Gain réel d'énergie ou publicité trompeuse pour la fusion nucléaire ?

Le ministère américain de l'énergie (DOE), le National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), ainsi que les principaux médias et revues scientifiques annoncent à grand renfort de publicité un "gain d'énergie net positif" résultant d'un seuil d'ignition présumé. Pourtant, si l'on considère l'apport énergétique total de l'alimentation électrique de l'expérience, la réaction de fusion a représenté une perte d'énergie nette supérieure à 99 %. En d'autres termes, pour chaque unité d'énergie de fusion qu'il produit, le NIF brûle au minimum 130 unités d'énergie, soit un rendement inférieur à 1 %. On est loin d'un quelconque "gain d'énergie".

Par Nassim Haramein, directeur de recherche aux laboratoires de R&D de Torus Tech.

Avec l'annonce faite par le ministère américain de l'énergie "Pour la première fois, des chercheurs produisent plus d'énergie à partir de la fusion qu'ils n'en ont utilisé pour l'alimenter, ce qui promet d'autres découvertes dans le domaine de l'énergie propre et de la gestion des armes nucléaires", la question s'est posée de savoir si nous venions d'assister à une percée scientifique et technologique qui changerait le monde à jamais ou s'il ne s'agissait que d'un simple battage publicitaire autour de la fusion. Les faits indiquent clairement la seconde hypothèse. Voici pourquoi. 

Le consensus parmi les sources scientifiques de vulgarisation, y compris les meilleurs experts en physique, a décrit le résultat de l'atteinte du seuil d'ignition comme un gain d'énergie positif net. Les gros titres mondiaux qui utilisent la terminologie "gain d'énergie" sont trompeurs ! Annoncer que 2,05 mégajoules de lumière laser se sont concentrés sur une minuscule capsule de combustible de fusion, la faisant imploser et s'enflammer en produisant 3,15 MJ d'énergie - semble indiquer un gain net d'~1,1 MJ d'énergie. 

Cependant, ce n'est pas tout ! Si l'on considère l'alimentation électrique nécessaire pour faire fonctionner les lasers (sans compter tous les autres besoins en énergie de l'expérience), une toute autre histoire se dessine. Pour produire une intensité d'énergie laser de 2,05 MJ au niveau de la pastille d'hydrogène, il faut utiliser environ 300 à 400 MJ d'énergie [2,3]. En effet, en tenant compte de l'ensemble du budget énergétique de la réaction, on constate une perte nette d'environ 99,6 % de l'énergie totale. Cela ne tient pas compte du temps et des ressources nécessaires à la fabrication de la pastille de deutérium-tritium de haute précision, au surrefroidissement du système ou au maintien d'un vide approprié dans la chambre cible. 

Il y a manifestement une certaine confusion parmi les scientifiques qui rendent compte de cette situation : 400 mégajoules d'énergie produisant 3,15 MJ n'est pas un "gain positif net" d'énergie. C'est une perte colossale d'énergie de ~99%. 

La revue Science, dont le titre est " Avec une explosion historique, une percée longtemps recherchée dans le domaine de la fusion, le National Ignition Facility réalise un "gain" net d'énergie avec une approche alimentée par laser ", décrit comment l'utilisation du terme " gain " a en fait été utilisée dans l'article : 

Si le gain signifie produire plus d'énergie à la sortie que d'électricité à l'entrée, le NIF est loin d'être à la hauteur. Ses lasers sont inefficaces et nécessitent des centaines de mégajoules d'électricité pour produire les 2 MJ de lumière laser et les 3 MJ d'énergie de fusion. De plus, une centrale électrique basée sur le NIF devrait augmenter le taux de répétition d'un tir par jour à environ 10 par seconde. Il faudrait fabriquer, remplir, positionner, faire sauter et évacuer un million de capsules par jour - un énorme défi technique [1].

Selon les références internes du NIF, Anatomie d'un tir au NIF [2], le système laser nécessite 400 mégajoules d'énergie stockée :

Au moment du tir, les baies de condensateurs du NIF fournissent 400 mégajoules d'énergie électrique stockée aux 7680 lampes  du laser principal.

