La fusion!

Une percée récente dans un réacteur à fusion expérimental a créé une onde de choc de nouvelles se répercutant sur les médias grand public. Des écrivains de tous horizons ont expliqué avec lyrisme qu'il s'agit d'un grand pas en avant et qu'il nous rapproche d'une source d'énergie «propre, sûre et presque illimitée». La réalité est cependant un peu plus nuancée.

Comme toujours, ce qui n'est pas durable ne sera pas maintenu. La physique, qui fait partie des règles de la nature, fonctionne sur des principes simples comme celui-là. Ce n'est pas compliqué : le système doit produire plus (beaucoup plus) d'énergie que ce dont il a besoin pour se maintenir afin d'être utile comme source d'énergie. Il doit produire un surplus d'énergie - pas étonnant que les scientifiques qui recherchent la fusion en aient fait leur objectif principal. Le National Ignition Facility (NIF) des États-Unis, qui a produit le résultat exceptionnel , aurait obtenu exactement cela :

L'installation a utilisé son ensemble de 192 lasers pour délivrer 2,05 mégajoules d'énergie sur un cylindre d'or de la taille d'un pois contenant une pastille congelée des isotopes de l'hydrogène deutérium et tritium. L'impulsion d'énergie du laser a provoqué l'effondrement de la capsule, atteignant des températures observées uniquement dans les étoiles et les armes thermonucléaires, et les isotopes d'hydrogène ont fusionné en hélium, libérant de l'énergie supplémentaire et créant une cascade de réactions de fusion. L'analyse du laboratoire suggère que la réaction a libéré quelque 3,15 MJ d'énergie, soit environ 54 % de plus que ce qui a été nécessaire à la réaction, et plus du double du précédent record de 1,3 MJ.

Traduit en langage humain : un groupe de personnes a utilisé la force brute pour allumer une bombe à hydrogène miniature dans une chambre d'essai (sans utiliser de bombe atomique comme fusible). Tout un exploit ! A-t-il produit un surplus d'énergie ? Bon sang, ça l'a fait. Tout comme dans cette expérience inquiétante il y a soixante-dix ans. Pour référence, demandez aux habitants de l'atoll d'Enewetak à quel point une énergie excédentaire élevée de ce type peut projeter du corail dans l'atmosphère.

Est-ce une source d'énergie durable ? Les expériences réalisées au NIF peuvent-elles produire un flux continu d'énergie, au lieu d'un bang miniature ? Bien sûr que non. Ils n'ont jamais été destinés à. Si vous lisez attentivement l'article, vous découvrirez peut-être quel était le véritable objectif de l'expérience :

Mais les résultats revêtent une importance particulière au NIF : l'installation a été conçue pour aider les scientifiques des armes nucléaires à étudier la chaleur et les pressions intenses à l'intérieur des explosions, et cela n'est possible que si le laboratoire produit des réactions de fusion à haut rendement. […] la grande question est maintenant de savoir ce que le ministère de l'Énergie fera ensuite : doubler la recherche sur les armes au NIF ou pivoter vers un programme laser axé sur la recherche sur l'énergie de fusion.

Je ne sais pas pour vous, cher lecteur, mais le mot "pivot" me suggère que toute cette expérience était 100 % de recherche militaire dans un but, reconditionné comme une percée dans l'énergie de fusion… En d'autres termes : au lieu de trouver une énergie durable La source NIF a trouvé un nouveau moyen d'allumer une bombe H.

Afin d'obtenir une réaction de fusion soutenue , vous auriez besoin d'un récipient capable de contenir du plasma jusqu'à 150 millions de degrés de température. Et c'est là que commencent les grattements de tête. Dans le monde peu annoncé de la réalité technique, un réacteur à fusion est un porc d'énergie turbocompressé sur les stéroïdes. Afin d'empêcher le plasma chaud de plusieurs millions de degrés de brûler à travers son boîtier, le réacteur doit générer un champ électromagnétique suffisamment puissant pour maintenir les particules extrêmement chaudes au centre du réacteur, loin de ses parois.

