La fusion nucléaire: un rêve de 60 ans… pas avant 50 ans

Une «percée historique». Une «révolution» pour la production d’énergie. Les superlatifs n’ont pas manqué autour du dévoilement, cette semaine, de la première fusion nucléaire jamais réussie en laboratoire.

Mais avant d’espérer voir de l’électricité produite à grande échelle grâce à la fusion nucléaire, il faudra compter non pas des années, mais des décennies.

C’est l’avertissement que lançaient tous les experts mardi, alors que chacun essayait de comprendre la signification de cet exploit — et alors que plusieurs médias évoquaient très prématurément la réduction des gaz à effet de serre.

Création d’énergie

Ce qui s’est passé: pour la première fois de l’Histoire, une expérience de fusion nucléaire en laboratoire a produit plus d’énergie qu’il ne lui en a fallu. Elle a reproduit, littéralement, ce qui fait briller une étoile, soit la fusion nucléaire.

Dans les conditions de chaleur et de pression gigantesques qui sont propres au cœur des étoiles, les atomes d’hydrogène fusionnent entre eux pour former de l’hélium, libérant ce faisant une immense quantité d’énergie.

Et c’est ce qui s’est passé à 1 heure du matin, le 5 décembre, au Laboratoire national Lawrence Livermore (LNLL), en Californie. 192 lasers ont envoyé l’équivalent de 2,05 mégajoules d’énergie sur une capsule de la taille d’un dé à coudre contenant de l’hydrogène.

La chaleur ainsi générée (150 millions de degrés) a provoqué la fusion des atomes d’hydrogène, produisant 3 mégajoules d’énergie — soit un gain net.

Énergie infinie

Ce que cela signifie: c’est une énergie qui, en théorie, coûterait beaucoup moins cher que toutes les formes d’énergie connues, pourrait se poursuivre indéfiniment — comme dans une étoile — et ne produirait ni déchets radioactifs ni gaz à effet de serre.

Un gros bémol: cette libération d’énergie a duré un minuscule moment — moins d’un milliardième de seconde.

Et il a fallu pour cela les lasers les plus puissants du monde, formant une installation de la taille d’un stade sportif (National Ignition Facility) qui a coûté 3,5 milliards $ et qui poursuit cet objectif depuis 2009.

Un autre gros bémol: la chaleur en question est telle que l’opération ne peut être répétée qu’après six heures — le temps nécessaire à refroidir les lasers, selon le communiqué émis par le LNLL.

Des millions de degrés Celsius

Comme le résume le physicien australien Ian Lowe dans Live Science, «le gros problème technique est de maintenir une masse de plasma à une température de plusieurs millions de degrés pour permettre la fusion, tout en extrayant assez de chaleur pour fournir assez d’énergie. Je n’ai pas vu de schéma crédible d’un réacteur à fusion qui atteigne ce but.»

Un bémol encore plus gros: il n’est pas entièrement exact de dire que l’équipe n’a eu besoin que de 2,05 mégajoules d’énergie pour produire 3 mégajoules d’énergie. Dans les faits, l’électricité nécessaire rien que pour faire fonctionner ces 192 lasers, s’élève à 300 mégajoules. La marche est encore haute.

Expériences de physique fondamentale

Il faut rappeler que le National Ignition Facility est une installation conçue pour faire des expériences de physique fondamentale, pas pour produire de l’électricité.

Même en termes d’applications pratiques, l’avancée de cette semaine risque de servir aux militaires avant de se retrouver dans le réseau électrique. Ce qui s’est passé au NNLL peut servir à simuler ce qui se passerait dans la tête armée d’un missile nucléaire, à une échelle beaucoup plus réduite.

Pourquoi alors toute cette excitation? À la différence de la fission nucléaire, qui est la source d’énergie des centrales nucléaires, la fusion est restée depuis 60 ans le Saint-Graal de la physique. C’est-à-dire un rêve, un espoir, mais toujours relégué à un futur indéterminé.

Rien qu’au sein de cette installation californienne, c’est depuis 2009 que scientifiques et ingénieurs progressent à petits pas. Le premier «succès», en 2014, consistait en une production d’énergie de l’ordre de ce qu’une ampoule électrique consomme pendant 5 minutes.

En août 2022, pour la première fois, l’énergie produite avait atteint le seuil des 70% de l’énergie des lasers.

Pas avant les années 2060 ou 2070

Combien de décennies? Peut-être cinq, spécule la directrice du LNLL, Kimberly S. Budil.

Il ne faut pas s’attendre à ce que la fusion nucléaire joue un rôle significatif dans la production mondiale d’énergie avant les années 2060 ou 2070, renchérissait sur les ondes de la radio NPR l’ingénieur nucléaire britannique Tony Roulstone.

Et encore, le laser n’est pas la seule piste poursuivie par la physique nucléaire. Ces dernières décennies, on a plus souvent entendu parler de la méthode dite du confinement magnétique.

Un projet en ce sens de centrale nucléaire expérimentale, ITER, est en construction en France depuis 15 ans. Là aussi, les experts décrivent des étapes de développement qui sont étalées sur quelques décennies.