Énergie
La fusion froide rallume les rêves d’énergie propre sans plasma chaud
Ajouter Securities.io à vos sources préférées sur Google
La fusion exige-t-elle toujours un plasma très chaud ?
La fusion nucléaire pourrait fournir une énergie à faibles émissions de carbone. Elle ne serait toutefois pas dépourvue de déchets ni d’impacts sur son cycle de vie : les neutrons peuvent activer les matériaux, et la disponibilité du combustible dépend du procédé, notamment lorsqu’il utilise du tritium.
Produire une énergie utile par fusion reste difficile. Les principales approches utilisent un plasma très chaud, mais des réactions peuvent aussi être provoquées par des particules accélérées. Tous les essais ne reproduisent donc pas intégralement les conditions des étoiles.
Le confinement magnétique et le confinement inertiel sont deux grandes approches. Certains essais ont obtenu un gain énergétique au niveau de la cible, ce qui ne correspond pas encore à une production électrique nette de l’ensemble d’une centrale.
Source: IEEE
Les difficultés technologiques sont détaillées dans notre article « Fusion nucléaire : les perspectives d’une énergie propre ».
La fusion peut-elle aussi être étudiée dans un réseau métallique ou par d’autres mécanismes, sans plasma macroscopique très chaud ? Cette question est distincte de la démonstration d’une source d’énergie par « fusion froide ».
Les revendications de fusion froide restent controversées et n’ont pas établi une technologie de production d’énergie. En 2024, une étude a été publiée dans Scientific Reports, revue du Nature Portfolio et non dans Nature elle-même, sous le titre « Observation d’une émission de neutrons pendant la cavitation acoustique de poudre de titane deutéré ». Elle présente des mesures et une hypothèse, pas la démonstration d’une centrale fonctionnelle.
Histoire de la fusion froide
En 1989, Stanley Pons et Martin Fleischmann ont annoncé avoir obtenu une fusion froide. Les tentatives indépendantes de reproduction n’ont pas établi leur conclusion, ce qui a suscité de fortes critiques de la méthode et de son interprétation.
La controverse a durablement nui à la crédibilité du domaine. Chaque nouvelle étude doit néanmoins être jugée sur ses données et ses contrôles, sans qualifier indistinctement tous ses chercheurs.
Un petit nombre de scientifiques poursuivent ces recherches sous des appellations comme réactions nucléaires à basse énergie (LENR), science nucléaire de la matière condensée (CMNS) ou réactions nucléaires assistées chimiquement (CANR).
Un regain d’intérêt est apparu dans les années 2020. L’agence américaine ARPA-E a annoncé en 2023 des financements pour étudier les réactions nucléaires à basse énergie. Des travaux distincts concernent les résultats publiés par la NASA en 2020 sur la fusion confinée dans un réseau métallique. Financer une recherche ne valide pas tous les mécanismes proposés.
La NASA a appelé sa méthode « fusion par confinement dans un réseau ». Elle ne démontrait pas une fusion froide : une source externe de photons énergétiques déclenchait une succession de réactions et accélérait des particules dans le métal.
La possibilité de réactions sans plasma macroscopique chaud ne prouve pas que toutes les hypothèses de fusion froide fonctionnent ni qu’elles fournissent une énergie nette.
Deux grandes catégories d’hypothèses
Réactions dans un réseau métallique
L’approche initiale de Pons et Fleischmann reposait sur le chargement électrochimique du palladium en deutérium. D’autres recherches ont utilisé notamment l’erbium et le titane. Absorber de l’hydrogène dans un métal ne provoque pas automatiquement une fusion nucléaire.
L’idée générale est que l’environnement métallique pourrait modifier les interactions entre noyaux de deutérium. Il faut cependant un mécanisme précis et des mesures reproductibles pour établir une réaction nucléaire.
La répulsion électrique entre noyaux constitue un obstacle important. Les énergies et les taux de réaction attendus expliquent une grande partie du scepticisme scientifique.
Fusion et cavitation
Une autre hypothèse examine l’effondrement de bulles dans un liquide soumis aux ultrasons. On parle parfois de sonofusion.
La cavitation peut créer localement des pressions et des températures élevées. Cela ne suffit pas à démontrer des conditions permettant une fusion nucléaire.
Elle peut aussi éroder fortement les matériaux, comme les hélices de navires. Une érosion mécanique n’est pas une preuve de réaction nucléaire.
Source: Britannica
L’émission de lumière accompagnant l’effondrement d’une bulle est appelée sonoluminescence. Les températures instantanées dépendent des conditions expérimentales.
