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Oct 01, 2023

Ce laboratoire a réalisé une percée étonnante dans le domaine de l'énergie de fusion

Après des générations à essayer de produire la puissance d'une étoile sur Terre, un

Après des générations à essayer de produire la puissance d'une étoile sur Terre, un allumage réussi par fusion nucléaire s'est produit au milieu d'une nuit de décembre et s'est terminé en 20 milliardièmes de seconde.

C'est plus de 100 milliards de fois plus court que le premier vol de 12 secondes des frères Wright - mais un moment bref et brillant qui pourrait avoir des implications encore plus importantes pour l'humanité.

Mais alors que les équipes scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory bourdonnent encore de leur moment Wright-Brothers, nous ne nous souvenons de ce nom que parce que leur troisième vol est resté dans le ciel pendant 39 minutes.

La réaction de fusion nucléaire doit être répétée, étendue et mise à l'échelle avant que les bâtons de comparaison ne soient pris. Et la course est lancée pour que ça marche.

"Mais c'est ce qui le rend si excitant, n'est-ce pas ?" a déclaré la scientifique principale Tammy Ma à CNN. "Le potentiel est si grand pour une énergie propre, abondante, illimitée et abordable. Ce sera difficile. Ce ne sera pas facile. Mais cela en vaut la peine."

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Le bureau de Ma est une boîte géante de lasers de la taille de trois terrains de football dans le coin d'un laboratoire de 7 000 acres à Livermore. Des kilomètres de tubes carrés traversent les hauts plafonds blancs contenant 192 des lasers les plus énergétiques au monde, tous serpentant vers une pièce ronde au centre.

Le milieu même de cette chambre cible devient l'endroit le plus chaud du système solaire à chaque fois qu'ils effectuent une expérience de fusion, et il est recouvert de suffisamment de machines brillantes que JJ Abrams l'a utilisé pour représenter le noyau de distorsion de l'USS Enterprise dans "Stark Trek Into Darkness".

Avec un héritage de retards et de dépassements de coûts, le National Ignition Facility a été surnommé avec ironie le "National Presque Ignition Facility" ou "NAIF" par les critiques du Congrès. Si ce n'était pour son travail d'étude des armes nucléaires sans avoir besoin d'explosions expérimentales, le programme aurait peut-être perdu son financement il y a des années.

Mais maintenant, pour la première fois depuis son lancement en 1997, le National Ignition Facility peut enfin être à la hauteur de son nom. En décembre, 192 des lasers les plus énergétiques au monde ont chauffé une minuscule pastille d'atomes d'hydrogène avec une telle force qu'ils ont fusionné pour créer de l'hélium et, surtout, un excès d'énergie.

Un peu plus de 2 mégajoules d'énergie entrant dans la chambre cible sont devenus 3,15 mégajoules sortants - un gain modeste d'environ 50%, mais suffisant pour entrer dans l'histoire et permettre aux scientifiques de qualifier l'expérience de véritable succès.

Les cinq tentatives depuis ont toutes échoué à le répéter.

"Nous avons beaucoup appris grâce à ces expériences", a déclaré la directrice de Lawrence Livermore, Kimberly Budil, lors d'une célébration de l'allumage de décembre. "Et nous sommes très confiants de revenir au-dessus de ce seuil. Mais c'est encore un projet de R&D à ce stade."

Alors que certains des tirs ratés utilisaient moins de puissance que le tir réussi, d'autres étaient incapables de recréer la précision des capsules de diamant utilisées pour contenir les atomes d'hydrogène.

"Nous avons apporté un certain nombre de modifications pour essayer de compenser le fait que les capsules n'étaient pas parfaites et certaines d'entre elles fonctionnaient mieux que d'autres." dit Budil. "Et donc l'espoir est toujours là. Mais si vous regardez l'historique des expériences que nous avons faites, de très petits changements sur l'entrée entraînent de très grands changements de rendement du côté de la sortie."

"Chaque fois que nous prenons une photo, nous sommes l'endroit le plus chaud du système solaire", a déclaré Ma en pointant du doigt les kilomètres de miroirs qui peuvent amplifier 14 $ d'électricité en une force "mille fois supérieure à la puissance de l'ensemble du réseau électrique américain.

L'installation a été entièrement construite avec une technologie vieille de 20 ans et Ma a déclaré que s'ils devaient la reconstruire aujourd'hui - ou construire une centrale à fusion nucléaire légitime - "vous utiliseriez une nouvelle technologie qui est beaucoup plus efficace, pourrait tirer à des taux beaucoup plus élevés, avec une efficacité plus élevée et une très grande précision. "

Jusqu'à présent, le domaine de la fusion nucléaire a été principalement divisé entre ceux qui utilisent des lasers pour déclencher l'allumage comme une série de pétards, et ceux qui déploient des aimants suffisamment puissants pour soulever un porte-avions afin de contrôler les flux de plasma circulant autour d'une machine en forme de beignet appelée tokamak.

En 2021, des scientifiques travaillant près d'Oxford ont utilisé la méthode de l'aimant pour générer une quantité record d'énergie soutenue pendant cinq secondes.

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"Dans dix ans, ils seront là où nous étions il y a dix ans", a déclaré Bruno Van Wonterghem, directeur des opérations du NIF, signe de la compétitivité croissante de la course à la fusion.

Même avant le coup réussi de décembre, les investissements privés dans la technologie de fusion ont triplé en 2021, avec des dizaines de startups essayant de relever les défis infinis de la fusion de manière novatrice. Une startup de Vancouver tente d'exploiter un tourbillon de métal liquide pour contrôler les neutrons, tandis que des anciens du Lawrence Livermore Lab ont lancé une idée de petits réacteurs à fusion modulaires et comptent Bill Gates et Shell Oil comme investisseurs.

Helion Energy fait les promesses les plus audacieuses du lot de démarrage et attire certains des plus grands bailleurs de fonds de la technologie, y compris un investissement de 375 millions de dollars de Sam Altman, le PDG d'Open AI. Helion affirme que son prototype en forme d'énorme haltère tirera des anneaux de plasma à un million de miles à l'heure et démontrera la capacité de produire de l'électricité par fusion d'ici l'année prochaine.

Après que Microsoft a annoncé mercredi son engagement à lui acheter 50 mégawatts d'électricité en 2028, Helion a déclaré qu'il construirait sa première usine dans l'État de Washington. Mais cet accord d'achat d'énergie de fusion, le premier du genre, est modeste, ne représentant qu'environ 0,04 % de l'énergie propre achetée par Microsoft en 2022.

L'Agence internationale de l'énergie atomique ne s'attend pas à ce que l'électricité issue de la fusion soit produite avant la seconde moitié du siècle, et aussi difficile qu'il soit de contrôler le plasma chauffé par le soleil, il a été tout aussi difficile de contrôler le coût de sa fabrication.

"Pour le moment, nous dépensons énormément de temps et d'argent pour chaque expérience que nous faisons", a déclaré à CNN Jeremy Chittenden, codirecteur du Centre d'études sur la fusion inertielle de l'Imperial College de Londres. "Nous devons faire baisser le coût d'un facteur énorme."

Maintenant qu'ils ont leur moment Wright Brothers, Ma est convaincu que le monde finira par voler, travailler et vivre de la fusion.

"Si nous, en tant qu'États-Unis, décidons que nous allons le faire, nous pouvons le faire. Ce n'est qu'une question de temps. C'est une question d'argent", a déclaré Ma. "C'est un choix que nous devons faire ensemble. Et je crois que nous le verrons dans les prochaines décennies.

"Avec certitude."