Demain, le département américain de l’énergie devrait annoncer que l’ère de l’énergie de fusion est enfin arrivée : des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory, en Californie, ont généré de l’énergie avec une réaction de fusion nucléaire contrôlée. Il a déjà été salué comme un moment de transformation, alors même que la nature et la réalité de cette transformation sont presque impossibles à discerner.
Comme l’a signalé pour la première fois hier le Financial Times, la secrétaire à l’Énergie, Jennifer Granholm, devrait annoncer que des chercheurs ont déclenché une petite réaction de fusion qui produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Le gouvernement fédéral appelle cela «une percée scientifique majeure», et si les rumeurs sont vraies, cette description sera en quelque sorte justifiée. Pendant une bonne partie d’un siècle, les scientifiques ont essayé d’utiliser la puissance de la fusion – le processus nucléaire qui fait briller le soleil – pour fournir une source d’énergie quasi illimitée. Mais il faut une énorme quantité d’énergie pour mettre en place la réaction : pour créer la chaleur et la pression énormes nécessaires pour que les atomes légers se collent ensemble – pour fusionner – et libèrent l’énergie stockée dans leur masse. Jusqu’à présent, les physiciens et les ingénieurs n’avaient réussi à produire plus qu’ils n’avaient investi uniquement en déclenchant des réactions de fusion incontrôlées dans certains types d’armes nucléaires ; personne n’a encore prétendu le faire en laboratoire.
La justesse de l’affirmation des scientifiques de Livermore n’est pas encore claire. (Lorsque cette histoire a été publiée, ni le laboratoire de Livermore ni le ministère de l’Énergie n’avaient répondu aux demandes de commentaires.) Leur dispositif d’énergie de fusion, la National Ignition Facility de plusieurs milliards de dollars, jouait la défense dès le départ. Sur le papier, le plan semblait génial, bien qu’ambitieux : utiliser d’énormes lasers de la taille d’un bâtiment pour concentrer l’énergie lumineuse sur une cible à peu près de la taille d’un BB, la comprimant et la chauffant et faisant fusionner son contenu. Cependant, les expériences laser précédentes à Livermore n’avaient pas fourni les résultats de fusion promis, et un certain nombre de scientifiques étaient sceptiques quant à la capacité de l’installation à atteindre « l’allumage », défini comme générant plus d’énergie à partir de la fusion que celle contenue dans les faisceaux laser. Les partisans du NIF se sont tournés vers un ensemble top secret d’expériences nucléaires des années 1980 appelé Halite / Centurion – dans lequel les rayons X des explosions nucléaires souterraines brillaient sur des capsules cibles tout aussi minuscules – pour étayer leur argument selon lequel le NIF permettrait, en effet, d’obtenir l’allumage . Mais les résultats de ces expériences sont classifiés, et quelques initiés avec l’autorisation requise ont exprimé leurs inquiétudes. « Quelque chose qui fonctionnait à l’échelle Halite/Centurion ne fonctionnerait pas nécessairement à l’échelle NIF », a déclaré Ray Kidder, un concepteur d’armes, à un historien en 2008. « Ils ne voulaient pas que cela soit dit. »
Néanmoins, la première pastille cible a été témoin de la puissance de feu d’une installation d’allumage entièrement armée et opérationnelle en 2010. Les scientifiques du NIF étaient convaincus d’un succès rapide. Siegfried Glenzer, le chef du groupe de physique des plasmas de Livermore à l’époque, a dit à la presse de s’attendre à un allumage plus tard cette année. Cela ne s’est pas produit. Cela ne s’est pas produit non plus au cours de l’exercice suivant, comme promis en 2011 par Parney Albright, alors chef de Livermore. Cela ne s’est pas produit non plus dans les six à 18 mois suivants, comme l’a dit le chef du NIF de l’époque, Ed Moses, « avec une certaine confiance » en 2012 ; à l’époque, le mot officiel était que Livermore était « très proche » de cette réalisation.
Cependant, Tantalus n’a jamais pu manger. Le succès est resté hors de portée et la «campagne nationale d’allumage» à grande échelle a été un échec. Pourtant, vous ne l’auriez pas su par les gros titres qui ont fait le tour du monde en 2014, lorsque le NIF a déclaré la victoire en affirmant avoir extrait l’énergie nette du combustible de fusion. Monde de la physique l’a même nommée l’une des 10 meilleures percées de l’année. Ce n’était rien de plus qu’une astuce comptable : au lieu de comparer l’énergie de fusion produite avec l’énergie des faisceaux laser entrants, Livermore l’avait comparée à la petite fraction de l’énergie du faisceau laser qui a frappé la chambre cible, a été convertie en X- rayons qui brillaient sur la cible et étaient finalement absorbés par le carburant, c’est-à-dire environ 1 % du total. Jouer avec le dénominateur a transformé un échec à 99 % en une victoire à 100 %.
