La fusion inertielle se rapproche du mythique seuil de l’ignition

On sait produire des réactions de fusion entre noyaux depuis au moins les années 1930, permettant ainsi d’étudier les réactions thermonucléaires faisant briller le Soleil. Mais le chemin est encore long vers la production d’énergie par fusion malgré un progrès récent et significatif dans cette direction qui vient d’être accompli sur la voie de la fusion inertielle par les membres du Lawrence Livermore National Laboratory aux États-Unis. Mais peut-on parler d’un progrès historique ?

Kim Budil doit être content de lui, le directeur du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) a réussi à faire le buzz en annonçant que ses chercheurs avaient réussi « un pas en avant historique pour la recherche sur la fusion par confinement inertiel ». Rappelons que le LLNL a joué un rôle important dans le développement de la bombe H aux États-Unis et qu’il est maintenant en charge du stockpile stewardship, le programme états-unien de tests de fiabilité et de maintenance de son armement nucléaire, sans recours à des essais en grandeur nature des armes.

Les recherches du LLNL sont donc avant tout à but militaire et accessoirement sur la fusion contrôlée sur le principe de la fusion inertielle, le même que celui utilisé pour faire exploser une bombe H. Comme l’explique très bien la vidéo incontournable du CEA ci-dessous, il faut des lasers pour explorer cette voie différente de celle de la fusion par confinement magnétique qui est à la base du projet Iter. Les États-Unis poursuivent donc des recherches sur la fusion inertielle grâce aux 192 lasers ultraviolets équipant le National Ignition Facility (NIF), une division du (LLNL).

On a cependant du mal à vraiment prendre au sérieux la déclaration enthousiaste de Kim Budil de prime abord. Certes un communiqué du LLNL explique bien qu’une amélioration d’un facteur 8 par rapport aux expériences menées au printemps 2021 et une augmentation totale d’un facteur 25 par rapport au rendement record du NIF en 2018 a bien été obtenu. Mais comme l’explique le communiqué lui-même, l’ignition n’est pas encore atteinte. Or c’est une nécessité pour commencer à espérer pouvoir résoudre les problèmes énergétiques de l’Humanité via la fusion contrôlée.

Une ignition encore hors de portée
Futura avait déjà rendu compte en 2014 des progrès accomplis dans cette direction, dans le précédent article ci-dessous. Avant de commencer à vraiment s’exciter pour une machine à fusion, il faut savoir qu’il faut atteindre avec elle un point de fonctionnement où l’on a aussi bien ce que l’on appelle le breakeven que l’ignition.

L’ignition est atteinte lorsque la réaction de fusion thermonucléaire peut s’entretenir elle-même avec l’énergie qu’elle libère. De l’aveu du LLNL lui-même, ils n’en sont encore pas là.

Le breakeven, c’est lorsque le bilan total de l’énergie nécessaire pour allumer une réaction de fusion est au mieux égale à l’énergie libérée. On obtient donc un rapport Q qui vaut 1 encore jamais atteint avec une réaction de fusion. On espère que Iter produira un Q=10.

Rappelons enfin ce que nous disions dans l’article de 2014 concernant le progrès à l’époque au LLNL : « C’est un succès remarquable, mais pas révolutionnaire. En effet, seulement 1 % de l’énergie des lasers employés pour provoquer la fusion du mélange DT a réellement été utilisée pour comprimer et chauffer celui-ci. Il faudrait donc augmenter encore d’un facteur 100 le rendement de la machine pour qu’elle commence à produire plus d’énergie qu’elle n’en consomme vraiment, c’est-à-dire atteindre le breakeven. De plus, même en supposant ce but atteint, le rendement devrait encore être augmenté pour que le réacteur à fusion contrôlée soit en mesure, vu sa complexité, de concurrencer sérieusement d’autres sources d’énergie plus facilement exploitables et à moindre coût. »

La situation s’est améliorée à cet égard mais les précisions sur ce qui a vraiment été accompli par les membres du LLNL, que l’on peut trouver dans un article publié dans la célèbre revue Physics Today, montrent que les commentaires précédents sont encore largement valables.

Rappelons que tout comme dans le cas d’une bombe H, un dispositif, en l’occurrence appelé hohlraum (voir l’article de Futura publié en 2014), permet de concentrer un flux de rayons X autour d’une capsule contenant le mélange de deutérium (D) et de tritium (T) où l’on veut produire une réaction de fusion thermonucléaire.

Ces rayons X sont produits à l’aide des lasers ultraviolets sauf que le rendement de conversion entre ces deux rayonnements n’est toujours pas égal à 1. Environ 85 % du rayonnement UV initial n’est pas transformé en rayonnement X. Certes, dans les résultats de la dernière expérience du LLNL, environ 250 kilojoules ont été absorbés par un microballon de DT et environ 1,3 mégajoule a été produit par la réaction de fusion mais au total 1,9 mégajoule a été consommé.

Non seulement la réaction ne s’auto-entretient pas encore mais le bilan d’énergie est déficitaire ! On peut se réjouir tout de même en ayant l’impression que le but est presque à portée de main, mais n’oublions pas qu’en 2009 les chercheurs pensaient atteindre l’ignition au LLNL dans les deux ans.

La France aussi sur la piste de la fusion inertielle
Malgré tout, Daniel Vanderhaegen, directeur du Programme simulation de la Direction des applications militaires (DAM) du CEA, ne cache pas son enthousiasme dans un communiqué du CEA. La Direction des Applications Militaires du CEA, au CEA-CESTA à proximité de Bordeaux, est l’équivalent français du NIF et s’occupe du Laser MégaJoule (LMJ) avec des buts similaires, militaires et concernant la fusion inertielle.

Daniel Vanderhaegen explique que : « Cette expérience réalisée au NIF constitue une avancée considérable, parce que les chercheurs américains, qui ont démarré les expériences laser depuis plus de 10 ans, se sont rapprochés du seuil d’ignition, soit le moment où l’on récupère autant d’énergie thermonucléaire que ce que l’énergie laser a fourni. Les 192 lasers du NIF ont produit 1,9 mégajoule et les Américains ont récupéré 1,3 mégajoule d’énergie thermonucléaire. Le rendement est de 0,7, très proche du gain de 1, le seuil d’ignition, résultat jamais obtenu auparavant. Les Américains ont ainsi obtenu une preuve de concept de la capacité à atteindre l’ignition. »

Mais prudent et lucide, il précise plus loin que : « Pour produire de l’énergie de manière économique et rentable, il faudrait réaliser cette même expérience avec un gain non pas de 1 mais plutôt de 10, de façon répétitive et robuste, avec par exemple 10 expériences similaires par seconde, 24h/24… C’est un défi très ambitieux. C’est pourquoi la voie prioritaire pour produire de l’énergie reste la fusion par confinement magnétique à travers le projet Iter… Nous sommes actuellement au niveau de la preuve de concept et je ne pense pas qu’il soit possible d’arriver à quelque chose d’économiquement viable avant quelques décennies. »

Source : https://www.futura-sciences.com/sciences/actualites/physique-fusion-inertielle-rapproche-mythique-seuil-ignition-52276/

Laisser un commentaire