13/01/2023. Fusion nucléaire. Le NIF, un concurrent pour Iter

Pour la première fois, un système de fusion nucléaire a produit plus d’énergie qu’il n’en a consommé pour ce faire. Autrement dit la fusion nucléaire paraît sur la voie de réussir le pari entrepris depuis plusieurs années par des centaines d’ingénieurs, fournir à l’humanité l’énergie de fusion nucléaire capable de se substituer dans de bien meilleures conditions à l’énergie de fission désormais produite par une centaine de centrales répartie dans le mon entier

Le principal inconvénient de la fission, qui se fait entre deux atomes lourds tels que ceux l’uranium, est qu’elle produit des déchets radioactifs extrêmement virulents. De plus l’uranium qu’elle utilise se fait relativement rare et devient un enjeu géopolitique mondial.

 La fusion est le rapprochement de deux noyaux atomiques légers de deutérium et de tritium pour donner un atome d’hélium, qui est le noyau léger le plus stable de l’Univers et qui n’est pas radioactif . Par contre la fusion se fait à des conditions de température et de pressions supérieures à celles du soleil. Une fois lancée, elle peut s’autoentretenir .

L’objectif principal d’Iter est de générer des « plasmas en combustion » et d’en comprendre le comportement. Dans un plasma en combustion, l’énergie libérée par le noyau d’hélium issu de la réaction de fusion deutérium-tritium est suffisante pour entretenir la température du milieu, réduisant ainsi, voire supprimant totalement le besoin de recourir à des systèmes de chauffage externes.

Iter doit également mettre en œuvre et assurer l’intégration de l’ensemble des technologies essentielles au fonctionnement d’un réacteur de fusion industriel (aimants supraconducteurs, télémanipulation en milieu extrême, extraction de puissance, etc.). Le programme doit en outre valider les différents concepts de « modules tritigènes » qui permettront aux futurs réacteurs de produire au sein même de la machine le tritium indispensable à leur fonctionnement.

Aux Etats-Unis, pour produire l’énergie nécessaire, outre une participation comme le font une cinquantaine d’ Etats à Iter, les chercheurs utilisent les services du National Ignition Facility, ou NIF ; Ceui-ci est un laser de recherche extrêmement énergétique, construit au sein du laboratoire national Lawrence Livermore, à Livermore (Californie)

Le National Ignition Facility utilise la technique du confinement inertiel pour permettre aux scientifiques d’étudier la fusion nucléaire et les autres domaines d’utilisation des plasmas extrêmement denses. La mise en œuvre de ce concept dans le NIF utilise 192 faisceaux laser de grande puissance, qui, après un parcours d’environ 300 mètres, sont focalisés sur une cible située au centre d’une « chambre d’expériences », sphère métallique de dix mètres de diamètre. La cible, constituée d’une capsule recouverte de béryllium renfermant un mélange de deutérium et de tritium servant de combustible de fusion, est ainsi comprimée jusqu’à des densités de 900 kg/dm3, soit environ six fois la densité du centre du Soleil.

L’ensemble développera une puissance de 500 térawatts (mille fois la puissance électrique produite à tout instant par les États-Unis, en 2010), mais pendant une période de quelques nanosecondes (milliardièmes de seconde) seulement, pour parvenir à l’effet désiré. Le résultat espéré est la réalisation de réactions de fusion nucléaire auto-entretenues.

La fin de la construction du NIF était prévue pour 2009, la première ignition étant planifiée pour 2010. Dans la proposition d’origine, au début des années 1990, le coût d’un « super laser » avait été estimé à moins de 700 millions de dollars. En 2009, l’évaluation du coût total de l’installation est comprise entre 3,5 et 6 milliards de dollars.

Fusion réalisée le 5 décembre 2022

Lors d’un test opérationnel, le 8 août 2021, il a semblé que la fusion ait été réalisée, produisant une énergie égale à 70 % de l’énergie laser mise en jeu et émettant un excès de neutrons compatible avec une réaction en chaîne. On a utilisé du diamant comme conteneur de la cible

Près d’un an plus tard, les tentatives pour reproduire la quasi-fusion réalisée en août 2021 ayant échoué, les responsables du programme ont décidé de chercher à augmenter l’énergie du laser et à accroître l’efficacité de la cible.

Le résultat a été positif. Le 5 décembre 2022, le NIF a atteint le seuil où l’énergie produite est supérieure à l’énergie consommée : ses 192 lasers ont concentré 2,05 MJ sur la cible, qui en fusionnant a dégagé 3,15 MJ ; mais l’expérience a nécessité d’emprunter à peu près 300 MJ du réseau général. Il faudra encore quelques années pour parvenir à la fusion commerciale.

Cependant le résultat a été jugé tellement important qu’il a été annoncé par la secrétaire américaine à l’Energie Jennifer Granholm, depuis Washington : « C’est un exploit historique pour les chercheurs du NIF  qui ont consacré leur carrière à rendre possible l’ignition par fusion, une étape majeure qui suscitera sans doute encore plus de découvertes. » 

Cela faisait 70 ans, en effet, que la communauté scientifique cherchait à produire en laboratoire et de manière contrôlée un tel phénomène.

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