Tous les visages de l’énergie chez Enea à Frascati

Ce texte fait partie de l’album de l’Italian Tech “A la recherche d’un avenir meilleur”, en kiosque avec Repubblica le 4 mai.

Bizarre traversée de collines romaines, russes et anglaises. Il était appelé Ftu, mise à niveau du tokamak Frascati. Le dernier « coup », comme on dit ici, c’était en 2019, après trente ans de carrière honorable. Maintenant ils sont en train de le démonter, mais dans le grand hangar aux murs de béton résistant aux radiations, son cœur est toujours intact. Vous voyez le beignet, la structure toroïdale, les lettres “to” de l’acronyme russe “to-ka-mak”. Vous pouvez voir les bobines électriques qui maintenaient le plasma au centre de la chambre, “ka”, créant un champ magnétique très puissant, “mak”. Un réacteur à fusion expérimental : “Nous étudions comment le conserver dans un musée”, dit le scientifique en le regardant Marco Ciotti, une carrière àÉnée, aujourd’hui responsable de la division Physique des plasmas. Pièce par pièce un chapitre de l’histoire de la recherche nucléaire italienne va quitter la scène pour faire place à un nouveau beignet, un nouveau tokamak. Il s’appellera Dtt, Essai du tokamak du divertor, un réacteur de 600 millions d’euros qui il servira à étudier une pièce spécifique de la future centrale à fusion en construction en Europele rêve de reproduire l’énergie des étoiles ici sur Terre.

Le divertor sera son “tuyau d’échappement”, qui transportera l’excès de chaleur hors de la chambre nucléaire. Et le Dtt, dix mètres de haut sur dix de diamètre, viendra construit dans cette même zone de la colline de Frascati, surplombant Rome. Après divers reports, autorisations retardées et difficultés bureaucratiques, le chantier devrait lui aussi enfin démarrer : “Le début des travaux sur les bâtiments est prévu au printemps 2024 – explique Ciotti -, le démarrage entre 2028 et 2029”.

Entre passé et futur : dans tous les recoins du centre de recherche Enea de Frascati, bâtiments rationalistes et super lasers, téléphones et générateurs de neutrons des années 80, on a l’impression d’être suspendu. Des murs qui racontent des histoires fortunes alternées du nucléaire italien, à laquelle cette structure a été créée pour assurer une recherche d’excellence. Embrassé avec enthousiasme dans la période d’après-guerre quand ici les premiers laboratoires sont nés sous la direction d’Enrico Fermi des États-Unis, puis abandonnés après les référendums, puis tour à tour évoqués ou oubliés. En parallèle Enée a connu des changements de nom et de mandat – de l’Agence pour l’énergie nucléaire à l’actuelle Agence nationale des nouvelles technologies, de l’énergie et du développement économique durable – des réorganisations, des redressements judiciaires, mais sans jamais arrêter la recherche sur l’atome.

Paola Batistoni, Physics, chef de la division Fusion Energy Development, montre une maquette à l’échelle 1 du célèbre divertor réalisé avec Ansaldo Nuclear, un tube de cuivre enveloppé de tuiles de tungstène : « La chaleur sur la surface externe est de 2 000 degrés – explique-t-il – Nous avons développé des composants capables de survivre à ces cycles thermiques pendant des années sans altérations, étudié comment souder le tube et le revêtement, qui doivent adhérer parfaitement, puis validé la technologie”.
Ce déviateur ce sera un morceau d’Iter, le grand réacteur expérimental en construction à Cadarache, dans le sud de la France, pour tenter de réaliser une fusion à bilan énergétique positif. Alors que le nouveau divertor, celui qui sera étudié grâce à Dtt, sera utilisé pour la prochaine étape : Demo, le prototype d’une vraie plante qui essaiera d’extraire l’énergie et de l’injecter dans le réseau.

Pour comprendre l’énormité du défi, il faut élargir le champ. Placez Frascati dans le carte mondiale de la recherche nucléaire et racontent les nombreuses voies parallèles qu’explorent les scientifiques de l’atome. Le premier, celui qui a les perspectives les plus immédiates, est l’évolution de la fission, la technologie jusqu’à présent utilisée dans les centrales électriques. Les réacteurs de génération IV, refroidis au plomb et donc plus sûrs, ne sont pas loin de l’industrialisation, avec de nombreux projets sous diverses latitudes. La deuxième voie, aussi révolutionnaire que complexe, est la fusion: la tentative de reproduire sur Terre les réactions qui se produisent au cœur du Soleil et des autres étoiles, à 200 millions de degrés. Une énergie nucléaire propre, sans déchets et sûre, car s’il est privé de carburant, la fusion s’éteint immédiatement. Problème : dans les étoiles cette source d’énergie inépuisable est maintenue par la gravité, ici sur Terre il faut trouver un autre moyen.

