Cette semaine, des scientifiques du gouvernement du Lawrence Livermore National Laboratory ont franchi une étape longuement recherchée dans le développement de l’énergie de fusion propre. Pour la première fois, la quantité d’énergie produite par une réaction de fusion a dépassé l’énergie nécessaire pour la produire.
La presse a consciencieusement rapporté la nouvelle, mais il y a eu peu de célébrations en dehors des cercles scientifiques. Pour la plupart des gens, la fusion reste une chimère futuriste, qui rôde constamment au coin de la rue et ne se matérialise jamais.
Il y a des raisons d’être sceptique : peu d’efforts scientifiques ont été entravés par autant d’impasses et de fausses affirmations. Mais cela nous a aveuglés sur le fait que, mis à part les déceptions, les scientifiques ont fait des progrès lents mais réguliers sur la fusion bien plus longtemps que beaucoup ne le pensent.
Les idées derrière la fusion sont nées d’un article présenté par l’astrophysicien britannique Arthur Eddington lors d’une conférence tenue en 1920. Fervent quaker et brillant scientifique, Eddington a tenté de répondre à une question séculaire : comment les étoiles comme le soleil génèrent-elles de l’énergie ?
Il a émis l’hypothèse que l’immense pression à l’intérieur des étoiles fusionnait les atomes d’hydrogène, créant de l’hélium. Cette « fusion » a converti une partie de la matière d’origine en énergie brute. Comme Eddington l’a dit : « l’énergie subatomique des étoiles est… librement utilisée pour entretenir leurs grands fours… »
Eddington a admis à ses auditeurs qu’il crachait plus ou moins. Mais tout ce qu’il a dit ce jour-là s’est avéré étrangement exact, y compris son avertissement selon lequel le contrôle de ce pouvoir latent pourrait être utilisé au profit de la race humaine – « ou son suicide ».
Dans les années 1930, le chimiste Ernest Rutherford et deux collaborateurs ont commencé à mener des expériences avec un isotope lourd de l’hydrogène appelé deutérium. En 1934, l’équipe a claqué des atomes de deutérium, transformant l’isotope en hélium tout en produisant simultanément ce qu’ils ont décrit comme « un effet énorme » – une explosion d’énergie.
C’était la fusion en miniature. Quatre ans plus tard, le physicien allemand Hans Bethe a découvert la séquence subatomique précise des événements qui sous-tendent le processus. Cette même année, deux jeunes scientifiques lisent l’article de Bethe sur le sujet et décident de mettre ses idées en pratique.
Le duo excentrique, Arthur Kantrowitz et Eastman Jacobs, a travaillé dans un centre de recherche gouvernemental axé sur les performances des avions. La construction d’un réacteur à fusion n’avait rien à voir avec leur travail, alors ils ont surnommé leur création un « inhibiteur de diffusion », une phrase vague mais prétentieuse qui a dissuadé les supérieurs de poser trop de questions.
Leur conception, préfigurant les développements ultérieurs, comportait un beignet métallique, ou « tore », doublé d’aimants conçus pour contenir et contrôler la réaction. Les lasers n’avaient pas été inventés, ils ont donc opté pour les ondes radio pour surchauffer l’hydrogène. Cela consommait tellement d’énergie qu’ils devaient mener des expériences la nuit pour éviter de couper le réseau électrique.
En fin de compte, ils ont appuyé sur l’interrupteur et rien ne s’est passé. Peu de temps après, leurs supérieurs ont compris et ont arrêté le projet. Personne ne s’en est rendu compte à l’époque, mais le couple était remarquablement proche de la construction du premier réacteur à fusion, à l’exception de quelques défauts dans la structure de confinement.
Ce n’est qu’après la Seconde Guerre mondiale que les scientifiques ont repris les travaux sur la fusion, trop conscients de sa nature spéculative. James Tuck, un physicien britannique qui s’était fait les dents en travaillant sur le projet Manhattan, a conçu un premier réacteur à fusion qu’il a surnommé le « Perhapsatron », parce que « peut-être que cela fonctionnera et peut-être que cela ne fonctionnera pas ».
