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Etats-Unis : un petit pas de plus vers la fusion nucléaire

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La libération de l’énergie, issue du processus de fusion, égale ou supérieure à la quantité d’énergie utilisée pour comprimer le combustible – a longtemps été considérée comme le "Saint Graal" de la science de la fusion inertielle par confinement.

Une étape clé sur le chemin de la fusion est d’obtenir "des gains de combustible", où l’énergie produite par la fusion nucléaire devient supérieure à la quantité d’énergie injectée dans le combustible de fusion.

Bien que l’allumage reste le but ultime, l’étape pour réaliser des "gains de combustible" de plus de 1 a été atteint pour la première fois sur une installation. Dans un article publié le 12 février dans l’édition en ligne de la revue Nature, des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ont détaillé une série d’expériences concernant le National Ignition Facility (NIF), qui montrent une amélioration dans la performance du rendement par rapport aux expériences passées.

"Ce qui est vraiment intéressant, c’est que nous assistons à une augmentation de plus en plus régulière du rendement provenant du processus d’amorçage que nous poussons à l’implosion un peu plus à chaque fois", a déclaré l’auteur principal Omar Hurricane.

L’allumage arrive lorsque des particules alpha, des noyaux d’hélium produits dans le processus de fusion DT, exercent leur énergie sur le combustible deutérium-tritium (DT), plutôt que de s’échapper. Les particules alpha échauffent davantage le combustible, ce qui augmente la vitesse de réaction de fusion, produisant ainsi plus de particules alpha. Ce procédé de contre-réaction est le mécanisme qui conduit à l’allumage. Comme indiqué dans la revue nature, le processus d’amorçage a été démontré dans une série d’expériences dans lesquelles le rendement de fusion a été systématiquement augmenté de plus d’un facteur de 10 par rapport aux approches précédentes.

"Nous mettons la capsule qui contient le combustible – une couche microscopique de deutérium et de tritium glacés – dans un cylindre d’un centimètre de long, puis nous effectuons un tir au laser pour déclencher la fusion", a ajouté Debbie Callahan, physicienne au NIF.

Comprimée par ce bombardement, la capsule devient 35 fois plus petite, "comme si on débutait l’expérience avec un ballon de basket et que l’on finissait avec un petit pois, à un point tel qu’elle implose et que le combustible s’effondre sur lui-même pour fusionner", a expliqué la chercheuse. "La pression générée sur ce tout petit point est 150 milliards de fois plus forte que celle de l’atmosphère terrestre, avec une densité 2,5 à 3 fois supérieure à celle qui règne au coeur du Soleil", a précisé à son tour Omar Hurricane.

La série expérimentale a été conçue avec soin afin d’éviter une rupture de la coque en plastique qui entoure et enferme le combustible DT. Il a été émis l’hypothèse que cette rupture était la source d’un rendement dégradé de fusion, observé lors des expériences passées. En modifiant l’impulsion laser utilisée pour comprimer le carburant DT, l’instabilité qui provoquait cette déchirure a été supprimée. Les rendements plus élevés ainsi obtenus ont confirmé l’hypothèse, et démontré l’apparition de l’allumage.

Les résultats expérimentaux ont identifié de meilleures simulations que les expériences informatiques précédentes, fournissant un point de référence important pour les modèles utilisés afin de prédire le comportement de la matière dans des conditions similaires à celles générées lors d’une explosion nucléaire, un objectif principal du NIF.

La mission principale du NIF est de fournir un aperçu expérimental de la fusion nucléaire contrôlée. Cette expérience représente donc une étape importante dans la démonstration que le stock peut être conservé en lieu sûr, sécurisé et fiable sans un retour à des essais nucléaires. L’allumage physique et la performance jouent également un rôle clé dans les sciences fondamentales, et pour les applications d’énergie potentielle.

"Il y a encore du travail à faire et des problèmes physiques qui doivent être résolus avant d’arriver au bout", a déclaré Omar Hurricane, "mais notre équipe travaille à relever tous ses défis, et c’est de quoi, l’équipe scientifique se nourrit."

En France, une installation similaire au NIF est en cours de construction. Il s’agit du Laser Mégajoule basé près de Bordeaux qui devrait être mis en service avant la fin de l’année par le CEA.

Qu’est-ce que la fusion ?

"La fusion est la réaction qui se produit au cœur du Soleil et des étoiles. Ce que nous percevons sous la forme de lumière et de chaleur est le résultat de cette réaction. Au cours de ce processus, des noyaux d’hydrogène entrent en collision et fusionnent pour donner naissance à des atomes d’hélium plus lourds, libérant de considérables quantités d’énergie."

"La fusion nucléaire est une option énergétique prometteuse à long terme, dont les principes sont connus depuis longtemps."

Les combustibles de la réaction de fusion

"Diverses associations d’isotopes d’éléments légers sont susceptibles de produire une réaction de fusion. Toutefois, dans les machines de fusion, c’est la réaction deutérium-tritium (D-T) qui se révèle la plus efficace. ITER et la future centrale de démonstration DEMO utiliseront cette combinaison d’éléments pour réaliser la réaction de fusion."

"Pour obtenir du deutérium, il suffit de distiller de l’eau, qu’il s’agisse d’eau douce ou d’eau de mer. Cette ressource est largement disponible et quasiment inépuisable. Un litre d’eau de mer contient 33 milligrammes de deutérium que l’on extrait de manière routinière à des fins scientifiques et industrielles."

"Le tritium est l’isotope radioactif de l’hydrogène. Sa désintégration est rapide et il n’est présent dans la nature qu’à l’état de traces. Le tritium peut toutefois être produit par l’interaction d’un neutron et d’un atome de lithium. Dans ITER, ce mode de génération du lithium sera exploré de manière expérimentale."

