Résumé Bref
La vidéo explore le défi énergétique mondial et la promesse de la fusion nucléaire comme solution potentielle. Elle retrace l'histoire de la recherche sur la fusion, des premières spéculations aux projets internationaux actuels comme ITER et NIF, en soulignant les obstacles techniques et les progrès réalisés. La vidéo met en lumière l'importance de la fusion pour un avenir énergétique durable et la nécessité d'une coopération mondiale pour atteindre cet objectif.
- La fusion nucléaire est présentée comme une source d'énergie potentiellement illimitée, propre et surpuissante.
- Les deux principales approches de la fusion sont expliquées : le confinement magnétique (Tokamak) et le confinement inertiel (lasers géants).
- La vidéo souligne les défis techniques et les progrès réalisés dans la recherche sur la fusion, ainsi que l'importance de la coopération internationale.
Le mur de l’énergie
L'énergie est au cœur de tout, de l'économie mondiale aux espoirs futurs comme l'intelligence artificielle, qui consomme d'énormes quantités d'électricité. Les drames de l'histoire sont souvent liés à des enjeux énergétiques, comme les guerres pour le contrôle des ressources. Si l'humanité veut devenir une espèce multiplanétaire, elle doit surmonter le défi énergétique. Les énergies fossiles sont une impasse, et les énergies renouvelables ne sont qu'une transformation d'énergie, pas un renouvellement. La fission nucléaire est la source d'énergie la plus dense que nous maîtrisons, mais elle n'est pas parfaite. L'humanité est confrontée à un mur : un appétit énergétique insatiable et des ressources insuffisantes ou dangereuses. La fusion nucléaire est présentée comme une lueur d'espoir, une promesse d'énergie quasi illimitée, propre et surpuissante, en recréant le soleil sur Terre.
Créer un soleil sur Terre
L'objectif n'est pas de construire une sphère de Dyson, mais de comprendre et de reproduire les secrets du soleil sur Terre. Créer notre propre soleil est l'un des projets les plus ambitieux de l'histoire de l'humanité. C'est une course pour rallumer une étoile sur Terre avant que le monde ne s'éteigne.
Âge sombre et naissance des étoiles
Après le Big Bang, l'univers était sombre et froid, rempli de nuages d'hydrogène et d'hélium. La gravité a joué un rôle essentiel en organisant le cosmos, en attirant et en comprimant les nuages de gaz. Les régions plus denses se sont effondrées sur elles-mêmes, chauffant et s'épaississant au fil des millions d'années.
Gravité compression et début de la fusion
La matière tombant vers le centre convertit son énergie de chute en chaleur. Au cœur de cette fournaise, les noyaux d'hydrogène sont agités à une vitesse folle. Normalement, ils se repoussent, mais à des températures et pressions extrêmes, l'interaction forte les colle ensemble. L'interaction forte est la force qui maintient les noyaux atomiques en un seul morceau, agissant à très courte portée.
E=mc2 : la masse devient énergie
Les noyaux légers fusionnent, créant un noyau plus lourd avec une masse légèrement inférieure à celle des noyaux d'origine. Cette différence de masse se transforme en énergie selon l'équation E=mc². À chaque fusion, un peu de masse est sacrifiée, et la différence ressort sous forme de lumière et de chaleur. La vitesse de la lumière étant un nombre gigantesque, même une petite quantité de masse convertie produit une énergie phénoménale. Le soleil convertit chaque seconde environ 600 millions de tonnes d'hydrogène en hélium, transformant 4 millions de tonnes de matière en énergie pure.
Fusion sur Terre entre bombe H et science
L'histoire de la fusion sur Terre commence au début du 20e siècle avec des physiciens cherchant à comprendre l'origine de l'énergie solaire. En 1920, Arthur Eddington suggère que le soleil est alimenté par la fusion d'hydrogène en hélium. La première fusion artificielle, bien que non contrôlée, est réalisée lors du développement de la bombe à hydrogène. Le 1er novembre 1952, les États-Unis font exploser la première bombe H, libérant l'énergie des étoiles pour la destruction. En parallèle, une quête pacifique s'organise pour reproduire la fusion sur Terre.
