Le 8 août, les chercheurs de la National Ignition Facility (NIF), du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie, ont produit plus de 1,3 mégajoule — soit un rendement huit fois supérieur à celui des expériences menées plus tôt cette année et 25 fois plus élevé que le précédent record enregistré par la NIF en 2018. Cette avancée rapproche encore plus les scientifiques de leur objectif : réaliser un allumage par fusion.
Inaugurée en 2009, la National Ignition Facility est un laser expérimental de très haute énergie, conçu pour étudier l’énergie de fusion. Cette installation, de la taille de plusieurs terrains de football, repose sur la fusion par confinement inertiel ; 192 faisceaux produits par un laser géant sont focalisés sur une cible en une brève et puissante impulsion — 1,9 mégajoule (MJ) sur environ 20 nanosecondes. La cible est une minuscule capsule remplie d’isotopes d’hydrogène, placée dans un cylindre d’or. Le but étant de chauffer le combustible suffisamment pour déclencher la fusion.
Le tir réalisé il y a quelques jours a produit huit fois plus d’énergie que l’installation n’en avait jamais produite : 1,35 MJ, soit l’équivalent de l’énergie cinétique d’une voiture roulant à 160 km/h. Mais surtout, cette quantité d’énergie correspond à 70% de l’énergie de l’impulsion laser initiale ! Avec ce rendement sans précédent, l’objectif ultime est à portée de main : un tir de fusion produisant un excès d’énergie.
Au seuil de l’allumage par fusion nucléaire
La fusion nucléaire, un processus qui se déroule au cœur des étoiles, libère de grandes quantités d’énergie. Les scientifiques tentent depuis plusieurs années de reproduire le phénomène sur Terre, car la fusion permettrait de produire une énergie illimitée, tout en minimisant l’impact environnemental. Mais cela nécessite des températures et des pressions extrêmes, difficiles à mettre en œuvre. Et à ce jour, aucune expérimentation — ni du côté des tokamaks ni de la NIF — n’a permis de générer plus d’énergie qu’il n’en faut pour induire la réaction.
Mais la NIF vient de réaliser un grand pas en avant vers « l’allumage ». Les résultats obtenus ont suscité une vague de réjouissance dans la communauté scientifique. « Après de nombreuses années à 3% d’allumage, c’est super excitant », a déclaré Mark Herrmann, responsable du programme de fusion au Lawrence Livermore National Laboratory. « C’est un résultat merveilleux pour le domaine », selon le physicien Michael Campbell, directeur du Laboratoire d’énergie laser (LLE) de l’Université de Rochester. « C’est une réalisation remarquable », ajoute le physicien des plasmas Steven Rose, codirecteur du Center for Inertial Fusion Studies à l’Imperial College de Londres.
Si les prouesses de la NIF enthousiasment tant les experts, c’est parce que la fusion par laser a pendant longtemps suscité pas mal de doutes. En effet, à ses débuts, les modèles informatiques prédisaient un succès rapide de la technique, mais les tirs de fusion réalisés au cours des premières années n’ont généré qu’environ 1 kilojoule chacun. Les opposants au projet affirmaient alors que la fusion par confinement magnétique, utilisée par les tokamaks, serait bien plus rentable en matière de production d’énergie ; il s’avère aujourd’hui que le projet ITER — qui a pour ambition de produire 10 fois plus d’énergie qu’il n’en consommera — ne sera pas capable de produire un gain d’énergie avant au moins une décennie.
« Un pas en avant historique »
La NIF, quant à elle, semble progresser bien plus rapidement, surtout ces derniers mois. Après plusieurs améliorations apportées à l’installation — en particulier à la capsule contenant le combustible et au tube en or — pour maximiser la quantité d’énergie reçue par la cible, les chercheurs ont effectué plusieurs essais cette année produisant 100 kJ d’énergie (dont un de 170 kJ). Des résultats particulièrement encourageants, prouvant que la NIF était capable de créer un plasma brûlant, dans lequel les réactions de fusion pouvaient à leur tour produire la chaleur nécessaire à davantage de fusion — une réaction en chaîne indispensable pour obtenir des rendements élevés.
Quelques mois plus tard, les améliorations portent leurs fruits et le tir réalisé le 8 août dernier génère 1,35 MJ d’énergie ! « Ce fut une surprise pour tout le monde », dit Herrmann. L’équipe doit à présent déterminer quels changements précis ont induit de tels gains d’énergie, car plusieurs modifications ont été apportées simultanément. Plusieurs mois d’investigations et d’expérimentations seront nécessaires pour augmenter encore le rendement ; l’apparition de centrales à fusion n’est donc pas pour demain. « Obtenir la fusion dans un laboratoire est vraiment difficile, obtenir une puissance de fusion économique l’est encore plus. Donc, nous devons tous être patients », avertit Michael Campbell.
D’autant plus que le développement d’une énergie propre et illimitée n’est pas la mission première de la NIF. Elle a également été conçue pour soutenir la maintenance et la conception d’armes nucléaires — ce qui a d’ailleurs suscité de vives critiques de la part des partisans du désarmement nucléaire lorsque le projet a été présenté. Collecter des données expérimentales pour le programme scientifique de gestion des stocks de la National Nuclear Security Administration (NNSA) est même la mission centrale du site. La production d’énergie de fusion n’est finalement qu’une activité « annexe », mais les progrès réalisés bénéficieront largement au secteur de l’armement.
« Ces résultats extraordinaires de la NIF font progresser la science dont dépend la NNSA pour moderniser nos armes et notre production nucléaires et ouvrent de nouvelles voies de recherche », a déclaré Jill Hruby, sous-secrétaire d’État à la sécurité nucléaire et administratrice de la NNSA. « Ce résultat est un pas en avant historique pour la recherche sur la fusion par confinement inertiel, ouvrant un régime fondamentalement nouveau pour l’exploration et l’avancement de nos missions critiques de sécurité national », confirme Kim Budil, directeur du LLNL.