Une brique de l’énergie de fusion révélée par l’Université de Rochester

Des scientifiques viennent de marquer un point important dans le domaine de la fusion nucléaire, un processus reproduisant le même réaction qui alimente le soleil. Cette source d’énergie est idéalement envisagée pour sa potentialité à être à la fois sûre, propre, bon marché et fiable.

Une nouvelle méthode réalisée par les chercheurs de l’Université de Rochester dite de formation de coquille dynamique a été pour la première fois démontrée expérimentalement au Laboratoire d’Énergétique Laser (LLE), ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour l’avenir de la fusion nucléaire.

Un peu d’histoire

Depuis les premières expérimentations dans les années 1960, les scientifiques ont recherché la possibilité d’utiliser des lasers haute puissance pour comprimer le matériau thermonucléaire suffisamment longtemps et à des températures suffisamment élevées pour déclencher l’ignition. Ce moment crucial survient lorsque le rendement en énergie de fusion inertielle est supérieur à l’énergie délivrée à la cible.

Ce cap a été franchi pour la première fois en décembre 2022 au National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory. Néanmoins, de nombreux défis persistent pour rendre l’énergie de fusion techniquement et commercialement viable pour une production et une consommation de masse.

La fusion nucléaire : une alternative prometteuse

La méthode traditionnelle d’énergie de fusion inertielle repose sur une cible composée d’une petite quantité de carburant à l’hydrogène, sous forme des isotopes d’hydrogène, le deutérium et le tritium. Cette cible est gelée en une coquille sphérique qui est ensuite bombardée par des lasers, chauffant le carburant central à des pressions et des températures extrêmement élevées. Au moment de ces conditions, la coquille s’effondre et s’embrase, subissant une fusion.

Ce processus libère une quantité énorme d’énergie qui a le potentiel d’alimenter une centrale électrique sans carbone. Cependant, la fabrication de cibles par ce processus de préparation par congélation s’avère coûteuse et difficile à produire, posant ainsi un frein à la mise en place d’une centrale électrique de fusion.

La formation de coquille dynamique

La formation de coquille dynamique est une méthode alternative pour créer des cibles. Dans cette technique, une goutte de liquide de deutérium et de tritium est injectée dans une capsule de mousse. Lorsqu’elle est bombardée par des impulsions laser, la capsule se transforme en une coquille sphérique, puis implose et s’effondre, provoquant l’ignition.

Cette approche ne nécessite pas le coûteux processus de stratification cryogénique utilisé par les méthodes conventionnelles de génération d’énergie de fusion inertielle, car elle utilise des cibles liquides. Ces cibles seront également plus faciles à fabriquer.

Le chercheur Valeri Goncharov a décrit pour la première fois la formation de coquille dynamique dans un article en 2020. Depuis, l’expérience menée au LLE a permis de confirmer cette théorie.

Les chercheurs, dont Igor Igumenshchev, un scientifique au LLE, et Valeri Goncharov, ont utilisé le laser OMEGA du LLE pour façonner une sphère de mousse plastique de la même densité que le combustible liquide deutérium-tritium en une coquille, démontrant une étape critique du concept de coquille dynamique.

« Cette expérience a démontré la faisabilité d’un concept de cible innovant adapté à une production de masse abordable pour l’énergie de fusion inertielle », déclare Igor Igumenshchev.

En synthèse

La formation de coquille dynamique semble être une voie prometteuse pour rendre l’énergie de fusion plus pratique et accessible. Bien que cette technique nécessite des recherches futures impliquant des lasers plus longs et plus énergétiques pour générer la fusion, les résultats actuels sont encourageants.

« Associer ce concept de cible à un système laser hautement efficace actuellement en cours de développement au LLE pourrait fournir une voie très attractive vers l’énergie de fusion », conclut Igor Igumenshchev.

Pour une meilleure compréhension

• Qu’est-ce que l’énergie de fusion inertielle ? Il s’agit d’une forme d’énergie nucléaire qui reproduit le même réaction qui alimente le soleil. L’ignition se produit lorsque le rendement en énergie de fusion inertielle est supérieur à l’énergie délivrée à la cible.

• Qu’est-ce que la formation de coquille dynamique ? C’est une méthode alternative pour créer des cibles en fusion inertielle. Une goutte de liquide de deutérium et de tritium est injectée dans une capsule de mousse. Lorsqu’elle est bombardée par des impulsions laser, la capsule se transforme en une coquille sphérique, puis implose et s’effondre, provoquant l’ignition.

• Pourquoi cette nouvelle méthode est-elle importante ? Cette méthode pourrait rendre l’énergie de fusion plus pratique et accessible. Elle ne nécessite pas le coûteux processus de stratification cryogénique utilisé par les méthodes conventionnelles, car elle utilise des cibles liquides. Ces cibles sont également plus faciles à fabriquer.

Légende illustration principale : Vue à travers les amplificateurs à disque de 20 cm du laser OMEGA au Laboratoire d’énergétique laser. Dans le cadre d’une expérience de démonstration de principe à échelle réduite, les chercheurs de Rochester ont utilisé le laser pour démontrer une étape essentielle du concept de coque dynamique. (Photo de l’université de Rochester / J. Adam Fenster)