Tritium : comment le Royaume-Uni propose de résoudre un enjeu majeur de la fusion nucléaire

Les recherches sur la fusion nucléaire se concentrent principalement sur la réaction deutérium-tritium, couramment désignée par l’acronyme DT. Tandis que le deutérium, provenant facilement de l’eau de mer, est en grande quantité, le tritium reste quant à lui très rare.

Un faible inventaire de tritium à l’échelle mondiale

À ce jour, on évalue que le stock total de tritium dans le monde est d’environ 20 kilogrammes. Ce chiffre fluctue, car le tritium a une demi-vie d’environ 12 ans, entraînant sa désintégration naturelle et nécessitant une production régulière.

La société britannique First Light Fusion a conçu un projet novateur, la centrale FLARE, qui possède la capacité de générer plus de tritium qu’elle n’en consomme.

Une avancée significative d’une société britannique pour l’industrialisation de la fusion nucléaire

Pour évaluer la capacité d’un système à générer du tritium, on utilise un indicateur appelé TBR, qui signifie Tritium Breeding Ratio. Un TBR de 1 indique que la production de tritium correspond à sa consommation. Un TBR inférieur à 1 signifie un épuisement du système, alors qu’un TBR supérieur à 1 indique un excédent.

First Light Fusion a annoncé que le concept FLARE atteint un TBR de 1,8

Autrement dit, pour chaque unité de tritium consommée, 1,8 unité serait produite. Cela signifie que le réacteur serait capable non seulement de subvenir à ses propres besoins, mais également de générer un excédent utilisable par d’autres installations.

Comment FLARE parvient-elle à produire plus de tritium qu’elle n’en consomme ?

FLARE s’appuie sur la fusion inertielle à haut rendement. Contrairement aux tokamaks tels qu’ITER, qui retiennent le plasma dans un champ magnétique, la fusion inertielle consiste à comprimer rapidement une cible contenant le combustible.

Le système englobe également une méthode pour produire du tritium à partir de lithium naturel, où les neutrons issus de la fusion interagissent avec le lithium, favorisant ainsi la création de tritium.

Le défi réside dans l’optimisation de cette « couverture lithium » pour maximiser la capture des neutrons tout en maintenant une efficacité énergétique optimale.

Deux études indépendantes ont été menées, l’une par First Light Fusion et l’autre par l’équipe de physique des rayonnements de Nuclear Technologies au Royaume-Uni. Les résultats des deux analyses confirment un TBR de 1,8.

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Implications économiques

Sur le plan économique et stratégique, les enjeux sont considérables. Avec une capacité de 333 MWe, FLARE pourrait générer environ 25 kilogrammes de tritium excédentaires chaque année, dépassant ainsi l’inventaire civil mondial, estimé à environ 20 kilogrammes, tout en atteignant une autosuffisance en combustible en à peine une semaine.

Avec des tarifs de marché souvent mentionnés entre 30 000 et 120 000 dollars par gramme, la commercialisation de tritium excédentaire pourrait potentiellement amortir les coûts de construction du réacteur, même si une augmentation de l’offre pourrait inévitablement faire chuter les prix à long terme.

L’IA, un atout précieux

First Light Fusion a formé un partenariat avec la start-up britannique Locai Labs pour explorer l’intégration d’un modèle d’IA dans le domaine de la fusion inertielle. Ce partenariat a pour objectif d’accélérer les simulations en physique des hautes densités d’énergie, de perfectionner le développement de logiciels et de tester des systèmes d’IA pour accroître la productivité des recherches. Toutes les analyses se dérouleront sur l’infrastructure de calcul haute performance sécurisée et isolée d’Oxford, garantissant ainsi la confidentialité des données stratégiques.

D’autres pistes pour répondre au défi du tritium

En plus de FLARE, la question du tritium attire l’attention de l’ensemble de la communauté scientifique impliquée dans la fusion. Le programme ITER examine divers concepts de couvertures tritigènes intégrant du lithium sous forme solide, liquide ou même des céramiques enrichies en lithium-6, dans le but d’optimiser la capture des neutrons et d’augmenter le ratio de production.

Certains groupes de recherche explorent également des systèmes hybrides combinant fission et fusion capables de produire du tritium au sein d’enveloppes spécialement conçues. Parallèlement, le secteur examine des méthodes pour optimiser le retraitement et le recyclage du tritium déjà utilisé afin de réduire les pertes.

Enfin, certains concepts reposent sur des réactions alternatives telles que deutérium-deutérium ou deutérium-hélium-3 pour diminuer la dépendance au tritium, bien que ces réactions nécessitent des températures plus élevées et présentent une complexité accrue. Toutes ces initiatives partagent un but commun : assurer l’autosuffisance en tritium pour permettre à la fusion de sortir des laboratoires et de rejoindre le réseau électrique.

Une étape vers une fusion à grande échelle

L’énergie de fusion offre des perspectives d’électricité abondante et sans carbone, sans déchets à long terme. Toutefois, le succès commercial nécessite plus que la simple production d’énergie nette ; il est essentiel de boucler le cycle du combustible.

Des avancées supplémentaires concernant la couverture de reproduction de tritium sont en cours avec le soutien du programme de l’Autorité britannique de l’énergie atomique (UKAEA).