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Si le monde est réduit aux seules énergies renouvelables, qui par leur faible densité et leur caractère intermittent permettent de produire beaucoup moins que les combustibles fossiles et le nucléaire, la capacité d’accueil de la Terre se réduira brutalement à un milliard d’êtres humains !

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2010 : année de la fusion nucléaire et cinquantenaire du laser

Cet article résume tout l’intérêt des applications de la fusion nucléaire pour l’avenir de l’humanité. La France se trouve à l’avant-garde dans ce domaine ; cependant, elle ne le restera pas sans une volonté politique, une mobilisation des énergies et le retour à un système de crédit productif public permettant, à l’échelle de l’Europe et du monde, le financement de ces projets. Pour résumer brutalement les choses : avec le système monétariste actuel, pas de fusion possible et une régression technologique pour l’humanité, condamnant à une politique de dépopulation malthusienne et à l’abolition de toute espérance de justice sociale.


L’année 2010 marque un pas majeur vers la maîtrise de la fusion nucléaire, et plus particulièrement la fusion par confinement inertiel, une technologie qui devrait à terme fournir à l’humanité toute entière une source d’énergie abondante et sans pollution.

Cette percée a été rendue possible par l’entrée en service de la National Ignition Facility (Nif), un système de 192 lasers de très haute énergie développé au Lawrence Livermore Laboratory, aux Etats-Unis, qui sera suivi en 2014 du laser Mégajoule (LMJ) près de Bordeaux, un instrument composé de 240 faisceaux laser.

Ces deux installations ont été conçues pour générer des énergies d’un million de joules ou plus (d’où le nom Mégajoule pour l’installation française), trente fois plus que celles émises par les lasers actuellement en service. Ces énergies sont émises dans des laps de temps extrêmement courts, de l’ordre du milliardième de seconde, d’où une puissance exceptionnelle. (Rappelons-nous qu’en physique, la puissance est définie comme le rapport de l’énergie par unité de temps. Ainsi, si un watt correspond à une puissance d’un joule par seconde, une ampoule de soixante watts consomme soixante joules d’énergie à la seconde.)

Les premiers essais effectués en janvier 2010 à Lawrence Livermore permirent d’atteindre la barre du mégajoule émis en un milliardième de seconde sur une cible d’exercice constituée d’hélium et d’hydrogène. Le laboratoire se prépare à utiliser une cible réelle en mai 2010, constituée de deutérium et de tritium. D’ici là, la barre des 1,2 mégajoules au-delà desquels se déclenche une réaction de fusion auto-entretenue devrait être atteinte.

Pour ce qui concerne le laser Mégajoule, la date exacte d’entrée en service n’est pas encore connue. Soulignons toutefois que les premières réactions de fusion par laser ont été obtenues en France à la fin des années 1960 par des équipes du CEA au centre de recherche de Limeil-Valenton dans le Val de Marne, de même qu’en Russie. Ces réactions n’ont pas été jusqu’ici assez nombreuses pour entretenir un processus de fusion pouvant fournir un surplus d’énergie, d’où l’expectative créée par les progrès attendus pour cette année.

 Qu’est-ce la fusion par confinement inertiel ?

Un atome est l’assemblage d’un noyau, constitué de protons et de neutrons, autour duquel tournent des électrons. Lors d’une réaction chimique, seul est en jeu le partage d’électrons entre atomes. Par contre, les réactions nucléaires mettent en jeu, comme leur nom l’indique, les noyaux des atomes et génèrent beaucoup plus d’énergie qu’une réaction chimique, un million de fois plus pour la fission, quatre millions de fois plus pour la fusion.

La fission nucléaire consiste à casser le noyau d’atomes plus gros en plusieurs morceaux de moindre dimension. La fusion est le processus par lequel on réunit les noyaux de plusieurs atomes, constitués de protons et de neutrons. C’est le physicien Albert Einstein qui réussit le premier à exprimer par une équation la quantité d’énergie émise : E = mc². Ainsi, la différence de masse entre les constituants des atomes (noyaux et électrons) avant et après la réaction (qu’il s’agisse de fusion, de fission on d’un simple partage d’électron), multipliée par le carré de la vitesse de la lumière donne la quantité totale d’énergie libérée. Par conséquent, une masse au repos pourrait potentiellement, à supposer qu’elle pût être entièrement convertie, donner une quantité d’énergie faramineuse. Pour les réactions chimiques, le pourcentage de la masse convertie en énergie est de l’ordre du milliardième, tandis que pour la fission et la fusion, elle est de l’ordre d’un à quatre millièmes.

