Depuis plus de sept décennies, les chercheurs en fusion tentent de construire une étoile dans une boîte, et depuis plus de sept décennies, l'étoile refuse de coopérer. Aujourd'hui, des scientifiques du Princeton Plasma Physics Laboratory (PPPL) du département de l'Énergie des États-Unis affirment avoir trouvé un moyen potentiellement bien plus efficace d'atteindre l'ignition par fusion — en changeant simplement l'ordre dans lequel le plasma est chauffé et comprimé. Ce qui, en physique, équivaut à découvrir qu'on montait un meuble IKEA dans le mauvais ordre depuis le début.

Le règlement mathématique en vigueur depuis longtemps, c'est le critère de Lawson, qui détermine si un plasma peut rester suffisamment chaud et dense assez longtemps pour entretenir la fusion sans chauffage externe. Il vous indique les conditions requises pour l'ignition. Il ne vous dit pas, en revanche, quel est le moyen le plus efficace d'y parvenir — un peu comme une carte qui vous montre la destination mais insiste pour que vous trouviez vous-même la chaîne de montagnes.

Les physiciens du PPPL Luis Delgado-Aparicio, Masayuki Ono et Jonathan Menard ont maintenant mis au point une version plus complète du critère, intégrant quatre facteurs supplémentaires qui influencent les performances de la fusion. Leurs résultats ont été publiés dans Physical Review Letters. Les quatre facteurs supplémentaires n'ont pas été précisés dans l'annonce, sans doute parce qu'il s'agit du genre de détails qu'il faut lire l'article pour connaître.

La recherche porte sur le plasma, le quatrième état de la matière, qui se forme lorsque un gaz devient si énergétique que ses particules portent des charges électriques. Dans les réacteurs à fusion, ce matériau extrêmement chaud contient les noyaux atomiques que les chercheurs espèrent fusionner, libérant de l'énergie par fusion nucléaire. L'objectif ultime est un plasma en combustion — un plasma où les réactions de fusion génèrent suffisamment de chaleur pour entretenir le processus sans chauffage externe continu. Y parvenir efficacement reste l'un des défis les plus importants de la recherche sur l'énergie de fusion, avec le fait de se rappeler où on a laissé la clé Allen.

Delgado-Aparicio compare la découverte à la trouvaille d'un itinéraire plus efficace à travers une chaîne de montagnes. Imaginez les besoins énergétiques pour l'ignition par fusion comme un paysage dominé par une montagne imposante. La destination est de l'autre côté, mais plusieurs routes sont possibles. Beaucoup de stratégies proposées consistent essentiellement à tenter d'escalader directement la montagne — augmenter d'abord la densité du plasma, puis fournir une chaleur énorme pour atteindre l'ignition. Les nouveaux calculs suggèrent que chauffer le plasma avant de le rendre plus dense pourrait être considérablement plus efficace, évitant les besoins énergétiques les plus élevés tout en atteignant les conditions souhaitées.

« Beaucoup d'entreprises veulent gravir la montagne de front et dépenser une énergie énorme pour y arriver », a déclaré Delgado-Aparicio. « Contournez le sommet. Vous atteignez le même endroit de manière bien plus intelligente, et vous utilisez bien moins d'énergie. » Un sentiment qui parlera à quiconque a déjà regardé un GPS recalculer en temps réel.

Les chercheurs ont identifié une région particulièrement importante de ce paysage mathématique appelée la selle de Cordey. En termes géographiques, une selle est un passage bas entre des élévations plus hautes. En physique de la fusion, elle représente un point relativement accessible le long de la frontière séparant le plasma qui a encore besoin d'un chauffage externe du plasma capable d'entretenir ses propres réactions de fusion — l'équivalent fusion d'un col de montagne qui ne nécessite pas de bouteilles d'oxygène.

Pour évaluer les différentes routes, les scientifiques ont utilisé une mesure appelée Q, qui compare la puissance produite par les réactions de fusion à la puissance de chauffage externe fournie au plasma. Une valeur Q de 5 signifie que les réactions de fusion produisent cinq fois plus de puissance que n'en fournit le système de chauffage externe. Dans un plasma idéalisé ne contenant que du combustible de fusion pur, la selle de Cordey se situe à environ Q = 5. Les systèmes de fusion réels, cependant, sont bien plus compliqués. Les contaminants dans le plasma et des champs magnétiques extrêmement puissants peuvent déplacer l'emplacement de ce passage, augmentant la valeur Q nécessaire pour l'atteindre. Un