Le rapport du NIF sur les résultats de la réaction de fusion du 8 août 2021 - Atteindre le seuil d'ignition, un examen approfondi de l'étape des 1,35 mégajoules du NIF - montre que la quasi-totalité de l'énergie des 192 faisceaux laser de l'installation est perdue en raison de la conversion de la longueur d'onde, de la production de rayons X, de la rétrodiffusion et d'autres facteurs avant d'atteindre la capsule.

Diagramme simplifié montrant l'efficacité du couplage énergétique de la capsule cible du NFI. L'" énergie laser " indiquée est celle qui résulte de la conversion de l'infrarouge en ultraviolet, ce qui entraîne une perte d'environ la moitié de l'énergie initiale du laser. Lorsque la lumière atteint le hohlraum, elle chauffe les parois internes et génère des rayons X qui compriment le combustible de fusion, utilisant ainsi plus de la moitié des 1,9 mégajoules de lumière ultraviolette. Après avoir pris en compte l'énergie des rayons X perdue par les trous d'entrée du laser (LEH), les interactions laser-plasma (LPI) et la rétrodiffusion, ainsi que d'autres facteurs, dans les expériences précédentes, seuls 150 à 270 kilojoules environ ont été absorbés par la capsule, et seuls 10 kilojoules environ ont abouti dans le combustible de fusion.

L'inefficacité est stupéfiante. Le système devrait améliorer son efficacité d'au moins 10 000 % pour commencer à s'approcher d'un gain énergétique net. Après réflexion, cela ne devrait pas être surprenant, car l'installation laser phare du ministère américain de l'énergie n'a pas pour objectif de produire une méthodologie de production d'énergie commerciale. Son principal objectif est de faire progresser la recherche sur les armes nucléaires [3].

Dans de nombreuses circonstances, une expérience de physique peut parfaitement faire l'objet d'un rapport sur les résultats de l'expérience sans tenir compte de l'équipement périphérique, de la mise en place et des coûts énergétiques utilisés pour obtenir un résultat. Il est certain que si le NIF ne rendait compte que de l'objectif principal, à savoir l'avancement de la technologie des armes thermonucléaires, il n'y aurait pas de problème.

Toutefois, étant donné que cette expérience est présentée comme une source d'énergie possible pour l'avenir de l'humanité, le fait de ne pas indiquer clairement et de ne pas rendre publique la consommation d'énergie de l'appareil - la quantité d'énergie nécessaire pour alimenter et faire fonctionner les lasers utilisés pour l'ignition- constitue une omission inappropriée d'informations essentielles, qui se traduit par des titres trompeurs et déroutants.

Il est compréhensible de vouloir susciter l'enthousiasme et le soutien à la recherche. Il peut sembler innocent d'omettre des faits gênants, comme le fait que l'ignition par fusion entraîne une perte d'énergie de ~99%, afin d'exciter le public avec des titres "révolutionnaires" sur le "gain net d'énergie". Et, pour encourager les membres des commissions budgétaires du Congrès à continuer à verser les fonds. Cependant, ce genre d'omission et de rapport trompeur n'est pas totalement inoffensif. Par conséquent, des fonds seront alloués pour continuer à soutenir et à développer la fusion chaude, qui est considérée comme une "approche par la force brute" de la production d'énergie (Big Think, Slate). Alors que ces ressources pourraient servir à financer d'autres technologies viables de production d'énergie propre. Au lieu de cela, elles seront siphonnées au profit de l'énorme complexe industriel de la fusion, qui ne produira rien de commercialement viable avant au moins plusieurs décennies.

En revanche, si un laboratoire indépendant, ou un individu, travaillant sur la production d'énergie alternative rapportait un "gain énergétique net" tout en ignorant une inefficacité de ~99%, il serait ridiculisé et très probablement accusé de fraude. 