Si l’on veut fusionner les noyaux de deux atomes légers en un seul plus lourd, il faut neutraliser la répulsion mutuelle entre les protons des deux noyaux à marier, car les deux sont chargés positivement. Pour ce faire, les noyaux devront être confinés dans un espace très restreint, et ce suffisamment longtemps pour que le mariage ait lieu !

Il existe deux méthodes de confinement. La première consiste à porter à très haute température un mélange de gaz (de préférence deutérium et tritium, plus facile à manier), faisable uniquement dans l’enceinte d’un puissant champ magnétique. C’est la fusion par confinement magnétique, objectif du réacteur Iter, qui est en construction à Cadarache.

La deuxième méthode consiste à utiliser la force d’inertie de la matière, au moyen d’un processus en deux temps. Pendant la première étape, ne dépassant pas un milliardième de seconde, l’énergie du laser est absorbée par la cible. Celle-ci prend la forme d’une sphère dont le rayon est d’un millimètre ; elle contient deutérium et tritium, les deux éléments nécessaires à la fusion. Grâce à l’action du laser, la température de la sphère passe de la dizaine de degrés à la centaine de millions de degrés.

Au bout d’un milliardième de seconde, la couche supérieure de la sphère, devenue plasma, commence à se dilater vers l’extérieur. C’est le début de la deuxième étape. Le délai d’un milliardième de seconde est imputable à l’inertie de la matière, qui prend toujours un certain temps avant de se mettre en mouvement, phénomène qui donne son nom à la fusion par confinement inertiel. Cette dilatation retardée mais extrêmement brusque de la surface de la sphère provoque par réaction une poussée de la matière restante de la sphère vers l’intérieur, une sorte d’onde de choc inversée ou implosion, qui accroît d’un facteur de mille la densité de la matière au centre. La rencontre très brève de la très haute température et de la très haute densité permet à un « point chaud » de se former et à la fusion de se déclencher.

Pour que l’effet soit optimal, la surface de la sphère doit se dilater le plus symétriquement possible, afin que l’onde de choc atteigne simultanément le centre depuis tous les points de la circonférence . Grâce à une symétrie presque parfaite l’on espère accroître la densité d’un facteur de dix mille.

En janvier 2010, la National Ignition Facility de Lawrence Livermore vient donc de faire un pas de géant vers une meilleur symétrie (couplée à une quantité record d’énergie). Nous sommes face à une percée fondamentale, susceptible d’accélérer de vingt ans la maîtrise de la fusion nucléaire.

 La fusion par allumage rapide

Nous venons de décrire la fusion par confinement inertiel déclenchée à partir d’un point chaud ou par simple compression. Mais une toute autre méthode a émergé depuis l’an 2000, et qui promet des progrès encore plus révolutionnaires. Il s’agit de la fusion par confinement inertiel à allumage rapide, méthode qui vient compléter celle que nous venons de décrire de manière fort élégante. Une analogie avec la différence entre le moteur à explosion et le moteur diesel dans l’industrie automobile nous aidera à comprendre la méthode par allumage rapide.

Dans le moteur diesel, un mélange d’air et de carburant est comprimé par un facteur de vingt, déclenchant la combustion. Dans un premier temps toutefois, avant qu’ils n’arrivent à mettre au point le moteur diesel, les ingénieurs ont utilisé une bougie qui générait les étincelles électriques à l’intérieur du piston, suite à quoi la réaction chimique avait lieu. C’est le principe du moteur à explosion. Mais lorsqu’une bougie est encrassée aucune explosion n’a lieu dans le piston affecté, qui devra être passivement entraîné par le mouvement des autres pistons. Résultat : le moteur ne tourne pas rondement.