ITER , le réacteur de fusion le plus grand et le plus prometteur au monde, réalisera également cet exploit grâce à des aimants supraconducteurs, nécessitant un refroidissement constant à des températures proches du zéro absolu. Générer ce champ magnétique à lui seul fait exploser sa facture d'électricité, sans parler de la multitude d'autres équipements, qui équivaut tous ensemble à la consommation électrique d'une ville moyenne :

Les besoins en électricité de l'usine et des installations ITER iront de 110 MW à 620 MW pour des périodes de pointe de 30 secondes pendant le fonctionnement du plasma.

Ce n'est pas la bouilloire électrique de votre grand-mère : on parle de 365 MW d'électricité consommés (en moyenne) pour un feu d'artifice de 30 secondes. Sur cette quantité, cependant, seuls 50 MW seront utilisés pour allumer le plasma, le reste sera absorbé par l'eau de refroidissement et les systèmes cryogéniques. Cependant, selon le site Web du projet , cette partie non négligeable de la consommation sera complètement exclue de la réalisation de l'objectif :

ITER est conçu pour produire dans son plasma un retour sur puissance multiplié par dix (Q = 10), soit 500 MW de puissance de fusion à partir de 50 MW de puissance de chauffage en entrée .

Si vous définissez le succès comme les concepteurs d'ITER l'ont fait en se concentrant sur l'apport de chauffage de 50 MW à la chambre d'essai (à l'exclusion de la consommation brute de TOUS les équipements assurant le maintien de la vie de la chambre), alors oui, vous pourriez probablement l'appeler un jour et saisir le argent. Calculé honnêtement, cependant, ITER n'atteindra au mieux qu'un retour de 1,37: 1 sur l'énergie investie - à peine au-dessus du seuil de rentabilité. Cela ne tient même pas compte de l'énergie nécessaire pour construire une structure similaire.

Le problème, c'est que la physique ne s'intéresse pas à la moindre chose que nous mesurons : c'est soit tout le système qui est soutenable, soit rien.

Si nous étions vraiment sérieux au sujet de sauver cette civilisation, au lieu d'agir comme nous l'avons fait tout le temps dans le monde tout en collectant joyeusement des dollars des gouvernements et des commandes de l'industrie de l'armement, alors nous ferions des calculs d'entrée brute par rapport à la sortie. Ensuite, nous nous rendrions compte qu'un objectif de un à dix entre le heat in et le heat out ne sera certainement pas suffisant ici. En utilisant la métrique fournie par les expériences actuelles, nous aurions besoin de viser un objectif net de 500:1 (ou 70:1 brut), pour prouver que nous pouvons au moins égaler les performances actuelles du réacteur nucléaire . Si cela semble impossible, alors peut-être que ça l'est - mais nous ne devrions pas non plus perdre notre temps là-dessus.

Ajoutez aux faits que a) nous n'avons aucune idée si nous pouvons maintenir la fusion pendant une heure et encore moins une journée sans ruiner complètement l'équipement (probablement pas), et b) ITER ne produira pas d'électricité (ce sera quelqu'un problème d'autre (1)), et vous voyez que cette expérience est vraiment un pont vers nulle part.

C'est là que l'incapacité de l'humanité à saisir la nature finie de notre civilisation me frappe vraiment. Les jours de la haute technologie sont comptés. Aux taux de consommation actuels, nous aurions besoin d'extraire autant de minerais au cours des vingt à trente prochaines années qu'au cours des dix derniers millénaires - telle est la nature de la croissance exponentielle.

Le problème est que nous n'avons plus beaucoup de ressources, mais nous essaierons quand même. Les pénuries actuelles ne sont rien comparées à ce que nous allons vivre dans dix, quinze ans… Regardez. ITER sera alors encore en cours d'initialisation (démarrage prévu en 2035). Le démarrer sera notre moindre problème…. Nonobstant d'autres problèmes, prenons par exemple le tritium, un isotope extrêmement rare de l'hydrogène :

Aujourd'hui, le tritium est produit par 19 réacteurs à fission CANDU canadiens, dont la moitié sont appelés à fermer. […] Cela signifie que le stock de tritium d'environ 25 kilogrammes atteindra son maximum d'ici 2030 et commencera à décliner régulièrement à mesure qu'il est vendu et se désintègre.

