Le tokamak sud-coréen KSTAR (Korea Superconducting Tokamak Advanced Research), surnommé le « Soleil artificiel », vient de pulvériser les limites techniques connues en maintenant un plasma à des températures infernales pendant six minutes consécutives. En réussissant à stabiliser cet état de la matière sur une telle durée, les physiciens ne se contentent plus de théoriser : ils prouvent que la maîtrise du feu des étoiles sur Terre est désormais techniquement possible. Ce seuil franchi est une étape décisive vers une source d’énergie propre et quasi illimitée.
Le problème principal de la fusion n’est pas tant d’allumer le feu que d’empêcher la flamme de s’éteindre ou de détruire le four. Le défi consiste à contenir une substance sept fois plus chaude que le cœur du Soleil sans qu’elle n’entre en contact avec la matière environnante. Aucun matériau sur Terre, pas même les alliages les plus résistants comme le tungstène ou le carbone renforcé, ne peut résister à un contact direct avec ce plasma. C’est ici qu’intervient le génie de la physique moderne : le confinement magnétique.
Puisque nous ne pouvons pas toucher le plasma, nous le faisons léviter. Le KSTAR est un tokamak, une machine toroïdale en forme de beignet, entourée d’aimants supraconducteurs gigantesques refroidis à l’hélium liquide. Ces aimants génèrent des champs magnétiques d’une complexité inouïe qui agissent comme une cage immatérielle. La configuration magnétique est hélicoïdale : elle force les ions et les électrons du plasma à suivre des lignes de champ qui s’enroulent autour de l’anneau, parcourant des kilomètres sans jamais toucher les parois. Cependant, le plasma est capricieux. Il se comporte comme un fluide magnétohydrodynamique turbulent, sujet à des instabilités chaotiques appelées « modes localisés au bord » (Edge Localized Modes ou ELM). Ces éruptions, similaires aux éruptions solaires mais à l’échelle du réacteur, peuvent endommager les parois et faire s’effondrer la réaction en une fraction de seconde. Tenir six minutes signifie que les ingénieurs ont réussi à supprimer ou atténuer ces modes ELM grâce à des perturbations magnétiques résonantes, une prouesse de contrôle en temps réel.
Le laboratoire KSTAR a réussi à maintenir ce seuil critique de 100 millions de degrés pendant toute la durée de l’expérience, atteignant ce que les physiciens appellent le « régime de haute performance ». C’est une performance bien supérieure à ce que font la plupart des autres tokamaks expérimentaux dans le monde. La réussite coréenne repose sur l’utilisation de nouvelles technologies de chauffage par ondes électromagnétiques (comme le chauffage cyclotronique ionique) et par injection de neutres, qui bombardent le plasma pour lui transférer de l’énergie cinétique. Mais le véritable exploit est d’avoir conservé cette chaleur. Le plasma a tendance à refroidir par rayonnement et conduction turbulente. KSTAR a excellé dans la création de barrières de transport internes (ITB), des zones où la turbulence est supprimée, agissant comme une « bouteille thermos » magnétique ultra-efficace.
La Corée du sud a donc fait mieux qu’ITER qui accumule les retards mais en utilisant le savoir accumulé en France par les équipes internationales. A noter que le pays le plus en retard dans ce domaine ce sont les Etats-Unis.
De la Corée à la France : l’impact décisif pour le projet ITER
Il est important de comprendre que le KSTAR ne fonctionne pas en vase clos. La recherche sur la fusion est l’un des plus beaux exemples de collaboration internationale scientifique. Les résultats obtenus en Corée du Sud sont scrutés de très près dans le sud de la France, à Saint-Paul-lez-Durance, où se construit actuellement ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). ITER est le grand frère du KSTAR, une machine gigantesque conçue pour être la plus grande expérience scientifique de l’histoire de l’humanité, avec un volume de plasma dix fois supérieur.
. Le chemin reste semé d’embûches techniques considérables. Le record de KSTAR concerne la stabilité du plasma, mais il ne résout pas encore la question du bilan énergétique global de la centrale. Aujourd’hui, il faut encore dépenser une énergie colossale pour refroidir les aimants à -269°C (proche du zéro absolu. Le rendement net « à la prise » est pour l’instant négatif sur tous les réacteurs expérimentaux.
Pourquoi s’acharner malgré des difficultés d’ingénierie ? Parce que la récompense au bout du chemin est inestimable pour la civilisation. La fusion nucléaire représente l’espoir d’une énergie de base pilotable, massive et décarbonée. Contrairement à la fission nucléaire actuelle, la fusion est intrinsèquement sûre. Il n’y a pas de risque d’emballement de réaction ou de fusion du cœur type Tchernobyl. Si un problème survient, le plasma se refroidit instantanément et la réaction s’arrête d’elle-même. De plus, la fusion ne produit pas de déchets radioactifs à haute activité et à vie longue nécessitant un stockage géologique profond. La radioactivité induite dans les matériaux de structure diminue rapidement, redevenant proche du niveau naturel en une centaine d’années. Ce record du KSTAR nous rappelle que le progrès scientifique procède par bonds successifs, et nous venons de vivre l’un de ces bonds.
Cette performance de six minutes marque un tournant dans l’histoire de la physique des plasmas. En domptant durablement la matière la plus instable de l’univers grâce à des innovations matérielles et magnétiques, l’humanité prouve sa capacité à reproduire le moteur des étoiles. Si la route vers l’électricité commerciale demandera encore des efforts soutenus, l’obstacle majeur de la stabilité commence enfin à céder sous les coups de boutoir de la recherche internationale.