La semaine dernière, à l’intérieur un tambour plaqué or dans un laboratoire du nord de la Californie, un groupe de scientifiques a brièvement recréé la physique qui alimente le soleil. Leur expérience de fin de soirée consistait à tirer 192 lasers dans la capsule, qui contenait une pastille de la taille d’un grain de poivre remplie d’atomes d’hydrogène. Certains de ces atomes, qui se repoussent habituellement, ont été mélangés et fusionnés, un processus qui produit de l’énergie. Selon les normes des réactions de fusion liées à la Terre, c’était beaucoup d’énergie. Pendant des années, les scientifiques ont fait ce type d’expérience pour constater qu’il était inférieur à l’énergie utilisée pour cuire le combustible. Cette fois, enfin, ils l’ont dépassé.
Cet exploit, connu sous le nom d’allumage, est une énorme victoire pour ceux qui étudient la fusion. Les scientifiques n’ont eu qu’à regarder les étoiles pour savoir qu’une telle source d’énergie est possible – que la combinaison de deux atomes d’hydrogène pour produire un atome d’hélium entraîne une perte de masse, et donc, selon E = mc2, une libération d’énergie. Mais la route a été lente depuis les années 1970, lorsque les scientifiques ont défini pour la première fois l’objectif d’allumage, parfois également appelé “seuil de rentabilité”. L’année dernière, des chercheurs du National Ignition Facility du Lawrence Livermore Lab se sont rapprochés, générant environ 70% de l’énergie laser qu’ils ont tirée dans l’expérience. Ils ont poursuivi les expériences. Puis, le 5 décembre, juste après 1h du matin, ils ont enfin pris la photo parfaite. Deux mégajoules dedans ; 3 mégajoules en moins. Un gain d’énergie de 50 %. “Cela montre que cela peut être fait”, a déclaré Jennifer Granholm, secrétaire américaine à l’Énergie, lors d’une conférence de presse plus tôt ce matin.
Pour les scientifiques de la fusion comme Mark Cappelli, un physicien de l’Université de Stanford qui n’a pas participé à la recherche, c’est un résultat passionnant. Mais il prévient que ceux qui fondent leurs espoirs sur la fusion en tant que source d’énergie abondante, sans carbone et sans déchets dans un proche avenir pourraient être laissés en attente. La différence, dit-il, réside dans la façon dont les scientifiques définissent le seuil de rentabilité. Aujourd’hui, les chercheurs du NIF ont déclaré avoir obtenu autant d’énergie que leur laser a tiré sur l’expérience – une réalisation massive et attendue depuis longtemps. Mais le problème est que l’énergie de ces lasers représente une infime fraction de la puissance totale impliquée dans l’allumage des lasers. Par cette mesure, le NIF reçoit beaucoup moins que ce qu’il met. « C’est des décennies plus tard. Peut-être même un demi-siècle plus tard.
Le problème, ce sont les lasers inefficaces. La génération d’énergie de fusion à l’aide de la méthode du NIF consiste à projeter des dizaines de faisceaux dans un cylindre d’or appelé hohlraum, le chauffant à plus de 3 millions de degrés Celsius. Les lasers ne ciblent pas directement le carburant. Au lieu de cela, leur objectif est de générer “une soupe de rayons X”, explique Carolyn Kuranz, chercheuse en fusion à l’Université du Michigan. Ceux-ci bombardent la minuscule pastille de combustible constituée des isotopes de l’hydrogène deutérium et tritium, et l’écrasent.
Cela doit être fait avec une précision symétrique parfaite – une “implosion stable”. Sinon, la pastille se froissera et le combustible ne chauffera pas assez. Pour obtenir le résultat de la semaine dernière, les chercheurs du NIF ont utilisé des modèles informatiques améliorés pour améliorer la conception de la capsule qui contient le carburant et calibrer les faisceaux laser pour produire la bonne dispersion des rayons X.
Actuellement, ces lasers émettent environ 2 mégajoules d’énergie par impulsion. Pour les scientifiques de la fusion, c’est une quantité d’énergie énorme et excitante. Cela équivaut à peu près à l’énergie utilisée en environ 15 minutes de fonctionnement d’un sèche-cheveux, mais livré en une seule fois, en un millionième de seconde. La production de ces faisceaux au NIF implique un espace presque de la taille d’un terrain de football, rempli de lampes clignotantes qui excitent les barres laser et propagent les faisceaux. Cela prend à lui seul 300 mégajoules d’énergie, dont la majeure partie est perdue. Ajoutez à cela des couches de systèmes de refroidissement et d’ordinateurs, et vous obtenez rapidement un apport énergétique de plusieurs ordres de grandeur supérieur à l’énergie produite par la fusion. Ainsi, la première étape de la fusion pratique, selon Cappelli, consiste à utiliser des lasers beaucoup plus efficaces.
