La ville animée de Shanghai célèbre les célébrations nationales avec des spectacles de lumière de renommée mondiale, illuminant ses gratte-ciel de couleurs éblouissantes, tels des phares de l’innovation chinoise.
C’est ici que scientifiques et ingénieurs travaillent 24 heures sur 24 pour trouver la prochaine grande avancée technologique mondiale, de l’Internet 6G à l’IA avancée en passant par la robotique de nouvelle génération. C’est également ici, dans une rue discrète du centre-ville, qu’une petite start-up appelée Energy Singularity travaille sur quelque chose d’extraordinaire : l’énergie de fusion nucléaire.
Les entreprises américaines et les experts du secteur craignent que l’Amérique perde son avance de plusieurs décennies dans la course à la maîtrise de cette forme quasi illimitée d’énergie propre, alors que de nouvelles sociétés de fusion surgissent partout en Chine et que Pékin dépense plus que DC.
La fusion nucléaire, le processus qui alimente le Soleil et d’autres étoiles, est extrêmement difficile à reproduire sur Terre. De nombreux pays ont réussi à mettre au point des réactions de fusion, mais il reste difficile de les maintenir suffisamment longtemps pour les utiliser dans le monde réel.
Maîtriser la fusion est une perspective séduisante qui promet richesse et influence mondiale au pays qui la maîtrisera en premier.
L’intérêt de cette énergie réside dans son efficacité. Une réaction de fusion contrôlée libère environ quatre millions de fois plus d’énergie que la combustion du charbon, du pétrole ou du gaz, et quatre fois plus que la fission, le type d’énergie nucléaire utilisé aujourd’hui. Elle ne sera pas développée à temps pour lutter contre le changement climatique au cours de cette décennie cruciale, mais elle pourrait être la solution au réchauffement futur.
Selon Jean Paul Allain, qui dirige le Bureau des sciences de l’énergie de fusion du ministère américain de l’Énergie, le gouvernement chinois investit chaque année entre 1 et 1,5 milliard de dollars dans la fusion. En comparaison, l’administration Biden a dépensé environ 800 millions de dollars par an.
« Pour moi, ce qui est plus important que le nombre, c’est en fait la rapidité avec laquelle ils le font », a déclaré Allain à CNN.
Les entreprises privées des deux pays sont optimistes et affirment qu’elles pourront mettre l’énergie de fusion sur le réseau d’ici le milieu des années 2030, malgré les énormes défis techniques qui subsistent.
Les États-Unis ont été parmi les premiers au monde à se lancer dans la recherche sur la fusion nucléaire, en travaillant activement sur ce sujet dès le début des années 1950. La Chine s’est lancée dans la recherche sur la fusion nucléaire plus tard dans la même décennie. Plus récemment, le rythme s’est accéléré : depuis 2015, les brevets chinois sur la fusion nucléaire ont explosé, et elle en détient désormais plus que tout autre pays, selon les données sectorielles publiées par Nikkei.
Energy Singularity, la start-up de Shanghai, n’est qu’un exemple de la vitesse fulgurante de la Chine.
En trois ans, elle a construit son propre tokamak, un réacteur qui a été construit plus rapidement que n’importe quel autre réacteur comparable. Un tokamak est une machine cylindrique ou en forme de beignet extrêmement complexe qui chauffe l’hydrogène à des températures extrêmes, formant ainsi un plasma semblable à une soupe dans lequel se produit la réaction de fusion nucléaire.
Pour une jeune entreprise qui travaille sur l’un des casse-têtes de physique les plus difficiles au monde, Energy Singularity est incroyablement optimiste. Elle a de bonnes raisons de l’être : elle a reçu plus de 112 millions de dollars d’investissements privés et a également réalisé une première mondiale : son tokamak actuel est le seul à avoir utilisé des aimants avancés dans une expérience de plasma.
Connus sous le nom de supraconducteurs à haute température, ces aimants sont plus puissants que ceux en cuivre utilisés dans les anciens tokamaks. Selon les scientifiques du MIT qui étudient la même technologie, ils permettent de fabriquer des tokamaks plus petits, capables de générer autant d’énergie de fusion que les plus gros, et de mieux confiner le plasma.
L’entreprise prévoit de construire un tokamak de deuxième génération pour prouver que ses méthodes sont commercialement viables d’ici 2027, et elle s’attend à un appareil de troisième génération capable d’alimenter le réseau en électricité avant 2035, a déclaré la société.
En revanche, les tokamaks américains vieillissent, a déclaré Andrew Holland, PDG de la Fusion Industry Association, basée à Washington. Par conséquent, les États-Unis comptent sur les machines de leurs alliés au Japon, en Europe et au Royaume-Uni pour poursuivre leurs recherches.
Holland a évoqué un nouveau parc de recherche sur la fusion de 570 millions de dollars en construction dans l’est de la Chine, appelé CRAFT, qui devrait être achevé l’année prochaine.
« Nous n’avons rien de tel », a-t-il déclaré à CNN. « Le laboratoire de physique du platine de Princeton modernise son tokamak depuis 10 ans maintenant. L’autre tokamak en service aux États-Unis, le DIII-D, est une machine vieille de 30 ans. Il n’y a pas d’installations de fusion modernes dans les laboratoires nationaux américains. »
L’industrie américaine est de plus en plus inquiète de voir la Chine battre l’Amérique à son propre jeu. Certains des tokamaks de nouvelle génération que la Chine a construits, ou prévoit de construire, sont essentiellement des « copies » de modèles américains et utilisent des composants qui ressemblent à ceux fabriqués aux États-Unis, a déclaré M. Holland.
