L’allumage, comme on l’appelle, est une étape majeure dans la longue marche de l’exploitation de la fusion nucléaire pour répondre aux besoins énergétiques de l’humanité. L’énergie issue de la fusion pourrait changer la donne, en particulier lorsque l’humanité est confrontée à une crise climatique et qu’il est urgent de décarboner nos sources d’énergie. En effet, il n’aurait pas le problème des déchets radioactifs qui affligent actuellement l’énergie de fission ou atomique.
Fission nucléairele type qui est utilisé dans les réacteurs atomiques, est la rupture de noyaux atomiques lourds comme l’uranium et le plutonium. La fusion, quant à elle, est la fusion de deux noyaux légers pour produire des noyaux plus lourds. Étant donné que la masse des noyaux plus lourds résultants est légèrement inférieure à celle des noyaux initiaux, le défaut de masse apparaît sous forme d’énergie, à la E = mc2 d’Einstein.
La fusion est ce qui alimente les étoiles, y compris le Soleil, ainsi que les bombes thermonucléaires ou à hydrogène. Alors que la fission est relativement plus facile à réaliser, la fusion nucléaire est incroyablement difficile. La raison en est que les deux noyaux sont tous deux chargés positivement et se repoussent donc. Les rapprocher suffisamment pour que la fusion se produise signifie surmonter cette répulsion, qui est notoirement difficile. Il faut pour cela des températures et des pressions énormes. Dans les étoiles, la force de gravité de l’étoile agissant sur le noyau est chargée de créer les conditions nécessaires à la fusion. Dans les armes thermonucléaires, elle est due aux ondes de choc d’une bombe au plutonium. Pour la fusion contrôlée – le type que nous pourrions utiliser pour générer de l’énergie – nous devons être capables non seulement de créer les conditions pour que deux noyaux se rejoignent, mais également de garantir que l’énergie nécessaire pour y parvenir est inférieure à celle produite.
Il existe essentiellement deux types de technologies à l’étude pour créer les conditions de la fusion :
- Tokamak : Cette technologie soviétique est presque universellement utilisée. Ici, les noyaux sont chauffés dans un plasma puis comprimés magnétiquement.
- Confinement inertiel : Il comprime et chauffe des cibles remplies de combustible thermonucléaire. C’est celui utilisé au NIF
La mise au point laser est payante
Le NIF est une installation de 3,5 milliards de dollars construite à l’origine pour la recherche sur les armes thermonucléaires et les propriétés des matériaux. Il possède le laser le plus puissant au monde, qui délivre une impulsion extrêmement puissante qui ne dure que quelques nanosecondes. Cette impulsion est divisée en 192 faisceaux, qui sont focalisés sur la cible.
La cible est une boule d’or de la taille d’un pois qui contient le carburant. Le carburant est une capsule de diamant contenant un mélange congelé de deux isotopes d’hydrogène, de deutérium et de tritium. L’énorme énergie des lasers provoque l’effondrement de la capsule et crée les conditions nécessaires à la fusion des isotopes de l’hydrogène en hélium et à la libération d’énergie.
Obtenir les bonnes conditions est une tâche technique extrêmement difficile. Le carburant doit atteindre des températures extrêmement froides (quelques degrés au-dessus du zéro absolu, soit –273,15°C). La chambre à vide dans laquelle l’expérience est réalisée doit être presque parfaite et, plus important encore, la forme de la capsule de combustible doit être une sphère parfaite.
Même une petite variation par rapport à ces conditions presque parfaites ferait échouer l’expérience. Si tout va bien, la fusion commence dans le noyau central du combustible et l’énergie libérée se propage vers l’extérieur dans la capsule, provoquant plus de fusion et rendant le processus auto-entretenu. C’est ce qu’on appelle l’allumage.
Ce que les scientifiques du NIF ont découvert, c’est que l’énergie libérée dans le processus, 3,4 mégajoules (MJ), était supérieure à l’énergie qui est entrée dans la réaction. Cela ne s’était jamais produit auparavant dans l’histoire longue de plusieurs décennies de la recherche sur la fusion.
Cependant, tout le battage médiatique selon lequel cette expérience unique est la panacée pour tous les problèmes énergétiques de l’humanité est quelque peu prématuré et déplacé pour trois raisons :
- Bien que le bilan énergétique de la réaction elle-même soit positif, l’énergie utilisée par les lasers pour la produire était 100 fois supérieure à celle produite dans la réaction.
- Il y a aussi la question de pouvoir le faire sur une base quasi continue pour créer une source d’énergie viable.
- Le tritium nécessaire pour fabriquer un réacteur commercialement viable utilisant cette technologie est tout simplement trop rare et trop cher pour le moment.
Ils n’ont pas fait sauter un fusible
Dans un discours célèbre en 1954, Lewis Strauss, alors président de la Commission américaine de l’énergie atomique, a déclaré que Pouvoir nucléaire serait bientôt si abondant qu’il deviendrait « trop bon marché pour être mesuré ». Même après des décennies de recherche, nous sommes loin d’avoir une énergie de fusion viable. L’expérience du NIF est certainement un tour de force technique et une étape majeure dans cette direction.
Il y a une vieille blague dans la communauté de la fusion – obtenir de l’énergie nette à partir de la fusion est toujours 20 ans dans le futur. Comme le dit la reine blanche dans le roman de 1871 de Lewis Carroll, Through the Looking Glass , «la règle est, confiture demain et confiture hier – mais jamais confiture aujourd’hui».