Fusion nucléaire : et si c’était pour demain?
Fin 2024, des employés de General Fusion assemblaient le réacteur LM26. Celui-ci comprime du plasma depuis avril 2025 à titre expérimental. Photo: General Fusion
Une énergie propre et quasiment illimitée : c’est ce que promet la fusion nucléaire, que les instituts de physique de la planète nous annoncent depuis des décennies dans un avenir lointain. Mais de petites start-up délurées jettent un pavé dans la mare et la promettent… dans 5 ans ! Québec Science a visité trois de ces entreprises qui vont – peut-être – changer le monde.
L’avion s’apprête à se poser à Vancouver. À la limite des pistes, entre les clôtures de l’aéroport et le fleuve Fraser, trois bâtiments aux allures d’entrepôts sont regroupés le long d’un boulevard industriel. Du hublot, juste avant le contact avec la piste, on distingue sur leurs murs bruns un logo en lettres rouges criardes : General Fusion. Du ciel, ces immeubles semblent ordinaires ; mais à l’intérieur, des choses extraordinaires s’y passent : on tente d’y dompter l’énergie des étoiles.
Cette énergie, c’est la fusion thermonucléaire, un Graal de la physique. Le principe : forcer deux minuscules noyaux d’atomes à se combiner pour former un noyau plus gros, et libérer au passage une énergie colossale. C’est le processus qui se déroule en continu au cœur de notre Soleil – et de la majorité des étoiles – et que des scientifiques essaient de reproduire sur Terre depuis des décennies, dans d’immenses installations très coûteuses.
À la clé : une énergie ultra-propre et quasi illimitée, car la matière première, de simples atomes d’hydrogène, est présente en abondance dans l’eau de mer. Contrairement à la « fission » nucléaire, qui est à l’œuvre dans les centrales nucléaires classiques et qui consiste à casser des atomes lourds (comme l’uranium), la fusion ne produit aucun déchet radioactif et ne présente pas de risque d’emballement…
La fusion nucléaire est connue de la physique depuis une centaine d’années, et on arrive à la provoquer depuis plusieurs décennies déjà. Mais il s’agit de fusions de faible ampleur, qu’on parvient à maintenir durant quelques secondes ou quelques minutes et qui dégagent insuffisamment d’énergie pour que le système s’auto-entretienne. La quête, la vraie, c’est d’obtenir une réaction de fusion qui produira 10 ou 20 fois plus d’énergie que ce qu’on lui aura fourni pour la déclencher et qui pourra se maintenir aussi longtemps qu’on l’alimentera en hydrogène.
Les promesses de cette source d’énergie sont stupéfiantes ! Dans les conditions parfaites d’une étoile, un seul gramme d’hydrogène fournit autant d’énergie que la combustion de 8 tonnes de pétrole (ou 11 tonnes de charbon). Si on parvient à maîtriser ce processus sur Terre, quelques grammes d’hydrogène suffiraient en théorie à produire un térajoule d’énergie, assez pour couvrir les besoins en électricité d’une personne d’un pays riche pendant 60 ans.
Mais, alors qu’on fantasme sur la fusion depuis les années 1940, les avancées dans le domaine sont lentes et décevantes. Il faut dire que le défi est monumental : les noyaux d’atomes se repoussent avec force et, pour les forcer à fusionner, il faut des conditions extrêmes, notamment des températures de plusieurs millions de degrés Celsius. Quelques grands consortiums travaillent laborieusement sur le concept, à l’instar de la collaboration internationale ITER, une immense expérience qui ne vise qu’à démontrer la faisabilité de la fusion. Elle est dans les tuyaux depuis 1980, et le chantier, dans le sud de la France, accumule les retards – on ne prévoit pas de fusion réelle avant 2035 ou 2040…
Illustration: General Fusion
1, 2, 3… atomes
La grande majorité des projets tournent autour de la fusion de deux noyaux d’hydrogène, l’élément le plus léger (et le plus abondant) de l’Univers. Mais l’hydrogène existe en trois versions : l’hydrogène « ordinaire », dont le noyau contient un unique proton, et qui représente 99,9885 % de tout l’hydrogène ; le deutérium, qui renferme un proton et un neutron, et qui compte pour le reste. Et il y a le tritium, un atome qui possède un proton et deux neutrons, qui est à peu près inexistant dans la nature, mais qu’on peut produire artificiellement, par exemple en bombardant du lithium, un métal, avec des neutrons.
