Vue de l’intérieur du tokamak allemand Asdex Update, à l’Institut Max-Planck de physique des plasmas, à Garching (Allemagne). ASDEX

 

Cette fois, les promesses d’une source d’énergie abondante, sûre, décarbonée et à prix raisonnable semblent se rapprocher. Elles sont portées par une réaction nucléaire connue depuis les années 1930, la fusion, dans laquelle des noyaux atomiques légers s’unissent pour dégager de nouvelles particules très énergétiques. C’est ainsi que les étoiles brillent ou que les bombes dites « à hydrogène » explosent.

C’est le contraire de la fission nucléaire, qui dans les centrales atomiques casse des noyaux d’uranium pour libérer de l’énergie et produire de l’électricité. Comme les Terriens ne disposent pas de l’incroyable masse du Soleil pour forcer le mariage entre atomes, et qu’ils ne veulent pas faire exploser la planète pour lui fournir de l’électricité, les physiciens et les ingénieurs ont rivalisé d’imagination pour contrôler cette énergie depuis plus de soixante-dix ans. Et ont promis tous les dix ans… que le Graal serait atteint dans les dix ans.

La donne change avec une nuée d’entreprises décidées à concrétiser les attentes. Elles sont au moins 53 désormais, contre 10 il y a quinze ans, selon le dernier rapport de leur association de lobbying, la Fusion Industry Association (FIA), née en 2018. Environ 9,7 milliards de dollars (8,2 milliards d’euros) y ont été investis jusqu’en juillet 2025, dont 2,64 milliards dans les douze mois précédents, contre moins de 2 milliards au total avant 2021.

Leurs noms claquent : Renaissance Fusion, Marvel Fusion, Pacific Fusion, Type One Energy, Proxima Fusion (l’étoile la plus proche de la Terre), Helion Energy (un nom évoquant le Soleil)… « La fusion arrive plus tôt qu’on ne le pensait. Il y a dix ans, elle était considérée comme du long terme. La physique est maintenant comprise et les entreprises sont prêtes, note Andrew Holland, le président de la FIA. Si ça fonctionne, ça changera le monde. » La majorité des 44 entreprises ayant répondu au questionnaire de cette association table sur le premier électron de fusion dans le réseau électrique avant 2035 ; 80 % pensent que ce sera avant 2040.

 

 Préparation des bobines de câbles supraconducteurs pour le tokamak de l’entreprise américaine Commonwealth Fusion Systems, Devens, Massachusetts, le 22 mai 2025. COMPAGNIE CSF

 

Alors, les annonces se succèdent. Le 22 septembre, Commonwealth Fusion Systems (CFS) a signé un contrat de livraison d’électricité auprès de l’italien ENI, après l’avoir fait en juin avec Google. Fin août, l’entreprise issue du Massachusetts Institute of Technology et ses 1 200 employés avaient levé plus de 860 millions de dollars. En juillet, Type One Energy a signé un engagement de livraison de courant avec la Tennessee Valley Authority. Cette année, plusieurs expériences de recherche publique ont battu des records. Au Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), WEST a tenu une soupe chaude de particules aptes à fusionner pendant vingt-deux minutes, battant de 271 secondes le temps réalisé par son concurrent chinois EAST quelques semaines plus tôt.

 

En Allemagne, à Munich, la cafétéria d’accueil de Proxima Fusion confirme cette euphorie. « Plus que trois cent vingt-huit semaines avant le premier tir d’Alpha », projette un grand écran. Alpha est le nom du futur démonstrateur de fusion de cette entreprise d’une centaine de personnes qui a déjà levé environ 200 millions d’euros depuis sa création, en 2023. Elle a dévoilé, cette année, le design de sa future centrale de 1 gigawatt, Stellaris, et prévoit qu’elle soit opérationnelle « au début des années 2030 ». L’une de ses concurrentes allemandes, Marvel Fusion, plus proche du centre-ville, a adopté les mêmes codes de la start-up pour ses 80 employés, avec son coin détente doté d’un baby-foot. Pour l’entreprise née en 2019 et qui a amassé 385 millions d’euros, l’ambition est aussi de rigueur : « Nous rêvons de faire descendre le Soleil sur la Terre », expose sa responsable des opérations, Heike Freund, qui vise une installation reliée au réseau « au début des années 2030 ».

 

Incroyable diversité d’idées

En Europe, l’Allemagne se distingue avec quatre entreprises dans le domaine, Proxima, Marvel, Gauss et Focused Energy. Surtout, l’accord de coalition des partis au pouvoir précise que le pays doit être le premier au monde à se doter d’un réacteur à fusion.