Et pourquoi est-ce important? Bien sûr, la fusion pourrait fonctionner sur des isotopes beaucoup plus abondants une fois en place et en bourdonnant… Pour l'allumer, vous aurez toujours besoin d'une petite quantité de cette substance vraiment rare.

Les chercheurs ont réalisé il y a plus de 20 ans que la « fenêtre tritium » de la fusion finirait par se refermer, et les choses n'ont fait qu'empirer depuis. ITER ne brûlera pas de DT avant 2035 au plus tôt, lorsque l'approvisionnement en tritium se sera rétréci. Une fois qu'ITER aura terminé ses travaux dans les années 2050 - s'il n'y a plus de retard - il ne restera que 5 kilogrammes ou moins de tritium.

Lisez l'intégralité de l'article sur le sujet ici - je l'ai trouvé extrêmement perspicace et bien documenté. La fusion, dans un certain sens, est un sous-produit de la tentative unique de l'humanité de construire une civilisation alimentée par l'énergie nucléaire… Toutes basées sur des métaux non renouvelables, des combustibles fossiles et du sable - des matériaux dont nous sommes destinés à manquer dans le futur. décennies à venir.

Alors que nous continuons à rêver d'une énergie infinie, qu'elle soit captée par des panneaux solaires ou créée ici sur Terre par fusion, nous oublions délibérément la quantité de matériaux non renouvelables nécessaires pour être intégrés - et finalement consommés - par ces technologies complexes.

Pour un excellent exemple, jetez un coup d'œil aux six bobines de champ poloïdal (générant le champ magnétique puissant - j'adore leur nom en passant), fabriquées à partir de fils de niobium-titane. Ce ne sont pas des produits que vous achetez chez Home Depot :

D'un diamètre de 17 à 24 mètres et pesant de 200 à 400 tonnes , les bobines PF2, PF3, PF4 et PF5 sont tout simplement trop grosses pour être fabriquées hors site et expédiées à ITER.

Les gens d'ITER ne cachent absolument pas le fait que leur projet est une licorne totalement inévolutive. Essayez simplement d'imaginer toute la chaîne d'approvisionnement derrière l'opération, en commençant par les mines de terres rares en Chine : l'extraction d'une réserve finie de niobium par des tombereaux et des excavatrices brûlant des gallons de diesel à la minute, et les raffineries laissant une queue toxique et hautement radioactive. étang derrière. Imaginez alors la quantité de charbon et de gaz naturel brûlée dans les fonderies pour faire fondre ces métaux exotiques et fabriquer cet alliage spécial… La quantité de diesel (encore) brûlée dans les navires et les camions en transportant des centaines de tonnes sur place, l'électricité consommée le processus d'assemblage de fabrication et ainsi de suite… Maintenant, vous commencez à avoir une idée du type d'apports d'énergie et de matériaux finis dont je parle, nécessaires pour construire, entretenir et faire fonctionner un réacteur à fusion. De nouveau,

Pourquoi viserons-nous à construire une centrale à fusion pratiquement illimitée sur Terre de toute façon, alors que c'était exactement cela, l'utilisation d'une énergie illimitée (sous forme de combustibles fossiles) qui a conduit à la 6e extinction de masse à laquelle nous assistons en ce moment ? Qui veut-on impressionner avec tout ça ?

Nos descendants, héritant d'une biosphère à moitié morte, jonchée de déchets radioactifs, de produits chimiques à jamais, de piles usagées et de métropoles inondées entre des déserts vides, ne seront certainement pas du tout amusés. Avec chaque augmentation de la consommation d'énergie - comme nous l'avons vu - vient une augmentation des activités écocides de l'exploitation minière, à la fabrication, de la déforestation à la désertification et finalement au gaspillage - et si vous pensez que cette fois ce sera différent... Eh bien, alors j'ai un pont pour vous vendre. Les entreprises, armées d'une source d'énergie aussi «propre et abondante», détruiraient certainement le peu qui reste de la planète Terre en quelques décennies à la recherche de ressources et, en fin de compte, de profit.

