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Robert Mumgaard: "D'ici 15 ans, nous utiliserons la fusion nucléaire"

©Bryce Vickmark

On en parle depuis des décennies sans en voir le moindre joule. Aujourd’hui, la fusion nucléaire semble prendre un nouveau tournant. Le Docteur Robert Mumgaard en est persuadé: d’ici le début des années 2030, notre électricité sera issue de la fusion nucléaire.

Une source d’énergie infinie. Sans émission de CO2. Avec un combustible à portée de main, à foison. Et des déchets mineurs et gérables. Si une telle énergie existe, pourquoi ne l’utilise-t-on pas encore? Parce qu’elle n’est toujours qu’un rêve. La fusion nucléaire est une arlésienne dans un corps de chimère. À telle enseigne qu’un adage circule sur son compte: elle est l’énergie de l’avenir… et le restera. C’est ce qu’en retient le grand public, qui en a même oublié qu’une partie de ses impôts continue de subsidier la recherche du Graal. Et qui ne remarque pas qu’aujourd’hui, une lueur apparaît. "Il y a pour l’instant un momentum, nous dit le Docteur Robert Mumgaard, qui ne peut que donner du souffle à cette technologie."

Robert Mumgaard est le patron de Commonwealth Fusion Systems, une start-up qui pilote un projet de fusion nucléaire en collaboration avec des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) dont elle est issue. Elle a reçu en mars une enveloppe de 50 millions de dollars du groupe énergétique italien Eni. Un montant qui financera les premières étapes de la construction d’un réacteur à fusion nucléaire. "Dans les dix prochaines années, nous estimons que nous serons capables d’être producteur net d’énergie. Peut-être pas pour donner de la lumière à une grosse ville, mais à une échelle qui montrera que nous maîtrisons la technologie et qu’on peut penser à l’optimiser dans un but commercial. Nous estimons pouvoir faire tout cela endéans les 15 ans."

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Robert Mumgaard n’est pas le seul à rêver. Jeff Bezos, le patron d’Amazon, soutient la start-up canadienne General Fusion qui nourrit des ambitions similaires. Paul Allen, le cofondateur de Microsoft, patronne la Californienne Tri Alpha Energy qui vient de lever 500 millions de dollars et travaille avec Google Research pour mettre en place un programme permettant d’analyser la complexité d’un plasma, masse énergétique nécessaire à la fusion nucléaire. En Europe, on compte aussi Tokamak Energy, près d’Oxford en Angleterre, ou encore le prototype Wendelstein 7-X en Allemagne. "En utilisant la science qu’on a à notre disposition aujourd’hui, on peut réduire drastiquement la taille nécessaire du réacteur, explique Robert Mumgaard. Et avec cette taille, on peut avancer beaucoup plus rapidement et utiliser la structure d’une start-up plutôt que d’être obligés de loger cela dans une énorme multinationale exigeant des moyens colossaux."

E = mC²

©Bob Mumgaard/Plasma Science and Fusion Center

De quelle science parlons-nous? La fusion nucléaire est un processus qui se déroule naturellement dans les étoiles. À une température stellaire, équivalente à plusieurs dizaines de millions de degrés Celsius, deux atomes d’hydrogène, qui sur Terre auraient tendance à se repousser violemment, vont fusionner et donner un atome d’hélium. La masse perdue dans ce processus permet de dégager une énorme quantité d’énergie selon la fameuse équation d’Einstein, E = mc² (E étant l’énergie, m la masse, C la vitesse de la lumière). Rêver de cette énergie est une chose, la produire en est une autre. Pour obtenir de l’hydrogène sous la forme voulue, pas de problème: il y en a une quantité infinie dans l’eau de mer. Mais pour atteindre ces températures, il faut disposer… d’une énergie colossale. Les scientifiques y travaillent depuis des décennies. Ils utilisent par exemple des champs magnétiques ultra-puissants. Ceux-ci produisent un champ électrique qui chauffe et place en suspension la masse de matière appelée plasma — une bouillabaisse d’éléments dérivés d’atomes d’hydrogène (en l’occurrence du deutérium et du tritium) qui, agités sous une certaine température, fusionnent et produisent de l’énergie.

CV | Robert Mumgaard

Bob Mumgaard a étudié la physique et la mécanique à l’université Lincoln du Nebraska, avant d’entrer au MIT en 2008 pour y mener son PhD sur la fusion nucléaire, notamment sur la physique du plasma.

En 2017, il co-fonde, avec cinq autres scientifiques, la société Commonwealth Fusion Systems, centrée sur la recherche et le développement d’un réacteur à haut champ magnétique pour produire de l’énergie provenant de la fusion nucléaire. Il en devient le CEO en 2018.

