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Les physiciens allemands de l'Institut Max Planck viennent de lancer un réacteur surnommé « soleil artificiel », voué à fournir une énergie propre.

11 dec 2015

Les scientifiques de l'Institut allemand Max Planck, spécialisé dans la physique des plasmas (IPP), auront mis neuf ans pour construire ce « soleil artificiel », un dispositif baptisé Stellarator, qui a coûté jusqu'ici un milliard d'euros.

Leur objectif est de développer une nouvelle source d'énergie, générée par la fusion de noyaux nucléaires, qui se produit naturellement dans le cœur du soleil et de la plupart des étoiles. À la différence des centrales nucléaires, dont la production d'énergie provient de la scission ou fission d'atomes, le Stellarator fonctionne en rassemblant ou fusionnant des noyaux d'atomes.

« Tout s'est passé comme prévu »

Le procédé consiste à soumettre des atomes d'hydrogène à des températures allant jusqu'à 100 millions de degrés Celsius, provoquant la formation d'un plasma, qu’il faut ensuite maintenir à cette température suffisamment longtemps pour atteindre la fusion, et donc la création d'énergie.

Les physiciens allemands ont commencé jeudi à tester leur colossale machine Wendelstein 7-X en la faisant créer un plasma à partir d’hélium. « Nous sommes très satisfaits, tout s'est passé comme prévu », s’est de suite réjoui Hans-Stephan Bosch, dont le département est responsable du fonctionnement du réacteur.

Le premier plasma d'helium formé dans cette machine de 16 mètres de large s'est maintenu un dixième de seconde et a atteint une température d'environ un million de degrés. L'équipe va désormais tenter de prolonger la durée de vie du plasma et déterminer la meilleure façon de le produire. En janvier, les scientifiques renouvelleront l’expérience, mais cette fois-ci avec de l'hydrogène, soit le dispositif réellement ambitionné par ces physiciens.
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After 1.1 million construction hours, the Greifswald institute finished the machine in May 2014 and spent the past year carrying out commissioning checks, which W7-X passed without a hitch. Tests with electron beams show that the magnetic field in the still-empty reactor is the right shape. “Everything looks, to an extremely high accuracy, exactly as it should,” IPP’s Thomas Sunn Pedersen says.

Approval to go ahead is expected from Germany’s nuclear regulators by the end of this month. The real test will come once W7-X is full of plasma and researchers finally see how it holds on to heat. The key measure is energy confinement time, the rate at which the plasma loses energy to the environment. “The world’s waiting to see if we get the confinement time and then hold it for a long pulse,” PPPL’s Gates says.

Success could mean a course change for fusion. The next step after ITER is a yet-to-be-designed prototype power plant called DEMO. Most experts have assumed it would be some sort of tokamak, but now some are starting to speculate about a stellarator. “People are already talking about it,” Gates says. “It depends how good the results are. If the results are positive, there’ll be a lot of excitement.”

Fusion nucléaire : un stellarator allemand produit son premier plasma

Par Philippe Passebon le 16/12/2015


Le Wendelstein 7-X a réalisé une étape prometteuse dans la grande route qui nous mène vers la fusion nucléaire, en créant son premier plasma. Il représente une voie alternative à Iter.


La construction du Stellarator Wendelstein 7-X s’est achevée en 2014 en Allemagne. Quelques mois plus tard, il est parvenu à créer un plasma à partir d’hélium. La nouvelle a été annoncée le 10 décembre par l’Institut Max Planck en charge des recherches sur la machine. Environ un milligramme d’hélium a été ionisé en formant un plasma chaud à une température d’un million de degrés pendant un centième de secondes. Le chauffage est effectué avec des micro-ondes. La prochaine étape va donc être de tenter d’augmenter la durée de vie du plasma tout en déterminant la meilleure façon de le produire.

L’hélium n’est utilisé ici que pour les essais. Dès 2016, il sera remplacé par de l’hydrogène. A terme en effet ce sont des plasmas d’hydrogène stables de trente minutes qui doivent être obtenus, à des températures de plus de 100 millions de degrés, pour espérer allumer de véritables réactions de fusion. Le plasma est la forme d’énergie nécessaire à partir de laquelle deux isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium pourront fusionner pour produire de l’hélium, de l’énergie et un neutron. L’énergie récupérée, comme dans toute centrale électrique, servira in fine à faire tourner un turbo-alternateur qui produira de l’électricité.

