Des scientifiques américains ont annoncé avoir fait une percée majeure en ce qui concerne la création d’énergie à partir de la fusion nucléaire, un objectif qui a longtemps paru inatteignable.
Le 13 décembre 2022, le département de l’énergie des États-Unis a annoncé que pour la première fois — et après plusieurs décennies d’efforts —, des scientifiques ont réussi à obtenir plus d’énergie du processus de fusion qu’il n’en a nécessité.
Mais quelle est l’importance de cette avancée ? Et dans quelle mesure le vieux rêve de voir la fusion fournir une énergie propre et abondante est-il réalisable ? Carolyn Kuranz, professeure agrégée de génie nucléaire à l’Université du Michigan, qui a travaillé dans le laboratoire où s’est produit cet exploit, explique ce qu’on a obtenu.
La fusion est le processus qui alimente le soleil.
NASA/Wikimedia
Que s’est-il passé dans la chambre de fusion ?
La fusion est une réaction nucléaire qui combine deux atomes pour créer un ou plusieurs nouveaux atomes dont la masse totale est légèrement inférieure à la masse de départ. La différence de masse est libérée sous forme d’énergie, comme le décrit la célèbre équation d’Einstein, E = mc2, où l’énergie est égale à la masse multipliée par la vitesse de la lumière au carré. La vitesse de la lumière étant énorme, la conversion d’une infime quantité de masse en énergie — comme dans le cas de la fusion — produit une quantité d’énergie tout aussi énorme.
Des chercheurs de la National Ignition Facility, en Californie, ont réussi pour la première fois ce que l’on appelle « l’allumage par fusion ». On parle d’allumage lorsqu’une réaction de fusion produit plus d’énergie que celle fournie par une source extérieure et devient ainsi autosuffisante.
Le combustible se trouve dans une minuscule boîte conçue pour que la réaction soit aussi exempte de contaminants que possible.
U.S. Department of Energy/Lawrence Livermore National Laboratory
La technique utilisée à la National Ignition Facility consiste à projeter 192 faisceaux laser sur une capsule d’un millimètre de combustible composée de deutérium et de tritium — deux isotopes d’hydrogène avec des neutrons supplémentaires — placée dans une boîte en or. Lorsque les lasers frappent la boîte, ils produisent des rayons X qui chauffent et compriment la capsule jusqu’à ce qu’elle atteigne une densité 20 fois supérieure à celle du plomb et une température de plus de 3 millions de degrés Celsius, soit environ 100 fois plus chaude que la surface du Soleil. Si l’on parvient à maintenir ces conditions assez longtemps, le combustible fusionnera et libérera de l’énergie.
Le combustible et la boîte se vaporisent en quelques milliardièmes de seconde au cours de l’expérience. Les chercheurs espèrent alors que leur équipement a survécu à la chaleur et a pu mesurer avec prévision l’énergie libérée par la réaction de fusion.
Qu’a-t-on accompli au juste ?
Pour évaluer la réussite d’une expérience de fusion, les physiciens calculent le rapport entre l’énergie libérée par le processus et la quantité d’énergie contenue dans les lasers. Ce rapport est appelé gain.
Un gain supérieur à 1 indique que le processus de fusion a libéré plus d’énergie que les lasers n’en ont fourni.
Le 5 décembre 2022, la National Ignition Facility a projeté une énergie laser de 2 millions de joules sur une capsule de combustible, soit la puissance nécessaire pour faire fonctionner un sèche-cheveux pendant 15 minutes, le tout en quelques milliardièmes de seconde. Cela a engendré une réaction de fusion qui a libéré 3 millions de joules. Il s’agit d’un gain d’environ 1,5, qui fracasse le record précédent de 0,7 obtenu en août 2021.
Est-ce une grande réussite ?
Depuis près d’un demi-siècle, l’énergie de fusion est le « Saint Graal » de la production d’énergie. Si un gain de 1,5 est, selon moi, une percée réellement historique, il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que la fusion ne devienne une source d’énergie exploitable.
Bien que l’énergie laser de 2 millions de joules soit inférieure au rendement de…
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Auteur: Carolyn Kuranz, Associate Professor of Nuclear Engineering, University of Michigan