La fusion nucléaire la plus « payante » énergétiquement est celle d’un noyau de deutérium et d’un noyau de tritium. Elle génère un noyau d’hélium flambant neuf et un neutron libre, qui sont éjectés à grande vitesse. Cette vitesse finale des particules, c’est l’énergie proprement dite fournie par la fusion, qui peut chauffer un fluide et être convertie en électricité par des turbines.
Mais, depuis peu, les choses s’accélèrent, de façon quasi souterraine. Dans de petits centres de recherche privés, comme General Fusion, les idées bouillonnent pour élaborer des concepts qui se démarquent de ceux des grandes institutions. « En ce moment, une cinquantaine de compagnies dans le monde sont dans la course pour amorcer et maintenir une fusion stable », explique Caroline Anderson, responsable des communications pour la Fusion Industry Association, qui regroupe toutes ces jeunes pousses. Elles sollicitent – et obtiennent ! – des milliards de dollars de financement, elles recrutent les meilleures équipes d’ingénierie et de physique de la planète… Elles travaillent toutes sur leur concept, avec des machines variées. Leur but est de développer un système simple, peu coûteux, facile à dupliquer et à mettre en marche n’importe où. « Un sondage parmi nos membres révèle que la majorité considèrent qu’ils réussiront la fusion d’ici 2030 et que leurs centrales injecteront de l’électricité dans le réseau public à l’horizon 2030-2035 », ajoute-t-elle.
Un enthousiasme qui n’est pas partagé par tous les spécialistes. Daniel Jassby, physicien qui a travaillé 25 ans au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton, a écrit après sa retraite qu’une centrale à fusion serait trop complexe, nécessiterait une maintenance incessante et « causerait plus de problèmes qu’elle n’en résoudrait ». Le défunt Lawrence Lidsky, directeur associé du Centre de fusion du MIT et rédacteur en chef fondateur du Journal of Fusion Energy, avait déclaré après une longue carrière que l’énergie de fusion n’était qu’un fantasme, soulignant qu’elle était considérée comme « le problème scientifique et technique le plus difficile jamais abordé ». Walter Marshall, ancien président de l’Autorité britannique de l’énergie atomique, avait quant à lui déclaré que « la fusion est une idée aux possibilités infinies et aux chances de succès nulles ». Et pourtant…
Fusion nucléaire made in Canada
À Vancouver, General Fusion nous ouvre ses portes. Regard vif, la mi-soixantaine, Michel Laberge, fondateur et directeur scientifique de la compagnie, a la poignée de main chaleureuse. Il fait visiter son entreprise en marchant à bon rythme, racontant son histoire et ses espoirs. « J’ai fait mon baccalauréat et ma maîtrise à Québec, à l’Université Laval, puis je suis venu ici faire un doctorat. » Après quelque temps, il trouve l’amour et fonde une famille à Vancouver. « Quand j’ai créé General Fusion, en 2002, je l’ai créée ici, parce que ma vie était ici. Et pour les pistes de ski à proximité ! »
La première salle du bâtiment principal héberge les prototypes qui ont servi aux tests initiaux. Ici, une sphère d’acier hérissée de centaines de petits injecteurs ; là une gigantesque structure aux allures de satellite de la guerre froide ; à côté, un énorme réacteur qui rappelle le nez d’une fusée… « Chaque machine a permis, à son époque, de tester une variable, de valider un élément, se rappelle Michel Laberge. Une fois acquise, cette maîtrise a été transférée au prototype suivant… »
Le dernier réacteur en date, le LM26, mesure deux mètres de large. L’idée est d’injecter du lithium liquide en périphérie d’une cuve circulaire pour comprimer l’hydrogène au centre et amorcer la fusion. Tout un défi !
Illustration: General Fusion
Dompter les noyaux
Faire fusionner deux noyaux atomiques, qui se repoussent très fortement, n’est pas une mince affaire. Il faut les chauffer à des millions de degrés et les soumettre à une pression telle qu’ils s’entrechoquent et fusionnent. Des conditions que dame Nature n’atteint jamais sur Terre.
