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Aussi prometteuse soit la fusion nucléaire, il est indispensable que les réactions au cœur du processus puissent se maintenir avec un apport externe d’énergie minimal. De récentes expériences réalisées aux États-Unis ont rapproché les chercheurs de cet objectif.

Des progrès substantiels

Bâtiment de dix étages mis en service en 2009, le National Ignition Facility abrite 192 lasers à même de délivrer 1,9 mégajoule d’énergie ultraviolette. Lorsqu’elle est concentrée sur une capsule de combustible de la taille d’un plomb de chasse, la pression et les températures phénoménales générées provoquent la fusion d’atomes séparés en hélium, libérant une grande quantité d’énergie.

Cependant, pour pouvoir amorcer cette réaction imitant les processus intervenant dans les entrailles du Soleil sur Terre, des quantités écrasantes d’énergie sont nécessaires. C’est pourquoi les scientifiques cherchent à faire en sorte que les réactions de fusion deviennent la principale source de chaleur, créant ainsi une forme autonome de fusion nucléaire et une production continue d’énergie.

Détaillés dans la revue Nature, les résultats des expériences menées au National Ignition Facility en novembre 2020 et en février 2021 confirment des avancées modestes mais essentielles vers cet objectif. En augmentant la quantité d’énergie laser concentrée sur le combustible et en modifiant la géométrie de la cible ainsi que le schéma de transfert d’énergie entre les faisceaux laser, l’équipe a créé une nouvelle façon de contrôler le processus d’implosion, comprimant et chauffant le combustible de façon à obtenir un plasma auto-entretenu.

Préamplificateurs contribuant à augmenter l’énergie des faisceaux laser — © Lawrence Livermore National Laboratory / CC BY-SA 3.0

« Au cours de ces expériences, nous avons atteint pour la première fois dans une installation de recherche sur la fusion un état de plasma brûlant, où la quantité d’énergie émise par le combustible est supérieure à celle nécessaire pour déclencher les réactions de fusion », explique Annie Kritcher, auteure principale de l’étude.

Une étape clef dans la quête du seuil d’ignition

Bien que la durée de vie de ce plasma brûlant n’ait été mesurée qu’en nanosecondes, son obtention constitue un pas supplémentaire vers le seuil d’ignition, à partir duquel les réactions de fusion créeraient un plasma suffisamment chaud pour produire un effet d’emballement, c’est-à-dire un cycle de réactions auto-entretenu.

Si cela ne se produira probablement pas avant plusieurs décennies, ces bribes de plasma auto-chauffant de courte durée constituent une preuve de principe importante.

« Pendant des décennies, les expériences de fusion ont produit des réactions de fusion en utilisant de grandes quantités de chaleur ‘externe’ pour chauffer le plasma », souligne Alex Zylstra, co-auteur de l’étude. « Aujourd’hui, nous disposons pour la première fois d’un système où la fusion elle-même fournit la majeure partie du chauffage. »

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