La fusion présente un phénomène similaire. On peut conclure que si une étincelle pouvait être créée à l’intérieur de la cible, il ne faudrait plus compter sur le seul effort de compression pour initier la réaction. Le développement d’un nouveau type de lasers au cours de la dernière décennie promet de grands progrès en ce sens, car ces lasers d’« allumage » viendraient compléter, en tant que générateurs d’étincelles, ceux utilisés pour la compression.

Le moment est donc venu d’expliquer ce qu’est un laser ainsi que son principe de fonctionnement.

 Le laser a 50 ans

Le terme « laser » est l’acronyme de « Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation », ou en français, « Amplification de lumière par émission stimulée de rayonnement ».

L’année 2010 marque également, à toute fin pratique, le cinquantième anniversaire de l’apparition des premiers lasers.

Le 16 mai 1960, au Hughes Research Laboratory à Malibu (Californie), Theodore Maiman fit fonctionner le premier laser, suite aux travaux de Charles Townes. En 1958, ce dernier en avait fixé le principe de fonctionnement pour les micro-ondes.

L’émission stimulée d’un rayonnement repose sur un principe posé par Einstein en 1917, selon lequel un atome excité émet un photon lorsqu’il est stimulé par l’arrivée d’un autre photon (dit incident) de même énergie que celui qu’il pourrait potentiellement émettre. Le nouveau photon émis exhibe alors les mêmes caractéristiques (longueur d’onde, direction de la trajectoire et phase) que celles du photon incident. Les deux photons repartent alors ensemble pour produire un rayonnement lumineux d’intensité double, qui va stimuler chez d’autres atomes l’émission d’un nombre toujours plus grand de photons dotés des mêmes caractéristiques, à l’image d’une réaction en chaîne.

Ce processus n’a toutefois lieu que si l’on a d’abord amené à l’« état d’excitation » un nombre suffisant d’atomes parmi ceux qui peuplent le milieu où se forme le rayonnement laser. Lorsque le nombre d’atomes excités est supérieur à ceux dans un état « normal », il y a « inversion de population ». Pour que la matière favorise l’émission stimulée, il faut lui apporter en premier lieu une certaine quantité d’énergie, afin d’exciter un nombre suffisant d’atomes : c’est l’objet du pompage optique effectué notamment par une lumière blanche que l’on dirige sur le milieu-cible, mis au point par Alfred Kastler et Jean Brossel à l’Ecole normale supérieure à partir de 1950.

Le milieu contenant les atomes – qu’il soit solide, liquide ou gazeux - est placé dans un cylindre appelé « oscillateur » fermé aux extrémités par des miroirs. Les photons seront ainsi réfléchis vers l’intérieur et continueront à provoquer l’émission en chaîne d’un nombre toujours plus élevé de photons. Si l’un des miroirs est semi-transparent, une partie des photons pourra s’échapper, et produire un faisceau laser continu. Si l’un des miroirs est mobile, on le fera pivoter seulement lorsqu’on désire relâcher une impulsion laser de grande puissance et de courte durée, ce qui sera le cas pour la fusion par confinement inertiel.

Pour amplifier l’énergie du rayon laser, on le fera passer par une série de cylindres sans miroirs, de rayon toujours plus grand, contenant une population d’atomes semblable à celle contenue dans l’oscillateur de départ, de sorte que le passage du faisceau lumineux provoque l’émission de nouveaux photons qui viendront se joindre à la « foule ». Afin d’éviter qu’un trop plein d’énergie ne détruise le milieu amplificateur, souvent constitué de verre de très grande pureté, le rayon des cylindres sera augmenté graduellement.

En 1985, l’équipe de Gérard Mourou à l’Université du Michigan mit au point une technique baptisée « amplification à dérive de fréquence », suite à quoi un nouveau type de laser est apparu, appelé « laser de puissance à impulsion ultracourte ».

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Figure 1 : Principe de fonctionnement d’un laser à impulsion ultracourte.

