Les plasmas incandescents, une révolution pour la fusion nucléaire

Des progrès encore plus faramineux sont entrevus.

En août 2021, les scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory, basé dans le nord de la Californie, ont annoncé avoir réalisé une avancée historique vers la fusion nucléaire par confinement inertiel, méthode différente de celle utilisée par le confinement magnétique dans un tokamak, sur lesquelles se concentrent de nombreuses recherches.

Ils ont en effet réussi à générer un plasma dégageant plus de 1,3 mégajoule (MJ) en un dixième de nanoseconde au sein du National Ignition Facility (NIF), un laser surpuissant qui sert tout autant à tester les armes nucléaires états-uniennes qu'à effectuer des expériences extrêmes en matière d'énergie de fusion.

L'expérience mobilise 192 faisceaux laser de grande puissance, focalisés sur une capsule microscopique remplie d'isotopes d'hydrogène, enfermée dans un cylindre (constitué d'uranium appauvri et d'or) situé à 300 mètres de là.

La scène ne dure même pas le temps d'un battement de cils: en un instant, le plasma en fusion est porté à une température de 150 millions de degrés.

La quantité de 1,3 MJ produite à l'occasion de cette expérience constitue un record, mais elle reste encore loin de l'objectif. Elle ne représente en effet que 70% de la quantité d'énergie utilisée pour produire ce plasma.

L'objectif est de dépasser un jour ou l'autre le seuil d'ignition, ce qui se produira lorsque ce pourcentage dépassera les 100%. Le plasma deviendra alors une source d'énergie.

Presque plus qu'un soleil

La revue Live Science s'est intéressée aux conditions dans lesquelles ce record a été établi, qui a donc permis de produire 13 millions de milliards de watts.

Elle s'appuie sur deux articles publiés par les chercheurs du laboratoire californien, qui expliquent que cette réussite doit énormément à l'agencement extrêmement précis de la capsule dans laquelle a eu lieu la fusion, ainsi que de son réceptacle opaque et quasi clos, fait d'or et d'uranium (hohlraum, pour les intimes).

Malgré la taille de la capsule (pas plus d'un millimètre d'envergure) et la brièveté de la réaction, l'énergie dégagée équivaut à environ 10% de l'énergie solaire reçue par la Terre à chaque instant.

Un tel résultat s'explique par le principe de la réaction en chaîne: le processus de fusion permet d'obtenir un plasma tellement chaud qu'il est capable de déclencher lui-même d'autres réactions de fusion.

Les deux études relayées par Live Science décrivent des mois de travaux, qui ont notamment porté sur la forme à donner à la capsule. Celle-ci se présente finalement sous la forme d'une coquille sphérique.

Pour se la représenter, on peut imaginer un fruit en forme de boule, auquel on aurait retiré son noyau lui aussi en forme de boule. Cette structure permet aux lasers du NIF de gagner en efficacité au moment de leur entrée dans le hohlraum, et à la chaleur de s'étendre bien plus rapidement.

Le fait que la science parvienne dorénavant à obtenir des plasmas incandescents représente une avancée importante, expliquent les observateurs. Ceux-ci sont convaincus que ce progrès ne manquera pas d'en permettre d'autres, lesquels contribueront à mener vers le seuil d'ignition.

Pour la physicienne Annie Kritcher, du Lawrence Livermore National Laboratory, ces pas de géant pourront également être éclairants concernant d'autres types de fusions, comme celles qui sont réalisées dans les tokamaks.