Dépasser la température de surface du Soleil ne prouve pas la fusion : cette surface est bien plus froide que son cœur. La densité, la durée et l’énergie des particules comptent également.
Les revendications de sonofusion ont suscité une controverse scientifique importante autour de certaines expériences anciennes. Une enquête journalistique de 2013 a réexaminé plusieurs documents :
Selon ce reportage, des archives d’Oak Ridge soulevaient des questions sur l’évaluation d’une expérience très médiatisée de 2002.
Le journaliste disait aussi avoir trouvé des éléments potentiellement favorables à certains chercheurs, dont Rusi Taleyarkhan. Il s’agissait d’une enquête documentaire, pas d’une reproduction indépendante de la réaction.
Ce regain de débat n’a pas établi une technologie pratique de fusion par bulles.
L’étude de 2024
Max Fomitchev-Zamilov, président de Maximus Energy Corporation aux États-Unis, a publié l’étude dans Scientific Reports en mai 2024. La correction de juillet a ajouté un remerciement pour un soutien financier à la publication, sans modifier les conclusions expérimentales.
L’entreprise commercialise des outils de mesure nucléaire : détecteurs de neutrons et de rayons gamma, spectromètres, processeurs d’impulsions, analyseurs multicanaux et logiciels associés.
L’étude rapporte une émission de neutrons pendant la cavitation d’une poudre de titane deutéré en suspension dans une huile minérale, avec ajout de gouttelettes d’eau lourde. Il ne s’agissait pas simplement de bulles d’eau lourde mélangées à du titane ordinaire.
L’interprétation proposée associe le réseau métallique à la cavitation acoustique. Le mécanisme reste une hypothèse.
« Nous avons pu maintenir la production de neutrons pendant plusieurs heures et répéter l’expérience à de nombreuses reprises dans différentes conditions. »
« Nous supposons que les neutrons observés proviennent d’une fusion des ions de deutérium dans le réseau de titane, sous l’action mécanique des jets de cavitation. »
Évaluer les mesures rapportées
L’auteur rapporte des pics jusqu’à 10 000 fois le bruit de fond dans certaines conditions, lorsque des ondes acoustiques secondaires interfèrent de manière constructive et produisent des pointes de pression de quelques milliers de psi. Ces résultats et cette interprétation proviennent de la même étude et ne constituent pas une validation énergétique indépendante.
L’auteur indique aussi avoir maintenu le signal pendant plusieurs heures.
Le dispositif est relativement compact par rapport aux grandes installations de plasma. Sa reproduction fiable nécessite néanmoins un étalonnage des détecteurs, des contrôles appropriés et une analyse des incertitudes.
Source: Scientific Reports
Partager les détails du dispositif et les données favorise leur examen. L’article indique que les données peuvent être obtenues auprès de l’auteur sur demande raisonnable.
Résultats et essais témoins
L’étude décrit aussi des conditions sans résultat positif. Les témoins négatifs sont essentiels à l’évaluation d’une mesure.
Selon l’auteur, les bulles de deutérium dans l’huile minérale et d’autres essais sans la combinaison appropriée de matériaux n’ont pas produit le même signal.
Ces essais ne démontrent à eux seuls ni un simple artefact ni une fusion établie. L’étude rapporte un signal de neutrons lorsque du titane deutéré et de l’eau lourde sont associés sous cavitation.
Une corrélation temporelle avec les ondes acoustiques est également rapportée. Sa cause doit être contrôlée davantage.
Source: Scientific Reports
L’article compare notamment une période d’observation de cinq heures avec le démarrage de l’excitation acoustique et l’apparition des signaux rapportés.
Source: Scientific Reports
Répéter des essais pendant plusieurs mois dans le même laboratoire est utile, mais ne remplace pas une reproduction indépendante et n’exclut pas tous les biais systématiques.
Pas encore une preuve définitive
L’origine exacte du signal et le mécanisme restent des questions importantes. Une interprétation par fusion ne constitue pas une preuve définitive.
L’étude rapporte des neutrons dans une combinaison précise de matériaux et d’excitation. Des mesures indépendantes et l’examen des autres explications sont nécessaires pour confirmer une découverte.
Une autre réaction nucléaire discutée est la spallation, où un apport d’énergie élevé peut fragmenter un noyau et libérer des neutrons. Cette explication exige elle aussi d’identifier la source d’énergie et de vérifier les produits et les taux de réaction.
