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La fusion contrôlée est l'un des rêves que poursuivent les physiciensphysiciens. Il s'agit non seulement de reproduire sur Terre les réactions de fusion thermonucléaire qui font briller les étoiles, ce que l'on sait déjà faire avec la bombe H ou en accélérateur, mais surtout de maîtriser ces réactions pour produire de l'énergie. Si l'on arrivait, par exemple, à reproduire de façon stable les réactions de fusion du deutérium avec le tritium, deux isotopes de l'hydrogènehydrogène, nous disposerions d'une énergie presque propre et virtuellement inépuisable. Il y a essentiellement deux voies pour cela.
- La première est celle à la base du projet IterIter. L'idée est de maintenir à très haute température un plasma de basse densité pendant un temps relativement long, de l'ordre de la seconde. On doit mobiliser pour cela des champs magnétiqueschamps magnétiques intenses à l'intérieur d'une cavité torique : c'est la fusion par confinement ou encore la fusion magnétique. On sait allumer la réaction de fusion mais le plasma piégé dans ces champs magnétiques est très instable et les conditions nécessaires à la fusion ne peuvent être maintenues suffisamment longtemps pour que la réaction s'auto-entretienne et produise plus d'énergie qu'elle n'en consomme.
Le principe de fonctionnement des réacteurs Iter et Demo est celui de la fusion magnétique dans un tokamak et il est expliqué dans cette vidéo. © CEA, DRF
- La seconde est celle qui est à la base du projet HiPER pour High Power laser Energy ResearchHigh Power laser Energy Research et qui veut, quant à lui, renouer avec l'axe de recherches des années 1970 pendant lesquelles les premiers travaux vraiment importants sur la fusion par laser ont été conduits. Aujourd'hui encore, des installations militaires existent, aux États-Unis avec le NIF (National Ignition Facility) du Lawrence Livermore National Laboratory, et en France avec le LMJ (Laser Mégajoule) de Bordeaux, dédiées à la simulation des armes nucléaires et qui explorent la physiquephysique des lasers adéquats pour réaliser ce qu'on appelle la fusion inertielle. Avec celle-ci, il faut produire un plasma avec une très haute densité (supérieure d'un facteur 109 à celui de la fusion par confinement) et le temps de réaction est extrêmement court (de l'ordre du milliardième de seconde). Pour atteindre ces conditions l'Europe veut donc construire le plus puissant laser du monde en espérant grâce à lui faire de la fusion nucléairefusion nucléaire une réalité d'ici deux décennies. La localisation du centre de recherche qui abritera ce laser est encore incertaine mais le Royaume-Uni est actuellement le candidat favori.
Une présentation de la fusion inertielle. © CEA, DRF
Dans les grandes lignes, le mécanisme mis en jeu pour la fusion inertielle est le suivant.
On enferme dans une toute petite bille de quelques millimètres de diamètre un mélange de tritium (T) et de deutérium (D) et on soumet celle-ci aux feux croisés de plusieurs impulsions laser longues et très énergétiques afin d'exercer une pressionpression uniforme sur toute la surface de la bille. Par ailleurs, la température élevée atteinte vaporise le matériel qui, en s'échappant dans toutes les directions de la bille, ajoute une pression isotropeisotrope supplémentaire. Le résultat est l'obtention d'une densité de 300 g/cm3 et une température de 100 millions de degrés Celsiusdegrés Celsius. La réaction de fusion, ou encore d'ignition, peut alors s'enclencher et tout le problème est d'obtenir plus d'énergie par ce moyen que n'en consomme l'allumage de la réaction de fusion.
La voie de la fusion inertielle est aussi explorée à l'aide de la fameuse Z-machineZ-machine.