Lorsque les gros titres se sont estompés, le NIF a continué à traîner, consommant de l’énergie et de l’argent. Ce n’est que l’année dernière que ses scientifiques sont parvenus à une distance respectable de l’allumage. À la mi-2021, un tir a produit 1,3 mégajoules d’énergie de fusion, plus de la moitié de ce qui est contenu dans les faisceaux laser d’environ 2 mégajoules. Cela aussi a été présenté comme une percée, et celle que les scientifiques de Livermore désigneront plus tard comme une « preuve d’existence » de l’allumage en laboratoire. » Une fois de plus, cependant, leur affirmation était basée sur un tour de passe-passe, utilisant une définition légèrement différente de l’allumage pour donner l’impression que NIF avait finalement été à la hauteur de son deuxième prénom. (Sur Twitter, le NIF a affirmé que son critère restait le même: « Le ‘poteau de but’ pour l’allumage n’a jamais bougé. »)
Cela nous amène à l’annonce de demain. Selon le FT, un tir NIF a finalement généré plus d’énergie que celle contenue dans les faisceaux laser – environ 2,5 mégajoules en sortie, contre 2,1 mégajoules en entrée. Si c’est vrai, cela répondrait à la définition classique de l’allumage utilisée pendant des décennies plutôt qu’aux ad hoc Scientifiques de Livermore ont cherché à cacher leurs échecs au fil des ans ; Le NIF aurait véritablement atteint son objectif, bien qu’avec plus d’une décennie de retard. Plus de faux jusqu’à ce que vous le fassiez : ce serait sans doute la première production d’énergie de fusion nette produite en dehors d’un essai d’armes nucléaires.
Cependant, les véritables implications de l’allumage honnête à Dieu au NIF sont beaucoup plus subtiles qu’on pourrait le penser. Même si le NIF est capable de reproduire le tir, d’en effectuer des similaires de manière cohérente et finalement d’augmenter le rendement de cinq ou dix fois, l’expérience est toujours une impasse en ce qui concerne la production d’énergie significative. Deux mégajoules représentent environ la quantité d’énergie libérée en brûlant un petit morceau de bois d’allumage, donc des milliers et des milliers de ces tirs par jour seraient nécessaires avant que la production d’énergie ne devienne utilisable de quelque manière que ce soit. Malheureusement, les lasers du NIF utilisent d’énormes dalles de verre qui mettent des heures à refroidir entre les tirs ; en d’autres termes, ils ne sont tout simplement pas à la hauteur de la tâche. (En fait, le NIF n’a jamais été censé être un projet d’énergie de fusion, mais un projet conçu pour la recherche sur les armes – une tout autre histoire.)
Si la réalisation est authentique (et que le NIF n’a pas encore bougé les poteaux de but), cela signifie que – à tout le moins – le NIF a atteint son objectif nominal : l’allumage tel que les scientifiques l’ont défini il y a quelques générations. Mais cette définition est indépendante des réalités de la production d’électricité. L’équation « plus d’énergie sortante que d’énergie laser entrante » masque plusieurs problèmes fondamentaux. Les lasers à verre dopé du NIF ont une efficacité d’environ 0,5%, ce qui signifie qu’ils auraient aspiré environ 400 mégajoules d’énergie du réseau afin de produire les 2,1 mégajoules d’énergie lumineuse qui ont finalement produit les 2,5 mégajoules d’énergie de fusion. Cela n’est pas pris en compte dans le calcul du « seuil de rentabilité ». Pas plus que la grande quantité d’énergie (et de temps et d’argent) nécessaire pour fabriquer chaque cible. Même si nous pouvions collecter toute l’énergie de fusion générée avec une efficacité parfaite et la convertir en puissance utilisable (ce que nous ne pouvons pas), cela nous amène à beaucoup, beaucoup moins de 1% du chemin vers une véritable production nette d’énergie à partir de NIF. meilleure réaction de fusion.
Cela ne veut pas dire que la réalisation n’a pas de sens. Si le NIF a vraiment produit 2,5 mégajoules d’énergie de fusion à partir d’un faisceau laser de 2,1 mégajoules, ce sera une véritable victoire, et pas seulement parce que c’est une expérience de plusieurs milliards de dollars qui a finalement cessé d’échouer à atteindre son objectif de conception. Mais cela ressemble moins à un moment Kitty Hawk qu’à une expérience de laboratoire démontrant que l’air circulant sur une aile peut produire un peu de portance. Le travail n’aborde aucun des innombrables autres problèmes scientifiques, techniques et de conception qui devraient être résolus avant que nous puissions vraiment décoller du sol et affirmer que nous avons produit plus d’énergie avec la fusion que nous n’en avons consommé. Pourtant, c’est une réalisation symbolique et les symboles, eux aussi, devraient être célébrés.