Quid du projet ITER

Le développement de la fusion contrôlée par confinement magnétique met en oeuvre des solutions de haute technologie et une compréhension fine de la physique du plasma et de ses interactions avec l’enveloppe du réacteur.

L’Europe, le Japon, la Chine, la Corée du Sud, les Etats-Unis, l’Inde et la Russie se sont associés dans le projet ITER.

La machine en cours de construction à Cadarache (France) devra intégrer les avancées technologiques et scientifiques et faire la preuve intégrée de leur faisabilité, avant le développement du premier réacteur.


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    11 Commentaires sur "Etats-Unis : un petit pas de plus vers la fusion nucléaire"

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    Pastilleverte
    Invité

    vive le nucléaire… de fusion ! La vraie « enr » de l’avenir… Noter le nom su scientifique : hurricane, ça ne s’invente pas .

    oeildecain
    Invité

    Aussi bien la fission que la fusion auront beaucoup de mal à lutter contre les équipements à soleil ou vents dont les structures sont amortissables sur 33% de la durée de vie … Inutile d’insister !

    oeildecain
    Invité

    Aussi bien la fission que la fusion auront beaucoup de mal à lutter contre les équipements à soleil ou vents dont les structures sont amortissables sur 33% de la durée de vie … Inutile d’insister !

    gaga42
    Invité

    N’oublions pas que l’objectif « primaire » du LLNL (tout comme de MegaJoule en France) est l’étude de la bombe thermonucléaire…

    Luis
    Invité

    ¤ Dans moins d’un siècle, on saura si la fusion nucléaire est réalisable à une échelle commerciale. Mais le coût sera-t-il inférieur à celui des énergies renouvelables complétées par du stockage ? Y compris les stockage saisonnier de la chaleur. Sans oublier qu’il y a aussi de gros déchets, provenant de la paroi en particulier.

    Bachoubouzouc
    Invité
    @ oeildecain : La fusion commence à peine à être pratiquée à titre expérimental que vous voulez déjà en sortir ? Sans rien savoir dessus ? Admettez donc que votre phobie du nucléaire est obsessionnelle… @ Luis : Vos questions sont tout à fait légitimes. Mais à mon avis, à très long terme la question financière ne se pose pas vraiment : L’humanité progresse en consommant de plus en plus d’énergie. Pour vivre mieux, mais surtout pour se déplacer beaucoup plus, pour repousser les frontières. Dans un siècle, l’humanité n’aura plus besoin des énergies fossiles et ça sera très bien.… Lire plus »
    Verdarie
    Invité

    La libération de l’énergie, issue du processus de fusion, égale ou supérieure à la quantité d’énergie utilisée pour comprimer le combustible – a longtemps été considérée comme le « Saint Graal » de la science de la fusion inertielle par confinement. Tiens, c’est bizarre j’ai toujours entendu dire qu’une telle machine était utopique ?…. N’est ce pas là ce qu’on appelle le mouvement perpétuel ? Tant décrié par ceux qui pense pour les autres ?

    Herve
    Invité

    Je crois que vous confondez, la compression fait monter la température pour atteindre la fusion, puis ca pete et libère plus d’energie.On ne peut donc conclure comme ça directement. C’est un peu comme le moteur diesel, on consomme de l’énergie pour comprimer l’air qui s’echauffe suffisament pour provoquer l’autoenflamation du combustible etensuite libérer toute l’energie. Mais ça n’a rien a voir avec le mouvement perpetuel ou il n’y a aucun apport d’énerigie et qui par consequent ne peut pas fonctionner.

    Maitreludard
    Invité
    La seule chose qui soit certaine, c’est que quoi qu’il arrive la fusion nucléaire exploitable arrivera bien trop tard pour jouer un vrai rôle dans le remplacement des énergies fossiles en pleine déplétion. L’échéance c’est demain. À la vitesse où vont les choses, 2100 pourrait être dans 1000 ans que cela ne changerai pas la donne. À cette échelle de temps nous sommes dans la science fiction. Car, nous n’avons aucun moyen de savoir comment va se dérouler le XXIème siècle : le siècle des énergies de plus en plus chère par tête de pipe. Nous ne sommes même pas… Lire plus »
    Pastilleverte
    Invité
    La solution réside encore et toujours dans l’optimisation du « mix énergétique ». Seul petit bémol, personne ne connait ou ne peut prédire à quelque échéance que ce soit quelle est, si je peux dire, l’optimum de cette « optimisation ». Le nucléaire a encore de beaux jours devant lui, et tant mieux si c’est petit à petit et dans ? décennies la fusion plutôt que la fission, ou alors la fission avec du thorium, bien moins risqué en terme de prolifération et de déchéts. Les « fossiles » resteront encore quelques décennies prédominants, même si leurs prix devrait suivre une pente ascendante régulière. A ce… Lire plus »
    oeildecain
    Invité
    A Bachou le rêveur … Je ne suis pas du tout antinucléaire, et y ai travaillé à 2 reprises dans ma vie professionnelle … Mais par contre, depuis l’avènement des ENR, je n’y crois plus du tout : mais surtout par l’impératif économique ……………………. Les fossiles et le nucléaire ne peuvent qu’augmenter, alors que les ENR ne peuvent que baisser … Et un fois les 66% de leur coût principal amorti comptablement, aucune autre énergie ne pourra lutter en prix de revient, car la notion de danger n’implique pas forcément de tout reconstruire ! En cas d’erreur de ma part,… Lire plus »
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