L’avenir réside dans la fusion

Session de questions/réponses avec le fondateur et PDG de Commonwealth Fusion Systems dans son programme technologique de fusion révolutionnaire.

Commonwealth Fusion Systems (CFS) est l’une des entreprises les plus passionnantes qui opèrent à la pointe de la science et réinventent l’approche du secteur énergétique. Depuis sa création en 2018, sous la forme d’une entité dérivée du Plasma Science and Fusion Center du MIT, elle développe des aimants supraconducteurs à haute température (High-Temperature Superconducting, HTS) et construit le premier système de fusion à gain énergétique net au monde. Cette technologie révolutionnaire a le potentiel de fournir au monde une puissance illimitée, durable et propre.

En décembre 2021, le Fonds technologique JIMCO a participé à la levée de fonds de Série B de CFS, d’un montant de 1,8 milliard de dollars, afin d’accélérer la commercialisation de l’énergie de la fusion. L’investissement continue à soutenir JIMCO dans le cadre de technologies innovantes révolutionnaires qui façonneront positivement l’avenir des industries fondamentales qui piloteront l’économie mondiale.

Nous avons échangé avec Bob Mumgaard, président-directeur général et cofondateur de CFS, et Fady Jameel, président délégué et vice-président d’Abdul Latif Jameel, pour discuter de la technologie de la société, de sa vision d’une énergie véritablement durable et de la manière dont elle s’inscrit dans le portefeuille en croissance rapide d’innovateurs et de perturbateurs technologiques avancés de JIMCO.

Pouvez-vous expliquer le contexte du CFS et sa mission ?

B.M. : Le CFS était basé sur des personnes et des idées issues du Plasma Science and Fusion Center du MIT (PSFC). Le PSFC travaillait sur l’énergie de fusion depuis des décennies, et nous avons pu voir que la technologie allait passer du laboratoire à la commercialisation. La question était de savoir comment cela se produirait et ce que nous pourrions faire pour accélérer le processus. En 2016, nous avons commencé à formuler un plan, basé sur la technologie d’aimant avancée que nous développions au MIT, avec laquelle nous travaillons encore très étroitement. En 2018, CFS s’était détachée en tant qu’entreprise distincte et avait obtenu son premier financement. L’étape suivante consistait à exécuter le plan technique que nous avions élaboré.

Pourriez-vous expliquer, en termes simples, la science derrière les systèmes de puissance de fusion ?

La fusion est le processus opposé de la fission (également connu sous le nom de fission nucléaire, ou ce que nous appelons l’énergie nucléaire dans la vie quotidienne). Alors que la fission nucléaire divise l’atome, la fusion prend les atomes les plus légers (par exemple, l’hydrogène) et les combine, ou les fusionne, ensemble.

La fusion est la réaction fondamentale de l’univers. C’est ainsi que fonctionnent toutes les étoiles, comme notre soleil. C’est la réaction qui a accumulé tous les atomes à l’intérieur de nous.

Pour que cette réaction se produise sur la Terre dans une machine, vous devez créer les conditions à l’intérieur de cette machine pour reproduire les conditions à l’intérieur d’une étoile. La température est très, très élevée, de l’ordre de 100 millions de degrés [Celsius], de sorte que le matériau qui produit la fusion, le plasma, ait l’impression d’être dans l’espace et non sur Terre. La plupart des technologies qui ont été développées pour ce faire utilisent un champ magnétique pour isoler le plasma. Le plasma est chauffé à des températures incroyables et finalement la réaction commence à se produire et produit de l’énergie.

© avec l’aimable autorisation du Massachusetts Institute of Technology (MIT) et du MIT Plasma Science and Fusion Center.

Les aimants, la taille et la forme de la machine sont deux des éléments critiques nécessaires pour permettre ce processus. Fondamentalement, plus les aimants sont forts, plus l’isolation est bonne. En termes de machine, différentes formes ont des attributs différents de la façon dont le plasma est isolé. Le type de machine que la plupart des systèmes d’énergie de fusion utilisent, y compris CFS, s’appelle un tokamak, qui est en fait une « bouteille magnétique » destinée à confiner le plasma de fusion.