Les stellarators, une alternative aux tokamaks

Les Stellarators sont moins connus que les Tokamak, du fait de l’importance au niveau international du projet Iter, qui réunit 35 pays. La différence tient au moyen par lequel on confine le plasma produit à partir d’hélium. Dans les deux cas, l’idée est de maintenir à très haute température un plasma de basse densité pendant un temps relativement long, de l’ordre de la seconde. Le plasma est confiné par des champs magnétiques générés par des bobines, à l’intérieur d’une cavité. Mais tandis qu’Iter sera un réacteur de recherche civil à fusion nucléaire de type Tokamak, où le plasma est confiné dans une cavité de la forme d’un tore, Wendelstein 7-X est un stellarator, dont la cavité en forme d’anneau a une section plus tourmentée. Les capacités de calcul ne sont alors pas assez grandes lorsque les recherches s’attachent à déterminer cette section de manière précise dans les années 50 et 60. Si bien que la majorité des recherches se sont orientées vers les Tokamaks, plus faciles à concevoir, mais qui ont eux aussi leurs inconvénients. Depuis, les puissances de calcul se sont améliorées et les recherches sur les Stellarators poursuivies.


Vue de l'intérieur du Stellarator en novembre 2011, montrant la section tourmentée de l'anneau

German stellarator fusion design concept unveiled

27 February 2025

Munich-based Proxima Fusion and its partners have published a new peer-reviewed paper presenting Stellaris, the world's first integrated concept for a commercial fusion power plant designed to operate reliably and continuously.


(Image: Proxima Fusion)

Stellaris builds on the record-breaking results of the Wendelstein 7-X research experiment in Germany, the most advanced QI stellarator prototype in the world, directed by the Max Planck Institute for Plasma Physics (IPP) and the product of over EUR1.3 billion (USD1.4 billion) in funding from the German Federal Government and the European Union. In February 2023, Wendelstein 7-X succeeded for the first time in generating a high-energy plasma that lasted for eight minutes. The facility is designed to generate plasma discharges of up to 30 minutes in the coming years.

Published in Fusion Engineering and Design, Proxima Fusion - which was spun out of IPP in 2023 and was founded by a team which includes six former IPP scientists - says the Stellaris concept is "a major milestone for the fusion industry - advancing the case for quasi-isodynamic (QI) stellarators as the most promising pathway to a commercial fusion power plant".

A stellarator fusion reactor is different to a tokamak fusion reactor such as the Joint European Torus in the UK or the ITER device under construction in France. A tokamak is based on a uniform toroid shape, whereas a stellarator twists that shape in a figure-8. This gets round the problems tokamaks face when magnetic coils confining the plasma are necessarily less dense on the outside of the toroidal ring.


(Image: Proxima Fusion)

According to Proxima Fusion, Stellaris is designed to produce much more power per unit volume than any stellarator power plant designed before. The much stronger magnetic fields that are enabled by high-temperature superconducting (HTS) magnet technology allow for a significant reduction in size compared with previous stellarator concepts. It says smaller reactors can therefore be built more quickly, provide more efficient energy generation, and promise to be more cost-effective in both construction and operation. The Stellaris concept also makes use of only currently available materials, meaning it will be buildable by expanding on today's supply chains.

The company says its simulation-driven engineering approach has enabled rapid design iterations, leveraging advanced computing. Stellaris, it says, is the first QI stellarator-based power plant design that "simultaneously meets all major physics and engineering constraints, as demonstrated through electromagnetic, structural, thermal, and neutronic simulations".

Proxima Fusion says the Stellaris design incorporates groundbreaking technical features, including: a magnetic field design that obeys all key physics optimisation goals for energy production; support structures that can bear the forces present when operating at full power; a showcase that HTS technology can be effectively integrated in high field stellarators, while ensuring effective heat management on internal surfaces; and a neutron blanket concept that is adapted to the complex geometry of stellarators.

The company plans to demonstrate that stellarators are capable of net energy production with its demo stellarator Alpha in 2031, and aims to deliver fusion energy to the grid in the 2030s.‍

"The path to commercial fusion power plants is now open," said Francesco Sciortino, co-founder and CEO of Proxima Fusion. "Stellaris is the first peer-reviewed concept for a fusion power plant that is designed to operate reliably and continuously, without the instabilities and disruptions seen in tokamaks and other approaches."

"For the first time, we are showing that fusion power plants based on QI-HTS stellarators are possible," added Jorrit Lion, co-founder and chief scientist of Proxima Fusion. "The Stellaris design covers an unparalleled breadth of physics and engineering analyses in one coherent design. To make fusion energy a reality, we now need to proceed to a full engineering design and continue developing enabling technologies."