À bien des égards, lorsqu'il s'agit de nouvelles technologies de production d'énergie, nous n'avons pas le luxe de "faire de la science pour la science". Les expériences de réaction de fusion par la force brute doivent être reconsidérées, et si elles sont autorisées à se poursuivre, nous devons faire preuve de diligence pour allouer des ressources financières, des esprits scientifiques et du temps à d'autres méthodologies potentiellement viables.

Les experts dans le domaine de la fusion savent déjà que la méthode employée par le NIF ne sera pas la façon dont l'énergie de la fusion sera finalement exploitée :

Si vous regardez l'énergie, en supposant que vous obteniez un gain de 100 %, vous obtenez 4 mégajoules en sortie pour 2 mégajoules en entrée. Disons que vous faites ça une fois par jour. C'est l'équivalent de brûler un petit morceau de bois d'allumage, en gros. Ce n'est pas une centrale électrique. Il faut le faire à 50-60 hertz des milliers de fois par jour, des dizaines de fois par seconde, pour avoir une vraie centrale électrique, ce qui signifie que vous ne pouvez pas utiliser cette technologie. C'est tellement loin. Il faut passer à un secteur technologique entièrement différent [4].

L'installation laser NIF coûte 3,5 milliards de dollars (plusieurs milliards de plus que le budget prévu) et est une installation colossale de 10 étages abritant 192 lasers à haute énergie. Il s'agit d'une énorme quantité d'argent et de ressources pour soutenir une approche de la nature par la force brute, dans le but de produire une source d'énergie nucléaire tant recherchée. Il existe un autre moyen.

Il existe des approches alternatives beaucoup moins énergétiques et moins coûteuses, comme les réacteurs nucléaires à faible énergie. Dans la fusion par confinement en treillis, par exemple, les réactions de fusion sont réalisées dans les espaces entre les atomes d'un solide métallique ; les conditions suffisantes pour la fusion sont créées dans les limites du treillis métallique qui est maintenu à température ambiante. Alors que le réseau métallique, chargé de combustible au deutérium, peut initialement sembler être à température ambiante, la nouvelle méthode crée un environnement énergétique à l'intérieur du réseau où les atomes individuels atteignent des énergies cinétiques équivalentes à celles de la fusion [5].

Peut-être que l'utilisation ultime d'un plasma n'est pas celle d'un "combustible" comme dans les réacteurs à fusion, où le réactif est brûlé et doit être constamment renouvelé, ce qui ne permet de produire qu'une petite fraction de l'énergie totale des noyaux atomiques. Au contraire, le plasma peut être utilisé pour se coupler en résonance sympathique avec des modes spécifiques des fluctuations énergétiques de l'espace, lui-même à l'échelle quantique - l'énergie quantique du vide. Toutes les sources d'énergie et les forces sont essentiellement des gradients, par exemple : le gradient électrochimique d'une batterie, le gradient de potentiel gravitationnel d'un barrage hydroélectrique, etc. Par conséquent, générer un gradient dans les fluctuations énergétiques du vide de l'espace quantique peut nous permettre d'exploiter cette source d'énergie presque illimitée, propre, omniprésente... la source d'énergie ultime. Des ressources significatives devraient être allouées à ces champs d'investigation également.

Références

[1] “With historic explosion, a long sought fusion breakthrough.” https://www.science.org/content/article/historic-explosion-long-sought-fusion-breakthrough (accessed Dec. 15, 2022). 

[2] National Ignition Facility & Photon Science. Anatomy of a NIF Shot. (accessed Dec. 15, 2022). 

[3] J. “Nuclear-fusion lab achieves ‘ignition’: what does it mean?,” Tollefson and E. Gibney, Nature, Dec. 2022, doi: 10.1038/d41586-022-04440-7. 

[4] “So, Does Nuclear Fusion Work Now?,” Nitish Pahwa,  

[5] Vladimir Pines, et al., Physical Review C, Volume 101 (April, 2020): “Nuclear fusion reactions in deuterated metals” and “Novel nuclear reactions observed in bremsstrahlung-irradiated deuterated metals.”