L'avenir de l'énergie propre et illimitée

Points clés

• Le 5 décembre, des scientifiques américains du National Ignition Facility en Californie ont généré plus d'énergie à partir d'une réaction de fusion nucléaire qu'ils n'en ont mis en
• Le résultat expérimental est une percée massive de l'énergie nucléaire dans une quête d'un siècle pour libérer la puissance du soleil sur terre
• Avec plus de recherche et d'investissements financiers, les chercheurs pensent que nous sommes à moins de quatre décennies de produire une énergie 100 % propre et illimitée

"Le lundi 5 décembre 2022 a été un jour important pour la science."

Cet euphémisme a été prononcé par Jill Hruby, sous-secrétaire de la National Nuclear Security Administration (NNSA), lors d'une conférence de presse le 13 décembre.

Le sujet : Une percée dans le domaine de l'énergie nucléaire au National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie.

Le directeur du Bureau de la politique scientifique et technologique de la Maison Blanche, le Dr Arata Prabhakar, a salué cette réalisation comme une "étape scientifique" et une "merveille d'ingénierie au-delà de toute croyance".

"Cette dualité de faire avancer la recherche, de construire des systèmes d'ingénierie complexes, les deux parties apprenant l'une de l'autre, c'est ainsi que nous faisons des choses vraiment grandes et difficiles, et c'est juste un bel exemple", a-t-elle ajouté.

Le gain d'énergie net de la réaction de fusion est le premier de l'histoire de l'humanité. Alors que d'autres recherches (une lot plus de recherche) est nécessaire pour rendre la technologie reproductible, évolutive et plus efficace, c'est une étape essentielle sur la voie de l'énergie propre.

Et pour les investisseurs, cela représente des décennies d'opportunités mûres pour la cueillette.

Qu'est-ce que la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire consiste à combiner des atomes en un seul atome plus gros. Le processus génère d'énormes quantités d'énergie et constitue la réaction centrale qui anime notre soleil.

La fusion nucléaire diffère de la fission nucléaire, le processus utilisé dans les centrales nucléaires. La fission divise les atomes au lieu de les combiner, générant ainsi des déchets radioactifs dangereux.

En revanche, la fusion nucléaire est beaucoup plus efficace, ne génère presque pas de déchets et évacue des atomes d'hydrogène facilement disponibles dans l'eau de mer, plutôt que des matières radioactives enfouies dans le sol. Cela en fait le candidat idéal pour tout alimenter, des maisons aux usines de fabrication… s'il pouvait être mis à l'échelle.

Depuis que la fusion a été découverte il y a un siècle, les scientifiques se sont précipités pour déverrouiller et reproduire les mécanismes dans un laboratoire. Mais exécuter une réaction de fusion qui nécessite moins d'énergie qu'elle n'en produit, un processus appelé allumage, a échappé aux scientifiques…

Jusqu'à maintenant.

La percée de l'énergie nucléaire en bref

La percée de l'énergie nucléaire en décembre s'est produite au National Ignition Facility, qui utilise un processus appelé « fusion inertielle thermonucléaire ».

Essentiellement, le complexe laser de 3.5 milliards de dollars tire 192 lasers sur une minuscule capsule. La capsule contient deux isotopes d'hydrogène qui, lorsqu'ils sont bombardés d'énergie, se vaporisent presque immédiatement. Le processus de fusion libère d'énormes quantités d'énergie.

Dans le passé, l'apport d'énergie des lasers dépassait de loin l'énergie produite par la réaction de fusion. Mais le 5 décembre, les chercheurs ont essayé quelque chose de nouveau.

La coque autour de la capsule qu'ils ont utilisée était plus épaisse que dans les expériences précédentes, ce qui signifie que de petits défauts affectent moins l'expérience. Ce changement simple – et incroyablement reproductible – a permis à quelque chose d'incroyable de se produire.