Beaucoup moins amusant était un épisode qui aide à expliquer le scepticisme de longue date à l’égard de la nouvelle technologie. À la fin des années 1940, le dictateur populiste argentin Juan Domingo Perón a financé les recherches sur la fusion d’un obscur scientifique autrichien nommé Ronald Richter. En 1951, Peron annonça fièrement que Richter, qui avait des liens étroits avec d’anciens nazis, avait créé le premier réacteur à fusion au monde. Un examen ultérieur a révélé que les recherches de Richter étaient fondamentalement défectueuses, voire frauduleuses.
L’année suivante, cependant, deux développements ont souligné pourquoi la fusion ne pouvait être ignorée. D’abord vint la nouvelle que les États-Unis avaient fait exploser la première bombe à hydrogène au monde – en fait, une réaction de fusion incontrôlée – ravivant le problème du suicide de la race humaine qu’Eddington avait identifié à l’origine.
Les travaux du physicien théoricien Lyman Spitzer de l’Université de Princeton sur la façon de contrôler le gaz surchauffé, ou plasma, au cœur du réacteur à fusion n’ont pas été moins importants. Cet état de la matière ressemble à une orgie subatomique, où les noyaux atomiques et les électrons, autrefois monogames, se mêlent de manière promiscuité. Afin de contenir le chaos, Spitzer a esquissé un appareil en huit qu’il a appelé le stellarator.
Alpiniste passionné, le physicien a baptisé sa recherche Project Matterhorn en raison de la longue et ardue ascension qu’il prévoyait dans la recherche sur la fusion. Au cours des années 1950, Spitzer et ses collaborateurs ont construit une série de prototypes qui ont marqué un pas de géant en avant. Dans le même temps, un groupe de physiciens en Union soviétique dirigé par Andrei Sakharov et Igor Tamm a développé son propre modèle, connu sous le nom de Tokamak, un acronyme russe faisant référence à un gigantesque beignet magnétique, ou tore.
Ainsi commença une nouvelle phase de la recherche sur la fusion alors que les scientifiques construisaient des stellarators et des tokamaks toujours plus grands. À partir de la fin des années 1950, la fusion est passée d’un concept théorique et fantaisiste à quelque chose de concret. Malheureusement, ces avancées ont également conduit des promoteurs flamboyants à prendre de l’avance, imaginant un avenir défini par une puissance peu coûteuse et illimitée.
Un article typique du genre était un article haletant dans Popular Mechanics en 1959, « Fusion Power for the World of Tomorrow », prédisant : « Cela pourrait arriver plus tôt que vous ne le pensez ! »
Ce battage médiatique s’est avéré dommageable et irréaliste. De nombreux commentateurs à partir des années 1960 sont devenus de plus en plus désenchantés par la fusion. Bien que les pénuries d’énergie des années 1970 aient conduit à davantage de financements et à de nouveaux espoirs, ceux-ci ont inévitablement échoué, renforçant la vision cynique.
Perdu dans tout ce battage, le fait que les équipes scientifiques du monde entier ont continué à progresser lentement mais régulièrement pour faire de la fusion une réalité, résolvant progressivement les défis techniques associés au confinement tout en produisant des sursauts d’énergie toujours plus importants.
Ces progrès au coup par coup, pas particulièrement accrocheurs lorsqu’ils sont considérés isolément, ont été éclipsés par des échecs et des fraudes comme la tristement célèbre controverse sur la « fusion froide » de 1989, lorsque deux chercheurs ont affirmé à tort qu’ils avaient créé une réaction de fusion stable à température ambiante.
Les sceptiques de la fusion se réjouissaient également de souligner que des décennies de recherche n’avaient jamais réussi à atteindre un soi-disant « gain net d’énergie ». Chaque fois que les chercheurs lançaient des isotopes d’hydrogène dans une frénésie, ils se retrouvaient toujours avec moins d’énergie qu’au début.
C’est pourquoi l’annonce de cette semaine est si critique. Non, cela ne signifie pas que la commercialisation est imminente. Mais après plusieurs décennies d’essais, les chercheurs ont finalement franchi une étape cruciale dans leur quête pour développer l’énergie de fusion, rapprochant considérablement le monde de la vision qu’Arthur Eddington a formulée pour la première fois il y a plus d’un siècle.
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