La fusion nucléaire, source d’énergie propre et inépuisable, suscite l’intérêt des scientifiques depuis des décennies. Parmi les différentes approches explorées, la technologie développée par Zap Energy se distingue par sa simplicité et son efficacité. Leurs récents résultats, publiés dans la revue Physical Review Letters, marquent une étape cruciale vers la production d’énergie de fusion à l’échelle commerciale.
Un plasma de fusion à des températures record
L’expérience Fusion Z-pinch (FuZE) de Zap Energy a réussi à générer un plasma de fusion avec des températures électroniques comprises entre 11 et 37 millions de degrés Celsius. Cette prouesse a été réalisée dans un dispositif de taille modeste, démontrant ainsi l’efficacité de leur approche unique, connue sous le nom de Z pinch stabilisé par écoulement cisaillé.
Ben Levitt, vice-président de la R&D chez Zap, souligne l’importance de ces résultats : « Ce sont des mesures méticuleuses et sans équivoque, réalisées sur un dispositif d’une échelle incroyablement modeste par rapport aux normes traditionnelles de la fusion. Nous avons encore beaucoup de travail devant nous, mais nos performances à ce jour nous ont permis de nous hisser au niveau des dispositifs de fusion les plus réputés au monde, avec une grande efficacité et à une fraction de la complexité et du coût. »
Une technologie basée sur le Z pinch
La technologie de Zap Energy repose sur un schéma simple de confinement du plasma appelé Z pinch, où de forts courants électriques sont canalisés à travers un mince filament de plasma. Le plasma conducteur génère ses propres champs électromagnétiques, qui le chauffent et le compriment.
Bien que la fusion par Z pinch ait fait l’objet d’expériences depuis les années 1950, cette approche a longtemps été freinée par la courte durée de vie des plasmas. Zap a résolu ce problème en appliquant un écoulement dynamique à travers le plasma, un processus appelé stabilisation par écoulement cisaillé.
Uri Shumlak, cofondateur et directeur scientifique de Zap Energy, explique : « Les résultats présentés dans cet article et les tests supplémentaires que nous avons effectués depuis, dressent un tableau positif d’un plasma de fusion avec une marge de progression vers un gain d’énergie. En travaillant à des courants plus élevés, nous constatons toujours que l’écoulement cisaillé prolonge la durée de vie du Z pinch suffisamment longtemps pour produire des températures très élevées et les rendements neutroniques associés que nous prédirions à partir de la modélisation. »
Des mesures de haute précision
Les températures rapportées dans l’article ont été mesurées par une équipe de collaborateurs extérieurs du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et de l’Université de Californie à San Diego (UCSD), experts dans une technique de mesure du plasma appelée diffusion Thomson. Pour réaliser cette mesure, les scientifiques utilisent un laser très lumineux et très rapide pour tirer une impulsion de lumière verte dans le plasma, qui se disperse sur les électrons et fournit des informations sur leur température et leur densité.
Ben Levitt souligne l’importance de cette collaboration : « Nous sommes particulièrement reconnaissants à l’équipe de collaboration pour le travail qu’elle a accompli afin de nous aider à recueillir ces données et à affiner une technique de mesure essentielle pour nous. »
Une approche innovante et économique
Contrairement aux deux principales approches de la fusion qui ont fait l’objet de la majorité des recherches ces dernières décennies, la technologie de Zap ne nécessite pas d’aimants supraconducteurs coûteux et complexes, ni de lasers puissants. Benj Conway, PDG et cofondateur de Zap, ajoute : « La technologie de Zap est moins chère et plus rapide à construire que les autres dispositifs, ce qui nous permet d’itérer rapidement et de produire les neutrons de fusion thermique les moins chers du marché. Une économie d’innovation convaincante est essentielle pour lancer un produit de fusion commercial dans un délai qui compte. »
En 2022, au moment où ces résultats de FuZE ont été recueillis, Zap a mis en service son dispositif de nouvelle génération, FuZE-Q. Bien que les premiers résultats de FuZE-Q soient encore à venir, le dispositif dispose d’une banque d’énergie dix fois supérieure à celle de FuZE et d’une capacité à atteindre des températures et des densités beaucoup plus élevées. Parallèlement, le développement des systèmes de centrale électrique est également en cours.
Benj Conway conclut : «Nous avons lancé Zap en sachant que nous avions une technologie unique et en dehors du statu quo. Le fait de franchir définitivement ce seuil de haute température électronique et de voir ces résultats dans une revue de physique de premier plan est une validation majeure. Nous avons certainement de grands défis à relever, mais nous avons tous les ingrédients pour les résoudre.»
Légende illustration : Un flash lumineux provenant d’un plasma FuZE (Fusion Z-pinch Experiment).
Article : « Elevated Electron Temperature Coincident with Observed Fusion Reactions in a Sheared-Flow-Stabilized Z Pinch » – DOI: 10.1103/PhysRevLett.132.155101
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