C’est le piège du “gain énergétique net” dans la fusion nucléaire annoncée aux USA

Il y a une blague parmi les physiciens et les ingénieurs spécialisés dans la fusion nucléaire qui l’énergie propre, inépuisable et bon marché de cette procédure est dans 30 ans… et le sera toujours. Aucun des experts ne doute qu’il s’agisse d’une des sources d’énergie du futur, peut-être même la source d’énergie du futur. Mais cet avenir est encore lointain, et l’annonce prévue aujourd’hui aux États-Unis que les médias mettent en avant ne va pas le rapprocher.

Rappelons les bases (plus sur la fusion nucléaire ici): il s’agit de créer des dispositifs qui simulent le processus naturel qui se déroule dans le Soleil, la fusion des noyaux d’hydrogène (ou de ses isotopes deutérium et tritium) pour former de l’hélium et libérer de l’énergie. Pour cela, il faut chauffer l’hydrogène à des millions de degrés, pour que les atomes perdent leurs électrons et qu’un nuage de noyaux se forme, un plasma qui permet la fusion de ces noyaux. La fusion émet un rayonnement sous forme de neutrons, mais ne génère pas de déchets radioactifs. Il existe deux principaux types de réacteurs à fusion, tokamaken forme de beignet, et le stellarator, semblable à une bande de Moebius (de cette dernière nous en avons une en Espagne, la deuxième plus grande d’Europe, au CIEMAT). Dans les deux cas, le plasma est maintenu confiné par magnétisme.

Je pense que ce qui suit est mieux expliqué sous forme de questions et réponses :

Si tout est si fabuleux, pourquoi n’avons-nous pas déjà l’énergie de fusion ?

La puissance de fusion n’a pas de problèmes physiques fondamentaux, mais elle en a de nombreux d’ingénierie. Le premier et le plus essentiel est obtenir un gain énergétique net, c’est-à-dire que l’on obtient plus d’énergie que ce qui doit être investi pour réaliser la fusion. Mais ce n’est pas le seul : selon les experts, d’importantes améliorations doivent encore être réalisées dans la protection du réacteur contre les neutrons, dans la stabilité du plasma et autres.

Qu’est-ce qui va être annoncé aujourd’hui aux États-Unis ?

Selon ce qui a été divulgué aux médias, ce qui sera annoncé aujourd’hui, c’est que le réacteur expérimental du National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie a réussi à réaliser un gain énergétique net de un. En d’autres termes, l’énergie investie est égale à l’énergie libérée. Ceci est réalisé lorsque le soi-disant allumage par fusion est atteint, moment auquel le processus est auto-entretenu. Mais comme nous le verrons, il y a un petit hic.

Est-ce la première fois que cela est réalisé ?

En fait, non. Déjà en 2021, les chercheurs du NIF ils ont annoncé qu’ils l’avaient atteint et l’ont publié. Mais ensuite ne pouvait pas répéter. On s’attendrait à ce que ce qui va être annoncé aujourd’hui, c’est qu’ils ont finalement réussi à le reproduire. Il faudra attendre les détails.

Le réacteur américain sera-t-il la solution finale ?

Selon les experts, non. Le réacteur LLNL est un type de réacteur différent du tokamak et les stellarator qui n’utilise pas le confinement magnétique du plasma, mais ce qu’on appelle l’inertie. Il s’agit de bombarder une pastille ou un cylindre de combustible au deutérium et au tritium avec des rayons à haute énergie, généralement des lasers. Le NIF utilise 192 lasers simultanés. Mais bien qu’il s’agisse d’une sorte de solution expérimentale valable, elle n’est pas pratique pour les futures centrales électriques commerciales. D’abord, vous devriez faire ces petites boules ou pellets à l’échelle industrielle. Deuxièmement, cela nécessiterait une machine qui les réapprovisionnerait en permanence, avec des lasers tirant par rafales comme des navires de guerre. Guerres des étoiles. Et pour cette petite pastille, comme une épingle, il faut une installation qui occupe tout un bâtiment. Et enfin, il y a aussi le piège.

Quel est le piège?

Le piège est que, comme on pouvait s’y attendre, ce que les chercheurs ont réalisé est un gain d’énergie de un par rapport à l’énergie fournie par les 192 lasers lorsqu’ils tombent sur le pastille. Mais ces lasers sont très inefficaces ; En réalité, l’énergie nécessaire à leur fonctionnement est bien supérieure à celle qu’ils injectent dans le pastille fait de carburant. Si les chiffres ne me trompent pas, je pense que seulement 10% environ de l’énergie des lasers finit par atteindre le pastille. Par conséquent, pour qu’il y ait vraiment un gain d’énergie net dans l’ensemble du processus qui ouvrirait la porte à une utilisation commerciale comme source d’énergie, il faudrait que l’énergie obtenue en fusion soit non seulement égale à celle des lasers, mais aussi de plusieurs fois plus grand.

Quelles sont donc les options les plus proches d’une future puissance de fusion ?

Dans la ville française de Cadarache, il a été construit, pendant tant d’années qu’on ne se souvient même plus combien, ITER, le plus grand tokamak du monde, un projet collaboratif entre l’Union européenne, les États-Unis, la Russie, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée du Sud et la Suisse. ITER ne sera pas une installation commerciale, mais est destiné à être le précurseur de futures installations commerciales. En 2020, l’assemblée a finalement commencé tokamak, et on s’attend à ce qu’il soit terminé et que le plasma commence à être injecté en 2025, même si ces prévisions doivent être prises avec des pincettes. Selon les plans actuels, dans les années 1930, ITER pourrait fonctionner, et on estime que peut-être dans les années 1950, nous pourrions enfin avoir des installations commerciales en fonctionnement.

En dehors de ce que nous savons, il y a ce que nous ne savons pas : les Chinois inconnus. Récemment La Chine a annoncé la construction d’une immense usine qui vise à produire de l’énergie de fusion d’ici 2028. C’est une date que les experts ont considérée comme un fantasme sauvage basé sur les progrès de ces technologies en Occident ; mais vous savez, la Chine est toujours inconnue.

Jusqu’à présent, il fallait s’y attendre de l’annonce de cet après-midi. S’il y a des variations majeures, une mise à jour suivra.

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