Des scientifiques américains ont réalisé pour la première fois un gain d’énergie dans une réaction de fusion, a confirmé la secrétaire à l’énergie du pays, Jennifer Granholm, annonçant cette percée comme la preuve que la technologie pourrait éventuellement fournir une alternative abondante et sans carbone aux combustibles fossiles.
« C’est une réalisation historique », a déclaré Granholm lors d’une conférence de presse à Washington mardi, confirmant la percée rapportée pour la première fois par le Financial Times.
« Nous avons fait les premiers pas vers une source d’énergie propre qui pourrait révolutionner le monde », a déclaré Jill Hruby, administratrice de la National Nuclear Security Administration.
Mais à quel point cette percée rapproche-t-elle le secteur de l’énergie du rêve de l’énergie de fusion ?
Qu’est-ce que la fusion ?
La fusion est la réaction qui alimente le soleil. Il s’agit de chauffer deux isotopes de l’hydrogène – normalement le deutérium et le tritium – à des températures si extrêmes que les noyaux atomiques fusionnent, libérant de l’hélium et de grandes quantités d’énergie sous forme de neutrons.
Contrairement à la fission nucléaire, le procédé ne produit aucun déchet radioactif à vie longue. Il n’émet pas non plus de carbone et les scientifiques estiment qu’une petite tasse de carburant pourrait alimenter une maison pendant plus de 800 ans.
Les partisans de Fusion la décrivent comme le « Saint Graal » de l’énergie propre : une technologie qui pourrait théoriquement fournir une énergie presque illimitée et sans carbone.
Mais bien que les scientifiques soviétiques aient développé la première machine à fusion dans les années 1950 en utilisant un processus appelé confinement magnétique, jusqu’à présent, aucun groupe n’avait été capable de produire plus d’énergie à partir d’une réaction de fusion qu’il n’en consommait – une étape scientifique connue dans le domaine sous le nom de gain d’énergie scientifique ou gain cible.
Qu’ont réalisé les scientifiques américains ?
Les scientifiques du National Ignition Facility du gouvernement américain au Lawrence Livermore National Laboratory en Californie ont atteint pour la première fois cet objectif de gain d’énergie dans la réaction.
Le NIF de 3,5 milliards de dollars, qui a ouvert ses portes en 2009, a été principalement conçu pour tester des armes nucléaires en simulant des explosions, mais a également été utilisé pour faire progresser la recherche sur l’énergie de fusion.
Le confinement magnétique, qui reste l’approche de fusion la plus étudiée, utilise d’énormes aimants pour maintenir le combustible deutérium-tritium en place pendant qu’il est chauffé à des températures plus chaudes que le soleil.
Le NIF utilise un processus différent, appelé confinement inertiel, dans lequel il tire 192 lasers sur une minuscule capsule de carburant. Les lasers chauffent le carburant à plus de 3mn de degrés Celsius, ce qui souffle sur la surface de la capsule cible, provoquant ce que le NIF décrit comme une implosion « en forme de fusée ». Cela comprime et chauffe davantage le carburant jusqu’à ce que les atomes d’hydrogène du deutérium et du tritium fusionnent, libérant de l’hélium et de l’énergie.
Lors de l’expérience du 5 décembre, la réaction a produit environ 3,15 mégajoules d’énergie, soit environ 150% des 2,05 MJ d’énergie des lasers, a annoncé mardi le laboratoire. Le gain était encore plus important que les résultats préliminaires rapportés par le FT.
Cela signifie-t-il qu’ils ont une puissance de fusion fissurée ?
Non. Le gain d’énergie est considéré depuis des décennies comme une étape cruciale pour prouver que les centrales électriques à fusion commerciales sont possibles. Cependant, il reste encore plusieurs obstacles à surmonter.
Premièrement, le gain d’énergie dans ce contexte ne compare que l’énergie sortante à l’énergie dans les lasers, et non à la quantité totale d’énergie extraite du réseau pour alimenter le système. En fait, chaque tir nécessite 330 MJ d’énergie électrique, délivrée en une rafale de 400 microsecondes.
Le système qui alimente les lasers du NIF est ancien et n’est pas conçu pour une efficacité énergétique maximale. Cependant, les scientifiques estiment toujours que la fusion commerciale nécessitera des réactions de fusion qui génèrent entre 30 et 100 fois l’énergie entrante.
Le NIF effectue également au maximum un tir par jour, alors qu’une centrale à confinement interne devrait probablement effectuer plusieurs tirs par seconde.
« L’expérience démontre sans ambiguïté que la physique de la fusion laser fonctionne », a déclaré Robbie Scott, un physicien des plasmas qui a contribué à la recherche du NIF. « Les prochaines étapes comprennent la démonstration d’un gain d’énergie de fusion encore plus élevé et le développement de méthodes plus efficaces pour conduire l’implosion. »
Comment se compare-t-il aux autres percées récentes?
La réalisation au NIF fait suite à de grandes annonces au cours des 18 derniers mois par d’autres laboratoires de fusion financés par des fonds publics avec des objectifs de recherche légèrement différents.
L’année dernière en Chine, une machine de confinement magnétique, connue sous le nom de tokamak, appelée East – le tokamak supraconducteur avancé expérimental – a réussi à maintenir une réaction de fusion à 120 mnC pendant un record de 101 secondes. Des températures supérieures à 100mnC, généralement requises pour la fusion par confinement magnétique, avaient déjà été atteintes mais jamais maintenues aussi longtemps.
En mai, les chercheurs du tokamak le plus grand et le plus puissant du monde à Oxford, le Joint European Torus (JET), ont produit un record de 59 MJ à partir d’une réaction soutenue de cinq secondes. C’était assez d’énergie pour faire bouillir environ 60 bouilloires et plus que doubler le précédent record de production d’énergie de 22 MJ, atteint par JET en 1997.
Aucune des deux réactions n’a démontré un gain d’énergie comme l’a fait le NIF, mais aucune des installations n’a donné la priorité à l’obtention d’un gain, ont déclaré les experts.
Que se passe-t-il ensuite ?
Le secteur espère que cette percée galvanisera l’intérêt et les investissements et accélérera ainsi les progrès.
Historiquement, la plupart des sciences de la fusion ont été réalisées par des laboratoires financés par des fonds publics tels que le NIF et le JET, mais ces dernières années, les investissements ont également afflué dans des entreprises privées promettant de fournir de l’énergie de fusion dans les années 2030.
Melanie Windridge, une physicienne des plasmas qui dirige le cabinet de conseil Fusion Energy Insights, a souligné que le NIF, dont la construction a coûté 3,5 milliards de dollars, avait 13 ans et était basé sur la technologie laser développée dans les années 1980.
« Si vous pouvez le faire avec une technologie vieillissante, cela montre simplement ce qui pourrait être possible avec les équipements les plus récents », a-t-elle déclaré. «S’ils obtiennent un soutien privé et qu’ils sont capables de se déplacer dans ces délais agressifs, ils peuvent utiliser une technologie de pointe. . . et c’est extrêmement excitant.