Elle les atteint en revanche dans le Soleil, car notre étoile est si grosse et si massive que la pression en son centre comprime les atomes les uns contre les autres. Là, à 15 millions de degrés Celsius, les atomes d’hydrogène se décomposent : les noyaux et les électrons se désolidarisent et forment une sorte de fluide. Ce « fluide », les spécialistes l’appellent plasma, le quatrième état de la matière.
Au sein d’un tel plasma, les noyaux possèdent des charges électriques semblables et tendent donc à se repousser. Mais, si cette agitation extrême est maintenue, et que la pression est suffisamment titanesque, la fusion se produit tout de même. Cette fusion dégage de l’énergie, ce qui augmente la chaleur, et donc aussi l’agitation et la pression… Une fois la fusion nucléaire amorcée dans une étoile, elle s’auto-entretient, car chaque réaction de fusion contribue à maintenir les conditions pour les suivantes.
Ce sont de telles conditions que l’on doit tenter de recréer sur Terre. Aucun matériau ne pouvant résister à une telle chaleur, les appareils à fusion doivent être conçus pour que le plasma ne touche jamais les parois. Comme ce plasma est chargé électriquement, il peut être « confiné » si on y applique de puissants champs magnétiques. Une fois ce tour de force réussi, les parois d’un réacteur peuvent rester relativement froides, alors que le plasma en son cœur atteint des températures dantesques.
« Mais tenter de confiner un plasma avec des champs magnétiques, c’est comme essayer d’attacher du Jell-O avec des élastiques, explique Michel Laberge. Le plasma est fluide, il est parcouru de courants électriques, il s’échappe par toutes les zones plus faibles du champ magnétique et, quand il refroidit trop, il retombe à l’état de gaz normal, et tout s’arrête. »
Chez l’Oncle Sam
Sur la côte ouest, General Fusion n’est pas la seule à vouloir relever le défi. L’État de Washington compte à lui seul trois compagnies dans la course à la fusion. Dans l’ensemble des États-Unis, 29 entreprises jouent du coude, faisant du pays le premier en lice, et de loin, à l’échelle du globe.
Parti de Vancouver en fin d’après-midi, le train de la compagnie Amtrak franchit la frontière américaine et arpente les petites baies de la côte pacifique, alors que le soleil couchant embrase le ciel de septembre.
Terminus à Everett, ville de la banlieue nord de Seattle. Là se trouve le siège social de la compagnie Zap Energy. Encore des bâtiments aux allures d’entrepôts. Mais ici, on se fait discret : pas de logo sur les murs, aucune indication sur la nature des recherches qui se déroulent dans les immeubles. « On n’a pas envie de voir débarquer des manifestants anti-nucléaire devant nos locaux », explique Andy Freeberg, responsable des communications, même si la fusion nucléaire n’a rien à voir avec la fission.
À l’intérieur, plusieurs membres de l’équipe se succèdent pour nous expliquer les particularités du concept développé par Zap. Grâce à de puissants courants électriques qui circulent directement à travers le plasma, on génère un champ magnétique dément qui comprime le plasma sur lui-même comme un saucisson – dans le jargon, on parle de Z-pinch. La pression augmente au sein du « saucisson » au point de permettre à la fusion de s’enclencher. Théoriquement, car aucune fusion efficace n’a encore été obtenue.
Christopher Dion, un Saguenéen formé en génie chimique à l’Université de Sherbrooke, puis à Polytechnique Montréal, a été attiré ici par un recruteur pour son expertise dans le fonctionnement des électrodes en conditions extrêmes. « Je suis parti de Montréal il y a deux ans avec mon épouse et mes deux jeunes enfants pour m’installer ici, dit-il. La perspective de contribuer à l’essor de cette nouvelle forme d’énergie propre m’inspire beaucoup. »
De la salle où l’on teste la durabilité des électrodes en conditions extrêmes aux conteneurs qui renferment des batteries de condensateurs électriques, on baigne encore ici dans un film de science-fiction, avec des machines énormes, desquelles émergent des tuyaux métalliques et des fils par dizaines (machines qu’on ne peut photographier, secret industriel oblige…).