Le principe de fonctionnement est celui-ci : on produit une impulsion très brève et de faible énergie, qui est ensuite étirée dans sa durée d’un facteur de dix mille en la faisant passer par ce qu’on appelle un extenseur. Puis cette impulsion est amplifiée, pour atteindre un niveau d’énergie cent milliards de fois plus élevé que le niveau d’origine. Tout en gardant le niveau d’énergie nouvellement acquis, il suffit alors de contracter à nouveau l’impulsion dans le temps en la faisant passer par un compresseur, pour obtenir un faisceau laser de très grande puissance et à impulsion ultracourte, d’une durée de quelques femtosecondes (voir figure 1).

Le tableau suivant donne les facteurs permettant de multiplier ou diviser une grandeur physique avec rapidité et efficacité. Cela peut être, parmi bien d’autres, une grandeur de temps (seconde, milliseconde, picoseconde), d’énergie (joule, kilojoule, mégajoule) ou bien de masse (gramme, centigramme, kilogramme). Ainsi une femtoseconde équivaut à 0.000 000 000 000 001 secondes.

Nom du
facteur
de mult.
Symb.Effet multiplicateurNom du
facteur
de div.
Symb.Effet diviseur
PétaP1 000 000 000 000 000Décid0.1
TéraT1 000 000 000 000Centic0.01
GigaG1 000 000 000Millim0.001
MégaM1 000 000Micro ?0.000 001
Kilok1 000Nanon0.000 000 001
Hectoh100Picop0.000 000 000 001
Década10Femtof0.000 000 000 000 001
 

La puissance du faisceau a donc été augmentée énormément, sans toutefois endommager les composants optiques qu’il traverse, y compris le verre de l’amplificateur laser, et ce en utilisant une quantité de verre beaucoup moindre que les lasers de puissance classiques.

C’est le principe du laser PETAL (PETawatt Aquitaine Laser) en construction à Barp (à mi-chemin entre Bordeaux et Arcachon), et qui devrait être livré et couplé d’ici 2013 à une Ligne d’intégration laser (LIL) semblable à celles du laser Mégajoule. Celui-ci contiendra 240 faisceaux, soit 60 LIL de 4 faisceaux chacune. Ceci nous ramène à la méthode d’allumage rapide évoquée plus haut.

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Figure 2 : Combinaison d’un laser de compression et d’un laser d’allumage rapide (tirée du livre de Jean Robieux, Vers l’énergie abondante sans pollution).

L’idée de l’allumage rapide est de coupler au laser de grande énergie utilisé pour la compression, un deuxième laser à impulsion ultracourte, capable de générer une « étincelle » grâce à laquelle la réaction de fusion sera déclenchée bien plus aisément. L’interaction d’un laser à impulsion ultracourte avec la matière fait apparaître des phénomènes nouveaux, telle la formation de faisceaux de particules de matière à très haute énergie dont la vitesse s’approche de celle de la lumière. Comprendre ces phénomènes exige une grande maîtrise expérimentale des processus relevant de la physique relativiste, processus où affleurent des effets non-linéaires encore peu étudiés. On peut cependant déjà affirmer qu’un faisceau de particules peut constituer l’étincelle grâce à laquelle une réaction de fusion à moindre coût sera déclenchée, à condition que ce faisceau ne soit pas généré trop loin du centre de la cible (voir figure 2).

Aujourd’hui, plusieurs lasers à impulsion ultracourte sont en phase de planification voire même en construction de par le monde (voir figure 3).

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Figure 3 : Quelques exemples de lasers de puissance en phase de planification ou déjà en construction de par le monde, comparés aux lasers industriels d’usage commun.
N.B. : les échelles horizontale (énergie) et verticale (temps) sont logarithmiques, et celle du temps est inversée, allant des périodes les plus longues aux plus courtes.
La puissance, correspondant aux différents niveaux de gris, est calculée en divisant, pour chaque carré, l’énergie par le temps.

 Les réactions de fusion

En plus de la réaction deutérium-tritium, il existe d’autres types de réactions de fusion, dont presque toutes ont en commun d’utiliser des atomes légers très abondants dans la nature. A masse de combustible égale, la fusion produit 3 à 4 fois plus d’énergie que la fission, et surtout, donne naissance à des produits très peu radioactifs, sauf pour de faibles quantités d’isotopes instables que le flux de neutrons relâchés par la réaction peut dans certains cas générer.

