Tout près du soleil et de l’énergie du futur

En son cœur, les conditions extrêmes amènent les noyaux des atomes en fusion, libérant une immense quantité d’énergie : c’est la fusion thermonucléaire.

Patrizio Antici, professeur au Centre Énergie Matériaux Télécommunications de l’INRS, explique que les physiciens font un grand effort pour reproduire ce phénomène grâce à des lasers d’intensité ultraélevée. Le professeur Antici, qui scrute les interactions entre les lasers et la matière et s’intéresse plus particulièrement aux faisceaux de particules générés par laser, contribue à la quête de l’énergie du futur.

Occupant les cerveaux des scientifiques depuis les années 1950, la fusion thermonucléaire permettrait de produire une énergie propre, utilisant une très petite quantité de matière première, produisant peu de déchets et aucun gaz à effet de serre. Grâce à elle, un litre d’eau de mer donnerait l’énergie de 300 litres d’essence, et le paysage énergétique mondial pourrait changer.

Lasers sans frontières

À travers ses lunettes protectrices bleutées, on lit l’enthousiasme du professeur Antici. Le Laboratoire de sources femtosecondes (Advanced Laser Light Source, ou ALLS) grouille de collaborateurs qui, dans la pénombre intentionnelle, s’affairent à assembler toute une quincaillerie de miroirs, de lentilles, de capteurs et d’instruments de diagnostic : le professeur Jean-Claude Kieffer de l’INRS, qui dirige le grand projet de développement d’un laser à électron libre femtoseconde, mais aussi Julien Fuchs du LULI à Palaiseau, Emil Hallin, du Centre canadien de rayonnement synchrotronà Saskatoon, l’astronaute Steven MacLean, professeur invité à l’INRS, et nombre d’autres.

Leur jeu de Meccano® pour scientifiques est en constant changement dans le but de demeurer à la fine pointe de la recherche. « Pour développer des applications, il faudrait s’arrêter à un stade de la recherche et se concentrer sur un but, raconte Patrizio Antici. Mais ici, à l’INRS, avec notre approche tellement diversifiée, on est dans la bulle des idées multidisciplinaires. Nous sommes bien en avance sur plusieurs projets en développement actuellement dans le monde. En plus des possibilités énergétiques, les recherches de cet expert des protons contribuent à la conception de systèmes de radiographie de la matière dense et éventuellement d’imagerie médicale. »

« L’INRS a une belle infrastructure laser, incluant le laboratoire ALLS où nous nous trouvons, dont le laser a des impulsions ultrarapides. En bombardant une cible, ce dernier permet entre autres d’accélérer des particules, explique Patrizio Antici. En plus, l’énergie déposée par des particules produites par laser, comme les protons, concentrée sur une minuscule surface pendant une période très brève, génère un état de la matière qui n’existe pas habituellement sur terre! »

En effet, un corps qui demeure solide à une température de 20 000 °C, c’est très inhabituel. Il s’agit d’un état qu’on retrouverait plutôt au cœur du Soleil. Avec ce type de laser, on peut comprendre certains mystères de l’état de la matière au cœur des étoiles, et faire en quelque sorte de l’astrophysique dans le laboratoire.

[ Le professeur Patrizio Antici ]

Dompter l’énergie du Soleil

Dans un contexte où la puissance des lasers a atteint des sommets au cours des dernières années, et alors que la limite de l’impulsion infiniment courte a également été repoussée, les possibilités expérimentales des lasers sont très vastes et permettent les rêves les plus fous. Comme de simuler la puissance du Soleil pour produire de l’électricité. D’immenses installations planifient des expériences pour réaliser cet exploit. Par exemple, au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie, on illuminera très brièvement une cible minuscule avec 192 lasers d’une puissance totale de 500 térawatts, espérant observer la fusion thermonucléaire. Ce phénomène équivaut à créer une étoile miniature, une source d’énergie d’une extrême puissance et d’une extraordinaire pureté.

Patrizio Antici, qui a participé à plusieurs expériences laser dans ce laboratoire de grande renommée, contribue à cette aventure. « Il s’agit d’un de ces immenses défis scientifiques qui se réalisent grâce à la collaboration d’un très grand nombre de chercheurs, raconte-t-il. On fractionne d’abord le gigantesque casse-tête d’une ambitieuse expérience en plus petits problèmes, mais on ne démarre pas l’imposante machine du LLNL chaque fois qu’on se pose une question. On fait plutôt appel aux infrastructures plus “légères”, comme la nôtre! »

[ Caméra d’imagerie pointée vers le centre de la chambre expérimentale (Advanced Laser Light Source, ALLS) ]

Une liberté expérimentale sans égale

Car l’échelle à laquelle le professeur et ses collaborateurs travaillent à l’INRS a un grand avantage. Avec quelques personnes seulement, et dans un laboratoire de 150 mètres carrés, on peut contrôler une expérience de A à Z : la préparation théorique, le montage, le déroulement, l’analyse des données et la publication. Cela donne une liberté expérimentale qui n’est pas à la portée des chercheurs des plus grandes infrastructures, et qui peinent à garder une vue d’ensemble des projets.

« Les applications laser sont en croissance, et la fusion thermonucléaire n’est qu’un exemple des grands défis qu’on est en voie de relever. À travers le monde, il y a de nombreuses installations expérimentales, toutes différentes, qui apportent chacune leur contribution à des questions d’énergie, d’imagerie biomédicale et de physique des particules », soutient le professeur de l’INRS, qui apprécie la diversité et navigue d’un projet à l’autre, sans cesse. Après tout, si les scientifiques réussissent à créer des étoiles pour nous donner de l’énergie, il faudra bien les occuper à autre chose ensuite. Et c’est cet ensuite qui fait rêver Patrizio Antici. ?

Le professeur Patrizio Antici est photographié dans le Laboratoire de sources femtosecondes de l’INRS (Advanced Laser Light Source, ALLS).