L'allumage par laser produit plus d'énergie qu'il n'en consomme

Si les réacteurs nucléaires actuels utilisent le principe de fission nucléaire qui consiste à dégager de l'énergie en fragmentant des atomes lourds, le prochain graal porte sur la fusion nucléaire qui vise à l'inverse à agglomérer des atomes légers en un plus gros.

C'est le processus à l'oeuvre au coeur du Soleil et plus largement des étoiles qui présente plusieurs avantages comme le recours à un matériau de base, l'hydrogène, largement présent dans l'Univers et donc facile à trouver, et la production de bien moins de déchets encombrants que la fission et ses matériaux radioactifs pendant des décennies à des millénaires.

Surtout, la réaction de fusion est capable de dégager plus d'énergie qu'elle n'en demande pour son amorce. Si la technique est maîtrisée, cela pourrait donner à l'avenir des réacteurs à fusion nucléaires plus propres, pourvoyeurs de grandes quantités d'énergie et avec moins de risques d'emballement de la réaction.

L'amorce par laser, une approche prometteuse

La difficulté est que l'amorce de la réaction de fusion nécessite des conditions physico-chimiques intenses, avec des températures extrêmement élevées pour vaincre la résistance naturelle des atomes et les forcer à fusionner, après quoi la réaction peut être entretenue en l'alimentant régulièrement.

Ce point d'ignition, plusieurs laboratoires cherchent à le maîtriser. Différentes approches sont testées, de la création de plasmas très intenses contrôlés par des champs magnétiques comme pour le réacteur expérimental ITER en construction à Cadarache (Bouches-du-Rhône) à la concentration de faisceaux laser sur une capsule contenant de l'hydrogène.

Au coeur d'ITER

Dans cette seconde voie, le laboratoire américain LNLL (Lawrence Livermore National Laboratory) a réalisé une percée décisive en décembre 2022 en annonçant avoir réussi une réaction d'amorce en concentrant le faisceau de dizaines de laser sur un petit galet de deutérium et de tritium (isotopes de l'hydrogène) pour les fusionner en helium, avec une énergie dégagée plus importante que celle utilisée pour la générer.

Une expérience d'allumage reproductible

Au-delà de ce succès très encourageant, il fallait encore démontrer qu'il ne s'agissait pas d'un événement isolé et qu'il était possible de le reproduire. Un an, plus tard, le LLNL indique avoir réalisé cinq autres tentatives d'allumage d'une réaction à fusion dont trois ont réussi et ont permis de mesurer des gains d'énergie et deux sont des succès problables mais qui n'ont pas pu être franchement confirmés par les instruments de mesure.

Le LLNL utilise un bâtiment baptisé NIF (National Ignition Facility) initialement prévu pour étudier les effets d'explosions thermonucléaires après l'arrêt des essais militaires souterrains en 1992.

Dans cette installation, 192 lasers de haute puissance concentrent leur rayson sur le galet d'isotopes d'hydrogène pour créer les réactions d'ignition qui dégagent plus d'énergie que celle utilisée pour l'initier.

Si plusieurs d'essai ont libéré un peu plus d'énergie, l'essai du 30 juillet 2023 a permis d'en dégager beaucoup plus : au faisceau de 2,05 mégapixels, la réaction de fusion a libérer 3,88 mégajoules en retour, soit 89% de plus que l'énergie injectée.

Les travaux sont en cours pour déterminer les paramètres optimaux afin d'obtenir les meilleurs rendements et la capacité à reproduire une telle réaction donne de bons espoirs pour la création de futures centrales à fusion nucléaire, vues comme un moyen de long terme pour remplacer les énergies fossiles.