“C’est une avancée historique pour la fusion inertielle”, avance le directeur du Lawrence Livermore National Lab (LLNL) Kim Budil. Dans un communiqué de presse diffusé mardi 17 août, le scientifique ne cache pas sa fierté. Quelques jours avant, le 8 août, une expérience menée par des chercheurs de son laboratoire au sein du National Ignition Facility (NIF) - le temple de la fusion nucléaire au Etats-Unis - est parvenue à générer un plasma dégageant 1,35 mégajoules (MJ), soit 70% de la puissance dépensée pour faire apparaître ce dit plasma.
Un record modeste (l’équivalent de l’énergie produite en un millième de seconde par une centrale nucléaire classique) mais qui rapproche cette technologie du “seuil d’ignition” : le moment où les réactions au sein d’un plasma dégagent plus d’énergie que le plasma n’en consomme, donc où ce dernier peut devenir une source d’énergie.
Fusion par confinement inertiel
Depuis sa création en 2009, le NIF développe une technologie dite de “fusion par confinement inertiel”, l’autre branche de la fusion nucléaire au côté de celle dite “par confinement magnétique”, plus connue, qui mobilise des tokamaks pour canaliser un plasma peu dense. Ce que prévoit notamment le projet ITER, à Cadarache en France. Dans le cas du NIF, le plasma en fusion est porté à 150 millions de degrés par des lasers ultra-puissants et très concentrés, lors d’une réaction ne durant que quelques milliardièmes de seconde.
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Dans le détail, les chercheurs du laboratoire américain ont donc mobilisé un appareillage imposant, de la surface de trois terrains de football, pour générer 192 rayons lasers convergeant vers une bille composée d’isotopes d’hydrogène (deutérium et tritium) de seulement quelques millimètres de diamètre. De quoi focaliser une puissance de 1,9 MJ sur la microcapsule cible, et d’enclencher la réaction de fusion en raison de la combinaison de la chaleur et de la densité générée, elle même dégageant 1,35 MJ.
«Le principe de la fusion inertielle est issu des recherches militaires, le NIF utilise d’ailleurs les mêmes installations pour simuler des explosions nucléaires, éclaire Greg de Temmerman, directeur général du think-tank spécialisé dans l’énergie Zenon Research et physicien spécialiste de la fusion nucléaire, auprès de l’Usine Nouvelle. La microcapsule a une densité 20 fois plus élevée que le plomb, dont la compression sous l’effet des lasers (à la manière d’une implosion), induit le chauffage».
Seuil d’ignition
Une avancée historique ? Aucun article scientifique n’a encore été publié mais «les résultats du NIF sont très intéressants : ils ont amélioré de façon significative leurs résultats obtenus ces dernières années et font progresser le domaine», commente Greg de Temmerman. Surtout, ces avancées sont prometteuses pour la production d'électricité. «Globalement, enclencher des réactions de fusion nucléaire impose de chauffer un milieu à plus de 150 millions de degrés. C’est très énergivore et l’objectif des réacteurs, c’est de produire plus d’énergie qu’il n’en a été injecté, pour ensuite générer de l'électricité», résume Greg de Temmerman. Le fameux seuil d’ignition, qui donne son nom au laboratoire américain.
Le tokamak JET, en Angleterre, s’était déjà rapproché de ce point en 1997, en générant 70% de l’énergie dépensée pour initier la réaction, soit un ratio similaire à celui vanté par le NIF aujourd’hui, rappelle le magazine Science. Mais le NIF a amélioré une technique différente, la fusion inertielle, après plusieurs années d’efforts et de déceptions. «La fusion inertielle est très instable, rappelle Greg De Temmerman. La difficulté est de faire converger précisément tous les lasers au même endroit et au même moment, afin d’éviter les instabilités de chauffage». Une tâche à la précision herculéenne, pour laquelle les scientifiques du LLNL ont trouvé une astuce. «Le choix a été fait d’une attaque indirecte, explique Greg de Temmerman : les lasers ne chauffent pas directement le combustible, mais une petite capsule d’or, de la taille d’un plomb de chasse de quelque millimètres, qui implose sous l’effet des lasers et génère des rayons X. Ce sont ces derniers qui viennent chauffer le mélange de deutérium-tritium de manière homogène».
Clou du spectacle : «si l’on s’intéresse au ratio entre l’énergie émise par les rayons X couplée au combustible et celle dégagée par la fusion de la capsule, alors on peut déjà affirmer que l’on a un gain de 5, mais si l'on considère l'énergie des lasers, le gain reste de 0,7», chiffre Greg de Temmerman.
Du chemin à parcourir
Reste que malgré les attraits que revêt la fusion nucléaire (et ses promesses d’énergie décarbonée pilotable et quasi-illimitée), il ne sera pas simple de passer de cette expérience scientifique à des installations industrielles de production d'électricité. Première limite, de taille, le seuil d’ignition n’a pas encore été dépassé. Et il faudra bien plus que cela pour compenser les nombreuses pertes qu’entrainerait la conversion de la chaleur de fusion en électricité. Surtout, une seule microcapsule ne suffit pas. «Le NIF a réussi son expérience une fois, durant quelques milliardièmes de secondes. Si l’on veut utiliser ce procédé pour générer de l’énergie, il faudra pouvoir le reproduire 10 à 20 fois par seconde, 24 heures sur 24», résume Greg de Temmerman. Une performance qui nécessitera d’industrialiser un système de lâcher de capsules en série, en garantissant sa précision, mais aussi celle des lasers utilisés, qui ne sont pas prévus pour de telles cadences de tirs et sont extrêmement sensibles aux perturbations. Autant de difficultés qui poussent les acteurs privés à se concentrer sur le confinement magnétique, juge Greg de Temmerman. Un champ jugé plus prometteur, mais qui lui non plus pas encore passé le seuil d'ignition.
