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Le DOE confirme l'étape de l'énergie de fusion au laboratoire californien

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Des scientifiques d'un laboratoire californien ont réussi la première réaction de fusion nucléaire qui se traduit par un gain net d'énergie. Il s'agit d'une étape importante dans la recherche, qui dure depuis des décennies, d'un moyen de produire une énergie illimitée sans émissions de carbone ni déchets nucléaires.

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La secrétaire américaine à l'énergie, Jennifer Granholm, a fait cette annonce officielle le 13 décembre lors d'une conférence de presse au département de l'énergie (DOE) à Washington, D.C. Granholm a confirmé la nouvelle qui avait été rapportée pour la première fois dimanche, lorsque des médias, dont POWER, ont cité des sources indiquant que les chercheurs du National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory avaient produit, le 5 décembre, une réaction de fusion qui créait plus d'énergie qu'elle n'en consommait.

Mardi, Granholm a déclaré que l'expérience de fusion au NIF a reproduit "certaines conditions que l'on ne trouve que dans les étoiles et le soleil" Les responsables ont déclaré que les résultats de la réaction du 5 décembre devaient être analysés et évalués par des pairs avant l'annonce officielle de la découverte, ce qui explique pourquoi elle n'a pas été rendue publique immédiatement.

Mme Granholm a déclaré : "L'allumage nous permet de reproduire pour la première fois certaines conditions que l'on ne trouve que dans les étoiles et le soleil. Cette étape importante nous rapproche de la possibilité d'une énergie de fusion abondante sans carbone pour alimenter notre société. Voilà à quoi ressemble le leadership de l'Amérique, et nous ne faisons que commencer. Si nous parvenons à faire progresser l'énergie de fusion, nous pourrions l'utiliser pour produire de l'électricité propre, des carburants pour le transport, de l'énergie, de l'industrie lourde et bien plus encore."

Les experts en énergie nucléaire ont applaudi l'annonce de mardi, tout en reconnaissant que les progrès réalisés dans la démonstration de la viabilité conceptuelle de la fusion ne sont qu'une étape de plus sur ce que la plupart, sinon tous, pensent être un long chemin scientifique, technique et financier vers la commercialisation de cette technologie longtemps insaisissable.

"L'annonce faite aujourd'hui par la secrétaire d'État à l'Énergie Jennifer Granholm marque une nouvelle étape, vieille de plusieurs décennies, dans la tradition des innovations énergétiques menées par les États-Unis", a déclaré Josh Freed, vice-président senior du programme Énergie et climat. "La percée de la fusion montre la vitalité et le dynamisme de l'écosystème américain des énergies propres. Les décideurs politiques devraient s'appuyer sur les investissements dans l'innovation pour stimuler les percées technologiques dans une série de technologies qui seront essentielles pour atteindre le niveau zéro. Chaque avancée que nous réalisons dans ces domaines de recherche crée des avantages stratégiques qui renforceront la compétitivité des États-Unis au niveau mondial et stimuleront la croissance économique au niveau national.

M. Freed poursuit : "Les laboratoires nationaux américains ont toujours visé les étoiles, et l'annonce d'aujourd'hui montre que ce n'est pas seulement théorique, mais réalisable. Cela mérite d'être célébré"

Une merveille d'ingénierie

"C'est très important car, d'un point de vue énergétique, il ne peut s'agir d'une source d'énergie si l'on ne produit pas plus d'énergie que l'on en injecte", a déclaré à CNN Julio Friedmann, scientifique en chef de Carbon Direct et ancien technologue en chef de l'énergie à Lawrence Livermore. "Les percées antérieures ont été importantes, mais ce n'est pas la même chose que de générer de l'énergie qui pourrait un jour être utilisée à plus grande échelle."

