Foire aux questions

ITER, en latin « le chemin », est une expérience scientifique à grande échelle qui doit démontrer la faisabilité scientifique et technologique de l'énergie de fusion. ITER est actuellement en cours de construction à Saint-Paul-lez-Durance (Bouches du Rhône). Dans le cadre d'une collaboration sans équivalent, sept pays ou groupe de pays membres d'ITER - la Chine, l'Europe, l'Inde, le Japon, la République de Corée, la Fédération de Russie et les États-Unis — œuvrent conjointement pour concevoir et réaliser la plus grande machine de fusion de l'histoire. ITER ne produira pas de l'électricité mais sera l'outil à partir duquel — de par sa taille, ses matériaux novateurs et ses technologies - les physiciens et les ingénieurs pourront résoudre des problèmes-clé avant de passer à l'exploitation industrielle et commerciale de la fusion.

Conçu pour produire 500 MW d'énergie de fusion à partir d'un apport externe de 50 MW dans ses systèmes de chauffage, ITER sera le premier dispositif de fusion capable de générer de l'énergie de manière effective, et ouvrira ainsi la voie vers un réacteur de démonstration, DEMO.

La construction de l'installation a démarré en France en 2010. Tandis que les travaux de construction progressent sur le chantier à Saint-Paul-lez-Durance (13), les industries des Membres d'ITER fabriquent des éléments de haute technologie destinés au réacteur de fusion — le tokamak. Les livraisons s'accélèrent et, au mois de mai 2020, les équipes ont introduit le premier élément de la machine dans la fosse du tokamak. 

ITER est l'un des projets scientifiques et industriels le plus complexe au monde. Les industries impliquées ont d'ores et déjà mis en place des programmes de recherche et de développement pour répondre aux exigences liées à la fabrication des pièces des machines. ITER est l'aboutissement d'un demi-siècle de recherche dans le domaine de la physique des plasmas. Le programme doit démontrer que la maîtrise de l'énergie de la fusion est à notre portée.

ITER constitue une étape expérimentale entre les machines de fusion actuelles, centrées sur l'étude de la physique des plasmas, et les centrales de fusion de demain.

Avec ITER, la communauté de la physique des plasmas disposera d'un dispositif uniquee, capable de produire des décharges de plasma beaucoup plus longues que celles obtenues dans d'autres installations de fusion. La machine ITER sera deux fois plus volumineuse que le plus gros dispositif de fusion expérimental en service à ce jour, le JT-60SA (Europe/Japon), pour un volume de plasma six fois supérieur. La machine expérimentale ITER a été conçue pour :

•        confiner un plasma deutérium-tritium dans lequel le chauffage par les particules alpha est prédominant,

•        générer une puissance de fusion de 500 MW (Q=10), à partir de 50 MW injectés dans les systèmes de chauffage, 

•        contribuer à démontrer le fonctionnement intégré des technologies intervenant dans une centrale de fusion,

•        tester des concepts de module tritigène,

•.       démontrer la sûreté d'un dispositif de fusion.

La fusion, c'est une source d'énergie prometteuse à long terme pour répondre de manière durable aux besoins en énergie des populations de la planète, si tous les défis sont résolus.

Pour un projet de cette envergure, sans précédent, impliquant une collaboration mondiale et des dépenses de milliards d'euros, on ne peut s'attendre à ce que la communauté scientifique soit unanime sur les objectifs ainsi que sur la base scientifique et technique du projet. Un consensus scientifique peut être possible tant que les discussions restent à un niveau conceptuel, mais dans un monde où règne une compétition féroce pour le financement de la recherche, il est inévitable que des scientifiques de différents domaines critiquent la décision de dépenser de l'argent pour un grand projet, arguant qu'ils préféreraient que l'argent soit investi ailleurs.