Source: Springer
Des mesures spectroscopiques supplémentaires pourraient aider à distinguer les mécanismes et à évaluer les signaux.
Prochaines étapes
Une reproduction indépendante avec des témoins adaptés est nécessaire. Des données supplémentaires doivent précéder toute affirmation d’optimisation d’une réaction de fusion confirmée.
Matériaux
La suspension de poudre aurait conservé sa stabilité pendant au moins six mois. Il ne s’agit pas d’une demi-vie radioactive. Une application pratique exigerait aussi de mesurer les matériaux consommés, les sous-produits et le bilan énergétique.
Hypothèses sur le rôle des jets
L’hypothèse de travail relie les jets de cavitation aux signaux de neutrons et à d’éventuelles réactions du deutérium.
Dans un premier scénario, les jets pourraient « agir comme des pistons comprimant le deutérium stocké dans le réseau de titane ». Des gouttelettes de H2O pourraient alors, selon l’hypothèse, fonctionner comme celles de D2O.
Dans un second scénario, « les jets doivent contenir du deutérium et agir comme un faisceau d’ions sur une cible deutérée ».
Distinguer ces possibilités demande de nouveaux essais contrôlés.
Comparaison avec les travaux de la NASA
La méthode publiée par la NASA en 2020 pour la fusion dans un réseau métallique utilisait une source externe de photons énergétiques et une succession de collisions. Elle ne démontre pas que des ultrasons produisent le même effet.
Un accélérateur dirigeait des électrons vers une cible de tungstène, produisant des photons énergétiques par rayonnement de freinage.
Ces photons pouvaient dissocier des deutérons du métal en protons et neutrons. Les collisions des neutrons accéléraient ensuite d’autres deutérons, permettant des réactions de fusion.
Il n’est pas établi que la cavitation reproduise cette succession énergétique sans accélérateur. Une comparaison de températures ne suffit pas.
Le problème énergétique est-il résolu ?
Ces données ne permettent pas cette conclusion. Même si l’origine nucléaire des neutrons est confirmée, un bilan complet reste nécessaire pour établir une production d’énergie utile nette.
L’énergie fournie, l’énergie des réactions et l’électricité récupérable sont des grandeurs différentes. Quelques réactions ne constituent pas une centrale viable.
Le dispositif est bien plus petit que le National Ignition Facility américain (NIF), avec ses 192 faisceaux laser et leur très forte puissance instantanée.
Sa petite taille ne permet pas de déduire un gain énergétique. La puissance de crête doit aussi être distinguée de l’énergie totale d’une impulsion.
Investir dans la fusion nucléaire
La fusion froide n’est pas une source d’énergie commerciale établie. Fournir des matériaux de laboratoire ne garantit ni une exposition économique importante à cette recherche ni des profits futurs.
L’eau lourde constitue un marché spécialisé. Le chiffre de 161 millions de dollars de commerce mondial correspond à une période statistique particulière et ne mesure pas une future demande liée à la fusion. Parmi les fournisseurs de laboratoire figure Sigma-Aldrich, au sein de Merck KGaA (MRK.DE ) (MRK.DE). Merck KGaA est distincte de l’américaine Merck & Co.
Dans le contexte de 2024, plusieurs entreprises de développement de la fusion étaient privées, notamment Helion, General Fusion (GFUZ ), Commonwealth Fusion Systems, TAE Technologies, ZAP Energy et NEO Fusion. Leur statut peut évoluer après la date de l’article.
Une liste de jeunes entreprises de la fusion est disponible sur la page spécialisée de Dealroom.
Une société cotée ayant mené des recherches et des investissements liés à la fusion est Lockheed Martin Corporation (LMT ), grand groupe de défense et d’aérospatiale. Sa principale activité n’est pas la production d’électricité par fusion.
1. Lockheed Martin Corporation
LMT Graphique du prix
Depuis le début des années 2010, Lockheed travaillait sur la fusion compacte avec des objectifs ambitieux. L’arrêt des travaux internes en 2021 a ensuite été rapporté ; les anciens objectifs ne représentaient pas une exploitation commerciale réalisée.
Les informations publiques sur les raisons de cet arrêt sont limitées. Une cause technique précise ne doit pas être présentée comme établie sans données.
Le groupe a conservé un intérêt financier pour le domaine, avec un investissement de Lockheed Martin Ventures dans Helicity en 2024.
Helicity développe une propulsion par fusion pulsée et formation de plasma. Son approche n’est pas identique à la fusion de cible magnétisée de General Fusion.
