La voie vers la puissance de fusion oppose des lasers géants à des aimants puissants

Le jour où les humains pourront exploiter la même énergie qui éclaire les étoiles pourrait arriver plus tôt que vous ne le pensez : y parvenir libérerait une abondance d’électricité sans émettre de gaz à effet de serre.

Par Will Wade, Jonathan Tirone et David R BakerGraphiques par Dave Merrill

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L’humanité est à l’aube de quelque chose de phénoménal : exploiter la même source d’énergie qui éclaire les étoiles pour produire une énergie presque illimitée et sans carbone. Les scientifiques ont récemment prouvé que le rêve – la fusion nucléaire pour la production d’énergie – était possible. Désormais, passer d’une expérience en laboratoire à la construction d’une usine commerciale sera une course opposant des lasers géants à de puissants aimants.

Après des décennies d’expérimentation, deux modèles concurrents d’usines de fusion ont vu le jour. L’un d’entre eux nécessite des lasers de haute intensité pour déclencher une série de réactions qui heurtent les atomes plusieurs fois par seconde. L’autre utiliserait des aimants ultra-puissants pour contenir un nuage de plasma brûlant plus chaud que le soleil. Bien que les lasers aient été utilisés lors de cette récente percée, de nombreux experts sont sceptiques quant aux perspectives commerciales. Le meilleur pari, disent-ils, ce sont les aimants.

En décembre, au laboratoire national Lawrence Livermore, une minuscule capsule de combustible, contenant deux formes d'hydrogène, a été dynamitée par des lasers.

La réaction de fusion qui en résulte a généré plus d'énergie que celle fournie par les lasers sur la cible.

Les enjeux ne pourraient pas être plus élevés. Si les chercheurs parvenaient à faire fonctionner la fusion à grande échelle, cela ouvrirait la porte à des centrales électriques qui fournissent une électricité abondante et bon marché jour et nuit, sans émettre de gaz à effet de serre et sans risque de fusion nucléaire. L’idée de recréer les conditions extrêmes des étoiles dans une centrale électrique peut sembler sortir de la science-fiction, et pourtant les experts les plus optimistes affirment que nous ne sommes qu’à une décennie environ de ce seuil. D’autres scientifiques le situent dans 20 ou 30 ans.

« La fusion a toujours été le principal prédateur des technologies énergétiques », a déclaré Bob Mumgaard, président-directeur général de Commonwealth Fusion Systems. "C'est un problème très difficile qui rapporte gros."

La course attire déjà les paris de certaines des personnes les plus riches du monde. Jeff Bezos, Bill Gates et Peter Thiel ne sont que trois des milliardaires qui investissent dans les startups. Les investisseurs et les gouvernements ont investi plus de 4,8 milliards de dollars dans des entreprises en quête de fusion, dirigées par Commonwealth Fusion, une startup issue du Massachusetts Institute of Technology qui a récolté 2 milliards de dollars. TAE Technologies a reçu plus de 1,1 milliard de dollars. La Fusion Industry Association suit 33 startups. Quinze se concentrent sur l’approche magnétique et huit travaillent sur la conception laser. Les autres recherchent diverses autres technologies.

Le chemin sera long et compliqué. Les approches laser et magnétique sont toutes deux confrontées à des défis techniques majeurs, à des énigmes scientifiques et à des problèmes de coûts. Mais bien faire les choses signifierait un progrès considérable pour le monde. Les défis climatiques à long terme de l'humanité seraient beaucoup plus faciles à gérer, et cette réalisation pourrait lancer une nouvelle ère pour l'énergie et la science.

Comment fonctionne la fusion Alors que les centrales nucléaires d'aujourd'hui utilisent la fission, qui divise les atomes, la fusion capte l'énergie produite lorsque les atomes fusionnent. La fusion est déjà utilisée pour donner aux armes nucléaires modernes leur pouvoir dévastateur, mais l’objectif est de l’apprivoiser pour répondre à la demande énergétique civile.

Ce n'est pas une tâche simple. Il s’agit d’opérer à des températures extrêmement élevées, de contenir la réaction, de capter l’énergie et de tout cela en générant plus d’électricité que le processus n’en consomme.

La découverte Le 5 décembre, peu après minuit, des scientifiques du laboratoire national Lawrence Livermore, en Californie, ont concentré le laser le plus puissant du monde sur une pastille de diamant de la taille d'un grain de poivre remplie d'isotopes d'hydrogène. Il a émis 192 faisceaux en trois impulsions soigneusement modulées.

Les faisceaux ont délivré 2,05 mégajoules d’énergie, déclenchant une réaction qui a fusionné l’hydrogène en hélium et a libéré 3,15 mégajoules au cours du processus – la différence, un peu plus qu’un mégajoule ou à peu près l’énergie équivalente libérée par une grenade à main. C’était un objectif que les scientifiques recherchaient depuis des décennies. Cette étape, connue sous le nom de gain énergétique net, a prouvé que les humains pouvaient libérer le pouvoir des étoiles. Mais créer une usine commerciale nécessiterait de générer 1 000 fois plus d'énergie chaque seconde, a déclaré Steven Cowley, directeur du laboratoire de physique des plasmas de Princeton.