Bienvenue à Fusion City, États-Unis.

Le futur de l’énergie sans carbone sent le teriyaki et ressemble à un Boeing 737 volant bas. Un centre commercial endormi à côté du vaste campus de Boeing à Everett, Washington, n’est pas l’endroit où l’on s’attendrait à trouver une technologie promettant d’exploiter la puissance du soleil, de libérer l’humanité de l’emprise des combustibles fossiles et de débloquer un marché estimé à 40 billions de dollars américains. Mais ici, et dans un parc d’activités encore plus anonyme à proximité, la start-up Zap Energy teste un réacteur prototype qui produit déjà des neutrons haute énergie à partir de la fusion nucléaire, même si ce n’est pas encore suffisant pour renvoyer de l’énergie sur le réseau. L’emplacement peu glamour n’est pas un hasard, explique Derek Sutherland, scientifique principal de la recherche chez Zap. “Si vous fermez les yeux, construire un système de fusion n’est pas si différent de construire un avion”, dit-il à Spectrum lors d’une visite en juin. “Cela nécessite un peu de réadaptation et de recyclage, mais vous pouvez transférer beaucoup de ces compétences.” Zap n’est pas la seule entreprise de fusion à puiser dans le réservoir de talents de l’aviation. À moins de deux miles de là, Helion Energy possède son propre établissement, acheté à un sous-traitant de Boeing et abritant son propre prototype de fusion opérationnel, construit en partie par des vétérans de l’aérospatiale. Les deux start-ups représentent une concentration unique d’expertise et de financement en matière de fusion, et représentent une nouvelle confiance selon laquelle l’énergie de fusion est désormais un défi d’ingénierie pouvant être résolu plutôt qu’une énigme scientifique éternellement insaisissable. Zap Energy a déjà mené des dizaines de milliers de tests d’impulsion de fusion dans son réacteur prototype précoce. Le prototype Fuze-Q de Zap se trouve dans une pièce climatisée sans odeur et ne produit qu’un léger bruit lorsqu’il fonctionne. Depuis qu’il est devenu opérationnel l’été dernier, cet appareil de la taille d’un bureau a abrité des milliers de réactions de fusion, générant chacune des quantités de données considérables au fur et à mesure que Zap l’augmente progressivement vers les températures, les densités de plasma et les temps de réaction nécessaires pour générer plus d’énergie qu’il n’en consomme. Tout le processus de fusion est aussi dramatique que d’allumer un interrupteur, et Sutherland nous emmène directement vers le petit réacteur peu de temps après une telle opération. Ce n’est pas un jouet expérimental en modèle réduit. Le réacteur de fusion commercial de Zap, conçu pour produire de manière fiable suffisamment d’énergie pour 30 000 foyers – jour et nuit, toute l’année – aura exactement la même taille que le prototype, avec l’ajout d’une “couverture” de métal liquide, d’échangeurs de chaleur et de turbines à vapeur pour transformer ses neutrons énergétiques en électricité. Le réacteur principal sera plus court qu’une Mini Cooper. Si cela ne correspond pas à votre image mentale de l’énergie de fusion, vous imaginez probablement le mégaprojet ITER de la taille d’un pâté de maisons en cours de réalisation dans le sud de la France. Au moment où ce réacteur financé par des fonds publics longtemps retardé entre en service, peut-être pas avant 2029, il mesurera 30 mètres de haut et pèsera plus de 18 000 Mini Coopers. Il aura également coûté plus de 22 milliards de dollars américains à la Chine, à l’Union européenne, aux États-Unis et à d’autres partenaires. “Les deux principaux moteurs du coût sont la complexité et la taille”, explique Sutherland. “Zap excelle à réduire ces deux éléments autant que possible, car le système n’a pas besoin de cryogénie, de bobines supraconductrices, de chauffage auxiliaire ni d’aimants.” Zap Energy développe une approche de fusion appelée “Z pinch stabilisé par l’écoulement cisaillé”, qui produit des réactions de fusion par intermittence plutôt qu’un flux continu. Zap et Helion sont à l’avant-garde de ce que l’on appelle souvent la “fusion alternative”, c’est-à-dire la conviction que des systèmes gigantesques ne sont ni nécessaires ni souhaitables dans la recherche d’une énergie de fusion