Un investissement de 42 millions de dollars ! Le ministère américain de l'Énergie crée 3 grands centres de recherche sur la fusion laser

Jeudi, heure locale, le ministère américain de l'Énergie a annoncé la création de trois centres de recherche dans l'espoir de faire progresser la science et la technologie fondamentales de l'énergie de fusion inertielle (IFE) et d'utiliser des explosions thermonucléaires miniatures actionnées par laser dans les futures centrales électriques.
Les trois centres, situés au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) en Californie, à l'Université d'État du Colorado et à l'Université de Rochester dans l'État de New York, se partageront un total de 42 millions de dollars sur quatre ans. Sur ce montant, 16 millions de dollars chacun pour Livermore et l'État du Colorado, et 10 millions de dollars pour l'Université de Rochester - une petite fraction du budget scientifique de l'énergie de fusion du DOE - qui s'élève cette année à plus d'un demi-milliard de dollars.
Scott Hsu, coordinateur en chef du DOE pour la fusion, a déclaré que les recherches futures dans les trois centres "se concentreront davantage sur les technologies fondamentales nécessaires à tout système de fusion inertielle".
L'énergie est produite en combinant deux petits atomes, généralement de l'hydrogène, en un atome plus gros. Ce processus, connu sous le nom de « fusion », est la source d’énergie du soleil et des autres étoiles. Si la fusion nucléaire contrôlée pouvait être reproduite sur Terre, elle produirait une énergie abondante sans produire de dioxyde de carbone susceptible de réchauffer la Terre ni de déchets radioactifs à vie longue.
À ce jour, la plupart des recherches sur l’énergie de fusion et la majeure partie du budget scientifique du ministère de l’Énergie se sont concentrées sur des réacteurs utilisant de puissants champs magnétiques pour contenir de l’hydrogène surchauffé jusqu’à ce que les noyaux entrent en collision et se combinent. Mais une expérience réussie menée l'année dernière au National Ignition Facility (NIF) de Livermore a mis l'accent sur une approche différente : tirer de puissants lasers sur des particules d'hydrogène individuelles pour serrer leurs atomes ensemble et produire un éclair de fusion.
À ce jour, LLNL a réussi l’allumage par fusion au NIF à quatre reprises. Le dernier en date a été réalisé en tirant 2,2 mégajoules (MJ) d'énergie sur la cible d'allumage, produisant 3,4 MJ d'énergie de fusion. Le NIF n'a pas été conçu comme un prototype pour la génération d'énergie de fusion. Depuis l’arrêt des essais nucléaires en 1992, il a été principalement utilisé pour aider à entretenir les armes nucléaires américaines. Lors d’expériences précédentes, l’expérience scientifique NIF a tiré une impulsion laser sur une pastille alimentée à l’hydrogène. Une centrale électrique pratique devrait tirer l’impulsion laser à plusieurs reprises à une fréquence de 10 fois par seconde, chaque impulsion insérant une nouvelle pastille de combustible.
Ces lasers doivent être plus puissants, plus fiables et plus économes en énergie que les lasers du NIF. Les cibles de carburant hydrogène doivent être bon marché et faciles à fabriquer. Une centrale électrique aura besoin d’un approvisionnement constant en millions de pellets. Le nouveau centre de recherche contribuera à surmonter ces obstacles.
Kramer Akli, qui gère le programme gouvernemental des sciences de l'énergie de fusion inertielle, a déclaré que le DOE avait reçu de nombreuses candidatures et qu'un jury avait choisi Livermore, Rochester et l'État du Colorado. Chacun des programmes gagnants comprenait des collaborations avec d'autres universités, laboratoires nationaux et entreprises privées.
Le Dr Akli a déclaré : « Réunissez les esprits les plus brillants de votre domaine afin que vous puissiez accélérer davantage l'innovation et résoudre certains des défis de l'énergie de fusion inertielle.
L'un des principaux objectifs du centre de l'Université de Rochester est de tester un nouveau type de laser pouvant être tiré directement sur l'hydrogène. Cette méthode est plus économe en énergie que celle utilisée dans l’expérience NIF à Livermore. Mais si de petites variations dans le laser produisent des instabilités, elles peuvent gêner la fusion.
Cette instabilité peut être contrôlée si le laser se propage sur une plage de longueurs d'onde. Les scientifiques de l'Université de Rochester travaillent depuis des années sur cette approche, appelée entraînement direct, et le financement de la recherche du centre sera utilisé pour des expériences visant à tester si un nouveau laser haute puissance peut résoudre ce problème. Cela ouvre la voie à un programme à entraînement direct.