 

La concurrence sera rude, car les Etats-Unis ont démarré plus tôt, tandis que la Chine accélère. Son géant national de l’énergie, China National Nuclear Corporation, a même créé en juillet une filiale chargée de la construction d’installations pour cette activité balbutiante, dotée de 15 milliards de yuans (1,8 milliard d’euros).

Mise au point des bobines supraconductrices du stellarator de la start-up allemande Proxima Fusion, à Munich (Allemagne), le 30 avril 2025. PROXIMA

 

Dans ce foisonnement, deux grandes voies technologiques se distinguent pour atteindre les conditions d’une union forcée entre atomes, qui fournira plus d’énergie qu’apportée au combustible. Il faut un mélange très chaud, près de 150 millions de degrés (dix fois plus que le Soleil), très dense et une interaction la plus longue possible.

La première option est le confinement magnétique, qui privilégie les grandes durées de réaction. Les noyaux sont piégés dans une soupe gazeuse grâce à des champs magnétiques intenses. Le projet international ITER en est l’exemple le plus connu. En construction dans les Bouches-du-Rhône, il a pour objectif de dégager 500 mégawatts de puissance pendant plusieurs centaines de secondes pour 50 mégawatts apportés sur la cible (sans compter l’énergie dépensée pour apporter ces mégawatts). Selon la FIA, la moitié des start-up sont engagées dans cette voie, qui possède elle-même trois variantes selon la forme du piège : les tokamaks, comme ITER, avec un piège en forme de bouée dont la section est un D et pas un O ; les stellarators, que veulent construire Gauss et Proxima, dont le piège est une sorte de ruban vrillé ; et les sphériques, comme Tokamak Energy au Royaume-Uni, avec des plasmas confinés dans une boule.

 

La deuxième option est le confinement inertiel, qui travaille sur des durées plus courtes mais des densités de matière plus importantes. Une cible solide est comprimée violemment et brièvement, le plus souvent grâce à des lasers : le National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore Laboratory, aux Etats-Unis, ou le Mégajoule, en France, en sont des exemples. Une douzaine de start-up, dont Marvel ou la française GenF, sont sur cette route, parmi lesquelles la dernière, créée en septembre, par des anciens du NIF, Inertia.

 

Plus marginale, une troisième voie existe. Celle du pincement magnétique violent du combustible, développée dans un autre laboratoire américain, Sandia, et dont s’inspire Pacific Fusion, détentrice du record de financement avec 900 millions de dollars levés en 2024.

Dispositif pour tester des parois en métal liquide au sein du futur stellarator de l’entreprise française Renaissance Fusion, à Fontaine (Isère), le 29 mai 2023. RENAISSANCE FUSION

 

Une incroyable diversité d’idées et de technologies foisonne. Chez l’américaine TAE Technologies, la plus ancienne des start-up du secteur, le plasma est piégé en partie par les courants électriques et champs magnétiques qu’il génère. Pour Helion (Etats-Unis), l’une des dernières-nées, le courant électrique sera généré par induction, et non par l’assez inefficace conversion de chaleur en vapeur puis électricité. Chez Proxima, des lasers tapent une cible, encore secrète, mais dont la nanostructuration augmente le couplage entre la lumière et la matière. La française Renaissance Fusion, créée en 2020, utilise des champs magnétiques pour son stellarator, mais, au lieu d’enrouler des câbles dans une bobine, elle grave directement ses fils sur le matériau.

« La concurrence est positive »

« Ça bouillonne ! », apprécie Frédérick Bordry, le directeur technique de Gauss Fusion, dont l’approche vise des horizons plus lointains. Design achevé fin 2025. Sept ans de développement et de tests sur des équipements à échelle réduite, puis construction durant dix ans pour une centrale de 1 gigawatt dans les années 2040.

Les uns et les autres aiment à critiquer les techniques de leurs voisins. « Les tokamaks ne sont pas viables car ils sont pulsés et demandent à être arrêtés plusieurs fois par jour », notent les partisans des stellarators. « Les stellarators sont compliqués à faire et n’ont pas atteint les performances des tokamaks, bien plus mûrs », rétorquent leurs opposants. « Les lasers sont les seuls à avoir montré un rendement de fusion supérieur à un », lancent les fans des lasers. « Oui, mais ça ne marche qu’une fois ou deux par semaine », taclent les aficionados des champs magnétiques.

