Dans un rapport publié ce mois-ci [PDF], les chercheurs du Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) en Californie affirment avoir reproduit trois fois leur expérience de fusion nucléaire qui avait fait grand bruit en 2022, explique CNN.

Ces réplications permettent de confirmer les résultats de l'expérience et que ceux-ci ne sont entachés d'aucune erreur. Ils ont même réussi, lors de l’une des réplications, à augmenter le rendement qu’ils avaient obtenu à l’époque.

L’an dernier, la presse américaine se faisait l’écho du succès du LLNL concernant « la première réaction de fusion en laboratoire qui a produit plus d'énergie qu'il n'en a fallu pour la déclencher ». À l’époque, l’énergie dégagée par l’expérience de fusion équivalait à 3,15 mégajoules pour 2 MJ d’énergie envoyés par les lasers sur la capsule de deutérium et de tritium utilisée.

Les chercheurs ont reproduit l’expérience en juillet ainsi que deux fois en octobre dernier. Cet été, l’énergie sortante de l’expérience s’est même élevée à 3,88 MJ pour 2,05 MJ fourni par les lasers, ce qui est un nouveau record de rendement pour une expérience de fusion nucléaire.

Actualité publiée le 15 décembre 2022 :

Le week-end dernier, la presse américaine annonçait une « percée majeure » faite par un laboratoire de leur pays à propos de la fusion nucléaire. Si l'expérience est une avancée scientifique certaine, elle n'en est pas pour autant une porte grande ouverte à court ou moyen terme vers une source d'énergie massivement exploitable par l'humain. Cette annonce est aussi très politique, financière... et militaire.

Comme nous vous l'expliquions mardi, la presse américaine a participé au « teasing » de l'annonce d'une réussite scientifique outre-Atlantique. Et, effectivement, le département américain de l’Énergie et l’Administration nationale de la sécurité nucléaire ont annoncé cette semaine, lors d’une conférence de presse filmée, que des chercheurs du National Ignition Facility (NIF), du Laboratoire national Lawrence Livermore en Californie, ont réussi une réaction de fusion nucléaire avec un gain net d'énergie et dépasser ce qu'on appelle le « seuil d'ignition ».

En envoyant 2,05 mégajoules de lumière laser sur une toute petite capsule contenant de l'hydrogène, technique appelée « confinement inertiel », les chercheurs expliquent avoir réussi à produire 3,5 mégajoules d'énergie, un facteur de 1,5 donc. Ce n’est toutefois pas la même chose quand on prend l’expérience dans sa globalité (nous allons y revenir). On attend quand même la confirmation et les détails de l'exploit par la publication d'un article scientifique.

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Très bonne nouvelle scientifique

Si cette confirmation arrive, le passage du « seuil d'ignition » d'une expérience de fusion nucléaire est, en soi, une bonne nouvelle scientifique attendue depuis près de 90 ans. Il est possible que l'on attende quelques mois de plus puisque ces mêmes chercheurs avaient annoncé un rendement de 0,7 en août 2021, mais leur article scientifique sur le sujet n'a été publié qu'un an après dans la revue Physical Revue Letters (PDF).

S'agissant de l'expérience dont il est question aujourd’hui, les chercheurs ont en fait réalisé à peu près la même que celle effectuée en août 2021.

Un laser, une chambre creuse en or, une capsule de diamant et de l'hydrogène

Ils ont placé dans un énorme bâtiment un laser infrarouge qui envoie une impulsion de quelques nanosecondes, ensuite divisée en 192 faisceaux ultraviolets. Ceux-ci sont envoyés dans une chambre creuse en or (appelée « hohlraum ») contenant une capsule de diamant, renfermant elle-même le fameux hydrogène, explique la revue scientifique Science.

L'or, chauffé par les lasers à très haute température jusqu'à atteindre plusieurs millions de degrés, émet des rayons X qui détruisent la capsule. L'hydrogène se retrouve à l'état de plasma sous l'effet des très hautes températures et de la pression. Les électrons sont arrachés aux atomes d'hydrogène, qui deviennent des atomes « ionisés ».

Quand ils entrent en collision les uns avec les autres, les atomes d'hydrogène ionisés fusionnent et forment de l'hélium tout en produisant une immense quantité d'énergie, comme dans le Soleil. Évidemment, l'expérience ne fournit pas la même puissance ni la même intensité que notre étoile.

Mark Herrmann, le directeur du NIF, explique à Science que, pour reproduire l'expérience et essayer d'avoir un meilleur rendement, les chercheurs ont dû apprendre à fabriquer des capsules de diamant les plus lisses et sphériques possibles. Apparemment, ils y sont arrivés.

Si les lasers des chercheurs du NIF ont bien envoyé 2,05 mégajoules sur la capsule pour obtenir finalement 3,5 mégajoules d'énergie, les lasers sont loin d'être efficaces puisqu'ils ont besoin d'une puissance de plusieurs centaines de mégajoules d'électricité pour fonctionner. L’expérience dans sa globalité est donc largement déficitaire – elle a consommé bien plus de courant qu’elle n’en a produit –, mais la fusion en elle-même affiche un gain de 1,5.

Et, comme l'expliquait Daniel Vanderhaegen, directeur du Programme Simulation de la Direction des Applications Militaires (DAM) du CEA, « pour produire de l’énergie de manière économique et rentable, il faudrait réaliser cette même expérience avec un gain non pas de 1, mais plutôt de 10, de façon répétitive et robuste, avec par exemple 10 expériences similaires par seconde, 24 h/24 ».

Une annonce politique

Si on a peu de raison de penser que les chercheurs de la NIF n'ont pas atteint le « seuil d'ignition » comme ils le prétendent (surtout avec le barouf organisé autour de cette annonce), le temps peu habituel en recherche entre l'annonce publique de la réussite et la publication de l'article scientifique montre qu'il existe d'autres enjeux.

L'annonce a d'ailleurs été faite non par les chercheurs eux-mêmes, mais par deux femmes politiques : la secrétaire à l'Énergie des États-Unis, Jennifer M. Granholm, et la sous-secrétaire à la sécurité nucléaire et administratrice de la National Nuclear Security Administration (NNSA), Jill Hruby.

Des enjeux financiers... et militaires

Car le NIF n'est pas un centre de recherche banal, il est en fait le successeur de plusieurs laboratoires américains sur les armes nucléaires. Et les administrations américaines ont besoin de justifier leurs budgets.

À la création du NIF en 1994, le New York Times écrivait d'ailleurs que « le plus important aux yeux du gouvernement est peut-être que la machine [le NIF, ndlr] permettrait de sauver les emplois et les compétences des scientifiques spécialisés dans les armes nucléaires du Lawrence Livermore National Laboratory de Californie, le plus vulnérable au démantèlement des trois centres fédéraux de conception des bombes ».

Et la fusion nucléaire par « confinement inertiel » permet aussi d'apporter des informations capitales pour la simulation de la performance des armes nucléaires.

Dans une plaquette d'information, la Direction des applications militaires du CEA explique l'utiliser en combinaison avec les résultats des essais nucléaires passés, « un enchaînement d’équations mathématiques qui modélisent la physique du fonctionnement d’une arme nucléaire (on parle de « code de simulation ») » et « des supercalculateurs qui permettent de résoudre numériquement ces équations complexes » et remplacer ainsi les essais nucléaires qui ont été abandonnés en 1996.