Un soi-disant “gain d’énergie net” est une étape d’ampleur dans une tentative de plusieurs décennies de source d’énergie propre et illimitée à partir de la fusion nucléaire – la réaction qui se produit quand deux ou plusieurs atomes sont fusionnés.
L’expérience a fourni 2,05 mégajoules d’énergie à la cible et a produit 3,15 mégajoules d’énergie de fusion, générant plus de 50 % d’énergie en plus que ce qui avait été mis en place. C’est la première fois qu’une expérience a entraîné un gain significatif d’énergie.
“Cette percée scientifique monumentale est une étape importante pour l’avenir de l’énergie propre”, a annoncé le sénateur démocrate américain Alex Padilla de Californie.
La percée a été réalisée par une équipe de scientifiques du National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie le 5 décembre – une installation de la taille d’un stade de sport et équipée de 192 lasers.
La secrétaire américaine à l’Énergie, Jennifer Granholm, a qualifié cette percée de “réalisation historique” dans une déclaration.
Granholm a annoncé que les scientifiques de Livermore et d’autres laboratoires nationaux font un travail qui aidera les États-Unis “à résoudre les problèmes les plus complexes et les plus urgents de l’humanité, comme fournir une énergie propre pour lutter contre le changement climatique et maintenir une dissuasion nucléaire sans essais nucléaires”.
Le directeur de Livermore, le Dr Kim Budil, a qualifié les tentatives des scientifiques de réaliser l’allumage par fusion en laboratoire “l’un des défis scientifiques les plus importants jamais relevés par l’humanité” et a applaudi le travail des scientifiques de son laboratoire.
“Y parvenir est un triomphe de la science, de l’ingénierie et, surtout, des gens”, a annoncé Budil dans une déclaration.
« Franchir ce seuil est la vision qui a conduit 60 ans de poursuite dévouée. Ce sont les problèmes que les laboratoires nationaux américains ont été créés pour résoudre.
Pourquoi un gain net en énergie est important
Nous sommes encore très loin d’avoir la fusion nucléaire pour alimenter le réseau électrique, sans parler d’une seule centrale elle-même.
Le projet américain, bien que révolutionnaire, n’a produit que suffisamment d’énergie pour faire bouillir environ 2,5 gallons (11 litres) d’eau, a annoncé à CNN Tony Roulstone, un expert en fusion du département d’ingénierie de l’Université de Cambridge.
Cela peut ne pas sembler beaucoup, mais l’expérience est toujours extrêmement importante car les scientifiques ont démontré qu’ils peuvent en fait créer plus d’énergie qu’au départ.
Bien qu’il reste encore beaucoup d’étapes à franchir avant que cela ne soit commercialement viable, il s’agit d’un obstacle majeur à franchir avec la fusion nucléaire, d’après les experts.
“C’est très important car d’un point de vue énergétique, cela ne peut pas être une source d’énergie si vous ne produisez pas plus d’énergie que vous n’en mettez”, Julio Friedmann, scientifique en chef chez Carbon Direct et ancien technologue en chef de l’énergie. a Livermore, a annoncé lundi à CNN.
“Les percées antérieures ont été importantes, mais ce n’est pas la même chose que de générer de l’énergie qui pourrait un jour être utilisée à plus grande échelle.”
Les expériences de fusion passées, dont une au Royaume-Uni, ont généré plus d’énergie, mais n’ont pas eu un gain d’énergie aussi important. Par exemple, plus tôt cette année, des scientifiques britanniques ont généré un record de 59 mégajoules d’énergie, soit environ 20 fois plus que le projet américain. Même ainsi, le projet britannique n’a montré qu’un gain d’énergie inférieur à un mégajoule.
Il reste encore de nombreuses années et un long chemin à parcourir pour rendre le projet commercialement viable. Ni les projets basés aux États-Unis ni au Royaume-Uni “n’ont le matériel et les étapes en place pour convertir les neutrons de fusion en électricité”, a annoncé Anne White, chef du département des sciences et de l’ingénierie nucléaires du MIT, à CNN.
Mais Roulstone a souligné que les grands projets ambitieux d’énergie nucléaire doivent commencer quelque part : En 1942, des scientifiques de Chicago ont fait fonctionner le premier réacteur nucléaire à fission pendant seulement 5 minutes pendant sa première utilisation ; 15 ans plus tard, la première centrale nucléaire localisée aux États-Unis a été démarré en Pennsylvanie.
Qu’est-ce que la fusion nucléaire et pourquoi est-ce important ?
La fusion nucléaire est un processus créé par l’homme qui reproduit la même énergie qui alimente le soleil. La fusion nucléaire se produit quand deux atomes ou plus sont fusionnés en un seul plus grand, un processus qui génère une quantité massive d’énergie sous forme de chaleur.