Alors, qu’est-ce qui est si révolutionnaire concernant l’énergie de fusion ?

B.M. : Le processus de fusion libère d’énormes quantités d’énergie, soit environ 200 millions de fois plus d’énergie par réaction que la combustion de combustibles fossiles.

Cela a tout un tas de répercussions. Tout d’abord, cela signifie que le carburant est libre. Aucune ressource n’est requise pour le carburant. Il est partout et est universellement accessible.

Cela signifie que l’énergie est découplée des ressources, ce qui constitue un changement fondamental dans notre façon de concevoir l’énergie et l’électricité. Vous n’extrayez pas quelque chose du sol ou n’attendez pas que le vent souffle ou que le soleil brille. Vous construisez simplement une machine.

Ensuite, étant donné que c’est l’opposé de la puissance nucléaire [fission], elle n’en a pas les inconvénients. Elle n’a pas la réaction en chaîne atomique ou les préoccupations liées à la fusion. Elle n’implique pas de matériaux qu’il faut suivre à la trace, car susceptibles d’être utilisés pour fabriquer des armes. Elle ne produit pas de déchets nucléaires à longue durée de vie qui doivent être éliminés. C’est un processus beaucoup plus propre et plus simple dans ce sens.

Y a-t-il eu une avancée technologique particulière que vous considériez comme un moyen de faire progresser cette technologie ?

B.M. : Oui, il y en a eu une. Le tokamak est de loin l’approche la mieux maîtrisée pour la fusion. Il s’agit d’une technique éprouvée pour limiter le plasma dans lequel la fusion a lieu et elle est plus performante que tout autre concept par un facteur d’environ 1 000.

Il y a cependant un inconvénient important : la technologie de tokamak actuelle exige qu’elle soit très grande pour créer le champ magnétique afin d’obtenir l’énergie nette pour la fusion, une exigence pour une centrale électrique. Par exemple, une collaboration internationale de pays construit actuellement un bâtiment dans le sud de la France appelé ITER, et il s’agit d’une très grande installation. La plateforme de la machine tokamak seule fait 1 km de long sur 400 m de large, soit l’équivalent d’environ 60 terrains de football.

Nous pensions que si nous pouvions construire des aimants plus puissants avec un champ magnétique significativement plus élevé, nous pourrions réduire considérablement la taille du tokamak et obtenir une énergie nette grâce à la fusion avec une machine plus petite et moins coûteuse.

Nous avons donc utilisé des superconducteurs haute température (HTS) nouvellement disponibles pour construire de nouveaux aimants révolutionnaires beaucoup plus petits avec des champs magnétiques beaucoup plus élevés que les aimants de fusion actuels.

Par conséquent, en développant ces aimants HTS dans les bonnes configurations, nous pouvons désormais fabriquer des tokamaks beaucoup, beaucoup plus petits, environ 40 fois plus petits qu’ITER, par exemple, ce qui change la donne pour les systèmes de fusion.

Quelle est la puissance de ces aimants HTS ?

B.M. : Les aimants que nous utilisons sont de 20 teslas[1] (20T), l’unité utilisée pour mesurer le magnétisme. C’est l’aimant de fusion le plus puissant en son genre. Par comparaison, un aimant 15T pourrait soulever 31 tours Eiffel, un aimant 19T pourrait soulever 403 Boeing 747 et notre aimant 20T pourrait soulever un cuirassé.

Ces aimants HTS ont-ils été développés au MIT ?

B.M. : Lorsque nous avons commencé, il y avait très peu d’aimants HTS. Une partie du matériau avait été utilisée, et les gens avaient fabriqué de plus petits aimants, mais rien n’était suffisamment proche de ce qui était nécessaire pour une machine de fusion.