Les gens, c'est un non-sens. Nous sommes manifestement au bord du long déclin de la production de pétrole et de gaz, sur une planète surchauffée avec un écosystème en train de mourir lentement. Et notre meilleur espoir est que nous parviendrons à maintenir ce taux vraiment suicidaire d'extraction des ressources pendant de nombreuses décennies jusqu'à ce que notre meilleure et plus brillante figure sur la fusion ? Vraiment? Seulement pour se rendre compte que nous n'aurons plus de carburant d'allumage d'ici là, et notre magnifique licorne ne sera rien de plus qu'un tas de plusieurs milliards de dollars de ferraille radioactive (2), incapable de s'alimenter, sans parler de la production de nouveaux réacteurs de son genre? Est-ce que quelqu'un, quelqu'un , y a réfléchi sérieusement ? Qui sain d'esprit a approuvé le budget pour tout cela ? !

Sérieusement, connaissant la situation difficile dans laquelle nous nous trouvons, nous devrions être occupés à apprendre et à réapprendre à produire de la nourriture, des vêtements et des logements sur une planète en transition vers un climat radicalement différent. Nous avons désespérément besoin d'un plan pour réduire l'utilisation de la technologie, parallèlement au déclin naturel de la disponibilité des ressources et de l'énergie. Nous devrions examiner comment les gens vivaient avant notre âge et voir quelles technologies et connaissances scientifiques peuvent être rendues utiles dans un monde gravement appauvri à la fois en termes de ressources minérales/d'énergie et de vie elle-même.

Les combustibles fossiles et les minéraux nous quitteront plus tôt en raison de l'épuisement que nous ne pourrions les quitter. La civilisation industrielle s'estompera en conséquence au cours des cent prochaines années, quoi que nous fassions. Cependant, en supposant que nous ne nous noyons pas dans l'oubli au fur et à mesure que l'histoire se déroule, nous pourrions apprendre quelque chose dans le processus… Le déclin de la haute technologie donnera également une chance à la nature de récupérer et à nous de devenir plus sages et bien plus encore. , durable. La fusion, malgré ce «succès» majeur, restera pour toujours une tarte dans le ciel. Ce sera toujours dans 25 ans, comme il y a un demi-siècle… jusqu'à ce que les gens l'oublient enfin. Quelques centaines d'années plus tard, les gens ne seront même pas capables d'expliquer à leurs enfants ce qu'il était censé faire.

Pour l'ici et maintenant cependant, la fusion est une perte de temps, d'argent et de ressources à une échelle gargantuesque. Cela nous détourne et nous empêche de faire les nombreuses autres choses qui pourraient en fait avoir un sens parfait dans notre situation et pourraient nous aider à traverser le goulot d'étranglement à venir. Concentrons-nous donc sur ceux-là, et laissons la technotopie propulsée par la fusion à sa place : pour les pages des livres d'histoire qui restent à écrire.

Jusqu'à la prochaine fois,

B

Remarques:

(1) Pour le moment, nous ne pouvons que deviner comment puiser dans l'immense énergie libérée lors de la fusion. La majeure partie se présente sous la forme de chaleur et de rayonnement électromagnétique, ainsi que de particules à haute énergie. Qu'est-ce qu'on va faire avec ça ? Faire bouillir de l'eau et faire tourner une turbine à vapeur ? Quel serait le taux de conversion énergétique ? 30% au mieux ? Attendez, prévoyons-nous de l'utiliser en rafales de 30 secondes ? Imaginez simplement une centrale nucléaire qui devait être refroidie, démontée et réparée toutes les 30 secondes - cela ne fonctionnerait tout simplement pas.

(2) Les neutrons sont générés et projetés dans les parois de la chambre de réaction pendant la fusion. Étant neutres en charge, les champs électromagnétiques ne peuvent rien faire pour les empêcher de causer des dommages structurels aux parois de la chambre elle-même, la transformant en un morceau fragile de ferraille radioactive au fil du temps. Un déchet dangereux, qu'il fallait enfouir à côté des crayons d'uranium usés, sans espoir de recyclage. Bonne chance pour trouver un endroit sûr pour les deux.