Le tokamak BEST, financé par l’État chinois et dont la construction devrait être achevée en 2027, est une copie de celui conçu par Commonwealth Fusion Systems, a déclaré M. Holland, une entreprise du Massachusetts qui travaille avec le MIT. Les deux modèles sont dotés du même type d’aimants avancés qu’utilise Energy Singularity.
Une autre machine construite par une entreprise privée chinoise ressemble beaucoup à un tokamak conçu par la société américaine Helion, a déclaré M. Holland.
Il y a « une longue histoire » de copie par la Chine de la technologie américaine, a-t-il ajouté.
« Ils suivent rapidement les tendances et prennent ensuite les devants en dominant la chaîne d’approvisionnement », a déclaré M. Holland, en prenant comme exemple la technologie des panneaux solaires. « Nous en sommes conscients et voulons nous assurer que cela ne se reproduise pas. »
CNN n’a pas reçu de réponse de l’Administration nationale de l’énergie chinoise lorsqu’on lui a demandé si la recherche sur la fusion financée par l’État avait copié ou s’était inspirée des conceptions américaines.
Lasers contre tokamaks
La fusion nucléaire est un processus extrêmement complexe qui consiste à forcer deux noyaux à se rapprocher, alors que ces derniers se repousseraient normalement. L’un des moyens d’y parvenir consiste à augmenter la température d’un tokamak jusqu’à 150 millions de degrés Celsius, soit dix fois celle du noyau solaire.
Lorsqu’ils se lient, les noyaux libèrent une grande quantité d’énergie sous forme de chaleur, qui peut ensuite être utilisée pour faire tourner des turbines et produire de l’électricité.
Les États-Unis sont depuis des décennies un leader en matière de fusion ; ils ont été la première nation à appliquer l’énergie de fusion dans le monde réel, dans une bombe à hydrogène.
Au début des années 1950, l’armée américaine a testé dans l’océan Pacifique une série d’armes nucléaires « renforcées » par des gaz créant une réaction de fusion, provoquant une explosion 700 fois plus puissante que celle d’Hiroshima.
Maintenir la fusion nucléaire sur de longues périodes est beaucoup plus difficile, et tandis que la Chine avance à grands pas avec ses tokamaks, les États-Unis trouvent un avantage dans une autre technologie : les lasers.
Fin 2022, des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie ont tiré près de 200 lasers sur un cylindre contenant une capsule de combustible de la taille d’un grain de poivre, dans le cadre de la première expérience réussie au monde visant à générer un gain net d’énergie de fusion. Cela signifie que le processus a produit plus d’énergie que ce qui a été utilisé pour chauffer la capsule (bien qu’ils n’aient pas compté l’énergie nécessaire pour alimenter les lasers).
Il existe encore d’autres moyens de parvenir à la fusion nucléaire, et les États-Unis misent sur une variété de technologies.
Il n’est pas impossible que cette approche puisse s’avérer payante.
« Nous ne savons pas exactement quel sera le meilleur concept, et ce n’est peut-être pas le cas », a déclaré Melanie Windridge, physicienne spécialisée dans les plasmas et PDG de Fusion Energy Insights, une organisation de surveillance du secteur basée au Royaume-Uni. Il pourrait finalement y avoir plusieurs approches viables pour l’énergie de fusion, a-t-elle déclaré à CNN. « Et puis, à plus long terme, tout dépendra des coûts et d’autres facteurs. »
Mais le tokamak est le concept le mieux étudié, a-t-elle déclaré.
« Au fil du temps, c’est le domaine qui a fait l’objet de la plus grande recherche, c’est donc le plus avancé en termes de physique », a déclaré Windridge. « Et de nombreuses entreprises privées s’appuient sur ce principe. »
Grâce aux fonds que la Chine investit dans la recherche, le concept de tokamak évolue rapidement. Le tokamak chinois EAST de Hefei a maintenu un plasma stable à 70 millions de degrés Celsius (cinq fois plus chaud que le cœur du soleil) pendant plus de 17 minutes, un record mondial et une avancée objectivement étonnante.
Mikhail Maslov, de l’Autorité britannique de l’énergie atomique, l’a décrit comme une « étape importante », ajoutant que l’exécution de longues impulsions de plasma reste l’un des plus grands défis techniques pour la commercialisation de l’énergie de fusion.
Alors que le gouvernement chinois investit massivement dans la fusion, les États-Unis attirent beaucoup plus d’investissements privés. Au niveau mondial, le secteur privé a dépensé 7 milliards de dollars dans la fusion au cours des trois à quatre dernières années, dont environ 80 % par des entreprises américaines, a déclaré M. Allain du DOE.
« Aux États-Unis, nous avons cet esprit d’entreprise qui nous permet de vraiment sortir des sentiers battus, d’innover et de combler certaines de ces lacunes, non seulement dans le domaine scientifique, mais aussi dans le domaine technologique », a-t-il déclaré.
Mais si le gouvernement chinois continue d’investir plus d’un milliard de dollars par an, cela pourrait bientôt éclipser les dépenses américaines, même dans le secteur privé.
Et si ces investissements s’avèrent rentables, les célébrations colorées à Shanghai ne seront pas seulement alimentées par la fusion, elles jetteront une toute nouvelle lumière sur la Chine.
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