En décembre 2022, les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory ont réalisé une percée majeure en matière d’énergie dans la fusion nucléaire (On en parlait déjà sur notre site). Ils étaient en effet parvenus, pour la première fois, à produire plus d’énergie qu’il n’en faut pour initier la réaction. Au cours d’une expérience menée le 30 juillet, ils ont de nouveau réitéré cet exploit, avec un rendement encore plus élevé.
Pour obtenir le plasma nécessaire à la réaction de fusion nucléaire, le combustible (un mélange de deutérium et de tritium) doit être comprimé et chauffé à des températures de l’ordre de 100 à 150millions de degrés ! Ce plasma brûlant doit subsister suffisamment longtemps pour déclencher l’allumage (l’ignition). C’est le point à partir duquel la réaction se suffit à elle-même. Elle ne nécessite alors plus d’apport d’énergie extérieur.
Pour ce faire, l’installation du National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) utilise 192lasers ultra puissants. C’est une approche qu’on appelle « fusion par confinement inertiel », qui est une alternative à la fusion par confinement magnétique réalisée dans les tokamaks(machine en forme d’anneau métallique creux (tore) utilisée par les scientifiques afin d’y créer des réactions de fusion nucléaire), tels que celui du projet ITER. Les faisceaux laser se concentrent sur la minuscule bille de combustible. Ils entraînent alors des conditions de pression et de température quasi identiques à celles des événements stellaires extrêmes.
La fusion nucléaire, une énergie propre, sûre et quasi illimitée
L’électricité produite dans les centrales nucléaires est aujourd’hui générée par fission nucléaire. Cela consiste à scinder le noyau d’un atome lourd (uranium, plutonium, etc.) en deux éléments plus légers. Cette réaction émet des neutrons et un dégagement d’énergie très important. La fusion nucléaire consiste, quant à elle, à faire fusionner deux noyaux légers (du deutérium et du tritium, qui sont des isotopes de l’hydrogène) pour former des éléments plus lourds.
Les avantages ? La réaction ne présente aucun risque d’emballement, ne génère aucun gaz à effet de serre ni déchet radioactif à longue duréede vie et repose sur des produits quasiment inépuisables. Cette source d’énergie apparaît donc comme une excellente alternative aux énergies fossiles. C’est pourquoi des chercheurs du monde entier tentent depuis des décennies de reproduire de manière efficace ce processus de fusion. Ce dernier est similaire à celui qui alimente le cœur des étoiles.
En décembre 2022, l’équipe du NIF avait réussi à produire 3,15 mégajoules (MJ) d’énergie de fusion en délivrant 2,05 MJ d’énergie à la cible. Cet « allumage » n’avait duré qu’une fraction de milliseconde. Cependant, il avait suscité l’espoir de réussir un jour à produire de l’énergie par fusion nucléaire à grande échelle. « Depuis que nous avons démontré l’ignition de fusion pour la première fois au National Ignition Facility en décembre 2022, nous avons continué à procéder à des expérimentations pour étudier ce nouvel et excitant paradigme scientifique », explique un porte-parole du LLNL, selon les propos rapportés par le Financial Times.
Une production d’énergie supérieure à 3,5 MJ ?
La fusion nucléaire peut créer d’énormes quantités d’énergie. Elles seraient même supérieures à celles obtenues par fission nucléaire, avec des sous-produits moins néfastes. Selon le Département américain de l’Énergie, 1 seul kilogramme de combustible de fusion peut fournir autant d’énergie que 10 millions de kilogrammes de combustible fossile. Et tout cela, sans produire ni gaz à effet de serre, ni déchets radioactifs.
L’exploit réalisé en Décembre 2022 avec un premier gain d’énergie a ainsi constitué une étape clé vers la production de cette énergie propre (et potentiellement bon marché). Selon le laboratoire, l’expérience du 30 juillet aurait produit un rendement énergétique encore plus élevé qu’en décembre. Malgré tout, les résultats définitifs sont toujours en cours d’analyse. « Comme le veut la procédure habituelle, nous rapporterons ces résultats lors de conférences scientifiques à venir et dans des publications évaluées par nos pairs », a précisé le porte-parole. En attendant, le Financial Times évoque une production d’énergie supérieure à 3,5 MJ. C’est en tout cas ce qu’affirment deux sources ayant accès aux données initiales de l’expérience. Une augmentation certes, très modeste, mais qui montre que l’on peut optimiser les conditions expérimentales.
Quels que soient les chiffres, il reste un long chemin à parcourir avant de disposer d’une énergie de fusion viable et « commercialisable ». Il est extrêmement difficile de reproduire ce processus stellaire en laboratoire, et encore plus de l’exploiter. Un article du Guardian soulignait il y a quelques mois que le calcul de rendement ne tenait pas compte des quelque 300 mégajoules nécessaires à l’alimentation des lasers. De plus, ces lasers ne fonctionnent que ponctuellement. Pourtant, une centrale à fusion devrait chauffer les cibles près de 10x par seconde !
Un impact « peu probable » sur le changement climatique
Pour limiter le réchauffement climatique à +1,5 °C, le monde doit réduire les émissions de gaz à effet de serre de 45 % d’ici 2030 et atteindre « zéro émission nette » d’ici 2050. Mais compter sur l’énergie de fusion pour atteindre cet objectif serait une erreur, estiment certains scientifiques. En effet, si l’on parvient un jour à exploiter cette énergie, il sera sans doute trop tard. « Il est très peu probable que la fusion ait un impact sur une période suffisamment courte pour influer sur la crise actuelle du changement climatique. Nous ne devons donc pas relâcher nos efforts à cet égard », avertit Justin Wark. Il est professeur de physique à l’Université d’Oxford et directeur de l’Oxford Centre for High Energy Density Science.
Le Dr Mark Wenman, spécialiste des matériaux nucléaires à l’Imperial College deLondres, a souligné de son coté, que malgré les progrès réalisés ces dernières années, de nombreux défis restent à relever. Ces derniers sont essentiellement d’ordre technique et économique. « Comment extraire l’énergie du système, comment maintenir l’énergie suffisamment longtemps pour qu’elle soit utile ? Comment augmenter cette énergie et peut-elle être suffisamment bon marché pour concurrencer d’autres sources ? ».
Ces problématiques n’ont en tout cas pas freiné les ambitions de Microsoft, qui a conclu plus tôt cette année – et pour la première fois au monde – un accord d’achat d’énergie de fusion avec l’entreprise Helion Energy. Cette dernière prévoit de mettre en place une centrale nucléaire à fusion dans les 5 prochaines années.
Source : https://www.energymagazinedz.com/?p=3242
