Les rapports récents de scientifiques étudiant un nouveau type de technologie de fusion sont encourageants, mais nous sommes encore loin du «Saint Graal de l'énergie propre».
La technologie, développée par Heinrich Hora et ses collègues de l'Université de New South Wales, utilise des lasers puissants pour fusionner les atomes d'hydrogène et de bore, libérant des particules à haute énergie qui peuvent être utilisées pour produire de l'électricité.
Cependant, comme pour d'autres types de technologie de fusion, le défi consiste à créer une machine capable de déclencher une réaction de manière fiable et d'utiliser l'énergie qu'elle produit.
Qu'est-ce que l'énergie de fusion?
La fusion est le processus qui alimente le soleil et les étoiles. Cela se produit lorsque les noyaux de deux atomes sont si proches l'un de l'autre qu'ils se combinent en un seul, libérant de l'énergie dans le processus.
Si la réaction peut être reproduite en laboratoire, elle peut fournir une puissance de charge de base pratiquement illimitée avec une empreinte carbone pratiquement nulle.
La réaction la plus simple qui puisse être initiée en laboratoire est la fusion de deux isotopes différents de l'hydrogène: le deutérium et le tritium. Le produit de la réaction est un ion hélium et un neutron en mouvement rapide. La plupart des études de synthèse à ce jour ont poursuivi cette réaction.
La fusion deutérium-tritium fonctionne mieux à environ 100 000 000 ℃. Le confinement du plasma est le nom donné à l'état semblable à une flamme de la matière à de telles températures.
L'approche principale de l'utilisation des forces de fusion est appelée confinement magnétique toroïdal. Les bobines supraconductrices sont utilisées pour créer un champ environ un million de fois plus fort que le champ magnétique terrestre pour contenir le plasma.
Des scientifiques ont déjà réalisé la fusion deutérium-tritium dans des expériences aux États-Unis (réacteur d'essai pour la fusion à Tokamak) et au Royaume-Uni (United European Torus). En effet, cette année, une expérience britannique lancera une campagne de fusion deutérium-tritium.
Ces expériences initient une réaction de fusion utilisant un chauffage externe massif, et il faut plus d'énergie pour soutenir la réaction que la réaction elle-même n'en produit.
La prochaine phase de recherche de fusion majeure comprendra une expérience appelée ITER (latin pour «chemin») qui sera construite dans le sud de la France. Dans ITER, les ions hélium limités produits par la réaction produiront autant d'énergie que les sources externes. Puisqu'un neutron rapide transporte quatre fois plus d'énergie qu'un ion hélium, la puissance sera multipliée par cinq.
Quelle est la différence entre l'utilisation de l'hydrogène et du bore?
La technologie, rapportée par Hora et ses collègues, implique l'utilisation d'un laser pour créer un champ magnétique de confinement très puissant et d'un deuxième laser pour chauffer la pastille d'hydrogène pour atteindre le point d'éclair.
Lorsqu'un noyau d'hydrogène (un proton) fusionne avec un noyau de bore-11, trois noyaux d'hélium énergétiques se forment. Par rapport à la réaction deutérium-tritium, l'avantage est qu'il n'y a pas de neutrons difficiles à contenir.
La solution de Hora est d'utiliser un laser pour chauffer une petite pastille de combustible à sa température d'allumage et un autre laser pour chauffer les bobines métalliques pour créer un champ magnétique qui contiendra le plasma.
La technologie utilise des impulsions laser très courtes, d'une durée de seulement nanosecondes. Le champ magnétique requis serait extrêmement fort, environ 1000 fois plus fort que le champ utilisé dans les expériences avec le deutérium et le tritium.
Hora et ses collègues affirment que leur processus créera un «effet d'avalanche» dans la pastille de combustible, ce qui signifie que beaucoup plus de fusion aura lieu que prévu.
Bien qu'il existe des preuves expérimentales pour soutenir une légère augmentation de la vitesse de réaction de fusion en adaptant le faisceau laser et la cible, à des fins de comparaison avec les réactions deutérium-tritium, l'effet d'avalanche devrait augmenter la vitesse de réaction de fusion de plus de 100 000 fois à 100 000 000 ℃.
Les expériences avec l'hydrogène et le bore ont certainement produit des résultats physiques passionnants, mais les prédictions de Hora et de ses collègues sur un chemin de cinq ans pour réaliser l'énergie thermonucléaire semblent prématurées. D'autres scientifiques ont déjà tenté de lancer la fusion laser. Par exemple, ils ont essayé d'obtenir un allumage à partir de la fusion hydrogène-deutérium en utilisant 192 faisceaux laser focalisés sur une petite cible.
Ces expériences ont atteint un tiers des conditions requises pour une expérience. Les problèmes incluent le positionnement précis de la cible, les irrégularités du faisceau laser et l'instabilité provoquée par les explosions.
Le développement de l'énergie thermonucléaire sera très probablement mis en œuvre par le principal programme international, basé sur l'expérience ITER. L'Australie entretient une coopération internationale avec le projet ITER dans les domaines de la théorie et de la modélisation, de la science des matériaux et de la technologie.
Matthew Hole, chercheur principal, Institut des sciences mathématiques, Université nationale australienne.
Cet article a été publié par The Conversation.
Sources: Photo: CCFE / JET
