Deux des plus grands experts danois de l’énergie de fusion commentent les résultats surprenants de la recherche américaine.
Le 5 décembre 2022, un groupe de chercheurs américains du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie réussit pour la première fois à créer plus d’énergie à partir d’un processus de fusion que celui utilisé pour démarrer le processus.
DTU possède son propre tokamak, qui est utilisé pour des expériences liées à la recherche sur l’énergie de fusion. Crédit image : DTU
Deux des plus éminents experts danois en énergie de fusion, le chercheur principal Søren Bang Korsholm et le professeur associé Stefan Kragh Nielsen du DTU, expliquent pourquoi le résultat est si intéressant.
À la mi-décembre 2022, un résultat de recherche américain sur l’énergie de fusion a attiré l’attention au Danemark et à l’étranger. Pourriez-vous décrire brièvement ce que les chercheurs ont réalisé?
Des chercheurs américains ont obtenu des résultats remarquables dans le domaine de l’énergie de fusion, suscitant des attentes quant au moment où l’énergie de fusion pourra devenir une réalité.
En bref, l’énergie de fusion est une copie des processus qui se produisent dans le soleil et lui font produire de la lumière et de la chaleur. L’énergie de fusion se produit lorsque les atomes fusionnent et ne doit pas être confondue avec l’énergie de fission, qui se produit dans une centrale nucléaire où de très gros atomes sont divisés.
Lorsque les atomes fusionnent dans le processus de fusion, un grand volume d’énergie est libéré qui peut être utilisé pour générer de l’électricité.
La recherche sur l’énergie de fusion est menée depuis plusieurs décennies. Le résultat du Lawrence Livermore National Laboratory est significatif car les chercheurs ont réussi pour la première fois à utiliser la fusion pour créer plus d’énergie qu’il n’en a fallu pour la fabriquer.
Comment les chercheurs américains sont-ils parvenus au résultat ?
Dans l’expérience américaine, 2,05 mégajoules ont été utilisés pour démarrer la fusion. Il en est résulté une sortie de 3,15 mégajoules. Ce n’est pas un grand volume d’énergie. Elle est à peu près égale à l’énergie nécessaire pour faire bouillir un litre d’eau. Mais l’important est le taux de sortie 1,5 fois supérieur à celui utilisé pour créer les processus de fusion.
Les chercheurs américains travaillent avec une technologie d’énergie de fusion appelée ‘fusion par confinement inertiel’ ou fusion laser. La technologie utilise des lasers plus puissants visant une pastille de combustible d’isotopes d’hydrogène. Dans l’expérience américaine, un total de 192 lasers et une « gouttelette » d’hydrogène de la taille d’un grain de poivre ont été utilisés.
Les couches externes de la pastille sont chauffées à des températures très élevées par les lasers, ce qui les amène à se dilater et à presser les atomes intérieurs ensemble. Cela crée une fusion, dans laquelle les atomes fusionnent, libérant un volume d’énergie élevé. La technologie nécessite une très grande précision et ne dure que quelques nanosecondes. En d’autres termes, les lasers ont été utilisés pour créer – très brièvement – des conditions similaires à celles au centre d’une étoile/du soleil.
En tant que chercheurs au Danemark, par exemple ici à DTU, vous travaillez avec une autre technologie d’énergie de fusion. Pourquoi n’utilisez-vous pas la même technologie, qui semble avoir du succès ?
Il existe deux technologies pour créer de l’énergie de fusion. L’une est la « fusion par confinement inertiel », que les chercheurs américains ont utilisée. L’autre technologie consiste à utiliser la «fusion par confinement magnétique», qui a généralement lieu dans un réacteur appelé tokamak.
Grâce à cette technologie, le carburant (un plasma formé par des isotopes d’hydrogène) est chauffé jusqu’à 200 millions de degrés Celsius, tout en le maintenant flottant dans un puissant champ magnétique renfermant une grande chambre à vide. La température est 10 à 15 fois supérieure à celle du noyau du soleil et provoque la fusion des atomes.
Au Danemark, en Europe et en Asie, nous avons généralement utilisé la technologie du tokamak pour essayer de créer de l’énergie de fusion. La technologie Tokamak permet de maintenir plus longtemps le plasma à la température souhaitée. À long terme, il sera donc également possible de faire évoluer la technologie afin qu’elle ne soit pas seulement utilisable par les chercheurs dans les laboratoires, mais qu’elle soit développée en véritables centrales électriques pouvant fonctionner en continu et alimenter la société en énergie.
Au début de l’année, un résultat très médiatisé du laboratoire paneuropéen JET au Royaume-Uni, qui utilise la technologie tokamak, a été très médiatisé. De quelle percée s’agissait-il, et est-ce comparable à la découverte américaine ?
En février 2022, des chercheurs européens (dont danois) ont réussi à utiliser le tokamak JET, situé à Oxford, pour produire 59 mégajoules d’énergie en maintenant le plasma allumé pendant cinq secondes. Le plus grand volume d’énergie de fusion jamais créé dans un laboratoire. Les 59 mégajoules sont près de 20 fois plus que l’énergie créée par les chercheurs américains utilisant la « fusion par confinement inertiel ».
Les résultats des recherches du JET confirment davantage les codes de modélisation utilisés pour prédire les performances des futures expériences et centrales électriques, comme ITER.
Un tokamak géant, ITER, est actuellement en construction dans le sud de la France, soutenu par un total de 35 pays, dont le Danemark. Quand pensez-vous que ce projet produira des résultats ? Et peut-on risquer que la construction d’ITER – à hauteur de 150 milliards de DKK – se révèle être un investissement raté, car, à l’avenir, la puissance de fusion reposera sur la fusion par confinement inertiel ?
ITER sera le plus grand tokamak du monde. Pas moins de 35 pays sont à l’origine de cet immense projet de recherche énergétique, dont tous les États membres de l’UE, la Suisse, le Royaume-Uni, la Chine, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie et les États-Unis.
ITER décuplera le volume d’énergie généré par la fusion par rapport à l’énergie utilisée pour chauffer le combustible (soit un facteur 10, là où les résultats américains étaient d’un facteur 1,5). Et il convient de noter que c’est avec le tokamak en fonctionnement jusqu’à une heure à la fois.
ITER est encore en construction et devrait être achevé dans les 4 à 5 prochaines années et être en mesure de fournir les résultats souhaités vers 2035. Cependant, il est important de souligner qu’ITER est un projet de recherche où de nouvelles opportunités peuvent émerger qui nécessitent à saisir en cours de route.
Le récent résultat américain avec la technologie de confinement inertiel est impressionnant. Pour autant, cela ne change pas le potentiel de la technologie tokamak, qui semble plus adaptée comme future centrale électrique. Nous ne doutons donc pas qu’ITER est un investissement judicieux dans la recherche sur l’énergie de fusion et contribuera à garantir l’avenir de l’énergie verte dans le monde.
Source: DTU
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