Avec cent millions de degrés comme point de départ, la réaction deutérium-tritium (2D-3T) est la plus aisée à déclencher. Le deutérium, isotope de l’hydrogène, peut être trouvé naturellement et en abondance dans les océans alors que le tritium, autre isotope de l’hydrogène, doit être produit artificiellement à partir du lithium : il disparaît rapidement en raison de sa courte demi-vie.

Ci-dessous, les réactions de fusion les plus intéressantes du point de vue économique : elles sont relativement aisées à déclencher et les éléments utilisés sont disponibles en abondance.

1)2D + 3T->4He + nt = 116 millions de degrés
2)2D + 2D->3T + p (50%)t = 174 millions de degrés
 
et
->3He + n (50%)
3)2D + 3He->4He + pt = 673 millions de degrés
4)p + 11B->3 4Het = 1,428 milliards de degrés

He est l’hélium et B le bore, deux éléments aisés à trouver dans la nature. L’exposant en haut à gauche de chaque élément indique le nombre total de protons et neutrons présents dans le noyau de chaque atome. « t » est la température à partir de laquelle la réaction peut être déclenchée. Il est manifeste que la réaction 2D + 3T est la plus facile à déclencher : elle comporte toutefois un inconvénient par rapport à la réaction 2D + 3He, puisqu’une partie de l’énergie cinétique relâchée est transportée par des neutrons ; ceux-ci peuvent déclencher des réactions secondaires et sont surtout difficiles à canaliser, car dépourvus de charge électrique.

Quant à la réaction 2D + 2D, elle est plus difficile à analyser car elle donne lieu à deux branches de produits qui pourront réagir à nouveau entre eux. La quatrième réaction, mariant un proton seul avec un atome de bore, est très intéressante car elle ne produit que de l’hélium ; par contre, parmi ces quatre réactions, c’est celle qui exige la température de déclenchement la plus élevée.

Soulignons toutefois que souvent, en science, une fois qu’on a atteint, grâce à une percée technologique, un ordre de grandeur donné, la même technologie permet de doubler voire même décupler une quantité désirée. Ainsi, passer de 100 millions à 600 millions de degrés ne devrait pas être à terme un grand problème. Le pallier technologique associé au laser d’allumage nous donnera certainement une bonne marge de manoeuvre, car celui-ci génère, une fois appliqué à la cible, un faisceau de particules dont l’énergie associée est bien plus élevée que celle d’un rayon laser traditionnel, d’origine photonique.

Concentrons-nous maintenant sur les première et troisième réactions.

Une centrale deutérium-tritium, telle que décrite par Jean Robieux dans son livre Vers l’énergie abondante sans pollution, fonctionnerait de la manière suivante.

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Figure 3
Fonctionnement d’une centrale à fusion laser d’une puissance d’un gigawatt (tirée du livre de Jean Robieux, Vers l’énergie abondante sans pollution).

Un jeu de plusieurs lasers de compression et un laser d’allumage provoquent la fusion de dix microbilles de deutérium et de tritium à la seconde, produisant des noyaux d’hélium et des neutrons qui seront projetés vers l’extérieur à grande vitesse, les neutrons transportant dans ce cas quatre fois plus d’énergie que les noyaux d’hélium. Le tout devra être entouré d’une sphère métallique dont le rayon sera de dix mètres, et qui sera constituée de deux parois séparées de dix centimètres. Entre ces deux parois, circulera de l’eau afin de capter l’énergie des particules et de l’évacuer vers une turbine apte à générer de l’électricité (voir figure 4).

Selon les calculs préliminaires, une telle installation aurait une puissance installée de mille mégawatts électriques (c’est-à-dire un gigawatt), l’équivalent d’un grand réacteur à fission actuel. A part l’énergie nécessaire pour atteindre et maintenir la température de fusion optimale, les deux aspects non-encore quantifiés à l’heure actuelle sont l’impact des neutrons sur la sphère métallique intérieure, et la masse totale de verre utilisé pour les lasers.

