Une expérience de 1989 a offert la promesse de fusion nucléaire sans avoir besoin de températures élevées, mais cette « fusion froide » a été rapidement démystifiée. Maintenant, certaines des techniques impliquées ont été ressuscitées dans une nouvelle expérience qui pourrait réellement améliorer les efforts pour réaliser un pouvoir de fusion pratique
Le réacteur de fusion nucléaire Thunderbird
Cold Fusion, l'une des bévues les plus notoires de la science, fait un retour – en quelque sorte. Les scientifiques ont ressuscité une expérience qui était autrefois prétendu montrer une fusion nucléaire à température ambiante, offrant la possibilité alléchante de produire de l'énergie via le même mécanisme que dans le soleil, mais sans avoir besoin d'une chaleur énorme. Bien que l'idée originale ait été complètement démystifiée, cette dernière version montre un moyen d'augmenter les niveaux de fusion, même s'il ne peut pas encore produire des quantités d'énergie utiles.
La fusion nucléaire est un processus dans lequel les noyaux atomiques sont forcés ensemble à des températures et des pressions extrêmes, en les fusionnant et en libérant de l'énergie en conséquence. Bien que cela se déroule naturellement dans des étoiles comme notre Soleil, reproduire le processus sur Terre à utiliser comme source d'alimentation s'est avéré incroyablement difficile, et malgré les plans d'un réacteur de fusion commercial pour d'abord être proposé dans les années 1950, nous n'avons pas encore construit un qui peut produire de manière fiable plus d'énergie qu'elle ne le consomme.
En 1989, il semblait que cela allait changer. Deux chimistes de l'Université de l'Utah, Stanley Pons et Martin Fleischmann ont affirmé avoir démontré une fusion nucléaire se produisant à température ambiante dans une expérience de table, consistant en une tige de palladium immergé dans l'eau infusée avec du deutérium riche en neutrons et zappe avec un courant électrique. Ce processus semblait produire des pics d'excès de chaleur au-delà de ce qui était prévu à partir de simples réactions chimiques, que Pons et Fleischmann ont pris comme un signal que la fusion nucléaire se produisait à un rythme significatif.
L'expérience, qui a rapidement gagné le nom de la fusion froide, a suscité un intérêt intense car il a montré un chemin alternatif et plus facile à une production d'énergie propre et bon marché que la fusion chaude conventionnelle. Mais avec plusieurs chercheurs du monde entier ne reproduisant pas les observations en excès de chaleur, l'idée était morte dans l'eau d'ici la fin de cette année.
Maintenant, Curtis Berlinguette à l'Université de la Colombie-Britannique au Canada et ses collègues ont construit un accélérateur de particules de table inspiré, mais fondamentalement différent de l'œuvre originale de Pons et Fleischmann.
«La fusion froide a été rejetée en 1989 parce que les affirmations n'ont pas pu être reproduites. Ce que nous avons construit, c'est une expérience reproductible que d'autres peuvent valider», explique Berlinguette. «Nous ne revendiquons aucun miracle énergétique dans notre travail. Nous fournissons simplement des données crédibles pour faire progresser la science et rendre la fusion plus accessible et interdisciplinaire.»
Comme l'expérience d'origine de la fusion froide, les chercheurs ont utilisé le deutérium – une forme d'hydrogène avec un neutron dans son noyau – et le palladium. Le réacteur, appelé Thunderbird, se compose d'un faisceau à haute énergie de noyaux de deutérium, ou deutérons, qui sont tirés dans une électrode au palladium. Le palladium commence à absorber ces Deuterons, qui commencent à fusionner avec des deutérons plus entrants du faisceau, produisant des neutrons. Le taux de production de neutrons a augmenté au cours des 30 premières minutes de l'expérience avant de niveler, signe que le palladium est devenu saturé de deutéron.
Pour augmenter davantage le taux de fusion, les chercheurs ont ensuite allumé un dispositif électrochimique rempli d'oxyde de deutérium, également connu sous le nom d'eau lourde. Un courant électrique divise cela en deutérium et en oxygène, le premier absorbé dans l'électrode et augmentant le nombre de deutéron dans le palladium, ce qui a fait monter le taux de fusion. «Ce que nous avons vraiment tiré de l'expérience de 1989, c'est cette notion d'utilisation de l'électrochimie pour charger une électrode avec du carburant d'hydrogène», explique Berlinguette.
L'équipe a constaté que cela augmentait le nombre de neutrons produits, équivalent à une augmentation du taux de fusion d'environ 15%. Cependant, cela ne suffirait que pour produire un milliardième de Watt, tandis que l'appareil lui-même nécessite 15 W pour fonctionner. «Nous sommes des ordres de grandeur pour pouvoir alimenter votre maison ou construire avec l'un de ces réacteurs», explique Berlinguette.
Bien que l'expérience soit clairement inspirée par l'œuvre de 1989, la fusion nucléaire de Thunderbird provient principalement du puissant faisceau de Deuteron plutôt que de l'électrochimie prétendu à l'origine dans Pons et Fleischmann, explique Anthony Kucernak à Imperial College London. « Ce n'est pas comme si c'était un phénomène inconnu – que si vous accélérez les Deuterons dans une cible solide avec Deuterium, vous obtenez en fait ce qui semble être des événements de fusion. » Il s'agit également d'une version «chaude» de la fusion, dit-il – l'énergie des Deuterons dans le faisceau équivaut à des centaines de millions de degrés Kelvin, la température à laquelle la fusion régulière se produit de toute façon.
Une augmentation de 15% du deutérium dans la cible de palladium est également relativement modeste, explique Kucernak, mais il serait intéressant de voir si cela peut être augmenté en utilisant différents métaux dans l'électrode, dit-il.
Berlinguette est optimiste que ce taux de fusion peut être augmenté en repensant le réacteur, et dit que les travaux récents non publiés de l'un de ses collègues ont constaté que le simple fait de changer la forme de l'électrode peut augmenter le taux de fusion de quatre ordres de grandeur – bien qu'il soit encore bien en dessous des niveaux utilisables.
Même s'ils ne peuvent pas atteindre des taux de fusion plus élevés, Berlinguette espère que leur technique électrochimique d'augmenter le deutérium dans un métal pourrait avoir d'autres utilisations, comme faire des supraconducteurs dits à haute température, ceux qui ne nécessitent pas vraiment de conditions froides. De nombreux matériaux supraconducteurs prometteurs, qui n'ont aucune résistance électrique et pourraient transformer les systèmes électriques et énergétiques mondiaux, sont des métaux qui contiennent de grandes quantités d'hydrogène. Faire ces composés nécessite souvent de vastes pressions et des processus à forte intensité d'énergie, mais la cellule électrochimique utilisée dans le réacteur Thunderbird pourrait le faire avec beaucoup moins d'énergie, explique Berlinguette.
