Une équipe a installé des tuiles en tungstène imprimées en 3D à taille réelle dans un dispositif de fusion en fonctionnement. Elle réunit la North Carolina State University, l’Oak Ridge National Laboratory et le fabricant japonais JEOL.
Les chercheurs ont monté les tuiles en juillet 2026 dans le divertor inférieur de l’installation nationale de fusion DIII-D, à San Diego. Ils les ont ensuite exposées à 74 décharges en mode de confinement élevé (H-mode), sur trois jours. Selon NC State, elles sont ressorties intactes.
« Le tungstène est actuellement le matériau que tout le monde souhaite utiliser dans un réacteur de fusion », explique Michael Kirka de l’ORNL. « Mais il est extrêmement difficile à fabriquer sous des formes complexes. »
Le tungstène fond à 3 422 °C et résiste donc à des températures extrêmes. En revanche, il devient fragile à plus basse température. NC State souligne aussi un autre obstacle : la plupart des pièces en tungstène issues de la fabrication additive laser présentent des porosités et des fissures.
Par ailleurs, les composants exposés au plasma dans ITER et les futures centrales de fusion devront supporter des charges thermiques continues. Celles-ci atteindront 10 à 20 MW/m², soit plus de 10 000 fois l’intensité du rayonnement solaire direct.
Des échantillons aux tuiles grandeur nature
En 2025, l’équipe avait déjà testé des pastilles (« buttons ») de tungstène imprimées à NC State. Les essais utilisaient le système DiMES (Divertor Materials Evaluation System) du DIII-D. Les flux thermiques approchaient 20 MW/m², avec des pics supérieurs à 35 MW/m². Pourtant, les échantillons ne présentaient que des dommages minimes.
Ces résultats ont convaincu Jonathan Coburn, des Sandia National Laboratories. En décembre 2025, il a invité l’équipe à tester une tuile grandeur nature.
Une tuile du DIII-D mesure environ 140 × 130 mm. Or, la plus grande pièce en tungstène produite jusque-là par NC State ne dépassait pas 50 mm. JEOL a donc apporté son système grand format JAM-5200EBM. Celui-ci utilise la fusion sur lit de poudre par faisceau d’électrons.
À Akishima, au Japon, l’équipe a fabriqué plusieurs versions plates et bombées, au fil de plusieurs itérations. ORNL a financé ces travaux. Les équipes de NC State ont ensuite usiné et poli les pièces pour obtenir une finition proche d’un miroir.
« Lorsque DIII-D nous a demandé si nous pouvions réaliser ce projet, j’ai répondu oui sans hésiter, avant de réfléchir aux détails », se souvient Tim Horn, professeur associé en génie mécanique et aérospatial et directeur de recherche du Center for Additive Manufacturing and Logistics (CAMAL) de NC State.
« Ce dont nous avions besoin, c’était d’équipements adaptés et de partenaires capables d’avancer rapidement. ORNL et JEOL ont parfaitement répondu à ces attentes », ajoute-t-il.
Pourquoi la fabrication additive par faisceau d’électrons ?
En 2024, l’ORNL avait déjà annoncé la production de premières pièces complexes en tungstène sans défauts. Il utilisait alors une imprimante 3D à faisceau d’électrons. Michael Kirka jugeait cette technologie de fabrication additive « prometteuse » pour créer des formes complexes en tungstène.
Cette promesse reste d’actualité. Le procédé EB-PBF (Electron Beam Powder Bed Fusion) maintient le matériau au-dessus de 1 400 °C pendant toute la fabrication. Cette chaleur limite ainsi les risques de fissuration du tungstène.
Une résistance confirmée pendant les essais
Lors des essais sur le DIII-D, une tuile voisine mal alignée a fondu sur son bord. Elle a alors projeté du métal en fusion sur l’une des tuiles imprimées. Selon l’équipe de recherche, cette dernière a aussi résisté à cet incident.
En seulement huit mois, l’équipe est donc passée de petits échantillons de laboratoire à un composant grandeur nature installé dans un tokamak. Ce résultat marque une étape importante dans la validation industrielle du procédé.
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