Fusion nucléaire : un tokamak chinois franchit une limite de densité du plasma jugée infranchissable il y a encore quelques années

En Chine, un réacteur expérimental vient de repousser une barrière de densité du plasma que nombre de physiciens pensaient définitivement infranchissable.

Dans un article détaillé publié par le média en ligne français Media24, des chercheurs chinois décrivent une avancée majeure réalisée sur le tokamak EAST, installé à Hefei. Leur expérience montre qu’il est possible de faire fonctionner un plasma à une densité bien plus élevée que ce que la théorie laissait espérer, sans déclencher les instabilités catastrophiques redoutées depuis des décennies.

Un plafond de verre brisé dans le tokamak EAST en Chine

Depuis les débuts de la fusion contrôlée, tout tourne autour du plasma. Ce gaz ultra-chaud, porté à des dizaines voire des centaines de millions de degrés, est l’endroit où les noyaux d’hydrogène se rencontrent, fusionnent et libèrent de l’énergie. Pour qu’un réacteur soit intéressant sur le plan énergétique, ce plasma doit être à la fois très chaud, bien confiné et le plus dense possible.

Or, sur la question de la densité, la communauté scientifique pensait être arrivée au bout. Au-delà d’un certain seuil, le plasma se met à osciller, se refroidit, perd son confinement et finit par s’effondrer. Les physiciens parlaient d’une « limite de densité », qui contraignait la conception des machines et poussait à construire toujours plus grand pour compenser.

Selon les résultats relayés par Media24, les chercheurs du tokamak EAST (pour Experimental Advanced Superconducting Tokamak) viennent de montrer qu’il est possible de dépasser cette barrière. Ils sont parvenus à faire fonctionner un plasma entre 30 % et 65 % au-dessus des limites habituellement observées, tout en conservant une stabilité suffisante pour envisager une application industrielle.

Le tokamak chinois EAST a réussi à maintenir un plasma jusqu’à 65 % plus dense que la limite classiquement admise, sans basculer dans le régime instable que craignaient les physiciens.

Ce résultat n’est pas une simple amélioration de record, mais un changement de cadre : ce qui passait pour une frontière fondamentale ressemble désormais à une limite… contournable dans certaines conditions.

Deux régimes de plasma, dont un sans limite de densité

Cette percée expérimentale s’appuie sur une idée théorique formulée il y a quelques années. Des physiciens, dont le Français Dominique Escande, directeur de recherche émérite en physique à Aix-Marseille Université et au CNRS, ont proposé l’existence de deux régimes de fonctionnement distincts pour un tokamak :

• un régime classique, avec limite de densité marquée ;
• un régime alternatif, qualifié de « sans limite » dans lequel la densité peut continuer à augmenter sans déclencher d’instabilité majeure.

D’après les travaux cités par Media24, la clé se cache dans un mécanisme souvent sous-estimé : les interactions entre le plasma et les parois du réacteur. Lorsque le plasma vient heurter la paroi, il en arrache des impuretés (atomes de métaux, poussières…) qui se retrouvent mélangées au gaz ionisé. Ces impuretés dégradent ensuite le confinement, refroidissent certaines zones et favorisent l’apparition de turbulences.

L’idée théorique consistait donc à limiter ces interactions dès le démarrage du plasma. Si la paroi « pollue » beaucoup moins le plasma, celui-ci peut rester stable à des densités beaucoup plus élevées. EAST fournit aujourd’hui la première démonstration convaincante de ce scénario. Les auteurs de l’étude, menée par Jiaxing Liu et son équipe, estiment avoir basculé justement dans ce régime « sans limite » théorique.

Une méthode inspirée des stellarators

Pour atteindre ce nouveau régime de fonctionnement, les ingénieurs d’EAST se sont inspirés d’une autre famille de machines à fusion : les stellarators. Ces dispositifs confinant le plasma grâce à un champ magnétique hélicoïdal possèdent une particularité précieuse : ils permettent de mieux contrôler la trajectoire des particules chargées, donc leurs contacts avec les parois.

EAST reste un tokamak classique dans son principe, mais il présente une caractéristique rare : l’utilisation combinée d’aimants supraconducteurs toroïdaux et poloïdaux, qui permettent un contrôle fin de la forme du plasma.

Les chercheurs ont appliqué plusieurs leviers techniques, résumés par Media24 :

• un contrôle précis de la pression du gaz injecté au démarrage ;
• un chauffage par résonance cyclotronique électronique, une méthode qui chauffe les électrons à l’aide d’ondes électromagnétiques bien calibrées ;
• une optimisation très fine de la phase de démarrage du plasma pour réduire dès l’origine les contacts avec la paroi.

Résultat : moins d’impuretés arrachées, moins de pertes d’énergie et un plasma capable de monter à des densités qui, jusque-là, déclenchaient presque toujours des instabilités.

Un tournant pour des réacteurs de fusion plus compacts

Cette avancée ne reste pas cantonnée aux laboratoires. L’enjeu est très concret pour la conception des futures centrales à fusion. Si le plasma ne peut pas être très dense, il faut compenser autrement : en augmentant la taille de la machine pour confiner un volume plus important, ou en multipliant les dispositifs de chauffage et de contrôle, coûteux et complexes.

La limite de densité comptait parmi les raisons qui expliquent la taille hors normes de projets comme ITER, en construction à Cadarache. En repoussant cette barrière, EAST ouvre une alternative : viser des plasmas beaucoup plus denses, et donc, à terme, des réacteurs potentiellement plus compacts.

Si le régime « sans limite de densité » se confirme, il devient envisageable de concevoir des tokamaks plus petits, moins chers à construire et plus simples à intégrer au réseau électrique.