 

Néanmoins, l’ambiance reste bonne. « Ce n’est pas grave si je ne suis pas le premier à parvenir à la fusion, estime Michl Binderbauer, le vétéran de TAE Technologies, start-up née en 1998 et qui a levé plus de 1,3 milliard de dollars. Il y aura de la place pour beaucoup. L’important est que cette industrie reste sur le même bateau. C’est un réveil global auquel nous assistons. » « La concurrence est positive. Cela met de la pression et de l’envie. Un seul acteur n’emportera pas tout. Il y aura de la demande pour tout le monde », considère Diego Cammarano, directeur des opérations chez Renaissance Fusion. Même ITER, qui a pris du retard et qui pourrait être doublé par les start-up, n’est pas critiqué par ses outsiders, qui profitent du savoir-faire de ce projet.

Au cœur du réacteur original par confinement magnétique de TAE Technologies, start-up américaine créée en 1998, Foothill Ranch, Californie, le 13 décembre 2024. TAE TECHNOLOGIES

 

Cette connaissance accumulée sur les matériaux, les process ou, tout simplement, les choses à faire ou à ne pas faire explique une partie de la confiance de ces jeunes entrepreneurs. Mais ce n’est pas tout. L’annonce, en décembre 2022, que le NIF a pour la première fois dégagé plus d’énergie qu’il n’en a absorbée (en faisant abstraction de l’énergie colossale nécessaire au fonctionnement du système) a été un déclic pour beaucoup. En outre, des progrès techniques récents confortent les feuilles de route pour transformer l’essai.

Du côté du confinement magnétique, la mise au point de câbles supraconducteurs « à haute température », c’est-à-dire perdant toute résistance électrique, donc tout échauffement, peut faire baisser les coûts, en autorisant des designs plus compacts pour une même puissance. En outre, ces céramiques, découvertes à la fin des années 1980 mais maîtrisées industriellement depuis une quinzaine d’années, fonctionnent à des températures de « seulement » − 253 °C, soit 15 °C au-dessus de celles des câbles servant dans les IRM, ou dans les accélérateurs de particules. Cette différence rend le système cryogénique plus simple et moins coûteux, avec de l’hélium gazeux plutôt que liquide. Cela n’empêche pas Gauss Fusion de se lancer avec des câbles supraconducteurs classiques, contrairement à ses concurrents.

En matière de confinement inertiel par laser, les progrès sur l’énergie et la brièveté des impulsions, récompensés par des Nobel en 2018 et en 2023, sont la clé. Même si la marche est encore haute. Marvel finit d’assembler deux lasers bombardant chacun quelque 200 joules (unité de mesure de l’énergie) dix fois par seconde pour faire ses premiers tests. Mais, pour la fusion, c’est le million de joules qu’il faut apporter au combustible, comme l’a démontré le NIF. « Nous avons les idées pour monter en énergie », rassure Heike Freund, qui compte aussi sur une cible au design top secret pour ne pas avoir besoin d’autant d’énergie que le NIF pour faire de la fusion.

Obtenir un gain d’énergie

L’ambiance est donc à l’euphorie. « Quelques semaines avant le premier vol en avion des frères Wright [en 1903], le New York Times disait que c’était impossible », rappelle Andrew Holland, déjà lancé pour que la régulation appliquée à la fusion ne soit pas celle des industries nucléaires. « Il faut y aller maintenant. Les questions de physique ont été résolues. Il ne faut pas avoir peur et se lancer, comme SpaceX », trépigne, pour sa part, Frédérick Bordry.

L’enthousiasme et les certitudes laissent néanmoins de côté plusieurs défis. Le premier d’entre eux, rappelle la FIA, est de réussir à obtenir un gain d’énergie dans les réacteurs. Ce que personne, sauf le NIF, n’a démontré. C’est pourtant la moindre des choses. La plupart des nouveaux entrants sont convaincus de leur succès après avoir simulé le design et le fonctionnement de leur technologie. Or, des calculs à la réalité, l’écart peut être grand. « A ses débuts, les simulations du NIF fonctionnaient, mais pas ses expériences. Plusieurs validations expérimentales étaient en réalité nécessaires et elles ont pris plusieurs années », rappelle Jean-Luc Miquel, de la direction des applications militaires au CEA. Mais les start-up peuvent se permettre d’effectuer plus d’essais que les laboratoires, car leurs lasers sont récents et elles disposent de davantage de moyens.

Le second défi pointé par la FIA ne surprendra pas : le financement. « Environ 10 milliards de dollars d’investissement, ce n’est pas assez pour de la production, mais suffisant pour franchir les étapes décisives », résume Andrew Holland. « Jusqu’à 2027, et la réalisation de notre “démonstrateur de technologie”, notre feuille de route est financée. Ensuite, pour la production d’énergie, il faudra de nouveaux fonds », estime Heike Freund, de Marvel. Le ticket d’entrée pour cette phase est d’au moins 1 milliard d’euros.