Le centre de l'État du Colorado étudiera une variété de lasers proposés pour différents concepts de fusion inertielle et examinera différentes conceptions de cibles combustibles. Carmen Menoni, professeur de génie électrique et informatique qui a dirigé la proposition du centre, a déclaré qu'elle étudierait de nouveaux matériaux pour les revêtements optiques laser afin qu'ils puissent mieux résister aux assauts laser soutenus à haute énergie.
Tammy Ma, physicienne des plasmas au Livermore National Laboratory (LLNL), a déclaré que l'objectif du centre irait au-delà de l'approche à entraînement indirect utilisée par le NIF et commencerait à résoudre les problèmes nécessaires à la construction d'une véritable centrale électrique. "Il ne s'agit pas simplement d'avoir une cible, de l'atteindre et de créer de l'énergie."
Les premières recherches devraient permettre de faire la lumière sur les approches les plus prometteuses. "L'investissement ne sera pas suffisant pour vraiment trouver ces réponses", selon le Dr Tammy Ma, "mais je pense qu'au bout de quatre ans, nous pourrons tracer une voie prometteuse pour que les États-Unis démontrent réellement une pleine- usine pilote à grande échelle."
La secrétaire américaine à l'énergie, Jennifer M. Granholm, a déclaré : « L'exploitation de l'énergie de fusion est l'un des plus grands défis scientifiques et technologiques du 21e siècle. Nous sommes désormais convaincus que l'énergie de fusion est non seulement une possibilité, mais aussi extrêmement prometteuse. être à l'avant-garde d'une avancée décisive qui changera la donne et sauvera la planète. »
Les projets financés par le programme de recherche accélérée sur la science et la technologie de l'énergie de fusion inertielle (IFE-star) rassembleront l'expertise et les capacités des laboratoires nationaux du ministère américain de l'Énergie, du monde universitaire et de l'industrie pour faire progresser les composants du système IFE. La fusion par confinement inertiel est une méthode de fusion leader qui utilise des lasers ou d'autres technologies pour comprimer et chauffer un plasma dense. le programme IFE-star développera : des conceptions de cibles à gain élevé ; des lasers à haut rendement avec des taux de répétition élevés ; et la fabrication, le suivi et l'engagement de cibles de fusion pertinentes pour la vie. le programme IFE-star est conçu pour fournir une large gamme de technologies pour prendre en charge le système IFE, y compris l'utilisation de lasers, de lasers et de lasers dans une large gamme d'applications. Une composante majeure du projet financé est la gestion de l’écosystème de la fusion inertielle, y compris le développement d’une main-d’œuvre inclusive et diversifiée.
Le Laboratoire d'énergie laser (LLE) de l'Université de Rochester, dirigé par ses 400 employés de Rochester, est depuis longtemps à l'avant-garde de l'énergie, de la science et de la technologie. L'année dernière, des scientifiques du Lawrence Livermore National Laboratory, soutenus par le LLE, ont atteint le premier jalon de gain énergétique net.
À la suite de la percée réalisée au National Ignition Facility du Lawrence Livermore National Laboratory, la fusion par confinement inertiel a suscité un intérêt et une attention encore plus grands. Le projet IFE-star vise à combler les lacunes scientifiques et technologiques communes dans les feuilles de route technologiques anticipées des sociétés de fusion IFE participantes. dans le programme de développement Milestone Fusion du Bureau des sciences en abordant les opportunités de recherche prioritaires décrites dans le rapport de l'atelier IFE sur les besoins de recherche fondamentale. Des progrès continus. Contrairement à la fusion par confinement magnétique, conçue pour maintenir la combustion du plasma pendant de longues périodes, l’IFE nécessitera la formation d’impulsions répétitives. L’un des objectifs est de développer la science et la technologie nécessaires pour faire passer la fusion inertielle des expériences uniques à faible gain aux taux de répétition élevés et à gain élevé nécessaires aux usines pilotes IFE potentielles.
Le département américain de l'Énergie est en train de mettre en place un programme dédié via IFE-star. Le projet sélectionné permettra de construire et d'exploiter des capacités, une expertise, des diagnostics et des installations de pointe, et IFE-star élargira également considérablement la recherche IFE financée conjointement par l'Agence des projets de recherche avancée du DOE pour l'énergie (ARPA-E) et l'Office of Science. .