Rappelez-vous, au début de l'année 2025, West, le mini-Iter du CEA pour la fusion contrôlée avait battu le record mondial de durée de confinement stable d'un plasma. Plus que jamais, le chemin pour atteindre une production propre, durable et peu coûteuse en énergie électrique, en reproduisant sur Terre la fusion thermonucléaire au cœur des étoiles, semblait donc passer par le tokamak d'IterIter.

Mais en est-on sûr ? Iter a encore pris du retard et ce n'est que son successeur Demo, qui sera - au cours de la seconde moitié du XXI^e siècle - le vrai prototype de réacteur à fusion capable de produire de l'énergie électrique en abondance.

Au début, étaient les stellarators !

Plusieurs programmes de recherches alternatifs ont déjà été lancés avec l'espoir d'aboutir beaucoup plus vite et pour moins cher. C'est le cas d'une machine qui explore une autre voie et qui se nomme Wendelstein 7-X. Comme l'explique un communiqué du Max PlanckMax Planck Institute for Plasma Physics (IPPIPP) à Greifswald, la machine a eu de nouveaux succès et en particulier a battu un record mondial en ce qui concerne ce que l'on appelle « le critère de Lawson », également connu sous le nom de triple produit et dont le concept s'applique également à des expériences de fusion avec des tokamaks où faisant intervenir le fusion inertielle.

Mais avant d'aller plus loin, il est nécessaire de comprendre de quoi il est question avec Wendelstein 7-X en reprenant des explications déjà données par Futura dans un précédent article.

Dans son livre L'énergie bleue : histoire de la fusion nucléaire, le physicienphysicien Guy Laval, directeur de recherches émérite au CNRS et membre de l'Académie des sciences, rappelle que du début des années 1950 jusqu'à la fin des années 1960, ce ne sont pas les tokamaks russes qui semblaient porteurs des meilleurs espoirs pour contrôler la fusion thermonucléaire opérant au cœur des étoiles. Le grand astrophysicienastrophysicien états-unien Lyman Spitzer (1914-1997) avait montré qu'il devait être possible de corriger les problèmes de dérive des particules de plasma confinées magnétiquement dans un tore en utilisant plutôt une forme en bretzel. La machine proposée a reçu le nom évocateur de stellarator.

En creusant la question d'année en année, les ingénieurs et les physiciens ont réalisé graduellement qu'il fallait en fait obtenir un bobinagebobinage avec des aimantsaimants possédant une forme tourmentée bien précise pour parvenir au but désiré, à savoir un champ magnétiquechamp magnétique confinant de façon vraiment stable un plasma dans lequel se dérouleraient des réactions de fusion.

Malheureusement, la détermination et la réalisation de cette forme ont posé des problèmes grandissants dont l'un des principaux était que les ordinateursordinateurs de l'époque n'avaient pas la puissance de calcul suffisante pour déterminer précisément cette forme. Lorsqu'il est apparu que le problème de la dérive des particules pourrait être résolu en utilisant le champ magnétique produit par un courant central axialaxial circulant dans le plasma confiné par un tore, les tokamaks russes ont pris l'ascendant sur les stellarators. Cela s'explique aussi par le fait que les premiers stellarators n'avaient pas les performances prévues par la théorie.

Les disruptions, le point faible des tokamaks

Certes plus faciles à réaliser, les tokamaks ont cependant soulevé d'autres problèmes, dont l'un des plus pointus est celui des « disruptionsdisruptions » (ce mot anglais signifiant perturbations). Il s'agit d'instabilités spontanées qui peuvent se produire dans certains régimes de fonctionnement du plasma magnétiquement confiné. De façon imagée, on pourrait se le représenter comme les analogues de la brusque apparition des éruptions solaireséruptions solaires à la surface de notre étoile. Ces disruptions pourraient endommager la paroi d'un tokamak. Il existe des moyens de lutter contre leur apparition en pilotant correctement le fonctionnement d'un tokamak comme celui d'Iter.

Toutefois, les stellarators, eux, n'ont pas ces problèmes de disruptions. Leur forme compliquée doit permettre de les supprimer naturellement. D'autre part, comme la puissance des ordinateurs a continué à croître selon la loi de Moore, il est devenu aujourd'hui plus facile d'aborder les difficultés rencontrées pendant les années 1960. C'est pourquoi les recherches sur les stellarators se sont poursuivies.

Le produit triple d'un plasma

Comme l'explique le communiqué du Max Planck Institute for Plasma Physics, le critère de Lawson (du nom d'un ingénieur et physicien britannique, John David Lawson, qui en a formulé une première version en 1955), permet de poser rapidement une contrainte sur l'état d'un plasma dans un réacteur à fusion contrôlée.

Ce n'est qu'au-delà d'un certain seuil de ce critère L, appelé de nos jours « le produit triple », qu'un plasma peut produire une puissance de fusion supérieure à la puissance de chauffage investie. C'est à ce moment-là que le bilan énergétique devient positif et que la réaction de fusion peut se maintenir sans chauffage externe continu.
Il s'exprime de la façon suivante :