Le 8 août 2021, 192 faisceaux laser ont pompé une puissance bien supérieure à celle de l’ensemble du réseau électrique américain dans une petite capsule en or et ont allumé, pendant une fraction de seconde, le même feu thermonucléaire qui alimente le Soleil.
L’expérience de l’énergie de fusion, menée par le National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, est explorée en détail dans trois nouveaux articles – l’un publié dans Physical Review Letterset deux articles publiés dans Physical Review E – qui affirment que les chercheurs ont atteint l'”allumage”, une étape cruciale prouvant que la fusion nucléaire contrôlée est réalisable. Mais les définitions de ce qui constitue l'”allumage” varient et, quelle que soit la définition, les résultats de 2021 sont encore très éloignés d’un réacteur de fusion pratique, bien qu’ils produisent une très grande quantité d’énergie.
La fusion nucléaire implique la fusion de deux éléments, généralement des isotopes d’hydrogène, en un élément plus lourd, l’hélium. Ce processus libère d’énormes quantités d’énergie et c’est ce qui fait fonctionner les étoiles comme le Soleil.
Une centrale à fusion produirait une énergie abondante en utilisant uniquement l’hydrogène de l’eau comme combustible, et en produisant de l’hélium comme déchet, sans risque de fusion ou de radiation. Cela contraste avec la fission nucléaire, le type de réaction utilisé dans les centrales nucléaires actuelles, qui divise les noyaux d’éléments lourds comme l’uranium pour produire de l’énergie.
Bien que des réactions de fusion aient lieu dans le Soleil et que la fusion incontrôlée ait lieu dans les explosions d’armes thermonucléaires, le contrôle d’une réaction de fusion soutenue pour produire de l’énergie a échappé aux ingénieurs nucléaires pendant des décennies. Des expériences de conception variée ont réussi à produire des réactions de fusion pendant de très courtes périodes, mais elles n’ont jamais atteint l'”allumage”, c’est-à-dire le point où l’énergie libérée par une réaction de fusion est supérieure à la quantité d’énergie nécessaire pour générer et maintenir cette réaction.
L’équipe du National Ignition Facility et les auteurs d’un des trois nouveaux articles, celui publié dans la revue Physical Review LettersL’équipe du National Ignition Facility et les auteurs de l’un des trois nouveaux articles, publié dans la revue Physical Review Lettersaffirment que “l’allumage est un état dans lequel le plasma de fusion peut commencer à se “propager par combustion” dans le combustible froid environnant, ce qui permet un gain d’énergie élevé. En d’autres termes, la fusion a commencé dans le combustible d’hydrogène froid et la réaction s’est étendue pour générer beaucoup plus d’énergie que dans les expériences précédentes.
L’expérience du 8 août 2021 a nécessité 1,9 mégajoule d’énergie sous forme de lasers ultraviolets pour déclencher une réaction de fusion dans une petite pastille congelée d’isotopes d’hydrogène, – une conception de réaction de fusion par confinement inertiel – et a libéré 1,3 mégajoule d’énergie, soit environ 70% de l’énergie mise dans l’expérience. En d’autres termes, la puissance produite était supérieure à un quadrillion de watts, même si elle n’a été libérée que pendant une petite fraction de seconde.
“Le tir record a constitué une avancée scientifique majeure dans la recherche sur la fusion, qui établit que l’allumage de la fusion en laboratoire est possible au NIF”, a déclaré Omar Hurricane, scientifique en chef du programme de fusion par confinement inertiel du Lawrence Livermore National Laboratory, dans un communiqué. “Atteindre les conditions nécessaires à l’allumage est un objectif de longue date pour toutes les recherches sur la fusion par confinement inertiel et ouvre l’accès à un nouveau régime expérimental où l’auto-échauffement des particules alpha dépasse tous les mécanismes de refroidissement du plasma de fusion.”
Les tentatives ultérieures de reproduire l’expérience ont produit beaucoup moins d’énergie de sortie, la plupart dans la gamme de 400 à 700 kilojoules, ce qui a conduit certains chercheurs à suggérer que la conception expérimentale de la National Ignition Facility est une impasse technique, selon le rapport du département des nouvelles du journal. Nature.
“Je pense qu’ils devraient appeler cela un succès et s’arrêter”, a déclaré Stephen Bodner, physicien et ancien chercheur en fusion laser du US Naval Research Laboratory.Nature.
Le National Ignition Facility a coûté 3,5 milliards de dollars, soit plus de 2 milliards de dollars de plus que prévu, et a pris du retard, les chercheurs ayant initialement fixé à 2012 la date limite pour prouver que l’allumage était possible grâce à ce concept.
Les nouvelles études suggèrent que les chercheurs sont disposés à continuer d’explorer ce dont le National Ignition Facility est capable, notamment parce que, contrairement à d’autres chercheurs en fusion, les chercheurs du centre ne sont pas principalement axés sur le développement de centrales à fusion, mais sur une meilleure compréhension des armes thermonucléaires.
“Nous opérons dans un régime auquel aucun chercheur n’a eu accès depuis la fin des essais nucléaires”, a déclaré le Dr Hurricane.”C’est une opportunité incroyable d’élargir nos connaissances alors que nous continuons à progresser.”
