Pour la première fois dans l’histoire de la recherche sur la fusion nucléaire, une expérience a porté un réacteur à dépasser durablement ce qui, durant des décennies, a été considéré comme une barrière infranchissable à la densité du plasma, ouvrant potentiellement de nouvelles voies vers une énergie propre à grande échelle.
Cette percée est arrivée au sein du Experimental Advanced Superconducting Tokamak (EAST), le « Sole artificielle » construit en Chine par les instituts de recherche de l’Académie chinoise des sciences. EAST est l’un des réacteurs à fusion les plus avancés au monde et détient déjà des records de durée pour le maintien du plasma à des températures stellaires — plus de 1 066 secondes (près de 18 minutes) avec un plasma supérieur à 100 millions de degrés Celsius.
Dépasser la « limite de Greenwald ». Les tokamaks, réacteurs en forme de donut, confinèrent des gaz ionisés (plasma) avec des champs magnétiques intenses pour reproduire sur Terre ce qui se passe au cœur du Soleil: la fusion des atomes d’hydrogène en hélium avec une énergie libérée énorme. Dans la nature, la densité et la pression sont telles que ces réactions peuvent se produire de manière continue.
Dans les réacteurs humains, la température doit être des dizaines de fois plus élevée pour compenser la pression plus faible par rapport à celle du cœur du Soleil. L’un des principaux plafonds opérationnels des tokamaks est depuis longtemps ce qu’on appelle le « limite de Greenwald » — un seuil empirique au-delà duquel le plasma, plus dense, a tendance à devenir instable et à s’interrompre. À densités élevées, les interactions entre plasma et parois du réacteur déclenchent des turbulences qui jusqu’ici ont empêché d’aller au-delà de certaines valeurs sans disrupter le plasma.
Résonance cyclotronique électronique . Le groupe de recherche de EAST a démontré qu’il est possible de contourner cet obstacle. En ajustant avec une grande précision les paramètres initiaux — comme la pression du gaz de carburant et en utilisant des techniques avancées de chauffage par « résonance cyclotronique électronique » — les chercheurs ont optimisé les interactions entre plasma et parois métalliques dès le démarrage.
La résonance cyclotronique électronique est le phénomène par lequel les électrons, plongés dans un champ magnétique, tournent sur eux-mêmes à une fréquence précise. Si on applique une onde électromagnétique à la même fréquence que ce mouvement, les électrons absorbe/nt l’énergie de manière extrêmement efficace. C’est comme pousser quelqu’un sur le balancier exactement au rythme qui convient : chaque poussée ajoute de l’énergie et le mouvement croît. Cette méthodologie a permis au plasma d’entrer dans ce qu’on appelle le régime sans densité, où la densité peut augmenter de 30 % jusqu’à 65 % au-delà de la limite de Greenwald sans s’interrompre.
Pourquoi c’est important. Ce résultat, publié dans la revue Science Advances, représente la première preuve expérimentale de la théorie d’auto-organisation plasma–paroi (PWSO), proposée pour expliquer comment le fluide ionisé et la surface interne du réacteur peuvent atteindre un équilibre stable même à des densités inhabituellement élevées.
Selon les auteurs de l’étude, dirigée par Ping Zhu et Yan Ning, cette stratégie ne démontre pas seulement que les limites empiriques ne sont pas insurmontables, mais offre aussi une « voie pratique et évolutive » pour étendre la densité opérationnelle des tokamaks et des futurs dispositifs à plasma avancé.
Et pourquoi tout cela est-il important ? Une densité plus élevée signifie qu’un plus grand nombre de particules de carburant occupent le même volume de plasma, augmentant la probabilité que les atomes se heurtent et se fusionnent, condition essentielle pour atteindre l’« ignition » de la fusion — c’est-à-dire un état où les réactions génèrent plus d’énergie qu’elles n’en consomment.
Il reste encore beaucoup de travail. Malgré les progrès, la route vers des centrales à fusion commerciale reste longue. Avant de pouvoir transformer ces résultats en énergie électrique exploitable, il faut relever des défis cruciaux, comme le choix de matériaux capables de résister à des années de fonctionnement sous des flux de neutrons intenses et la construction de systèmes de confinement encore plus robustes.
Cependant, cette expérience marque l’un des pas les plus significatifs des dernières années : elle démontre que certains des plafonds considérés comme insurmontables en physique des plasmas peuvent être repensés, et offre à la communauté internationale de la fusion de nouveaux outils pour concevoir des réacteurs plus performants, y compris le grand projet collaboratif ITER en construction en France.
