Même si de nombreux défis restent à relever pour bénéficier de l’énergie propre et pratiquement illimitée fournie par la fusion nucléaire, nous nous rapprochons de plus en plus de cet objectif. Récemment, des scientifiques ont notamment réussi à dépasser d’un facteur 10 la limite de densité du plasma.
Quelle est la limite de Greenwald ?
Trois conditions sont absolument nécessaires pour que la fusion nucléaire produise réellement de l’énergie : une température très élevée pour provoquer des collisions de particules à haute énergie ; une densité suffisante de particules de plasma pour augmenter la probabilité que des collisions se produisent ; et un temps de confinement suffisant pour maintenir le plasma dans un volume défini. Comme on pourrait s’y attendre, ces trois conditions sont difficiles à remplir.
Il existe aujourd’hui des installations et des technologies permettant de provoquer la fusion nucléaire en laboratoire, mais elles ne sont pas encore assez puissantes pour produire de l’énergie de manière durable. Les tokamaks sont l’une de ces installations. Il s’agit de dispositifs toroïdaux, essentiellement des beignets métalliques creux qui brassent le plasma ionisé dans un tube en appliquant à la fois un champ magnétique et un courant électrique. Le tokamak est actuellement en tête de liste des dispositifs destinés à la production future d’énergie par fusion nucléaire.
Le principal défi à surmonter pour utiliser les tokamaks pour produire de l’énergie par fusion nucléaire est la limite dite de Greenwald. Il s’agit de la densité de plasma maximale qui peut être atteinte dans un tokamak. Au-delà de ce seuil théorique, le confinement magnétique dans le tokamak devient instable et le plasma ne peut plus être contrôlé dans le réacteur. Actuellement, dépasser cette limite est l’un des principaux objectifs du développement de la filière de production d’énergie par fusion nucléaire.
Une avancée cruciale
Dans une avancée majeure dans le domaine de la fusion nucléaire, des chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison sont parvenus à dépasser cette limite théorique. En effet, selon les résultats de leur étude publiée dans la revue Lettres d’examen physiqueDes chercheurs ont réussi à produire un plasma stable à 10 fois la limite de Greenwald. Cette prouesse a été réalisée notamment au sein de l’installation Madison Symmetric Torus (MST). C’est une prouesse très impressionnante puisque, jusqu’à présent, la limite de Greenwald n’a été dépassée que d’un facteur deux au mieux.
Les chercheurs estiment que cet exploit a été rendu possible par deux caractéristiques clés du MST : les parois épaisses et conductrices de l’installation et son alimentation électrique. Ces deux facteurs ont permis de stabiliser les champs magnétiques manipulant le plasma et d’ajuster l’électricité en fonction des rétroactions de la réaction. Au vu des résultats obtenus lors de leur étude, les chercheurs ont conclu qu’il est probable que la limite de Greenwald soit erronée. La densité maximale semble être déterminée par les limitations matérielles plutôt que par l’instabilité du plasma « , ont expliqué les chercheurs.
De plus, un réacteur expérimental produit une quantité record d’énergie.