La directrice du Bureau de la science et de la technologie de la Maison Blanche, le Dr Arati Prabhakar, a déclaré lors de la conférence de presse de mardi : "C'est un exemple étonnant de l'entreprise américaine... Je tiens à féliciter l'ensemble du département de l'énergie sous la direction de la secrétaire Granholm." Prabhakar a qualifié la réaction d'énergie nette de fusion de "merveille d'ingénierie"

M. Prabhakar a déclaré : " Cela fait un siècle que nous avons compris que la fusion se produisait dans notre soleil et dans toutes les autres étoiles. Et au cours de ce siècle, il a fallu de nombreuses avancées différentes qui ont finalement abouti au point où nous avons pu reproduire cette activité de fusion en laboratoire."

Jill Hruby, sous-secrétaire à la sécurité nucléaire pour le DOE et administratrice de la National Nuclear Security Administration, a déclaré qu'à l'avenir, les travaux sur la fusion connaîtront d'autres "avancées" et "reculs" Mme Hruby a déclaré que le travail de son agence est axé sur la "promotion de la sécurité nationale" tout en "poussant vers ... un avenir énergétique propre" Elle a qualifié l'annonce de mardi de "sans précédent" pour la communauté scientifique.

Le processus de fusion

Le processus de fusion fonctionne lorsque les noyaux de deux atomes sont soumis à une chaleur extrême de plus de 100 millions de degrés Celsius, soit 180 millions de degrés Fahrenheit. Les atomes fusionnent alors pour former un nouvel atome plus gros, qui dégage des quantités massives d'énergie. C'est le même processus qui alimente le soleil et les étoiles.

Cependant, ce processus consomme également d'énormes quantités d'énergie. L'un des objectifs des scientifiques de la fusion est de rendre le processus autonome et, surtout, d'obtenir plus d'énergie du processus qu'il n'en consomme, c'est-à-dire de produire de l'énergie nette. L'objectif est également de faire en sorte que le processus fonctionne en permanence, et non plus seulement pendant de brefs instants.

Atteindre ces objectifs pourrait conduire à la commercialisation de la fusion, qui, selon les experts de l'industrie, pourrait avoir lieu au cours de la prochaine décennie, même s'ils reconnaissent que cela pourrait prendre plus longtemps. Ce qui suscite l'enthousiasme de nombreux chercheurs, c'est la possibilité de créer un approvisionnement essentiellement illimité en énergie sans carbone, ce qui pourrait aider à lutter contre le changement climatique, et ce, sans les déchets nucléaires produits par les réacteurs à fission actuels.

"Le fait que nous ayons pu extraire plus d'énergie que nous n'en avons injecté prouve que c'est possible", a déclaré Mark Herrmann, directeur du programme de physique et de conception des armes au laboratoire de Livermore. "Il peut être construit, amélioré et perfectionné et pourrait potentiellement être une source d'énergie à l'avenir."

De nombreuses étapes sont nécessaires

La production réussie d'énergie nette n'est toutefois qu'une des nombreuses étapes nécessaires pour tenir les promesses de la fusion. L'énergie produite par la fusion doit être récoltée, puis transférée au réseau électrique sous forme d'électricité. De nombreux scientifiques, même après l'annonce de mardi, continuent de dire qu'il faudra des années (certains disent des décennies) avant que la fusion puisse produire des quantités illimitées d'énergie propre.

Tony Roulstone, ingénieur nucléaire à l'université de Cambridge, au Royaume-Uni, a déclaré à la NPR (National Public Radio) qu'à moins que des progrès significatifs ne soient réalisés, il est peu probable que la fusion joue un rôle majeur dans la production d'énergie avant 40 ou 50 ans.