Le Dr Marvin Adams, administrateur adjoint de la NNSA pour les programmes de défense, a décrit le processus lors de la conférence de presse de mardi. Il a noté que le processus a commencé avec un cylindre sphérique contenant une petite capsule, "environ la moitié du diamètre d'un BB".

« 192 faisceaux laser sont entrés par les deux extrémités du cylindre », a-t-il dit, « et ont frappé la paroi intérieure…. Les rayons X de la paroi sont tombés sur la capsule sphérique. Le combustible de fusion dans la capsule a été pressé, les réactions de fusion ont commencé. Tout cela était arrivé auparavant, 100 fois auparavant. Mais la semaine dernière, pour la première fois, ils ont conçu cette expérience de manière à ce que le combustible de fusion reste suffisamment chaud, suffisamment dense et suffisamment rond suffisamment longtemps pour s'enflammer. Et il a produit plus d'énergies que les lasers n'en avaient déposées. Environ 2 mégajoules en entrée, environ 3 mégajoules en sortie. Un gain de 1.5.

L'importance de cette percée

Un gain de 1.5 semble petit, et en termes d'énergie, ça l'est. Mais ce n'est pas la taille de la réaction qui compte - c'est que c'est arrivé du tout.

La percée de la fusion nucléaire du 5 décembre a été l'aboutissement d'un siècle de recherche, de financement et d'échecs. Bien qu'il y ait de nombreuses étapes entre aujourd'hui et la viabilité commerciale, sans cette étape, la fusion en tant que source d'énergie n'était guère plus qu'un gadget de science-fiction. Aujourd'hui, c'est une réalité.

Et le potentiel à long terme d'un avenir axé sur la fusion est tout simplement stupéfiant. Contrairement au charbon et aux combustibles fossiles, les réactions de fusion ne génèrent aucune émission de CO2 ni aucun autre sous-produit. Et comme il fonctionne à l'hydrogène, l'élément le plus abondant de l'univers, son potentiel de production est pratiquement illimité.

Avec autant d'énergie, nous ne nous contenterons pas de réduire notre empreinte carbone, nous pourrions l'inverser.

Une puissance illimitée permettrait de faire progresser toutes sortes de technologies plus rapidement, à moindre coût et plus propres, des solutions au changement climatique aux meilleurs ordinateurs portables.

L'énergie de fusion pourrait soulager les pannes d'électricité, alimenter les usines de traitement de l'eau et nous aider à découvrir de meilleures façons de recycler et d'éliminer les déchets.

Les nouvelles technologies pourraient extraire le CO2 de l'atmosphère à grande échelle, atténuer le changement climatique et réduire les pertes humaines causées par la pollution.

La technologie des batteries pourrait progresser, permettant l'adoption massive de la production et du stockage d'énergie propre pour les maisons, les véhicules et plus encore.

À grande échelle et à long terme, l'énergie de fusion pourrait éliminer les émissions de l'humanité, permettant une planète plus propre, plus verte et plus saine - sans parler d'une vie élevée pour toute l'humanité.

Si cela semble un peu idéaliste, vous n'avez pas tort. Mais là encore, la perspective de l'énergie de fusion était idéaliste il y a 50 ans. Ce mois-ci, les scientifiques ont prouvé que la fusion est possible. Pourquoi les autres avantages à long terme ne se réalisent-ils pas aussi ?

Qu'est-ce que cela signifie pour les investisseurs?

Mais avant qu'un avenir de fusion ne devienne réalité, l'espace énergétique nécessite plus de recherche et d'innovation - beaucoup.

Le temps et la technologie sont essentiels

La conférence de presse a révélé que le réseau laser qui a propulsé la percée de l'énergie nucléaire est basé sur une technologie vieille de 40 ans. Non seulement les lasers modernes sont plus puissants, mais ils sont également plus efficaces, ce qui signifie que des gains d'énergie de fusion plus importants sont à portée de main.