Ce que l'on peut dire à propos d'ITER, c'est que large majorité de la communauté scientifique du domaine de l'énergie, considère ce projet comme une étape clé dans la recherche d'une énergie alternative pour l'avenir de l'humanité. L'approche politique et scientifique du projet, aujourd'hui, n'est pas due au lobbying de quelques personnes d'influence. Elle résulte de décennies de recherches minutieuses, étape par étape, réalisées dans le monde entier par des scientifiques du domaine de la fusion et de discussions animées au sein des institutions scientifiques des pays concernés. Celles-ci ont débattu des options, des coûts et des risques et décidé que le projet ITER constituait un investissement rentable pour notre avenir énergétique commun. Le nombre d'articles traitant directement d'ITER présentés aux principales conférences scientifiques internationales sur le thème de la fusion ou publiés dans les journaux scientifiques spécialisés dans la fusion ne cesse de croître depuis de nombreuses années. Le fait que la recherche destinée à ITER constitue à présent un sujet dominant dans ces articles démontre à quel point ce projet est essentiel pour faire progresser la fusion vers la production de l'énergie.

Si la phase d'opération deutérium-tritium, qui vise un facteur d'amplification de l'énergie de 10 (Q ≥ 10) constitue le cœur de la mission d'ITER, il importe de souligner l'importance du retour d'expérience engrangé tout au long des phases de conception, de construction, de fabrication et d'assemblage/installation. La nature inédite des éléments d'ITER a généré de très nombreux défis, qui ont pu être relevés grâce aux capacités d'innovation et aux percées réalisées dans le domaine de l'ingénierie par des entreprises sous-traitantes et des laboratoires dans le monde entier. De fait, le programme international ITER lui-même peut être qualifié de laboratoire expérimental. De manière plus anecdotique, de nombreux acteurs du monde de la fusion considèrent que l'émergence de projets émanant du secteur privé et les investissements qu'ils impliquent procèdent des succès jusqu'ici accumulés par ITER.

La recherche sur la fusion et le rôle d'ITER ont fait l'objet d'un examen approfondi par des groupes d'experts indépendants mis en place par les agences de financement en Europe et dans la plupart des autres pays partenaires d'ITER. Les résultats de ces investigations donnent la mesure la plus fiable du consensus de la communauté scientifique en la matière. Quelques exemples :

• En 2004, lors des premières étapes de négociation d'ITER, un groupe de haut niveau présidé par Sir David King (conseiller scientifique principal du gouvernement britannique) a conclu qu'il était temps de hâter le développement du projet ITER et a recommandé de financer une « Approche accélérée » de l'énergie de fusion. En 2013, l'EFDA (European Fusion Development Agreement, devenu EUROfusion) a publié un projet en huit étapes pour la réalisation de l'énergie de la fusion avant 2050. Ce projet a été mis à jour en 2018.

• L'Académie des sciences française a organisé un examen détaillé de l'état des connaissances et des défis que la fusion doit relever, tant pour ce qui concerne le « confinement magnétique » (dont ITER) que pour ce qui a trait à la « fusion  inertielle » à base de lasers. L'analyse a été publiée en 2007 dans un ouvrage qui insistait sur les arguments en faveur de la construction d'ITER.

• Les États-Unis ont suivi un long processus avant de décider de réintégrer le projet ITER dont ils étaient sortis à la fin des années 1990. L'Académie nationale des sciences américaine a créé un groupe réunissant des experts de la fusion et des scientifiques chevronnés, spécialisés dans des domaines de recherche connexes tels que la fission nucléaire, la physique des hautes énergies et l'astrophysique. Les scientifiques non spécialisés dans la fusion étaient en mesure de faire des recommandations. Le groupe a fortement soutenu le renouvellement de l'adhésion des États-Unis au projet ITER, qui constituait à leurs yeux la meilleure voie vers l'énergie de fusion.

• La Chine a annoncé en 2011 que 2 000 experts en fusion seraient formés sur les 10 années à venir pour assurer la recherche et le développement de cette technologie prometteuse.

