Les scientifiques du Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) ont réussi l'amorçage de la fusion et atteint le seuil de rentabilité énergétique . Le 5 décembre 2022, l'équipe de recherche a mené une expérience de fusion contrôlée à l'aide de lasers. 192 faisceaux laser ont délivré plus de 2 millions de joules d'énergie ultraviolette à une minuscule pastille de combustible placée dans la chambre cible cryogénique, atteignant ainsi le seuil de rentabilité énergétique. Autrement dit, l'expérience de fusion a produit plus d'énergie que celle fournie par le laser pour l'amorcer. Cette avancée majeure, une première dans l'histoire, est le fruit de décennies de recherche. Il s'agit d'une étape importante pour la science, avec des implications considérables pour le développement d'une énergie de fusion propre, essentielle à une économie décarbonée, à la lutte contre le changement climatique et au maintien de la dissuasion nucléaire sans recourir aux essais nucléaires pour la défense nationale. Auparavant, le 8 août 2021, l'équipe de recherche avait atteint le seuil d'amorçage de la fusion. L'expérience avait produit plus d'énergie que toute autre expérience de fusion précédente, mais le seuil de rentabilité énergétique n'avait pas encore été atteint. La dernière expérience menée le 5 décembre 2022 a réussi l'exploit d'atteindre le seuil de rentabilité énergétique, fournissant ainsi la preuve de concept que la fusion nucléaire contrôlée peut être exploitée pour répondre aux besoins énergétiques, même si une application commerciale pratique de l'énergie de fusion pourrait encore être très lointaine.
Les réactions nucléaires libèrent une grande quantité d'énergie, proportionnelle à la masse perdue, conformément à l'équation de symétrie masse-énergie d'Einstein (E=mc²) . Les réactions de fission, impliquant la désintégration des noyaux de combustible nucléaire (éléments radioactifs tels que l'uranium-235), sont actuellement utilisées dans les réacteurs nucléaires pour la production d'électricité. Cependant, les réacteurs à fission nucléaire présentent des risques élevés pour la santé humaine et l'environnement, comme l'a démontré la catastrophe de Tchernobyl. Ils sont également connus pour générer des déchets radioactifs dangereux, à très longue période radioactive et extrêmement difficiles à éliminer.
Dans la nature, les étoiles comme notre Soleil produisent de l'énergie par fusion nucléaire , un processus impliquant la fusion de noyaux d'hydrogène plus petits. Contrairement à la fission nucléaire, la fusion nucléaire requiert des températures et des pressions extrêmement élevées pour permettre la fusion des noyaux. Ces conditions extrêmes sont réunies au cœur du Soleil, où la fusion des noyaux d'hydrogène est le mécanisme clé de la production d'énergie. Cependant, recréer ces conditions extrêmes sur Terre, même en laboratoire, s'avère impossible à ce jour. De ce fait, les réacteurs à fusion nucléaire ne sont pas encore une réalité. (Le principe de l'arme à hydrogène repose sur la fusion thermonucléaire incontrôlée à des températures et des pressions extrêmes, générée par le déclenchement d'un dispositif de fission).
C'est Arthur Eddington qui a suggéré le premier, en 1926, que les étoiles tirent leur énergie de la fusion de l'hydrogène en hélium. La première démonstration directe de la fusion nucléaire a eu lieu en laboratoire en 1934 lorsque Rutherford a montré la fusion du deutérium en hélium et a observé "un effet énorme a été produit" au cours du processus. Compte tenu de son énorme potentiel pour fournir une énergie propre illimitée, des scientifiques et des ingénieurs du monde entier ont déployé des efforts concertés pour reproduire la fusion nucléaire sur Terre, mais cela a été une tâche ardue.
À des températures extrêmes, les électrons se séparent des noyaux et les atomes se transforment en un gaz ionisé composé de noyaux positifs et d'électrons négatifs : le plasma. Ce gaz est un millionième de fois moins dense que l'air, ce qui rend l' environnement de fusion extrêmement ténu. Pour que la fusion nucléaire ait lieu dans un tel environnement (et puisse produire une quantité d'énergie appréciable), trois conditions doivent être réunies : une température très élevée (qui pourrait provoquer des collisions à haute énergie), une densité de plasma suffisante (pour augmenter la probabilité de collisions) et un confinement du plasma (qui a tendance à se dilater) pendant une durée suffisante pour permettre la fusion. Le développement d'infrastructures et de technologies permettant de contenir et de contrôler le plasma chaud est donc primordial. De puissants champs magnétiques pourraient être utilisés pour maîtriser le plasma, comme dans le cas du Tokamak d'ITER. Le confinement inertiel du plasma est une autre approche possible : des capsules remplies d'isotopes lourds d'hydrogène sont implosées à l'aide de faisceaux laser de haute énergie.
Les études sur la fusion menées au Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL) du NIF ont utilisé des techniques d'implosion induite par laser (fusion par confinement inertiel). Concrètement, des capsules millimétriques remplies de deutérium et de tritium ont été implosées à l'aide de lasers de haute puissance générant des rayons X. La capsule, chauffée, se transforme en plasma. Ce plasma s'accélère vers l'intérieur, créant des conditions de pression et de température extrêmes lors de la fusion des combustibles contenus dans la capsule (atomes de deutérium et de tritium). Cette fusion libère de l'énergie et diverses particules, dont des particules alpha. Les particules libérées interagissent avec le plasma environnant et le réchauffent davantage, ce qui induit de nouvelles réactions de fusion et la libération d'encore plus d'énergie et de particules. Ce processus amorce une chaîne auto-entretenue de réactions de fusion (appelée « inflammation par fusion »).
La communauté scientifique spécialisée dans la fusion s'efforce depuis plusieurs décennies de parvenir à l'« amorçage de la fusion », une réaction de fusion auto-entretenue. Le 8 août 2021, l'équipe du Laboratoire Lawrence a franchi le seuil de cet « amorçage », qu'elle a finalement réalisé le 5 décembre 2022. Ce jour-là, l'amorçage contrôlé de la fusion sur Terre est devenu une réalité : une étape scientifique majeure !
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 have achieved fusion ignition and energy breakeven. On 5th December 2022....){kind=link}