"Je pense que la science est formidable", a déclaré Roulstone, qui a réalisé une analyse économique de l'énergie de fusion. "Nous ne savons pas vraiment à quoi ressemblerait la centrale électrique"

Irina Tsukerman, analyste géopolitique et présidente de Scarab Rising, une société de conseil basée à New York, a déclaré à POWER que "la recherche sur la fusion a besoin de meilleures RP [relations publiques]. Elle est extrêmement sous-estimée. Jusqu'à présent, l'accent a surtout été mis sur les applications liées au climat, comme la réduction des émissions de carbone. Les applications potentielles de la fusion ne font pas l'objet d'une large sensibilisation commerciale... Le secteur privé n'est donc pas incité à consacrer des ressources à ce type de recherche, alors que la pression sociale globale se porte sur d'autres types d'énergie."

Selon M. Tsukerman, les "stéréotypes liés à la recherche sur l'énergie nucléaire en général" ont également été un facteur limitant les investissements dans la recherche sur la fusion. "Si la fusion est considérée comme 'sexy', sûre et se répandant, elle décollera comme l'a fait jusqu'à présent tout ce qui est considéré comme tendance et excitant." Elle poursuit : "Il y a aussi un grand besoin d'acteurs non gouvernementaux pour financer cet espace et pour diversifier la recherche en général."

Recherche mondiale

Plusieurs projets de fusion sont en cours aux États-Unis, ainsi qu'au Royaume-Uni et en Europe. La France abrite le réacteur thermonucléaire expérimental international, ou ITER, un programme auquel 35 pays collaborent. Ces pays comprennent les États-Unis, la Chine, l'Union européenne, la Russie, la Corée du Sud, le Japon et l'Inde.

La plupart des travaux menés aux États-Unis se déroulent au NIF, à Lawrence Livermore, dans un bâtiment massif de dix étages, dont la taille équivaut à celle de trois terrains de football américains. Le NIF a ouvert ses portes en 2009, mais de nombreux responsables ont remis en question les milliards de dollars investis dans ce projet, qui étudie ce que l'on appelle la "fusion thermonucléaire inertielle" Les scientifiques tirent des pastilles contenant du combustible d'hydrogène (avec deux isotopes d'hydrogène) dans un réseau de 192 lasers, ce qui crée essentiellement une série d'explosions très rapides et répétées à un rythme de 50 fois par seconde. L'énergie recueillie par les neutrons et les particules alpha qui en résultent est extraite sous forme de chaleur, car les isotopes d'hydrogène fusionnent et libèrent des quantités massives d'énergie.

"Contrairement au charbon, vous n'avez besoin que d'une petite quantité d'hydrogène, et c'est la chose la plus abondante que l'on trouve dans l'univers", a déclaré Friedmann dans ses commentaires à CNN. "L'hydrogène se trouve dans l'eau, donc le matériel qui génère cette énergie est sauvagement illimité et il est propre."

En août 2021, les physiciens de Lawrence Livermore ont réussi à "allumer" l'hydrogène à l'intérieur de la capsule, ce qui a créé une combustion auto-entretenue. Riccardo Betti, le scientifique en chef du laboratoire d'énergétique laser de l'Université de Rochester dans l'État de New York, a déclaré à NPR que le processus était analogue à l'allumage de l'essence. "Vous commencez avec une petite étincelle, puis l'étincelle devient de plus en plus grande, et la combustion se propage à travers"

Les chercheurs du projet ITER, ainsi que des scientifiques britanniques, travaillent avec des tokamaks, de grandes machines circulaires équipées d'aimants géants, pour obtenir le même résultat que leurs homologues américains. Le tokamak confine le plasma à l'aide de champs magnétiques dans une forme de beignet que les scientifiques appellent un tore. Une fois le combustible introduit dans un tokamak, ses aimants sont activés. Les températures à l'intérieur sont augmentées de manière exponentielle pour créer du plasma. Le plasma doit atteindre au moins 150 millions de degrés Celsius, ce qui est 10 fois plus chaud que le noyau du soleil. Les neutrons s'échappent alors du plasma, frappent une "couverture" qui recouvre les parois du tokamak et transfèrent leur énergie cinétique sous forme de chaleur.

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