La troisième réaction, utilisant du deutérium et de l’hélium-3, est particulièrement intéressante quoique légèrement plus difficile à mettre en oeuvre. A la différence de la première réaction fonctionnant au deutérium et au tritium, elle émet non pas des neutrons mais des protons. Du fait de leur charge électrique entièrement nulle, les neutrons peuvent pénétrer la paroi métallique servant à collecter la chaleur générée par les nombreuses particules qui entrent en collision avec elle et, par des transmutations indésirables, dégrader le matériau dont se compose cette paroi. Alors que les protons, du fait de leur charge positive, ne pénètrent pas les noyaux des atomes constituant la paroi.

 L’hélium 3 sur la Lune

Nous avons vu que le tritium nécessaire à la réaction deutérium-tritium est peu abondant dans la nature et devra donc être fabriqué artificiellement. L’hélium-3 utilisé dans la réaction deutérium-hélium-3 se fait encore plus rare sur Terre - il n’en existe probablement sur notre planète qu’une dizaine de tonnes au total ! De surcroît, il ne peut être fabriqué à coût abordable avec les technologies actuelles. Sur la Lune cependant la situation est tout autre. Selon les estimations actuelles, un million de tonnes au moins serait incorporé au régolithe formant la surface lunaire, ou enfoui à faible profondeur. A titre de comparaison, vint-cinq tonnes d’hélium-3 suffiraient pour répondre aux besoins énergétiques des Etats-Unis pendant une année entière. Au fil des millénaires, en raison de l’absence d’atmosphère et d’un champ magnétique sur la Lune, cette dernière a accumulé d’énormes quantités d’hélium-3, portées par les vents en provenance de notre Soleil.

Ceci nous amène à aborder un autre aspect, qui revêtira une grande importance dans le contexte des voyages interplanétaires à venir, notamment la colonisation de Mars.

Nous avons vu que les protons produits par la réaction deutérium-hélium-3 sont chargés positivement. A l’aide d’un champ magnétique approprié, ceux-ci pourront aisément être extraits et canalisés afin de former, avec les noyaux d’hélium également issus de la réaction et chargés positivement (plus éventuellement de l’hydrogène liquide ajouté juste avant la sortie de la tuyère pour accroître les performances), un faisceau de particules s’échappant de la tuyère à très grande énergie cinétique. En raison de la quasi-absence de neutrons, un système de conversion thermique (toujours relativement lourd et inefficace) ne sera plus indispensable, ce qui diminuera d’autant le poids total de la fusée.

Plusieurs projets de moteur de fusée à fusion nucléaire sont actuellement à l’étude. Les deux plus prometteurs sont le moteur à confinement magnétique, plus particulièrement celui à tore sphérique (similaire au Tokamak quoique beaucoup plus arrondi), puis le moteur à confinement inertiel. Les deux dérivent des méthodes de confinement décrites plus haut ; un combustible à base de deutérium et d’hélium-3 en accroîtrait notablement les performances. Le moteur à tore sphérique serait toutefois un peu plus lourd que celui par fusion inertielle, en raison du poids des électro-aimants supra-conducteurs qu’exige le confinement magnétique.

Une fusée propulsée par fusion nucléaire ouvrirait notre système solaire à l’exploration habitée. Seule la fusion nucléaire permettra à la fois une accélération constante, et la génération d’un champ de gravité artificiel. De surcroît, le danger d’une exposition prolongée aux rayonnements cosmiques serait réduit, car les astronautes auraient à voyager moins longtemps. Les spécialistes de la NASA ont calculé qu’une fusée de ce type de 2941 tonnes, et pilotée par six astronautes, ne prendrait que 235 jours pour se rendre jusqu’à Saturne, à condition que pour le voyage de retour, l’on remplisse les réservoirs d’hydrogène, de deutérium et d’hélium-3. Ces trois éléments sont présents en abondance dans l’atmosphère de Titan, l’un des multiples satellites de Saturne (voir figure 5). Quant au trajet vers Mars, il serait beaucoup plus court, de l’ordre de quelques semaines seulement.

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Figure 5 : Présentation schématique d’une fusée propulsée par un réacteur Tokamak en forme de tore sphérique. D’après une équipe de chercheurs du Lewis Research Center de Cleveland, Ohio, 1998.

