« Gain » Énergétique Net ou Hype de la Fusion Chaude ? - The International Space Federation (ISF)

Le ministère américain de l’énergie (DOE), le National Ignition Facility (NIF) du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) et les principaux médias et revues scientifiques ont tous fait des annonces très médiatisées sur le « gain d’énergie net positif » résultant de l’allumage présumé de la fusion l’année dernière. Pourtant, comme nous l’avons décrit, si l’on considère l’apport énergétique total de l’alimentation électrique de l’expérience, la réaction de fusion a entraîné une perte nette d’énergie supérieure à 99 %. En d’autres termes, pour chaque unité d’énergie de fusion qu’il produit, le FNI a brûlé au moins 130 unités d’énergie, soit un rendement inférieur à 1 %. On est loin d’un « gain d’énergie ».

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Evaluando las Afirmaciones de la Fusión como Fuente de Energía Limpia El Futuro de la Energía de Fusión: Una Evaluación Realista Références

Il y a près d’un an, le ministère américain de l’énergie annonçait : « Pour la première fois, les chercheurs produisent plus d’énergie à partir de la fusion que ce qui a été utilisé pour l’alimenter, ce qui promet de nouvelles découvertes en matière d’énergie propre et de gestion des armes nucléaires ». Depuis, d’autres rapports ont fait état d’un deuxième allumage réussi au NIF, avec les mêmes déclarations : « une percée scientifique majeure qui se prépare depuis des décennies et qui ouvrira la voie à des avancées en matière de défense nationale et à l’avenir de l’énergie propre ». Le problème est que ces déclarations sont trompeuses ; le simple fait est que le NIF ne produit pas plus d’énergie que celle utilisée pour produire l’allumage de la fusion. Il ne s’agit donc pas d’une avancée énergétique nette, et comme décrit ici, il s’agit d’une énorme perte d’énergie nette.

Le consensus parmi les sources scientifiques populaires, y compris les plus grands experts en physique, a décrit le résultat de l’allumage de la fusion comme un gain d’énergie positif net. Les titres mondiaux utilisant 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, l’implosant et l’allumant, produisant 3,15 MJ d’énergie, semble indiquer un gain net de ~1,1 MJ d’énergie.

Mais ce n’est pas tout ! Si l’on considère l’alimentation électrique nécessaire pour faire fonctionner les lasers (sans tenir compte de tous les autres besoins énergétiques de l’expérience), la situation est tout à fait différente. Pour produire l’intensité d’énergie laser de 2,05 MJ sur la pastille d’hydrogène, 300 à 400 MJ d’énergie sont utilisés [2,3]. En effet, si l’on tient compte de l’ensemble du bilan énergétique de la réaction, il y a 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 environnement sous vide approprié dans la chambre cible, qui requièrent eux-mêmes d’importantes quantités d’énergie.

Evaluando las Afirmaciones de la Fusión como Fuente de Energía Limpia

Il y a manifestement une certaine confusion parmi les scientifiques qui rendent compte de cette question : 400 mégajoules d’énergie produisant 3,15 MJ ne constituent pas un « gain positif net » d’énergie. Il s’agit d’une perte colossale de ~99 % d’énergie.

La revue Science, dont le titre est « With Historic Explosion, a Long Sought Fusion Breakthrough, National Ignition Facility achieves net energy “gain” with laser-powered approach », décrit comment l’utilisation du terme « gain » est un substitut de « gain » :

Toutefois, si l’on entend par gain la production de plus d’énergie en sortie que d’électricité en entrée, le FNI 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. Un million de capsules par jour devraient être fabriquées, remplies, positionnées, dynamitées et évacuées, ce qui représente un énorme défi technique [1].

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

Le rapport du FNI sur les résultats de la réaction de fusion du 8 août 2021 (Reaching the Threshold of Ignition, an in-depth look at NIF’s 1.35 Megajoule Milestone) montre que la quasi-totalité de l’énergie des 192 faisceaux laser de l’installation est perdue en raison de la conversion des longueurs d’onde, de la production de rayons X, de la rétrodiffusion et d’autres facteurs avant qu’elle n’atteigne la capsule.

L’inefficacité est stupéfiante. Le système devrait améliorer son efficacité d’au moins 10 000 % pour commencer à s’approcher d’un gain net d’énergie. À la réflexion, cela ne devrait pas être surprenant, car l’installation laser phare du ministère américain de l’énergie n’est pas axée sur la mise au point d’une méthode de production d’énergie à des fins commerciales. Son principal objectif est de faire progresser la recherche sur les armes nucléaires [3].

El Futuro de la Energía de Fusión: Una Evaluación Realista

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 FNI ne rendait compte que de son objectif premier, qui est de faire progresser la technologie des armes thermonucléaires, cela ne poserait 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’allumage – 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 l’allumage par fusion qui entraîne une perte d’énergie d’environ 99 %, afin d’exciter le public avec des titres « révolutionnaires » sur le « gain net d’énergie ». Et d’encourager les membres des commissions budgétaires du Congrès à continuer à verser des fonds. Toutefois, ce type d’omission et d’information trompeuse n’est pas totalement inoffensif. Par conséquent, des fonds seront alloués pour continuer à soutenir et à développer la fusion à chaud, qui est considérée comme une « approche brutale » de la production d’énergie (Big Think, Slate). Ces ressources pourraient autrement servir à financer des technologies viables de production d’énergie propre. Au lieu de cela, elles seront détournées au profit de l’énorme complexe industriel de la fusion, qui n’est pas près de produire quoi que ce soit de commercialement réalisable, même dans plusieurs dizaines d’années.

En revanche, si un laboratoire indépendant ou une personne travaillant sur la production d’énergie alternative faisait état d’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 faire de la science ». Les expériences de réaction de fusion brutale devraient 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 viables potentielles.

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 l’on considère l’énergie, en supposant que l’on obtienne un gain de 100 %, on obtient 4 mégajoules pour 2 mégajoules. Supposons que vous fassiez cela une fois par jour. Cela équivaut à brûler un petit morceau de bois d’allumage. 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 véritable centrale électrique, ce qui signifie essentiellement que vous ne pouvez pas utiliser cette technologie. Elle est tellement éloignée de la réalité. 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) et est une installation colossale de 10 étages abritant 192 lasers à haute énergie. Il s’agit là d’une somme d’argent et de ressources considérables pour soutenir une approche brutale de la nature, dans le but de produire une source d’énergie nucléaire recherchée depuis longtemps. Il existe une autre solution.

Il existe des approches alternatives beaucoup moins énergivores et moins coûteuses, telles que les réacteurs nucléaires à faible énergie. Dans la fusion par confinement de réseau, par exemple, les réactions de fusion se produisent dans les espaces entre les atomes d’un solide métallique ; les conditions suffisantes pour la fusion sont créées dans les limites du réseau métallique qui est maintenu à la température ambiante. Alors que le réseau métallique, chargé de combustible 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 au niveau de la fusion [5].

L’utilisation ultime du plasma n’est peut-être pas celle d’un « combustible » comme dans les réacteurs à fusion, où le réactif est épuisé et doit être constamment réapprovisionné, même s’il ne produit alors qu’une fraction de l’énergie totale des noyaux atomiques. Au lieu de cela, 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 toutes 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 et omniprésente… la source d’énergie ultime. Des ressources importantes devraient être allouées à ces domaines de recherche également.