Et deux autres axes de recherche découlent des deux hypothèses de solution. Bombarder les combustibles de fusion, le deutérium et le tritium, avec des faisceaux laser assez rapides pour les transformer en plasma sans leur laisser le temps de se dilater : ça s’appelle confinement inertiel. C’est la technologie utilisée dans l’expérience en Californie qui, en décembre, a fait un petit pas en avant, générant (un peu) plus d’énergie que celle qui a été injectée dans le système. La deuxième hypothèse est emprisonner le plasma dans une cage magnétique. C’est la technologie testée l’an dernier à Oxford et sur laquelle misent des tokamaks comme Iter di Cadarache, l’expérience que certains définissent comme la plus complexe et la plus coûteuse de l’histoire de l’humanité.
“Beaucoup de technologies d’Iter sont des “premières du genre”, jamais créées auparavant”, explique Batistoni. La contribution de l’Italie et d’Enée ne s’arrête pas au divertor. Le générateur de neutrons Frascati, une sorte de canon métallique à l’intérieur d’un silo en béton, unique en Europe pour sa puissance, a testé l’impact des particules sur les matériaux qui se retrouveront dans le réacteur, où en un mètre et demi il ira de 200 millions de degrés au zéro absolu. Et ici, à Frascati, des câbles en matériau supraconducteur, à résistance nulle, ont également été développés, à l’intérieur desquels les gigantesques quantités d’électricité circuleront – 65 000 ampères, contre les 10 du fil domestique – avec lesquelles générer les champs magnétiques qui enferment le plasma .

Parmi les commandes annoncées jusqu’à présent pour Iter, les entreprises italiennes ont obtenu des emplois pour environ 2 milliards, soit près de la moitié du totaltémoignant que l’énergie nucléaire dans notre pays n’est pas seulement de la recherche, mais aussi un noyau dur industriel très compétitif.
Cependant, les difficultés techniques monstrueuses n’ont pas suffi, avec deux composants qui se sont récemment révélés imparfaits, Iter doit maintenant aussi faire face à une croissance troubles géopolitiques. Le projet est né à la fin de la guerre froide de la volonté de Reagan et Gorbatchev, des États-Unis et de la Russie, pour ensuite embarquer l’Europe – qui aujourd’hui l’héberge et débourse l’essentiel des fonds – la Chine, l’Inde, la Corée du Sud et Japon, chacun responsable d’une partie du réacteur. Un symbole du grand dégel, tout comme la Station Spatiale Internationale, qui fait désormais face au retour des guerres, chaudes et froides.

“Certes, aujourd’hui, cet accord ne se ferait pas”, commente Batistoni. “Il y a quelques signes de ralentissement, mais pour l’instant je ne vois aucune conséquence : même après le déclenchement de la guerre en Ukraine et l’embargo, des composants russes sont arrivés. La communauté internationale de la fusion est unie, j’espère que le conflit ne ne le gâche pas”. Grande inconnue, étant donné que les problèmes techniques et politiques se mélangent souvent: par exemple, il faut étudier un cycle de production du très rare tritium, l’isotope de l’hydrogène qui alimente la fusion, qui est pourtant aussi un élément « à double usage », utilisé dans les engins nucléaires. Les grandes puissances poursuivent leurs projets nationaux en parallèle et pourraient décider d’investir plus de ressources et d’énergie sur ceux-ci plutôt que sur la grande expérience collective.
Tout cela explique pourquoi pour l’Iter de Cadarache, dont les travaux ont commencé il y a une bonne dizaine d’années, le budget est passé à 20 milliards de dollars et la date du soi-disant “premier plasma” a été reportée de 2019 à 2025, même si les essais celles qui sont vraiment significatives ne devraient pas commencer avant 2035. Et cela explique aussi pourquoi la date de 2050 supposée pour la prochaine étape, à savoir l’allumage de Demo, le prototype d’une centrale à fusion, risque d’être utopique. Des interrogations qui n’aident même pas la TNT de Frascati, émanation de ces projets à horizon séculaire : elle coûtera 600 millions d’euros, financés en partie par le Pnrr et la Région Latium, mais surtout par Enea et Eni, les grands partenaires du consortium qu’il doit construire. En attendant, Eni lui-même, à la recherche d’un avenir au-delà du gaz et du pétrole, a également misé une grosse puce sur le projet concurrent du MIT de Boston : encore une fois la fusion par confinement magnétique, mais à plus petite échelle et avec la promesse d’une réalisation plus courte.