La fusion deutérium-hélium-3 ouvre également la voie à l’exploitation des vastes réserves d’hélium-3 présentes sur la Lune. Une partie pourra être ramenée sur Terre. Grâce à la maîtrise ultérieure de la fusion proton-bore, l’humanité disposera alors d’une source d’énergie quasiment illimitée pour les siècles à venir, et par conséquent, d’une prospérité et d’une sérénité qu’elle n’avait jamais auparavant connues.

 Entretien avec Jean Robieux

Membre correspondant de l’Académie des sciences
Membre de l’Académie des Technologies

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Ecrit par Jean Robieux, le père de la fusion par laser, ce livre est un véritable plaidoyer en faveur de la recherche sur la fusion par confinement inertiel et, comme toute oeuvre investie d’une mission, à été conçu comme véritable outil pédagogique destiné au public le plus large. Le rôle personnel qu’a joué Jean Robieux dans l’émergence de ce domaine de recherche garantit que le grand effort de vulgarisation consenti par l’auteur implique également une grande rigueur scientifique dans le traitement du sujet, ce qui n’est pas toujours le cas pour ce genre d’ouvrages.

Malgré sa longue carrière de chercheur et son âge avancé, Jean Robieux demeure un scientifique engagé, soucieux du bien être de l’humanité, cherchant à lui garantir une source d’énergie abondante et à la libérer, pour de nombreux millénaires, des affres de la faim.

212 pages, 10 euros
Les Editions Louis de Broglie
5 rue du Professeur Leroux
92290 Chatenay Malabry
editions-louisdebroglie.com.


Cette année marque le cinquantième anniversaire de la fabrication des premiers lasers dans le monde. Votre nom est étroitement associé aux lasers de haute puissance, et plus particulièrement à la fusion par laser, dont vous êtes essentiellement le « père ». Pouvez-vous décrire votre rôle dans cette découverte ?

Après mes études à Polytechnique et à l’Ecole de l’Aviation civile, je me suis demandé si j’étais apte à faire de la recherche scientifique. Je me suis rendu en 1951 au California Institute of Technology, où j’ai pris le cours de Simon Ramo, l’un des grands spécialistes des microondes et des ondes radio. Son cours était réputé très difficile, et était entièrement construit sur la résolution d’un problème de portée très générale mais en même temps très difficile, et ce sans que nous ayons droit de nous référer aux manuels existants. C’est lui qui m’a permis de comprendre, alors que j’étais encore très jeune, la joie de la découverte d’une loi scientifique, même si la découverte que j’avais faite pouvait être trouvée dans les livres sur la théorie de l’information. Mais j’étais convaincu que je pourrais faire un jour une découverte substantielle.

De retour en France, je me suis retrouvé dans l’Administration de l’aviation civile puis j’ai joint le centre de recherche de la Compagnie générale de télégraphie Sans Fil (CSF). Sous la très forte impulsion de de Gaulle, qui comprenait bien la nécessité pour tout pays d’être à la fine pointe de la recherche scientifique, une autre compagnie très importante, la Compagnie générale d’Electricité (CGE, aujourd’hui Alcatel), décida de fonder un centre de recherche et m’intégra très rapidement dans l’équipe de direction. C’était le 15 février 1961. Après quelques tâtonnements, je cherchais toujours à définir un domaine de recherche entièrement nouveau, demandant un grand effort d’imagination et de créativité. Mais au cours de mes vacances estivales, où j’avais une plus grande liberté, je fus amené à m’intéresser aux phénomènes d’absorption de l’onde optique par des plasmas denses. Je constatai qu’un plasma ayant la densité d’un solide acquérait une fréquence de résonance proche de celle de la lumière visible ou même de l’ultraviolet et pouvait par conséquent absorber une grande partie de l’énergie lumineuse. Les premiers lasers venaient d’être mis au point une ou deux années plus tôt, et même si leur puissance était faible, il s’agissait malgré tout d’une lumière émise sous une forme hautement organisée. Il me vint à l’idée que si un laser puissant capable d’émettre une impulsion de lumière visible et de très courte durée pouvait être orienté sur une très petite sphère, la lumière pourrait ioniser la matière puis la comprimer et la chauffer suffisamment pour déclencher des réactions de fusion nucléaire. Je tenais là le domaine entièrement nouveau que je recherchais !