Un plasma plus chaud que le Soleil
Le défi est de reproduire les conditions de fusion du cœur d'une étoile sans sa gravité, avec des matériaux incapables de survivre à ses températures. Dans le soleil, la gravité confine le plasma. Sur Terre, il faut compenser en montant la température encore plus haut, à 100-150 millions de degrés, soit 10 fois plus chaud que le cœur du soleil. À cette température, aucun matériau ne résiste.
Confinement magnétique et inertiel
Il faut inventer un contenant immatériel fait de forces invisibles. On utilise les champs magnétiques ou l'inertie pure. Il existe deux grandes familles de créateurs de soleil : ceux qui enferment la matière brûlante dans une cage magnétique (Tokamak) et ceux qui frappent une capsule de combustible extrêmement fort et vite (fusion par confinement inertiel avec des lasers géants).
Tokamak le donut de plasma
Un plasma est un gaz de particules chargées qui suivent les lignes de champ magnétique. Un Tokamak est une chambre à vide en forme d'anneau entourée d'aimants géants créant un champ magnétique complexe. On injecte un mélange de deutérium et de tritium, deux isotopes de l'hydrogène, que l'on ionise pour obtenir un plasma. On chauffe le plasma en faisant circuler un courant électrique, en tirant dessus avec des faisceaux de particules rapides et en l'arrosant d'ondes radio. La température grimpe jusqu'à ce que les noyaux fusionnent, libérant des neutrons énergétiques qui chauffent les parois.
ITER et la coopération mondiale
Pour confiner le plasma à 150 millions de degrés, on utilise des matériaux supraconducteurs refroidis à -269°C. Au centre, 1 g de plasma à 150 millions de degrés, et tout autour, des aimants supraconducteurs baignant dans de l'hélium liquide à -269°C. L'idée du Tokamak vient de l'Union Soviétique, imaginée par Andrey Sakharov et Igor Tam. Sakharov, qui a contribué à la bombe H soviétique, est devenu un dissident et prix Nobel de la paix. Le projet ITER à Cadarache, dans le sud de la France, est le plus grand projet scientifique international de l'histoire, réunissant 35 nations. ITER est un démonstrateur visant à produire plus d'énergie qu'il n'en consomme, ouvrant la voie aux centrales à fusion.
Lasers géants NIF et ignition
La fusion par confinement inertiel consiste à déclencher une réaction très forte et rapide dans un volume minuscule, en laissant l'inertie de la matière faire le reste. Au NIF en Californie, des centaines de lasers convergent vers une cible contenant du deutérium et du tritium congelés. Les parois internes chauffent et émettent des rayons X qui compriment la capsule de combustible. La pression et la température augmentent, et la fusion s'enclenche pendant un court instant. Le 5 décembre 2022, l'énergie libérée dépasse l'énergie injectée, un moment historique. Le NIF, un bâtiment de la taille de trois terrains de football, abrite 192 lasers qui délivrent une puissance de 500 TW pendant une fraction de seconde.
Le vrai défi bilan énergétique et course finale
Pour que la fusion soit rentable, l'énergie récupérée doit dépasser celle dépensée pour chauffer et confiner le plasma. Le NIF a produit plus d'énergie de fusion que l'énergie des lasers reçue par la cible, mais le bilan global reste négatif. Dans le soleil, la fusion est lente mais compensée par le volume et le temps. Sur Terre, on veut des réactions fréquentes dans de petits volumes, ce qui impose des conditions extrêmes difficiles à maintenir. Un Tokamak qui maintient un plasma stable pendant quelques centaines de secondes est déjà un exploit. La fusion est coincée dans une zone étrange, trop mature pour être de la science-fiction, mais trop jeune pour être une solution industrielle. En 2024, le Tokamak chinois East a maintenu un plasma à 120 millions de degrés pendant plus de 1000 secondes. La demande mondiale d'énergie augmente, et le système énergétique actuel est à bout de souffle. La fusion est la seule nouvelle idée radicale, notre plan A. Si nous échouons, nous risquons une contraction de notre civilisation. C'est pourquoi ce projet est crucial et ambitieux : recréer le soleil sur Terre.