• Dans le rapport qu'il a remis au Congrès américain au mois de mai 2016, le Département de l'Energie américain recommande le maintien des Etats-Unis dans le programme ITER — une position qui devra être réexaminée à la fin de l'année 2018. Le rapport note que « le management d'ITER Organization et les résultats obtenus par le programme ont connu une amélioration sensible » et conclut qu'en dépit des délais accumulés, « ITER demeure le moyen le plus rapide pour accéder à l'étude des plasmas de fusion. »

• En juin 2017, la Commission européenne a publié un document de 14 pages destiné au Parlement européen et au Conseil européen confirmant son soutient "a un programme ITER réformé." 

• Fin 2017, l'Académie nationale des sciences américaine a publié le premier volet d'une étude sur l'état de la recherche sur la fusion magnétique aux Etats-Unis et sur le potentiel de cette discipline. Les auteurs du rapport préconisent le maintien des Etats-Unis dans le programme ITER et le développement d'une stratégie à long-terme pour l'énergie de la fusion. (Le rapport peut être consulté en anglais ici.)

• Avril 2018 le Conseil de l'Union européenne a chargé la Commission d'approuver la nouvelle feuille de route du programme ITER. Un mois plus tard, le budget pluriannuel de la Commission (2021-2027) comprend un financement sans équivoque au programme.

• Début 2019 l'Académie nationale des sciences américaine a rendu son rapport final, préconisant le maintien des Etats-Unis dans le programme ITER ainsi que le lancement d'un grand programme national de recherche et d'investissement dans la fusion menant à la construction d'un réacteur pilote.

• A la demande du FESAC (US Fusion Energy Sciences Advisory Committee, Department of Energy), des centaines de spécialistes américains ont collaboré à l'élaboration d'un plan stratégique pour la réalisation d'un programme national de recherche et d'investissement dans la fusion culminant dans la construction d'un réacteur pilote. Ils ont publié leurs travaux sous le titre A Community Plan for Fusion Energy and Discovery Plasma Sciences (téléchargeable ici). Un rapport final « Powering the Future: Fusion & Plasmas » a été édité sur la base de ces travaux au mois de décembre 2020, et servira maintenant de support à l'élaboration d'un programme à long terme par le Département d'énergie américaine (Office des sciences de la fusion). A chaque fois, la participation dans ITER est citée comme une étape essentielle.

• À la demande du Département d'énergie américaine, un panel de 12 scientifiques a été chargé de décrire les étapes et l'innovation nécessaire pour la réalisation d'un réacteur de fusion, générateur d'électricité, pour le moindre coût. Le rapport publié au mois de février 2021, titré « Bringing Fusion to the U.S. Grid », conseille la construction d'un réacteur pilote de 50 MW. (Il est téléchargeable ici.) Au mois de décembre 2023, le gouvernement américain a publié « Building Bridges: A Vision for the Office of Fusion Energy Sciences. » 

• Le gouvernement britannique a publié une stratégie nationale en matière d'énergie de fusion en 2021, puis une mise à jour « Vers l'Energie de Fusion » en 2023. La stratégie comprend des investissements dans un réacteur de fusion (STEP) et des investissements dans les technologies de fusion.

• Des communiqués récents des gouvernements (et organisations gouvernementales) allemand, chinois, coréen (voir aussi cette annonce), européen (voir aussi cette annonce et cette annonce), indien, japonais (voir aussi cette annonce et cette annonce) et russe soulignent que ces pays ont également des feuilles de route détaillées pour l'investissement dans la fusion. Début 2024, la China a annoncé le lancement de Fusion Energy Inc, un consortium qui réunit 25 entreprises et institutions académiques autour de la construction d'un réacteur de fusion prototype. Au mois d'avril 2024, le Japon et les États-Unis ont signé un accord de partenariat appelant à accélérer la concrétisation commerciale de la fusion.

• L'activité du secteur privé s'accélère également. À la fin de l'année 2023 on comptait 43 compagnies privées dans 12 pays, qui bénéficiaient de plus de 7 milliards de dollars d'investissement privé. (Voir les ressources ci-dessous.)