Pour l’industrie, l’enjeu est majeur. Un réacteur plus compact signifie :

• des coûts de construction potentiellement réduits ;
• une emprise au sol plus faible, donc une intégration facilitée sur des sites existants ;
• moins de matériaux exposés aux flux de particules, donc une durée de vie accrue de certains composants sensibles.

Ces promesses restent conditionnées à une étape clé : reproduire ces performances dans d’autres machines, à d’autres échelles, et sur des durées encore plus longues. Mais la piste ouverte en Chine modifie déjà les discussions chez les concepteurs de réacteurs de fusion, qu’ils soient publics ou privés.

Une avalanche de records qui accélère la course à la fusion

Le résultat obtenu à EAST s’inscrit dans une séquence beaucoup plus large que Media24 rappelle en citant plusieurs installations emblématiques. En France, le tokamak WEST du CEA a maintenu en février 2025 un plasma pendant plus de 22 minutes à plus de 50 millions de degrés, avec environ 2,6 gigajoules d’énergie injectés. L’objectif : démontrer la capacité à faire fonctionner un tokamak de façon quasi continue, comme devra le faire ITER.

EAST, lui, vise d’autres records : plus de 1 000 secondes à 100 millions de degrés, avec à la clé cette percée sur la densité. L’Allemagne, avec le stellarator Wendelstein 7-X, a battu un record de « triple produit » (densité × température × temps de confinement), un indicateur clé pour évaluer la performance globale d’une configuration de fusion.

Aux États-Unis, le National Ignition Facility a déjà dépassé le seuil symbolique où l’énergie produite par la fusion devient supérieure à celle fournie par les lasers (gain supérieur à 1), avec un tir à 8,6 mégajoules. Et le secteur privé n’est plus en retrait : l’américain Helion Energy affirme avoir atteint 150 millions de degrés avec un mélange deutérium-tritium sur son prototype Polaris.

Ces performances, résumées dans le tableau scientifique repris par Media24, dessinent une tendance nette : la fusion n’est plus seulement un marathon lent ponctué de rares annonces, c’est une succession rapide de résultats qui se complètent.

Où en est la fusion en France ?

Pour un lecteur français, deux noms reviennent en filigrane de ces annonces venues de Chine : WEST et ITER. WEST, installé à Cadarache et exploité par le CEA, sert de banc d’essai pour des technologies destinées à ITER, en particulier sur l’enceinte interne et la tenue des composants face à un plasma longuement confiné.

ITER, projet international également situé en France, vise une étape structurante : démontrer qu’un tokamak peut produire un gain énergétique net avec un plasma de deutérium-tritium. Les progrès d’EAST sur la densité du plasma intéressent directement les équipes d’ITER et leurs partenaires : si des régimes « sans limite de densité » peuvent être reproduits, ils ouvriraient la voie, à terme, à des versions industrielles d’ITER plus compactes.

Pour l’instant, en France, les travaux restent concentrés sur la démonstration scientifique et technologique, et non sur la construction de centrales commerciales. Mais les avancées chinoises, américaines ou allemandes, couplées aux propres records français, rendent le calendrier de la fusion énergétique moins hypothétique qu’il y a dix ans.

Ce que signifient concrètement ces records de plasma

Pour bien saisir la portée du record chinois, il faut revenir à quelques notions physiques clefs. Les performances d’un plasma de fusion se jugent principalement sur trois paramètres :

• la température, nécessaire pour que les noyaux aient suffisamment d’énergie pour fusionner ;
• la densité, qui fixe le nombre de collisions possibles par unité de volume ;
• le temps de confinement, c’est-à-dire la durée pendant laquelle le plasma reste stable et chaud.

Le « triple produit » combine ces trois facteurs. Pour espérer une production nette d’énergie, il doit dépasser une certaine valeur. Les records atteints par EAST accroissent directement l’un de ces trois termes : la densité. Cela rapproche un tokamak expérimental des conditions nécessaires à un démonstrateur industriel.

À cela s’ajoute un paramètre très concret pour les futurs opérateurs de centrales : la gestion des matériaux. En réduisant les interactions directes entre le plasma et la paroi, la méthode employée en Chine limite aussi l’érosion des composants internes. Moins d’impuretés dans le plasma, mais aussi moins d’usure mécanique : deux bénéfices qui vont dans le sens d’un réacteur exploitable au quotidien.

Tokamak, stellarator, laser : trois approches, un même objectif

Les noms évoqués par Media24 renvoient à des technologies de fusion différentes. Le tokamak, modèle choisi pour ITER, utilise un courant électrique dans le plasma et un champ magnétique toroïdal pour enfermer le gaz ionisé dans un anneau. Le stellarator, comme Wendelstein 7-X, se passe de ce courant et utilise uniquement un champ magnétique très complexe, généré par des bobines torsadées, pour stabiliser le plasma. Les installations comme le National Ignition Facility, elles, recourent à de puissants lasers pour comprimer et chauffer une petite pastille de combustible.

Le record de densité d’EAST montre que même à l’intérieur de la « famille tokamak », il reste des marges de progression inattendues. Les progrès des stellarators sur la stabilité de longue durée ou des lasers sur le gain énergétique dessinent une compétition technologique qui pourrait, à terme, profiter aux industriels français et européens engagés sur le créneau de la fusion.

Pour un lecteur en France, ces travaux ne se traduisent pas encore par une baisse de facture d’électricité. Ils signalent toutefois un changement de rythme : des barrières réputées infranchissables en laboratoire commencent à céder, ce qui rapproche la perspective de prototypes industriels de fusion nucléaire, qu’ils soient construits à Cadarache, en Chine ou ailleurs.