Les scientifiques et techniciens d’Enea se disent habitués aux vicissitudes, l’histoire mouvementée de l’agence le confirme. Mais ils assurent que la recherche avance car, explique Batistoni, “un pays comme l’Italie ne peut pas se permettre de ne pas faire de recherche nucléaire”. Après tout, à la frontière de l’atome, un peu comme sur l’espace, émergent des technologies qui ont ensuite des applications dans d’autres domaines, ce que démontre le centre de Frascati.

Dans un laboratoire, ils sont produits diamants artificiels à utiliser dans les capteurs : ils sont nés pour survivre dans l’environnement hostile des réacteurs, mais ils ouvrent des prairies d’applications, de l’aérospatiale à l’automobile.
Dans un autre laboratoire, un accélérateur de protons a été utilisé pour essayer une nouvelle thérapie anticancéreuse, exploitant une propriété singulière de ces particules qui libèrent le pic d’énergie en fin de course. En gros, ils permettront de bombarder en profondeur les cellules cancéreuses sans endommager les autres tissus : la technologie a été validée et transférée à une entreprise des Pouilles, qui pourra la commercialiser.
Le département « Technologies de la santé et de la sécurité » est celui où la recherche se rapproche le plus du marché : « L’année dernière, nous avons réussi à conclure des contrats pour 1 million et 700 milliers d’eurosprès de 30 000 euros par chercheur, en fait nous nous soutenons », explique le chef de division Luigi De Dominicis. Il montre deux prototypes nés au centre. Une machine proche du brevet qui grâce à la spectroscopie laser, il détecte la fraude alimentaire, comme le safran frelaté, ou des agents nocifs, comme les agents neurotoxiques. Et un totem – ils l’appellent “l’oeil de Sauron”, comme le méchant du Seigneur des anneaux – qui toujours grâce au laser détecte les traces d’explosifs sur les vêtements des personnes qui passent devant eux. L’année dernière, il a été testé avec succès dans le métro de Rome et l’OTAN, qui l’a financé, l’a inclus parmi les technologies de sécurité les plus prometteuses.

Transférer les résultats de la recherche vers l’industrie est une des missions d’Eneadevenus nombreux et très variés au fil des ans, de l’économie circulaire à l’efficacité énergétique : aujourd’hui, l’Agence se charge même d’établir des bilans sur les fameuses primes aux bâtiments.
Treize laboratoires, quatre unités, quatre départements, six directions, 2 300 employés et beaucoup de bureaucratie. Le nucléaire lui-même se partage entre la fission, qui est principalement étudiée à Brasimone, sur l’Apennin émilien, et la fusion, à Frascati : différentes collines, différentes paroisses. Et l’un des problèmes est de trouver des ressources externes, étant donné que la contribution de l’État – contrairement à d’autres organismes publics de recherche – ne couvre que la moitié des dépenses de fonctionnement. Les chercheurs ont toujours saisi des lots, mais avec de longues pauses entre les lots. “La moyenne d’âge augmente, on a du mal à combler le roulement des générations”, indique Marco Ciotti, quand on souligne que dans les couloirs et les laboratoires on ne voit pas beaucoup de trentenaires. Et puis il y a la maladie chronique de toute la recherche italienne, qui pousse de nombreux scientifiques à l’étranger : “Les salaires ne sont certes pas compétitifs. Mais ceux qui travaillent ici sont plutôt bons”.
Entre passé et futur, tel est le défi à Frascati : rester un nœud, petit mais d’excellence, dans le réseau international qui explore les voies de l’énergie, au milieu des géants américains, chinois et français.

« Ne devrions-nous jamais arriver à une fusion ? Bien sûr, il existe de nombreuses technologies concurrentes, de nombreux points ouverts qui doivent être résolus, et il est possible qu’en gravissant les échelons, nous rencontrions des difficultés encore plus grandes que prévu », explique Ciotti. “Mais la fusion doit continuer à être étudiée, car en cours de route, sur la base des technologies que nous développerons, quelqu’un pourrait trouver la bonne idée”.