Les chercheurs du monde entier étudient la fusion nucléaire depuis de nombreuses années, dans l’espoir de la recréer avec une nouvelle source qui fournirait une énergie illimitée et sans carbone – sans les déchets nucléaires créés par les réacteurs nucléaires actuels. Les projets de fusion utilisent principalement les éléments deutérium et tritium, qui sont tous deux des isotopes de l’hydrogène.
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Le deutérium d’un verre d’eau, additionné d’un peu de tritium, pourrait alimenter une maison pendant un an. Le tritium est plus rare et plus compliqué à obtenir, bien qu’il puisse être fabriqué synthétiquement.
“Contrairement au charbon, vous n’avez besoin que d’une petite quantité d’hydrogène, et c’est la chose la plus abondante trouvée dans l’univers”, a annoncé à CNN Julio Friedmann, scientifique en chef chez Carbon Direct et ancien technologue en chef de l’énergie chez Lawrence Livermore. “L’hydrogène se trouve dans l’eau, donc la substance qui génère cette énergie est extrêmement illimitée et propre.”
En quoi la fusion est-elle différente de la fission nucléaire ?
Quand les gens pensent à l’énergie nucléaire, les tours de refroidissement et les champignons atomiques peuvent venir à l’esprit. Mais la fusion est tout à fait différente.
Bien que la fusion fusionne deux ou plusieurs atomes ensemble, la fission est le contraire; c’est le processus de division d’un atome plus grand en deux ou plusieurs plus petits. La fission nucléaire est le type d’énergie qui alimente aujourd’hui les réacteurs nucléaires du monde entier. Comme la fusion, la chaleur créée par la division des atomes est aussi utilisée pour générer de l’énergie.
Le nucléaire est une source d’énergie à zéro émission, a rapporté le ministère de l’Énergie. Mais il produit des déchets radioactifs volatils qui doivent être stockés sain et sauf et comportent des risques pour la sécurité. Des fusions nucléaires, bien que rares, se sont produites pendant l’histoire avec des résultats étendus et meurtriers, comme dans les réacteurs de Fukushima et de Tchernobyl.
La fusion nucléaire ne comporte pas les mêmes risques pour la sécurité et les matériaux utilisés pour l’alimenter ont une demi-vie beaucoup plus courte que la fission.
Comment l’énergie de fusion nucléaire pourrait-elle éventuellement allumer les lumières de votre maison ?
Il existe deux façons principales de générer la fusion nucléaire, par contre les deux ont le même résultat. La fusion de deux atomes crée une énorme quantité de chaleur, qui détient la clé de la production d’énergie. Cette chaleur peut être utilisée pour réchauffer l’eau, créer de la vapeur et faire tourner des turbines pour produire de l’électricité – un peu comme la fission nucléaire génère de l’énergie.
Le grand défi de l’exploitation de l’énergie de fusion est de la maintenir suffisamment longtemps pour qu’elle puisse alimenter les réseaux électriques et les systèmes de chauffage à travers le monde entier. La percée américaine réussie est un gros problème, mais elle est encore à une échelle bien plus petite que ce qui est nécessaire pour générer suffisamment d’énergie pour faire fonctionner une centrale électrique, sans parler de dizaines de milliers de centrales électriques.
“C’est à peu près ce qu’il faut pour faire bouillir 10 bouilloires d’eau”, a annoncé Jeremy Chittenden, codirecteur du Centre d’études sur la fusion inertielle de l’Imperial College de Londres. “Afin de transformer cela en une centrale électrique, nous devons faire un gain d’énergie plus important – nous en avons besoin pour être beaucoup plus.”
Les chercheurs et les experts doivent désormais comprendre comment produire beaucoup plus d’énergie à partir de la fusion nucléaire à une échelle beaucoup plus grande.
Dans le même temps, ils doivent trouver un moyen de réduire éventuellement le coût de la fusion nucléaire afin qu’elle puisse être utilisée commercialement.
“Pour le moment, nous dépensons énormément de temps et d’argent pour chaque expérience que nous faisons”, a annoncé Chittenden. “Nous devons faire baisser le coût d’un facteur énorme.”
Les chercheurs devront aussi récolter l’énergie conçu par la fusion et la transférer au réseau électrique sous forme d’électricité. Il faudra des années – voire de nombreuses années – avant que la fusion puisse produire des quantités illimitées d’énergie propre, et les scientifiques sont engagés dans une course contre la montre pour lutter contre le changement climatique.
“Cela ne contribuera pas de manière significative à la lutte contre le changement climatique au cours des 20 à 30 prochaines années”, a annoncé Friedmann. “C’est la différence entre allumer une allumette et fonder une turbine à gaz.”
