Les récents rapports de scientifiques à la recherche d'un nouveau type de technologie de fusion nucléaire sont encourageants, mais nous sommes encore loin du « Saint Graal de l'énergie propre ».

La technologie développée par Heinrich Hora et ses collègues de l'Université de NSW utilise des lasers puissants pour fusionner des atomes d'hydrogène et de bore, libérant des particules à haute énergie qui peuvent être utilisées pour produire de l'électricité. Comme pour les autres types de technologie de fusion nucléaire, cependant, la difficulté réside dans la construction d'une machine capable de déclencher la réaction de manière fiable et d'exploiter l'énergie qu'elle produit.

Qu'est-ce que la fusion ?

La fusion est le processus qui alimente le Soleil et les étoiles. Cela se produit lorsque les noyaux de deux atomes sont forcés si près l'un de l'autre qu'ils se combinent en un seul, libérant de l'énergie dans le processus. Si la réaction peut être apprivoisée en laboratoire, il a le potentiel de fournir une électricité de base presque illimitée avec pratiquement aucune émission de carbone.

La réaction la plus simple à amorcer en laboratoire est la fusion de deux isotopes différents de l'hydrogène :le deutérium et le tritium. Le produit de la réaction est un ion hélium et un neutron rapide. La plupart des recherches sur la fusion à ce jour ont poursuivi cette réaction.

La fusion deutérium-tritium fonctionne mieux à une température d'environ 100, 000, 000℃. Confiner un plasma - le nom de l'état de la matière semblable à une flamme à de telles températures - ce chaud n'est pas une mince affaire.

La principale approche pour exploiter la puissance de fusion est appelée confinement magnétique toroïdal. Les bobines supraconductrices sont utilisées pour créer un champ environ un million de fois plus fort que le champ magnétique terrestre pour contenir le plasma.

Les scientifiques ont déjà réalisé la fusion deutérium-tritium lors d'expériences aux États-Unis (le réacteur de test de fusion Tokamak) et au Royaume-Uni (le Joint European Torus). En effet, une campagne de fusion deutérium-tritium aura lieu dans l'expérience britannique cette année.

Ces expériences initient une réaction de fusion en utilisant un chauffage externe massif, et il faut plus d'énergie pour entretenir la réaction que la réaction n'en produit elle-même.

La prochaine phase de la recherche traditionnelle sur la fusion impliquera une expérience appelée ITER ("la voie" en latin) en cours de construction dans le sud de la France. Chez ITER, les ions d'hélium confinés créés par la réaction produiront autant de chaleur que les sources de chaleur externes. Comme le neutron rapide transporte quatre fois plus d'énergie que l'ion hélium, le gain de puissance est un facteur cinq.

ITER est une preuve de concept avant la construction d'une centrale de démonstration.

En quoi l'utilisation de l'hydrogène et du bore est-elle différente ?

La technologie rapportée par Hora et ses collègues suggère d'utiliser un laser pour créer un champ magnétique de confinement très puissant, et un deuxième laser pour chauffer une pastille de combustible hydrogène-bore pour atteindre le point d'allumage par fusion.

Lorsqu'un noyau d'hydrogène (un seul proton) fusionne avec un noyau de bore-11, il produit trois noyaux d'hélium énergétiques. Par rapport à la réaction deutérium-tritium, cela a l'avantage de ne pas produire de neutrons, qui sont difficiles à contenir.

Cependant, la réaction hydrogène-bore est beaucoup plus difficile à déclencher en premier lieu. La solution de Hora consiste à utiliser un laser pour chauffer une petite pastille de combustible à la température d'inflammation, et un autre laser pour chauffer les bobines métalliques afin de créer un champ magnétique qui contiendra le plasma.

La technologie utilise des impulsions laser très brèves, ne dure que quelques nanosecondes. Le champ magnétique requis serait extrêmement fort, environ 1, 000 fois plus fort que celui utilisé dans les expériences deutérium-tritium. Des chercheurs japonais ont déjà utilisé cette technologie pour créer un champ magnétique plus faible.

Hora et ses collègues affirment que leur processus créera un "effet d'avalanche" dans la pastille de combustible, ce qui signifie qu'il se produira beaucoup plus de fusion que prévu. Bien qu'il existe des preuves expérimentales pour soutenir une certaine augmentation du taux de réaction de fusion en adaptant le faisceau laser et la cible, pour comparer avec les réactions deutérium-tritium, l'effet d'avalanche devrait augmenter le taux de réaction de fusion de plus de 100, 000 fois à 100, 000, 000℃. Il n'y a aucune preuve expérimentale d'une augmentation de cette ampleur.

Où d'ici ?

Les expériences avec l'hydrogène et le bore ont certainement produit des résultats physiques fascinants, mais les projections par Hora et ses collègues d'un chemin de cinq ans vers la réalisation de la puissance de fusion semblent prématurées. D'autres ont tenté la fusion déclenchée par laser. Le National Ignition Facility aux États-Unis, par exemple, a tenté de réaliser l'allumage par fusion hydrogène-deutérium en utilisant 192 faisceaux laser focalisés sur une petite cible.

Ces expériences ont atteint un tiers des conditions nécessaires à l'allumage pour une seule expérience. Les défis incluent le placement précis de la cible, non-uniformité du faisceau laser, et les instabilités qui se produisent lorsque la cible implose.

Ces expériences ont été menées au maximum deux fois par jour. Par contre, les estimations suggèrent qu'une centrale électrique nécessiterait l'équivalent de 10 expériences par seconde.

Le développement de l'énergie de fusion est le plus susceptible d'être réalisé par le programme international principal, avec l'expérience ITER en son cœur. L'Australie a un engagement international avec le projet ITER dans les domaines de la théorie et de la modélisation, développement de la science et de la technologie des matériaux.

Une grande partie de cela est basée à l'ANU en collaboration avec l'Australian Nuclear Science and Technology Organisation, qui est signataire d'un accord de coopération avec ITER. Cela dit, il y a toujours de la place pour l'innovation intelligente et les nouveaux concepts, et c'est merveilleux de voir toutes sortes d'investissements dans la science de la fusion.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.