Des scientifiques travaillant avec le Tokamak Supraconducteur Expérimental Avancé (EAST) de Chine, souvent appelé le "soleil artificiel", ont accompli ce qui était longtemps considéré comme impossible : maintenir un plasma stable à des densités dépassant largement une limite fondamentale qui a contraint la recherche sur la fusion pendant des décennies.
Cette percée, publiée dans Science Advances le 1er janvier 2026, démontre que la Limite de Greenwald, une frontière théorique qui a défini la densité maximale de plasma atteignable dans les réacteurs tokamak, pourrait être plus flexible que les physiciens ne le croyaient. Cette découverte pourrait redéfinir le chemin vers l'énergie de fusion pratique.
La Limite de Greenwald a été l'un des obstacles les plus tenaces de la recherche sur la fusion. Nommée d'après le physicien Martin Greenwald, cette frontière empirique prédit la densité maximale à laquelle le plasma peut rester stable dans un tokamak. Dépasser cette limite déclenche généralement des instabilités violentes qui provoquent l'effondrement du plasma contre les parois du réacteur, mettant fin à la réaction de fusion.
L'équipe EAST a accompli quelque chose de remarquable : ils ont maintenu un plasma stable à des densités allant de 1,3 à 1,65 fois au-delà de la Limite de Greenwald. Pour mettre cela en perspective, les tokamaks fonctionnent généralement à 0,8 à 1 fois cette limite. Les chercheurs ont atteint des densités électroniques moyennes d'environ 5,6 × 10¹⁹ particules par mètre cube, significativement plus élevées que la plage opérationnelle normale de la machine.
La clé de cette réalisation résidait dans une procédure de démarrage soigneusement orchestrée. Les chercheurs ont contrôlé précisément la pression initiale du gaz combustible et appliqué un chauffage par résonance cyclotronique électronique pendant la phase la plus précoce de chaque décharge de plasma. Cette stratégie a optimisé l'interaction entre le plasma et les parois du réacteur dès le début, réduisant l'accumulation d'impuretés qui causent généralement des pertes d'énergie et des instabilités.
Les expériences valident un cadre théorique connu sous le nom d'auto-organisation plasma-paroi (PWSO), proposé pour la première fois par des chercheurs du Centre National de la Recherche Scientifique français et de l'Université d'Aix-Marseille. Les résultats d'EAST fournissent la première confirmation expérimentale que ce mécanisme théorique fonctionne réellement en pratique.
Le professeur Zhu Ping, chercheur clé du projet, a souligné les implications pratiques : "Les résultats suggèrent une voie pratique et évolutive pour étendre les limites de densité dans les tokamaks et les dispositifs de fusion à plasma brûlant de prochaine génération." Des densités de plasma plus élevées se traduisent directement par plus de réactions de fusion, ce qui est essentiel pour atteindre la production d'énergie nécessaire à la génération d'électricité commerciale.
Cette réalisation est particulièrement significative car la puissance de fusion dépend du confinement d'un plasma extrêmement chaud, chauffé à des températures dépassant 100 millions de degrés Celsius, suffisamment longtemps pour que les atomes d'hydrogène fusionnent et libèrent de l'énergie. Un plasma plus dense signifie plus de particules de combustible disponibles pour subir la fusion, rendant potentiellement les réacteurs plus efficaces et économiquement viables.
Cependant, les scientifiques avertissent que des défis significatifs demeurent. EAST n'a pas produit d'énergie nette de la fusion dans ces expériences, et de nombreux obstacles d'ingénierie et de matériaux doivent encore être surmontés.
L'énergie de fusion a longtemps été décrite comme le Graal de l'énergie propre, promettant une puissance virtuellement illimitée avec un impact environnemental minimal. Contrairement à la fission nucléaire, la fusion ne produit pas de déchets radioactifs à longue durée de vie et ne comporte aucun risque de fusion du cœur. Le combustible, dérivé d'isotopes d'hydrogène présents dans l'eau de mer, est essentiellement inépuisable.
En démontrant qu'une des limites fondamentales de la fusion peut être transcendée, les scientifiques chinois ont ouvert de nouvelles possibilités pour la conception et l'exploitation des réacteurs.
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