Une étude du MIT propose un cadre d'évaluation de la viabilité économique des centrales à fusion

Des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) ont récemment proposé un cadre d'évaluation visant à répondre à la question centrale que doit affronter l'énergie de fusion pour passer de la faisabilité scientifique à la rentabilité commerciale : comment une centrale à fusion peut-elle devenir économiquement viable sur le marché de l'énergie ?

L'article en libre accès, intitulé « Critères de viabilité économique des centrales à fusion », a été publié en ligne dans le Journal of Fusion Energy. L'article est co-écrit par Dennis Whyte, professeur au Département des sciences et de l'ingénierie nucléaires du MIT, et Andrew W. Lo, professeur de finance à la MIT Sloan School of Management, avec la participation de chercheurs de Rutherford Energy Ventures et du Centre de science des plasmas et de fusion du MIT.

L'énergie de fusion, qui exploite l'énergie libérée par la fusion de noyaux atomiques légers, est considérée comme la réalisation terrestre et ingénierisée de la source d'énergie des étoiles. Au cours des dix dernières années, les recherches n'ont cessé de démontrer la faisabilité physique de la fusion. En 2022, le National Ignition Facility (NIF) situé à Livermore, en Californie, aux États-Unis, a atteint un gain d'énergie positif dans une réaction de fusion. Parallèlement, les investissements en capital-risque continuent d'affluer dans le secteur de la fusion, mais les centrales à fusion commerciales restent confrontées à de multiples défis liés à l'ingénierie, aux coûts et à la concurrence sur le marché.

Whyte a déclaré que si la technologie de fusion espère avoir un réel impact sur l'économie mondiale, elle doit aborder sérieusement les questions de mobilisation, d'allocation et d'utilisation des capitaux. Lo a également souligné qu'il n'est pas facile de traduire des exigences scientifiques et techniques complexes en indicateurs économiques, mais que sans cette étape, il serait difficile d'obtenir le financement nécessaire à la mise en œuvre de la technologie.

Le cadre proposé dans l'article comprend 10 paramètres pour évaluer la viabilité économique d'une centrale à fusion. Certains de ces paramètres concernent l'apport et la production d'énergie du plasma de fusion, tandis que d'autres couvrent des facteurs tels que les coûts de construction de la centrale, l'efficacité de conversion énergétique, la densité de puissance, la durabilité des composants critiques, le retour sur investissement et les conditions du marché.

L'approche de ce cadre s'inspire du critère classique de Lawson dans le domaine de la fusion. Le critère de Lawson décrit la relation entre la température, la densité du plasma et le temps de confinement de l'énergie, afin de déterminer si un plasma peut produire un gain net d'énergie par fusion. Whyte a indiqué que si le critère de Lawson concerne les conditions scientifiques permettant au plasma de fusion d'obtenir de l'énergie, le nouveau cadre s'intéresse quant à lui au « Q économique », c'est-à-dire au rapport entre le montant du capital récupéré et celui des dépenses d'investissement. À l'instar du Q du plasma, le Q économique doit également être supérieur à 1 pour que la centrale présente la viabilité économique la plus élémentaire.

Les chercheurs soulignent que ce cadre n'est lié à aucune technologie de fusion particulière et ne dépend pas d'une taille de réacteur spécifique. Qu'il s'agisse de confinement magnétique, d'entraînement laser ou d'autres approches, dès lors que l'objectif est de construire une centrale capable de produire de l'énergie de fusion et de générer un produit économique, des investissements en capital et des coûts de construction sont nécessaires. Lo a déclaré que, quelle que soit la taille de la centrale, sa pérennité repose sur la condition que les revenus dépassent les investissements.

Les auteurs de l'article estiment qu'à mesure que davantage de capitaux afflueront dans le secteur de la fusion, un contrôle rigoureux des coûts deviendra plus important. Récemment, Commonwealth Fusion Systems (CFS), une entreprise issue du MIT, a obtenu un nouveau financement d'un milliard de dollars et prévoit de construire sa première centrale à fusion en exploitation en Virginie, aux États-Unis, dans les années 2030. Whyte est l'un des cofondateurs de cette entreprise et a également cofondé Rutherford Energy Ventures avec Lo.

Lo reconnaît que les premiers réacteurs à fusion commerciaux devront encore faire face à de nombreuses incertitudes et à des choix difficiles au cours du processus de développement. Il estime toutefois que si la voie de la commercialisation peut être menée à bien, le secteur de la fusion pourrait, comme d'autres domaines technologiques de pointe, réduire progressivement ses coûts et améliorer sa rentabilité grâce à l'« apprentissage par la pratique ».

Whyte a déclaré qu'au stade actuel du développement de la fusion, un cadre permettant de quantifier la relation entre les choix de conception et les résultats économiques est essentiel. Il peut aider les chercheurs, les entreprises et les investisseurs à évaluer plus clairement l'impact réel des différentes décisions technologiques sur la viabilité commerciale future des centrales.