés à des températures et des pressions élevées. Toute la lumière et la chaleur du Soleil proviennent de réactions de fusion nucléaire en cours dans son noyau. C’est grâce à cela que le Soleil peut exister – la pression extérieure des réactions de fusion équilibre la tendance à l’effondrement gravitationnel.
Bien que l’humanité ait exploité l’énergie de fission – briser les noyaux lourds – pour l’énergie nucléaire, la puissance de fusion réussie nous échappe toujours. Jusqu’à présent, chaque tentative de génération d’énergie de fusion consomme plus d’énergie qu’elle n’en produit. La fusion par confinement magnétique est l’une des deux approches populaires de la fusion nucléaire – l’autre est la fusion par confinement inertiel, qui consiste à bombarder une pastille de combustible avec des lasers à haute puissance. Il existe actuellement un projet de plusieurs milliards de dollars pour chaque voie – la National Ignition Facility aux États-Unis poursuit la fusion par confinement inertiel et l’International Thermonuclear Experimental Reactor, un projet international, poursuit la fusion par confinement magnétique.
Les expériences de fusion par confinement magnétique ont commencé en 1951, lorsque Lyman Spitzer, physicien et astronome, a construit le Stellerator, un dispositif de confinement de plasma en forme de huit. Une percée majeure a eu lieu en 1968, lorsque des scientifiques russes ont présenté au public la conception du tokamak, un tore qui serait la conception de la plupart des dispositifs de fusion à confinement magnétique à venir. En 1991, une nouvelle étape a été franchie avec la construction du START (Small Tight Aspect Ratio Tokamak) au Royaume-Uni, un spheromak, ou tokamak sphérique. Les tests ont montré que cet appareil était environ trois fois meilleur que la plupart des tokamaks pour initier des réactions de fusion, et les sphéromaks continuent d’être un domaine d’investigation en cours dans la recherche sur la fusion.
Pour que les réactions de fusion soient efficaces, le centre d’un réacteur tokamak doit être chauffé à des températures d’environ 100 millions de Kelvin. À des températures aussi élevées, les particules ont une énergie cinétique énorme et tentent constamment de s’échapper. Une recherche sur la fusion compare le défi de la fusion par confinement magnétique à celui de presser un ballon – si vous appuyez fort sur un côté, il sort de l’autre. Dans la fusion par confinement magnétique, cet éclatement provoque la collision de particules à haute température avec la paroi du réacteur, raclant des morceaux de métal dans un processus connu sous le nom de pulvérisation. Ces particules absorbent de l’énergie, abaissent la température totale du plasma confiné et rendent difficile l’obtention de la bonne température.
Si l’énergie de fusion pouvait être maîtrisée, elle pourrait devenir une source d’énergie sans précédent pour l’humanité, mais même les chercheurs les plus optimistes ne s’attendent pas à une production commerciale d’électricité avant 2030.