pratique. Pour comprendre pourquoi, il est utile de faire un bref rappel de physique nucléaire. Fusionner des ions de certains éléments légers dans un plasma gazeux peut libérer beaucoup d’énergie si – et c’est un grand “si” – vous pouvez surmonter leur répulsion électrostatique mutuelle. Cela signifie augmenter l’énergie cinétique des ions jusqu’à ce qu’ils se déplacent suffisamment vite (c’est-à-dire qu’ils soient suffisamment chauds) pour entrer en collision et fusionner. Le réacteur ITER est un tokamak traditionnel qui vise à allumer un plasma brûlant dix fois plus chaud que le Soleil, dans un immense donut creux de 20 mètres de diamètre. Plus le donut est grand, plus la puissance est générée ; d’où la taille gigantesque d’ITER. Cependant, plus les ions sont rapides et chauds, plus il est difficile de les confiner. Zap compare la stabilisation du plasma à la tenue de la gelée avec des élastiques, et pour maintenir la réaction de fusion d’ITER en vie, il faudra une énorme batterie d’aimants supraconducteurs refroidis par cryogénie. Zap et Helion parient plutôt sur le fait qu’il sera plus facile d’enchaîner de courtes pulsations d’activité de fusion. Les pulsations de Zap commencent par un puff de plasma de deutérium (un isotope de l’hydrogène) à une extrémité d’un tube à vide d’un mètre de long, au centre duquel se trouve une électrode. Le plasma est accéléré le long du tube jusqu’à ce qu’il atteigne l’extrémité effilée de l’électrode, moment où les forces magnétiques le pincement en une colonne serrée, avec des couches différentes s’écoulant à des vitesses différentes. Cet écoulement cisaillé maintient le plasma stable et générant des neutrons de haute énergie jusqu’à ce qu’il s’effondre. À l’heure actuelle, cela se produit après environ dix microsecondes. Dans un appareil commercial, cela devra durer environ une centaine de microsecondes, et le combustible inclura un isotope de l’hydrogène appelé tritium, à courte durée de vie, cher et difficile à trouver. “Il y aura encore quelques appareils entre Fuze-Q et une centrale pilote”, explique Sutherland. “Nous pensons que cinq à dix ans est réaliste. Mais nous pensons aussi que peut-être cela ne rend pas service au public de nous voir nous engager à construire une centrale dans cinq ans.” Un peu plus loin, à Everett, Helion a fait un pas de plus en promettant un réacteur pilote. Il a déjà vendu 50 mégawatts de puissance à Microsoft, pour livraison en 2028. Cette confiance se reflète dans le campus moderne et sécurisé de Helion, composé de trois entrepôts spacieux et d’un site auxiliaire grouillant d’engins de terrassement. Bon nombre des 160 employés de Helion travaillent dans son plus grand entrepôt de 150 000 pieds carrés, où les composants de son septième et dernier prototype, Polaris, sont actuellement assemblés. Ma visite commence dans la “cuisine” des condensateurs de Helion, ainsi appelée en raison des différents processus de revêtement, de test et de cuisson des milliers de condensateurs remplis d’huile dont Polaris aura besoin. Les banques massives de condensateurs sont la seule façon de fournir rapidement les impulsions massives d’énergie nécessaires pour démarrer les réactions de fusion de Zap et de Helion. La banque de condensateurs de Zap stockera 1,5 mégajoules d’énergie, soit environ un tiers de l’énergie libérée à partir d’une kilo de TNT. Celle de Helion stockera 50 MJ, nécessitant 150 conteneurs d’expédition remplis de condensateurs synchronisés avec des commutateurs à semi-conducteurs pour se décharger en moins d’une milliseconde. Lorsqu’il sera terminé, le réacteur de Helion sera plus grand que celui de Zap, d’environ deux mètres de haut et de 12 mètres de long. Son éjection initiale alimente une série d’électroaimants aux extrémités de Polaris qui forment et accélèrent des nuages de plasma vers leur centre commun. C’est au point le plus étroit du réacteur – soumis au champ magnétique le plus fort – que la fusion se produit brièvement. Comme pour la conception de Zap, le réacteur commercial de Helion est conçu pour pulser environ une fois par seconde et générer 50 MW. Mais il y a quelques différences importantes. Tout d’abord, Helion fusionnera du deutérium avec de l’hélium-3, un is