Le directeur de LLNL, le Dr Kim Budil, a pris soin de rappeler aux journalistes et aux investisseurs que la fusion n'est pas dans quatre semaines ou même quatre ans. Le processus prendra du temps.

"Il existe des obstacles très importants, non seulement dans le domaine scientifique, mais également dans le domaine technologique", a-t-elle déclaré. "Il s'agit d'une capsule allumée une fois, et pour réaliser une énergie de fusion commerciale, vous devez faire beaucoup de choses. Vous devez être capable de produire de très nombreux événements d'allumage par fusion par minute, et vous devez disposer d'un système de pilotes robuste pour permettre cela.

Cependant, elle est également optimiste sur le fait qu'un avenir alimenté par la fusion est à portée de main.

"[It's] probablement pas cinq décennies [away], c'est ce que nous avions l'habitude de dire", a-t-elle ajouté. « Je pense que ça passe au premier plan. Avec quelques décennies de recherche et d'investissement… cela pourrait nous mettre en position de construire des centrales électriques.

Les investissements financiers peuvent accélérer la commercialisation

Le LLNL s'est largement appuyé sur des subventions et des financements publics pour faire de la percée de l'énergie nucléaire une réalité. Mais la secrétaire américaine à l'Énergie, Jennifer Granholm, estime que la recherche privée et publique est nécessaire pour que la fusion se produise.

"Nous savons qu'il y a eu un énorme intérêt parmi la communauté du financement privé... et nous l'encourageons", a-t-elle déclaré lors de la conférence de presse de mardi. "Cela montre que cela peut être fait, ce qui a toujours été une question: pouvez-vous y arriver?"

"Ce seuil franchi permet [aux scientifiques] de commencer à travailler sur de meilleurs lasers, des lasers plus efficaces, sur de meilleures capsules de confinement, etc., [Ce sont] les choses qui sont nécessaires pour permettre sa modularisation et sa mise à l'échelle commerciale."

Heureusement, le secteur privé monte à bord. Kim Budil a noté que de nombreuses entreprises privées explorent la production de fusion inertielle aux côtés de son cousin, la fusion magnétique. (La fusion magnétique utilise un tokamak, un appareil en forme de beignet qui utilise des aimants puissants pour confiner le plasma dans une forme particulière.)

Budil pense qu'entre la fusion magnétique étant "un peu en avance" et la percée de l'allumage de ce mois-ci, avoir notre "portefeuille d'approches technologiques actuel est vraiment un endroit formidable".

Elle a ajouté : "Ces communautés se nourriront les unes des autres, nous apprendrons, nous continuerons à faire progresser le domaine, et de nombreuses technologies sortiront des deux domaines en plus d'un chemin vers une centrale à fusion."

Capitaliser sur la percée de la fusion nucléaire

Lors de la conférence de presse, Arata Prabhakar a partagé un moment de réflexion avec le public.

"J'ai également réfléchi à la durée du voyage entre savoir et faire", a-t-elle déclaré. « Parce que cela fait un siècle que nous avons compris que c'était la fusion [powering the stars]. Et au cours de ce siècle, il a fallu tellement d'avancées différentes qui se sont finalement réunies au point que nous avons pu reproduire cette activité de fusion de cette manière contrôlable dans un laboratoire.

Le temps – même à l'échelle des décennies – est un concept que les investisseurs connaissent bien. Il faut du temps pour gagner de l'argent, investir de l'argent et voir les résultats de ces investissements.

Si la fusion nucléaire peut être portée à l'échelle commerciale, elle représente une énergie illimitée pour l'humanité - et un énorme potentiel de revenus pour les investisseurs qui sont restés.

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Et comme l'a déclaré mardi le directeur du LLNL, Kim Budil, "Les défis scientifiques et technologiques sur la voie de l'énergie de fusion sont décourageants, mais rendre possible ce qui semble impossible, c'est quand nous sommes à notre meilleur niveau."

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