Lors des débuts de CFS en tant qu’entreprise, notre objectif était axé sur la manière dont nous développons cette technologie magnétique le plus rapidement possible. C’était notre objectif pour les trois premières années de l’entreprise, en collaboration avec le Massachusetts Institute of Technology. On disait alors qu’il faudrait au moins 10 ans. Nous étions convaincus que nous pouvions le faire en trois ans, et nous l’avons fait.

Fady, Abdul Latif Jameel a une longue expérience dans l’investissement dans les technologies énergétiques durables. Qu’est-ce qui, concernant les systèmes de fusion Commonwealth, a particulièrement attiré votre attention ?

F.J. : Nous avons d’abord pris connaissance de CFS grâce à notre relation avec le MIT. Le MIT est très proche de notre cœur et de notre activité, et nous prenons très au sérieux ce qu’ils disent. Il s’agit d’une relation assez fructueuse sur le plan commercial, et également en termes de philanthropie.

Lorsque nous avons entendu parler de CFS, nous avons été immédiatement intéressés en raison de notre implication dans les technologies d’énergie renouvelable, à la fois dans le solaire et l’éolien, et plus récemment dans l’hydrogène vert. Le CFS est le pionnier d’une voie de transformation qui pourrait aider à permettre la décarbonatation mondiale à un rythme beaucoup plus rapide grâce à sa technologie révolutionnaire, et nous étions désireux de nous impliquer et de fournir notre soutien pour aider et accélérer ce processus.

J’étais avec notre président à Glasgow à la COP26, et nous avons constaté le niveau d’intérêt pour l’énergie de fusion. Cela suscite beaucoup d’enthousiasme quant à ce qui pourrait être réalisé, peut-être beaucoup plus rapidement que les autres technologies disponibles aujourd’hui.

Pensez-vous que le capital privé a une opportunité, voire une responsabilité, d’accélérer le développement de technologies révolutionnaires comme celle-ci et de créer un avenir durable ?

F.J. : Oui. Je pense que le capital privé et les entreprises familiales ont tous deux l’avantage de la patience. Ils peuvent se permettre d’investir sur le long terme parce qu’ils n’ont pas une multitude d’actionnaires qui exigent des retours sur investissements dans trois à cinq ans. Ainsi, je pense qu’ils ont une opportunité unique, sans doute une responsabilité, d’investir dans ces types de technologies de pointe dans le cadre de leur continuité d’activité, et également en tant que responsabilité pour les générations futures.

D’autres projets d’énergie de fusion sont en cours d’élaboration dans le monde entier. Qu’est-ce qui rend la technologie de CFS différente ? Est-ce que ce sont ces fameux aimants ?

B.M. : Notre objectif est de faire progresser la technologie de fusion aussi rapidement que possible en utilisant la science éprouvée et en développant de nouvelles technologies qui permettront la commercialisation.

C’est pourquoi nous utilisons le tokamak. C’est l’approche de fusion la plus performante et la mieux comprise. Ensuite, nous ajoutons ce qui manquait, c’est-à-dire la capacité de l’intégrer à la bonne échelle, et cela provient des aimants HTS. En ajoutant la technologie d’aimant HTS aux tokamaks, nous sommes en mesure de commercialiser l’énergie de fusion dans les meilleurs délais.

Ce n’est pas seulement notre technologie magnétique qui rend CFS unique. Nous sommes un groupe très collaboratif. Nous travaillons en partenariat avec différents laboratoires et institutions. Nous publions nos recherches, nous les faisons examiner par des pairs, nous posons des questions. Nous demandons constamment : « Comment pouvons-nous améliorer la performance ? » Le niveau de critique que nous apportons est assez unique. Nous le faisons parce que nous savons que cette approche a été prouvée dans l’industrie, encore et encore, comme un moyen d’accélérer les progrès, pour faire avancer les choses dans le monde plus rapidement. Avec le changement climatique, une épée de Damoclès plane au-dessus de nous et nous voulons donc agir aussi vite que possible.

Une fois commercialisée, cette technologie remplacera-t-elle l’énergie solaire et éolienne, ou les complétera-t-elle ?