Les informations présentées ne permettent pas de conclure que Lockheed avait démontré une incapacité particulière de son dispositif à maintenir la fusion.
La propulsion et la production d’électricité ont des exigences différentes. L’intérêt pour les impulsions ne prouve pas qu’un produit commercial soit imminent.
2. General Fusion
General Fusion fait partie des entreprises développant la fusion avec des financements privés, parallèlement à la recherche publique.
L’entreprise a été créée en 2002 pour développer la fusion de cible magnétisée (MTF).
Elle estime que cette approche pourrait réduire les coûts et les délais. En 2010, elle a réalisé une étape importante dans le développement d’un injecteur de plasma et a ensuite franchi d’autres étapes de recherche. Cela ne signifie pas qu’une centrale électrique nette fonctionne déjà.
Source : General Fusion
Dans son programme LM26 présenté en 2024, elle visait 100 millions de degrés en 2025 et un équivalent d’équilibre énergétique scientifique en 2026. Il s’agit d’un bilan énergétique scientifique, pas d’une production électrique nette de centrale. Un modèle au cinquième avait été testé en 2023, avec des performances comparées par l’entreprise à ses simulations.
Les essais successifs de composants réduisent certaines incertitudes, sans valider encore toutes les exigences d’une centrale commerciale.
Source: General Fusion
Une entreprise privée peut prendre des décisions d’organisation différentes d’un programme international comme ITER. Cela ne prouve pas que chaque choix technique est supérieur ni que les projets publics ignorent les compétences de leurs fournisseurs.
Les approches publiques et privées rencontrent des difficultés différentes. Aucune n’a une réussite garantie.
3. TAE Technologies
TAE Technologies, anciennement Tri Alpha Energy, développe la fusion en Californie. Dans la période de l’article, elle préparait la transition de sa plateforme Norman vers Copernicus.
Source: TAE
La technologie de TAE utilise des faisceaux de particules pour chauffer et stabiliser le plasma. L’image d’un « épaississant » n’est pas une description technique précise.
L’entreprise emploie aussi la fabrication additive pour des prototypes et des pièces. Les réductions de masse rapportées concernent certains composants, pas nécessairement un réacteur entier.
Source: TAE
Elle présentait des objectifs de prototype de centrale au début des années 2030 puis de déploiement commercial. Ces calendriers restaient conditionnels.
Son dirigeant Michl Binderbauer décrivait la fusion comme une possibilité d’abondance énergétique. C’est une vision, pas un résultat économique déjà obtenu.
L’entreprise décrit un financement associé à des jalons techniques. Les levées de fonds ne démontrent pas à elles seules la performance énergétique finale.
En 2022, Google et Chevron (CVX ) ont participé à une levée de 250 millions de dollars de TAE. La coopération avec Google porte aussi sur les méthodes informatiques et l’optimisation.
Le groupe propose également des applications en sciences de la vie, notamment la thérapie par capture de neutrons par le bore (BNCT), et des solutions de puissance, de batteries et de mobilité électrique.
4. Helion
Helion vise une fusion utilisant du deutérium et de l’hélium-3 plutôt que l’approche plus courante deutérium–tritium.
L’hélium-3 est rare. Helion prévoit de le produire par des réactions du deutérium dans son système. Cette stratégie doit être démontrée et ne signifie pas qu’une exploitation lunaire serait la seule autre source possible.
Helion utilise des dispositifs pulsés de formation et de compression du plasma. Toutes les entreprises privées n’emploient pas la même méthode.
Elle cherche à récupérer directement de l’électricité par induction électromagnétique, sans passer par le cycle à vapeur d’une centrale conventionnelle.
« Notre conception vise un faible coût du combustible et de fonctionnement, une forte disponibilité et un coût d’équipement compétitif, sans les grandes turbines à vapeur et tours de refroidissement de certaines autres approches. » Il s’agit des objectifs de Helion, pas de performances commerciales établies.
Helion a présenté des résultats de Trenta, sa sixième génération, avec plus de 10 000 impulsions et 100 millions de degrés selon l’entreprise. La température seule ne démontre pas une production électrique nette.
Source: Helion
Le système suivant est Polaris, pour lequel l’entreprise visait des impulsions magnétiques plus rapides et une démonstration d’électricité nette. C’était un objectif de développement dans la période considérée, pas un résultat déjà acquis.
La longueur annoncée d’environ 19 mètres donne une idée de l’échelle de Polaris, sans démontrer sa viabilité économique ou son gain énergétique.