Encore faut-il, pour être rentable, que l’énergie produite dépasse l’énergie dépensée. C’est le défi posé par la fusion nucléaire, et son incapacité jusqu’à présent à présenter une solution valable qui puisse remplacer nos productions polluantes d’énergie. Il faut donc à tout prix diminuer cette dépense d’énergie. Comment? Notamment par des matériaux supraconducteurs. Un nouveau composé d’éléments (yttrium, baryum et oxyde de cuivre) a permis de construire des aimants de puissance inégalée, capables de diminuer à la fois la taille du réacteur et l’énergie nécessaire pour maintenir le plasma en suspension. "Ces aimants sont vraiment difficiles à construire, personne n’y est encore arrivé avant nous, continue Robert Mumgaard. Nous pouvons nous baser sur des connaissances existantes en physique, mais aussi sur des découvertes toutes récentes qui valident notre approche."

Iter, 18 milliards d’euros

©Visualization by Ken Filar, PSFC research affiliate

Le réacteur du Docteur Mumgaard sera 65 fois plus petit que celui construit au sein du projet Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor), initiative internationale de 18 milliards d’euros financée par plusieurs États, dont l’Union européenne à hauteur de 6,6 milliards, mais aussi la Chine, la Russie, l’Inde, le Japon, la Corée du Sud, les Etats-Unis et la Suisse. Iter, dont la construction a commencé en 2005, à Cadarache, dans le sud de la France, devrait activer son premier plasma en 2025 et produire son premier joule (unité énergétique) en 2035 via un nouveau réacteur appelé Demo. La première utilisation commerciale ne serait prévue qu’en 2050. Débauche de moyens pour un résultat lointain et incertain? Hasard du calendrier, le jour de l’annonce de l’investissement d’Eni dans Commonwealth Fusion Systems, Bernard Bigot, le directeur général d’Iter, était à Washington pour tenter de persuader le gouvernement Trump de l’importance de son projet. Car la Maison-Blanche avance à reculons. Pour 2019, les Etats-Unis n’ont promis que 75 millions de dollars, un montant bien en retrait par rapport aux 213 millions promis précédemment.

"Il y a pour l’instant un momentum qui ne peut que donner du souffle à cette technologie."

Robert Mumgaard, lui, soutient totalement le projet Iter. "Nous n’en serions pas là où nous sommes sans Iter. Les scientifiques du MIT, ceux de mon team, nous avons tous été impliqués dans son design, dans la compréhension du plasma, de ce dont nous avions besoin. C’est comme expliquer comment les avions volent: vous devez construire différentes formes et tailles d’avions pour vraiment comprendre comment optimiser le vol."

Du côté d’Iter, par contre, les initiatives privées, comme celle de Robert Mumgaard, suscitent la méfiance. "Toutes ces initiatives de fast track sont intéressantes, nous confie Christian Dierick, coordinateur du projet Iter en Belgique. Il y a là plusieurs initiatives de techniques de fusion plus efficaces et plus faciles que le projet Iter. Mais il faut se méfier. Ces technologies n’ont pas encore fait leurs preuves." Christian Dierick pointe notamment les difficultés pour atteindre les critères nécessaires à la fusion, appelés critères de Lawson. Par exemple, plus un réacteur est petit, plus les températures nécessaires pour obtenir une fusion sont élevées. "Avec ses 800 mètres cubes de plasma, Iter a besoin d’une température de 150 millions de degrés. Pour un réacteur aussi petit que celui de cette société, il faudrait monter jusqu’à 700, 800 millions de degrés. Aujourd’hui, le maximum qu’on a réussi à atteindre est 500 millions." Christian Dierick ne le cache pas: "Il ne faut pas prendre une attitude arrogante, mais il nous faut réagir sur ce genre de nouvelle. Il ne faut pas que le public pense qu’il ne faut plus soutenir le projet Iter. Il reste encore beaucoup de défis dans la fusion nucléaire."

De la fusion dans vos voitures

Mumgaard reste confiant. "La fusion est trop importante, plaide-t-il, il faut lancer plusieurs pistes. Et nous pensons que nous avons la meilleure approche. Ce sur quoi nous avons travaillé, nous en sommes persuadés, nous mènera à la ligne d’arrivée. Cela nous donne aussi un produit qui s’intègre dans toute une série de marchés puisqu’il produira environ 200 mégawatts, ce qui est l’échelle pour alimenter une petite ville de 20.000 personnes."

"Les besoins énergétiques sont surtout au niveau des batteries, notamment pour les voitures. Je crois que la fusion pourrait être une très belle source."

Commonwealth Fusion Systems compte sur de nouveaux financements, en cour de réalisation mais dont nous n’aurons aucun détail. Car les projets remplissent rapidement le calendrier, avec quelques rêves en réserve dans les tiroirs. "L’avantage de la taille que nous avons, c’est que nous pouvons installer nos réacteurs où nous voulons. Les besoins énergétiques sont surtout au niveau des batteries, notamment pour les voitures. Ces batteries demandent de l’électricité venant de quelque part. Je crois que la fusion pourrait être une très belle source, et nous avons la taille adéquate pour couvrir ces besoins."

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