B.M. : C’est très clairement un complément. L’énergie est le plus grand marché de l’histoire de l’humanité, mais nous devons changer complètement notre façon de l’aborder. C’est une tâche redoutable, mais c’est ce qu’exige la transition énergétique.

Nous devrions déployer les technologies dont nous disposons aujourd’hui aussi rapidement que possible, donc l’énergie éolienne et solaire, ce sont des technologies que nous avons aujourd’hui. Elles ne sont pas parfaites, mais cela vaut toujours mieux que de relâcher plus de carbone dans l’air. Si l’on ne s’attaque pas à la question de l’énergie, on ne s’attaque pas au changement climatique.

La fusion offre la possibilité de disposer d’un autre outil complémentaire à zéro émission, avec zéro émission de carbone, sans extraction de ressources, sans déchets nucléaires importants, et elle est extrêmement dense en puissance, ce qui signifie qu’elle produit beaucoup d’énergie dans une petite usine. C’est une composante véritablement unique à mettre dans l’équation énergétique.

Bob, vous dites être prêt à commercialiser l’énergie de fusion d’ici le début des années 2030. Quelles sont les prochaines étapes pour y parvenir ?

B.M. : Notre premier jalon était de construire l’aimant HTS et de montrer qu’il pouvait fonctionner. Nous venons de terminer cela en septembre [2021]. La prochaine étape consiste à créer et à exploiter SPARC. SPARC est un tokamak de fusion à énergie nette commercialement pertinent qui utilise la technologie d’aimant HTS. Il s’agira du premier tokamak à énergie nette jamais construit, ce qui signifie que beaucoup plus d’énergie est produite par rapport à celle qui est nécessaire pour chauffer le plasma. SPARC est conçu pour produire 10 fois plus d’énergie qu’il n’en consomme, ce dont vous avez besoin pour un système commercial, et nous avons l’intention de le faire en 2025.

SPARC lui-même ne met pas d’énergie sur le réseau. Nous construisons un autre système à cette fin, la première centrale électrique de fusion que nous appelons ARC.

SPARC est déjà en construction et devrait fonctionner en 2025. Cela nous permettra d’améliorer considérablement notre compréhension, non seulement de la physique du plasma et d’un tokamak, mais également de l’expérience de la construction de l’usine et de ce qu’elle coûte. Cela nous donnera confiance dans la manière dont l’unité commerciale ARC fonctionnera. Grâce à SPARC, nous en apprendrons davantage sur la manière dont elle fonctionnera, sur son coût et sur ce qu’il faudra pour l’intégrer au réseau. Nous visons un début des opérations vers 2030.

Qu’attendez-vous le plus au cours des prochaines années alors que CFS travaille à la réalisation de ses objectifs ?

F.J. : Nous sommes très enthousiastes et nous nous réjouissons à l’idée d’une aventure commune.

Nous sommes là pour vous aider. Nous sommes là pour véritablement aller de l’avant. Pour nous, c’est bien plus qu’une simple entreprise rentable.

Il s’agit d’une nouvelle direction pour JIMCO, et nous espérons une nouvelle direction pour l’industrie et pour notre société.

B.M. : Nous sommes déjà bien partis pour atteindre nos objectifs. Nous sommes là et travaillons dur pour cela. Nous sommes enthousiastes. Nous sommes confiants. Par le passé, nous avons toujours eu des calendriers ambitieux et nous avons fait du bon travail pour respecter ces échéances, même face au scepticisme. Nous sommes ravis de continuer à faire cela à l’avenir, en prenant de l’élan, en travaillant avec plus de partenaires, en ouvrant la voie à l’avenir afin de préparer les étapes suivantes.

[1] Le Tesla (T) est une unité dérivée de l’intensité du champ magnétique B dans le système international d’unités. 1 tesla est égal à un 1 weber par mètre carré. 1 T en : est égal à Unité SI : 1 kg s−2⋅A−1 Symbole : T Dérivation : 1 T = 1 Wb/m2