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Une expérience de fusion génère 1,3 mégajoule d’énergie et bat un record

Crédits : Don Jedlovec

Une expérience de fusion nucléaire par confinement inertiel opérée depuis les installations du National Ignition Facility (NIF), aux États-Unis, a permis de produire une explosion d’énergie record de plus de dix quadrillions de watts. Pour arriver à un tel résultat, les chercheurs ont tiré sur une minuscule pastille d’hydrogène avec les gros lasers du monde.

Un nouveau record

À l’intérieur d’un gigantesque bâtiment du National Ignition Facility (NIF), rattaché au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en Californie, se trouve un réseau de 192 lasers – les plus puissants du monde – capables de combiner pour fournir 1,9 mégajoule d’énergie ultraviolette dans une chambre située au centre. Ces impulsions ne durent qu’un milliardième de seconde, mais concentrées sur une cible minuscule, elles peuvent générer des températures et des pressions énormes, susceptibles à l’avenir de révolutionner le monde.

Des physiciens du LLNL ont récemment concentré 192 lasers géants sur une pastille d’hydrogène de la taille d’un petit pois, entraînant la libération de 1,3 mégajoule d’énergie en 100 billions de secondes. C’est environ 10 % de l’énergie de la lumière du soleil frappant la Terre à tout moment, et environ 70 % de l’énergie que la pastille avait absorbée par les lasers. Le précédent record était de 170 kilojoules d’énergie produite. Les chercheurs espèrent un jour atteindre le seuil de rentabilité – ou “d’inflammation” – de la pastille, où elle dégagerait 100 % ou plus d’énergie qu’elle n’en absorbe.

«Ce résultat est un pas en avant historique pour la recherche sur la fusion par confinement inertiel, ouvrant un régime fondamentalement nouveau pour l’exploration et l’avancement de nos missions critiques de sécurité nationale», a déclaré Kim Budil, directeur du Lawrence Livermore National Laboratory.

Les chercheurs espèrent effectivement que ce nouveau jalon pourra élargir leurs capacités dans le domaine des armes à fusion nucléaire, qui est la mission principale du NIF. Néanmoins, ces avancées pourraient également conduire à de nouvelles façons d’exploiter l’énergie de la fusion nucléaire, qui alimente les étoiles, promettant de libérer une quantité colossale d’énergie “propre” et quasi “illimitée”.

fusion nucléaire laser
Une image colorisée d’une expérience de 2016 à l’installation National Ignition. Crédits : Don Jedlovec

L’énergie des étoiles

Les centrales nucléaires modernes utilisent la fission nucléaire, qui génère de l’énergie en divisant les noyaux lourds d’éléments en noyaux plus légers. À l’inverse, les étoiles génèrent de l’énergie en reliant ensemble des noyaux plus légers pour fabriquer des éléments plus lourds. Ces objets peuvent fusionner de nombreux éléments différents, mais la combinaison de l’hydrogène en hélium est celle qui produit le plus d’énergie.

La plupart des efforts visant à reproduire ce processus stellaire sur Terre – en Chine, en Corée, ou encore en France – s’appuient sur des réacteurs géants en forme de beignet appelé “tokamaks”. À l’intérieur, l’idée consiste à chauffer du deutérium et du tritium à plus de 100 millions de degrés Celsius jusqu’à former un nuage de plasma. Ce nuage doit ensuite être contrôlé avec des aimants ultras puissants suffisamment longtemps pour que les atomes de deutérium et de tritium puissent fusionner et libérer de l’énergie.

La méthode proposée au Lawrence Livermore National Laboratory, en revanche, est l’un des rares moyens de réaliser la fusion nucléaire sans utiliser de tokamak. Au lieu de cela, le NFI utilise un réseau d’amplificateurs de lumière laser de la taille de trois terrains de football pour concentrer les faisceaux laser sur des pastilles d’hydrogène dans une “chambre cible” métallique sphérique de 10 mètres de large.

En l’état, cette configuration ne peut être utilisée dans une centrale électrique à fusion. Ces lasers ne peuvent en effet tirer qu’une fois par jour environ, tandis qu’une centrale électrique devrait vaporiser plusieurs pastilles de combustible chaque seconde. En revanche, des efforts seront déployés à l’avenir pour modifier le processus afin qu’il puisse être utilisé commercialement.