 L’enceinte du laser Mégajoule, près de Bordeaux, dans laquelle une centaine de faisceaux laser peuvent converger pour faire fusionner des noyaux atomiques, le 8 janvier 2016. CEA-MS 2016

 

Viennent ensuite deux problèmes majeurs, souvent rapidement écartés. Le premier concerne la maintenance et la gestion des matières radioactives. En effet, la plupart des concepts fusionnent des noyaux qui produisent des neutrons qui vont « activer » les parois des enceintes. Cela suppose donc de les remplacer et de les gérer, même s’il ne s’agit pas de déchets très radioactifs, ni à vie longue. Mais cela ajoute un coût opérationnel qui peut être rédhibitoire. Les start-up HB11 Energy et TAE, qui utilisent d’autres combustibles, non émetteurs de neutrons, n’ont pas les mêmes problèmes, mais leur rendement est a priori moindre qu’avec le classique deutérium-tritium.

Le second est encore plus minimisé, alors qu’il s’agit de fournir le combustible. Dans le cas du mélange deutérium-tritium, le plus proposé, le premier composant est abondant dans la nature, en mer par exemple, mais l’autre doit être fabriqué. Aujourd’hui, seules les puissances nucléaires produisent quelques dizaines de kilogrammes de tritium par an pour les bombes à hydrogène. Or, il en faudra plus d’une centaine par année de fonctionnement d’un réacteur (une estimation variable en fonction des techniques). Et la production doit être continue, car cet élément radioactif disparaît avec le temps. En douze ans, le kilogramme de tritium réduit de moitié.

L’idée serait de produire ce combustible au sein même des réacteurs de fusion : les neutrons émis par les réactions de fusion peuvent, en effet, transformer les parois de l’enceinte contenant du lithium en tritium. Reste que personne n’a démontré qu’une production continue de tritium est possible au cœur d’un réacteur de fusion. En outre, le lithium utilisé n’est pas celui existant à l’état naturel et devra être fabriqué. ITER a prévu de tester plusieurs techniques. « Le problème de tritium concerne tout le monde. Nous n’avons aucun doute sur le fait que quelqu’un trouvera une solution », explique Nicolo Foppiani, responsable du design du stellarator chez Proxima.

« Nous avons passé un cap »

D’une manière générale, l’enthousiasme des start-up contraste avec la pondération des chercheurs. Ainsi, la France lance un programme de recherche sur les câbles supraconducteurs, SupraFusion, doté de 50 millions d’euros, avec une liste de « problèmes » longue comme le bras, alors même que CFS, Proxima, Renaissance… mettent déjà en route la fabrication de tels câbles. Idem pour les lasers : en 2024, un spécialiste du sujet, Dimitri Batani, à l’université de Bordeaux, analysait dans un article de synthèse du domaine les différents défis techniques. Il concluait qu’« un calendrier réaliste pour développer un réacteur à entraînement direct est nécessairement de l’ordre de trente ans ». Ce qui n’empêche pas une dizaine de start-up de faire comme si ces verrous avaient quasi déjà sauté.

Et, si cela ne fonctionne pas, certaines se disent prêtes à « pivoter ». TAE a déjà lancé deux filiales pour valoriser ses savoir-faire, l’une en gestion de courants électriques de forte puissance et l’autre en radiothérapie. CFS vend aussi des câbles supraconducteurs… à son concurrent Type One Energy. Quant à Renaissance, sa nouvelle manière de tisser des bobines pourrait servir pour les aimants d’IRM ou d’autres tokamaks.

« C’est l’un des problèmes d’ingénierie les plus complexes qui soient. Je vis mon métier d’entrepreneur comme l’ascension d’une montagne sur laquelle vous passez soudain au-dessus des nuages et croyez le sommet proche. Malheureusement, vous comprenez que vous n’êtes qu’à la moitié. Mais, là, je crois que nous avons passé un cap et sommes près de livrer cette technologie », prophétise Michl Binderbauer.

S’il est trop tôt pour lui donner raison, l’avenir risque, en tout cas, d’inverser les rôles dans cette longue histoire. « Ces entreprises seront les seules à créer des plasmas autoentretenus, un phénomène jamais vu encore dans les laboratoires académiques. Alors, les chercheurs devront collaborer avec ce secteur pour étudier cette nouvelle physique », prédit Josef Schweinzer, de l’Institut Max-Planck sur la physique des plasmas à Garching (Allemagne), qui a déjà trois collaborations avec des industriels. Une autre fusion en cours.