A la recherche de la source d’énergie la plus économique et abondante sur Terre, indépendamment du temps et conditions météorologiques, les scientifiques ont exploré des réactions fournissant la plus grande quantité d’énergie par processus élémentaire. La fission nucléaire était un choix évident, étant donné l’importante énergie de liaison associée à la force puissante entre les particules élémentaires. Mais l’énergie de fission présente l’inconvénient bien connu des déchets radioactifs. Une bien meilleure version est celle du processus qui alimente le soleil : la fusion nucléaire.
L’énergie de fusion a été un rêve aussi loin que je me souvienne. Dans mon propre pays, l’Allemagne, des programmes de recherche ont commencé dans les années 1960 visant simultanément à la fusion par confinement magnétique et à la fusion par confinement inertiel (c’est-à-dire, la fusion laser). Au moment où j’ai commencé à travailler sur ma thèse, la recherche sur la fusion laser avait été abandonnée en Allemagne, mais elle se poursuivait ailleurs, notamment aux États-Unis.
La fusion par confinement magnétique est devenue une priorité de l’Union européenne et de plusieurs autres régions. La recherche a progressé graduellement, rencontrant des problèmes imprévus par ci et là — comme d’habitude dans les sciences fondamentales — mais les surmontant avec suffisamment d’efforts. Les progrès dans la fusion par confinement magnétique ont été constants et se poursuivent aujourd’hui dans une direction prometteuse. Seule une amélioration d’environ un facteur de cinq est nécessaire en termes de performances avant qu’une centrale électrique significative puisse être construite.
Puis, en décembre 2022, le National Ignition Facility (NIF) au Lawrence Livermore National Laboratory, aux États-Unis, qui a poursuivi la fusion laser, a annoncé qu’il avait dépassé le « seuil de rentabilité scientifique », en créant une réaction de fusion qui a produit plus d’énergie que l’énergie des rayons X induits par laser qui l’ont déclenchée. À ce niveau élevé, l’augmentation est difficile, et même des facteurs d’amélioration de deux peuvent être très difficiles. Atteindre cette étape était une réussite très louable, méritant toute l’attention des médias qu’elle a suscitée.
Remarquablement, les récents progrès dans la fusion laser ont suscité l’émergence de dizaines de startups dans le monde entier et en ont fait un sujet très discuté lors de nombreuses conférences sur l’optique et la photonique. Je trouve cela remarquable, car pour la fusion laser, tout comme pour la fusion par confinement magnétique, le chemin à parcourir est encore long. Entre autres, le seuil de rentabilité scientifique atteint au NIF compare l’énergie de fusion générée uniquement avec l’énergie lumineuse effectivement absorbée par la cible pour enflammer le combustible nucléaire. L’efficacité énergétique du laser n’est pas prise en compte – et, pour le NIF, celle-ci était faible, tout comme le taux de répétition des impulsions.
Il existe, bien sûr, de nouveaux concepts pour des lasers à haute puissance beaucoup plus efficaces, et les attentes sont donc élevées. Mais nous pouvons toujours nous attendre à un long chemin vers le succès technologique. Sur cette voie, de nombreuses questions fondamentales à l’intersection de la physique des lasers, de la science des matériaux, de l’optique, de la physique des plasmas et de la physique nucléaire doivent encore être abordées et surmontées. Cela crée une opportunité formidable pour les membres plus jeunes de notre communauté.
Comme tout le monde, je continuerai à suivre avec grand intérêt le développement de la fusion par confinement magnétique et par confinement inertiel. Il est remarquable que l’optique et la photonique, comme aucun autre domaine, ouvrent la voie aux technologies futures — non seulement dans la fusion, mais aussi dans la détection, la communication et l’informatique quantiques ; la microélectronique à haut rendement énergétique ; l’interaction sûre et efficace entre l’homme et la machine ; et cela dans plusieurs autres domaines.
Gerd Leuchs,
Président d’Optica