• Pour plus d'informations sur les recherches en cours dans le monde sur l'énergie de fusion consultez ces ressources : Perspectives de l'AIEA sur la fusion dans le monde 2024 ; FusDIS, the Fusion Device Information System (AIEA) ; Global Fusion Industry in 2024 (Fusion Industry Association) ; The Fusion Industry Supply Chain 2024 (Fusion Industry Association).  

Les premiers tokamaks, dans les années 1950 à 1970, étaient des machines de petite taille dont la technologie et les systèmes de contrôle étaient relativement simples. Ces machines ont cependant démontré que l'on pouvait générer des plasmas de haute température et que leur énergie pouvait être confinée. Ces premières expériences ont également permis d'identifier de nouveaux phénomènes physiques, comme le « transport anormal » lié à la turbulence ; les instabilités ou les perturbations. De même, la mise en évidence des « lois d'échelle » a laissé entendre, dès cette époque, que le confinement de l'énergie pouvait être amélioré à condition de disposer de machines de plus grande taille mettant en œuvre des champs magnétiques plus puissants.

La seconde génération, dans les années 1980, est caractérisée par l'utilisation extensive des moyens de chauffage auxiliaires. En équipant les tokamaks d'un divertor, on obtint un meilleur confinement et l'on introduisit de nouvelles techniques de préparation des parois internes de la machine. En 1982, le tokamak ASDEX expérimenta pour la première fois un mode de confinement élevé - le « Mode H ».

Une nouvelle génération de tokamaks de plus grande taille, comme le JET (Europe), JT-60 (Japon), TFTR (USA), KSTAR (Corée), et T-15 (Union soviétique), se donna alors pour objectif l'étude de plasmas  dans des conditions aussi proches que possible de celles d'un réacteur de fusion. Intégrant les dernières avancées de la recherche dans le domaine de la fusion, ces machines ont été régulièrement améliorées. On introduisit les aimants supraconducteurs, les opérations en deutérium-tritium ou encore les opérations de télémanipulation. L'expérience accumulée par ces machines a largement contribué à la conception d'ITER.

La recherche sur la fusion aborde aujourd'hui l'exploration du « plasma en ignition », dans lequel la chaleur issue de la réaction de fusion est retenue dans le plasma en quantité suffisante pour permettre à cette même réaction de se maintenir pendant une longue durée. Cette exploration constitue une étape indispensable sur le chemin de l'exploitation de l'énergie de fusion ; elle permettra d'aborder les phases ultérieures en toute confiance. Construire ITER et mener à bien son programme de recherche permettront d'entreprendre cette exploration.

Dans le monde entier, un grand nombre de tokamaks contribuent à la compréhension de la fusion par confinement magnétique et contribuent ainsi à la préparation de la phase opérationnelle d'ITER. Voir la liste ici. 

Au sein des « concepts de confinement magnétique » (essentiellement les tokamaks et les stellarators), le principal avantage d'ITER est de mettre en œuvre la technologie éprouvée du tokamak, de loin le plus avancé en termes de production d'énergie de fusion. C'est donc le pragmatisme qui a dicté le choix du concept de tokamak pour ITER. Les stellarators sont intrinsèquement plus complexes que les tokamaks (il était par exemple impossible d'optimiser leur conception avant que les superordinateurs ne soient disponibles) mais ils ont l'avantage d'avoir un fonctionnement fiable. Le stellarator Wendelstein 7-X, qui a célébré son premier plasma fin 2015 à Greifswald en Allemagne, permettra de faire des analyses comparatives par rapport à la performance des tokamaks comparables. Ces résultats seront intégrés dans la définition de DEMO, l'installation de fusion qui succédera à ITER.

