Un laboratoire national débloque la fusion nucléaire : une véritable percée, un acte de nouveauté, ou les deux ?

Première historique : à l'intérieur de l'installation nationale d'allumage, où la semaine dernière, 192 faisceaux laser ont projeté une pastille de combustible d'hydrogène, qui a émis plus d'énergie qu'elle n'en a absorbé.

La fusion nucléaire est depuis longtemps le Saint Graal d’une énergie véritablement propre. L’écrasement des atomes d’hydrogène promet une électricité illimitée avec zéro émission de carbone, un minimum de déchets radioactifs et aucun risque de fusion catastrophique. Mais depuis un demi-siècle, les scientifiques de la fusion ont été limités par la puissance de leurs lasers et la force de leurs champs magnétiques – jamais auparavant ils n’avaient réussi à extraire plus d’énergie de leur destruction d’atomes qu’ils n’en avaient mis. Jusqu’à présent.

Aujourd'hui, des scientifiques du National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie révèlent qu'au début du mois de décembre, pour la première fois, ils ont réussi à obtenir un gain d'énergie supérieur à 1, c'est-à-dire qu'une plus grande quantité d'énergie a été émise par les réactions à l'intérieur de leur capsule de combustible deutérium-tritium (2 000 mégajoules) que celles contenues dans les 192 lasers avec lesquels ils l'ont fait exploser.

C'est une grosse affaire, qui mérite d'être célébrée, mais qui est en quelque sorte gagnée d'avance, déclare Debra Callahan, une physicienne des plasmas qui a récemment quitté l'équipe de fusion du LLNL pour devenir directrice scientifique de la startup Focused Energy, qui travaille déjà à commercialiser l'approche.

Callahan savait que LLNL réaliserait un gain d'énergie net après avoir atteint l'année dernière une production d'énergie de 72 % de ses apports d'énergie laser. « Ce n'est pas une surprise pour moi. Compte tenu de l’ampleur des résultats que nous avions constatés, cela allait se produire », dit-elle. Ils avaient juste besoin d’un peu plus de puissance laser.

Alors, comment ça marche? Au Laurence Livermore Lab, au centre d'un labyrinthe de tubes d'acier, de câbles métalliques et d'appareils électroniques bizarres de la taille de trois terrains de football, se trouve un minuscule cylindre creux en or qui tient dans la paume de votre main. C'est ce qu'on appelle le hohlraum. À l’intérieur du hohlraum, les scientifiques installent une minuscule capsule de combustible remplie de deutérium et de tritium, des isotopes à proton unique de l’hydrogène.

L'équipe du National Ignition Project utilise l'or car il retient les rayons X produits lorsqu'ils font exploser l'une ou l'autre extrémité du hohlraum avec 192 des lasers les plus puissants au monde. Callahan explique : « C'est comme un four à rayons X », qui comprime tellement le carburant qu'il implose et déclenche la fusion des atomes au centre de la capsule. La fusion se propage ensuite sous forme d'onde depuis le centre, émettant une chaleur prodigieuse – 2,5 mégajoules dans le cas du tir historique de la semaine dernière. Tout cela se passe en un milliardième de seconde.

Dans l’approche de fusion par confinement inertiel, des faisceaux laser projettent une pastille contenant des isotopes d’hydrogène, déclenchant ainsi une réaction de fusion.

Pourquoi Callahan a-t-il quitté LLNL alors qu’ils étaient sur le point de réussir ? Parce que, dit-elle, le National Ignition Facility n’est pas une machine à fusion. Le hohlraum est idéal pour démontrer l'allumage, mais il n'est pas nécessairement assez efficace pour concevoir une fusion pulsée continue, car une grande partie de l'énergie laser résiduelle est perdue lors du chauffage de l'or plutôt que de l'hydrogène. Ainsi, chez Focused Energy (soutenu par Prime Movers Lab et New Enterprise Associates), leur plan est d'abandonner le hohlraum et d'utiliser à la place une approche « à entraînement direct » : faire exploser les lasers directement sur une capsule de combustible (voir schéma).

Ils n'ont pas encore démontré que cela fonctionne, mais Callahan est convaincu que dans quelques années, leur projet pilote permettra d'obtenir un gain d'énergie 10 fois supérieur. Cela sera suivi par une deuxième centrale atteignant un gain d'énergie de 30 fois, suivie de ce qui, à la fin des années 2030, sera leur premier générateur commercial, atteignant, espérons-le, un gain d'énergie de 100 fois et faisant exploser 10 capsules de carburant chaque seconde.

Mais c’est là un défi particulier. A 10 par seconde, leur machine utiliserait près de 900 000 capsules par jour. Ce n’est pas comme mettre du charbon dans un fourneau ; chaque capsule devrait être fabriquée selon des normes rigoureuses et injectée dans la machine avec un timing parfait.

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