Une proposition fut transmise au Général le 22 novembre 1962 et il l’accepta aussitôt, contrairement aux américains, qui la trouvèrent sans intérêt. On nous demanda de prendre contact avec la Direction des Applications militaires du CEA, basé à Limeil, qui devint notre client exclusif pour les puissants lasers que nous allions construire dans les années qui suivirent. A Marcoussis, nous construisions les lasers et à Limeil on étudiait leur interaction avec la matière. Dès 1967, nos lasers pouvaient générer une énergie de 500 joules, tandis que partout ailleurs dans le monde ils ne dépassaient pas une vingtaine de joules.

Une équipe dirigée par le professeur Basov à Moscou avait toutefois initié un travail similaire et avait mesuré, un an avant nous, la présence de neutrons démontrant le déclenchement de réactions de fusion par laser. La France et la Russie étaient alors les deux pays qui étaient de loin les plus avancés. Le mémoire transmis au Général en 1962, un an avant qu’un mémoire similaire de Basov et son équipe fusse soumis aux autorités de son pays, peut toutefois être considéré comme étant la première proposition officielle de recherche sur la fusion nucléaire par confinement inertiel.

C’est en 1967 que le Président américain Johnson contacta de Gaulle pour lui demander l’aide de la France dans l’élaboration de lasers de puissance. Le transfert de technologie consenti par la France est à l’origine du programme américain dans ce domaine.

Comment de Gaulle percevait-il la science ?

De Gaulle avait compris qu’une grande partie de la défaite de 1940 était due au rejet par la France des avancées technologiques des décennies précédentes, en particulier dans le domaine militaire. Mais contrairement à ce que l’on pourrait penser aujourd’hui, de Gaulle ne s’intéressait pas à la science uniquement pour des raisons militaires. De Gaulle était un géant. Il n’avait pas besoin, contrairement aux présidents qui l’ont suivi, de conseiller spécial en matière scientifique, car il pouvait lui même juger de l’intérêt relatif des projets qu’on lui soumettait. Tout arrivait directement sur son bureau, il prenait les grandes décisions lui-même. Il savait toutefois déléguer les choses lorsqu’il s’agissait de mettre ses décisions en application.

Après près de cinquante ans de longs et patients travaux, vous êtes convaincu que l’humanité s’approche du moment où elle pourra maîtriser la fusion nucléaire. Pouvez-vous nous expliquer pourquoi vous êtes si confiant ?

A la suite de ma participation au Congrès international de San Francisco sur la fusion par confinement inertiel et ses applications en septembre dernier [2009, ndlr], j’ai acquis la conviction qu’une centrale de 1 gigawatt utilisant la fusion nucléaire pourra être construite d’ici trente ans, c’est-à-dire en 2040. Mais cela suppose qu’on y mette les moyens, et surtout que l’on réoriente les efforts de la France dans le domaine de la fusion par laser pour la production d’électricité à des fins civiles. Des expériences en vue d’objectifs militaires pourront être poursuivies, mais je ne pense pas que cela devrait être le but prioritaire, comme c’est le cas aujourd’hui.

Il y a urgence. D’une part les méthodes actuelles de production d’énergie produisent un réchauffement climatique qui menace la survie de l’humanité. D’autre part nous avons besoin d’une méthode radicalement nouvelle fournissant l’énergie électrique d’une manière abondante, sans pollution, à un coût acceptable, à partir d’un combustible disponible en quantité suffisante partout sur Terre, ce qui n’est pas le cas des combustibles fossiles ni de l’uranium.

Pour moi, ce qui compte, c’est d’assurer à l’humanité un approvisionnement en énergie abondant, et d’ouvrir dans notre pays les portes à une source d’emplois importante pour les décennies à venir. La maîtrise de la technologie de ces nouvelles centrales apportera à notre pays un moyen puissant de lutte contre le chômage, et par conséquent de grandes satisfactions humaines et sociales.

Propos recueillis par Benoit Chalifoux et Alain Serres

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