Les « concepts de fusion par confinement inertiel » sont d'une nature très différente. Ces technologies ont été développées pour simuler des explosions nucléaires et n'étaient pas initialement prévues pour produire de l'énergie. A ce jour, le concept de fusion par confinement inertiel n'a pas démontré qu'il pouvait offrir une solution plus efficace ou plus rapide que le confinement magnétique. Cependant à la fin de l'année 2022, le National Ignition Facility (USA) a réussi à générer plus d'énergie qu'elle n'en a consommé. (Voir cet article.) 

On doit également noter qu'un grand nombre de start-up privées sont entrées en lice au cours des cinq années écoulées et qu'elles ont su mobiliser quelque 6 milliards de dollars pour développer de nouveaux concepts de réacteur. Chacune d'entre elles contribue, d'une manière ou d'une autre, à l'objectif commun : maîtriser l'énergie de fusion pour produire de l'électricité.

Dès l’origine, ITER a choisi de répartir la fabrication des éléments stratégiques de la machine entre les sept Membres du programme. Cette décision, qui a considérablement accru la complexité du programme, était motivée par des raisons évidentes : en participant au programme ITER, chaque Membre prépare son infrastructure industrielle et sa base scientifique ainsi que ses physiciens et ingénieurs à aborder l’étape suivante : la construction d’un réacteur de fusion pré-industriel.

L’investissement nécessaire à la construction d’ITER aurait sans doute été trop lourd pour un seul pays. Avec cette organisation, chaque Membre n’assume qu’une partie des coûts du projet mais bénéficie de l’ensemble du programme de développement (des avancées ont déjà été réalisées dans les domaines de la technologie, de la science et des matériaux, et les premières demandes de brevets ont même été déposées) et accédera plus tard à la totalité du programme expérimental, prévu pour durer 20 ans. 

La collaboration et la coordination entre les différentes entités du programme ne cessent de s’améliorer. La recherche sur la fusion est remarquable en ce qu’elle est le fruit, depuis très longtemps, d’une démarche collaborative internationale. Les avancées, les découvertes faites dans tel ou tel pays du monde sont immédiatement partagées avec les autres programmes de recherche. C’est une réalité quotidienne dans le programme ITER, qui bénéficie de la diversité des expériences de ses Membres, et notamment des recherches en cours sur les tokamaks opérationnels dans de nombreux pays du monde.

Si ITER se résumait à un programme de construction, son modèle aurait certainement été organisé différemment. Mais ITER est bien autre chose : c’est le programme de recherche sur l’énergie le plus ambitieux et le plus complexe au monde. La collaboration entre les sept Membres d’ITER, qui possèdent tous plusieurs décennies d’expérience dans le domaine de la fusion, s’est révélée extrêmement fructueuse. En mettant en commun leurs ressources, ils sont à même de surmonter les obstacles majeurs qui se dressent encore sur la voie de la fusion.

En se retirant de l'Union européenne le 31 janvier 2020, le Royaume-Uni s'est également retiré de la Communauté européenne de l'énergie atomique (Euratom). Comme les autres pays de l'Union européenne, c'est à travers Euratom, signataire de l'Accord ITER, que le Royaume-Uni participait au programme ITER.

Pendant la période de transition, les responsables politiques du Royaume-Uni ont affirmé à plusieurs reprises qu'ils souhaitaient que leur pays continue de participer au programme ITER. Et c'est le 30 décembre 2020 que le mécanisme pour cette participation continue est devenu plus clair. En parallèle de l'Accord de commerce et de coopération signé entre le Royaume Uni et l'Union Européenne, un deuxième accord sur la coopération dans le domaine du nucléaire a précisé que le Royaume Uni continuera sa participation à Fusion for Energy et leurs programmes et activités, y compris ITER.

Les négociations se sont terminées au mois de septembre 2023 sans accord. Le Royaume Uni ne cherche plus une association avec Euratom, préférant une stratégie domestique pour la fusion qui comprend la poursuite des collaborations internationales, y compris avec ITER. ITER Organization continue à respecter les contrats en cours avec le Royaume Uni mais, pour l'instant, ne conclut plus de nouveaux contrats.