Parlant de secret, une autre compagnie, Helion Energy, a ses installations dans le même quartier d’Everett. Mais eux ont préféré décliner la demande de visite de Québec Science…
Du côté de l’Atlantique
Trois semaines plus tard, c’est sur la côte est, et par visioconférence, qu’a lieu la rencontre avec l’équipe de Commonwealth Fusion Systems, ou CFS, compagnie basée à Cambridge, à quelques pas du Massachusetts Institute of Technology, dont elle est un rejeton. Dans le milieu de la fusion, on chuchote que cette jeune pousse financée entre autres par Bill Gates serait la plus avancée…
« C’est une vraie ruche ici, explique Elle Allen, jeune ingénieure en mécanique qui est passée par un poste en aérospatiale chez SpaceX avant de se tourner vers la fusion nucléaire. En Virginie, des équipes sont en train de construire le bâtiment où notre première centrale fournira de l’électricité au réseau public grâce à la fusion. Dans d’autres locaux, d’autres équipes travaillent à assembler notre tokamak, c’est-à-dire notre réacteur. »
Chez CFS, on mise tout sur la puissance des aimants supraconducteurs, afin de comprimer le plasma plus fortement que nulle part ailleurs. Ces aimants n’ont pas de résistance électrique : ils peuvent donc conduire des courants très importants et ainsi produire des champs magnétiques intenses. Grâce à des matériaux qui deviennent supraconducteurs à des températures plus élevées que les matériaux usuels (-253 °C, quand même !), CFS a mis au point d’immenses aimants en forme de D qui génèrent un champ magnétique suffisant pour la fusion.
Alex Creely, ingénieur en mécanique spécialisé en physique des plasmas, a des étoiles dans les yeux en se remémorant le 5 septembre 2021. « En ce dimanche matin, à 5 heures, toute l’équipe était là. On a assisté au premier test officiel de notre nouvel aimant. À mesure que le courant dans la structure augmentait en intensité, on a pu voir l’intensité du champ magnétique atteindre 20 teslas. C’est l’aimant de sa grosseur le plus puissant du monde. On a compris ce matin-là qu’on était sur la bonne voie, qu’on allait pouvoir changer le monde. »
Des attentes et des défis
Dire que le petit monde de la fusion nucléaire est en ébullition est un euphémisme. « En plus de 20 ans, soit entre 2000 et 2021, les start-up de la planète ont levé environ 2 milliards de dollars en financement privé et public. Mais rien qu’en 2025, on a dépassé les 2,5 milliards. L’engouement des investisseurs est très tangible, explique Caroline Anderson, de la Fusion Industry Association. Nous sommes un peu au même point que l’était la course à l’espace lorsque Kennedy a annoncé en 1962 qu’on enverrait un homme sur la Lune avant 1970. Avaient-ils une idée de la manière de fabriquer un ordinateur de guidage ? Non. Disposaient-ils des fusées suffisamment puissantes pour y parvenir ? Non. C’est un peu la même chose avec la fusion. On ignore encore par quelle technologie on l’atteindra, mais on sait qu’on le fera. »
« On est tellement nombreux à tester des concepts et des idées, confirme Michel Laberge, de General Fusion. C’est sûr que l’un de nous va très bientôt obtenir une réaction qui générera plus d’énergie qu’elle n’en aura consommé. Probablement l’an prochain. »
Et tous ces rabat-joie qui disent que c’est impossible ? « Ces gens ne voient pas les données que nous voyons, réplique Alex Creely, confiant. Ils ne sont pas témoins des progrès ni de la vitesse des avancées. Ici, à CFS, on réussira à obtenir nos premières fusions à bilan positif d’ici 4 ou 5 ans, et nous produirons de l’électricité en continu au début des années 2030. » La compagnie a d’ailleurs déjà signé deux contrats avec Google pour lui fournir de l’électricité dans une dizaine d’années. Même chose pour Helion Energy, dans l’État de Washington, qui s’est entendue avec Microsoft pour l’alimenter en électricité dès 2028…
Une blague récurrente dans le milieu de la fusion nucléaire, c’est qu’elle devrait arriver dans 30 ans, pour toujours… « Certains disent qu’il faut corriger la blague et parler de 5 ans, dit en souriant Michel Laberge. Moi, je crois qu’il faut simplement oublier cette blague. On s’éclairera bientôt à l’électricité de fusion. »
