In the time it takes to snap your fingers, the Sun releases enough energy to power our entire civilization for 4,500 years. So naturally, scientists and engineers have been working to build a miniature star here on Earth... to plug into our power grid.
En un claquement de doigts, le Soleil libère assez d’énergie pour alimenter l’ensemble de notre civilisation pendant 4500 ans. Naturellement, des scientifiques et des ingénieurs travaillent à la construction d’une étoile miniature ici sur Terre...
And the thing is, we already kind of have.
pour la brancher à notre réseau électrique.
It just doesn’t look like a tiny star floating in a lab.
Et le fait est que nous l’avons déjà fait. Ça ne ressemble juste pas à une petite étoile flottant dans un laboratoire.
The stars are made of an almost incomprehensible number of particles, which gravity compresses into a super dense core. This core is hot and dense enough to force atomic nuclei together, forming larger, heavier nuclei in a process known as fusion. The reverse process, where one atom splits into two, is called fission. In both processes, the mass of the end products is slightly less than the mass of the initial atoms. But that lost mass doesn’t disappear— it’s converted to energy according to Einstein’s famous equation. And since c² is such a massive number, both fission and fusion generate a lot of energy.
Les étoiles sont composées d’un nombre presque inconcevable de particules, que la gravité comprime en un noyau très dense. Ce noyau est assez chaud et dense pour forcer les noyaux atomiques à s’assembler, formant des noyaux plus gros et lourds lors d’un processus appelé “fusion”. Le processus inverse, où un atome se divise en deux, est appelé fission. Dans les deux procédés, la masse des produits finaux est légèrement inférieure à la masse des atomes initiaux. Mais cette masse perdue ne disparaît pas : elle est convertie en énergie selon la célèbre équation d'Einstein. Et comme c² est un nombre énorme, la fission et la fusion génèrent beaucoup d’énergie.
Fusion in our Sun mostly produces helium nuclei. In the most common pathway, two protons fuse to form a deuterium nucleus, which then fuses with another proton to form a helium-3 nucleus, which then fuses with another helium-3 nucleus to form a helium-4 nucleus. But there’s a catch— that first step is incredibly rare. Only 1 in 100 septillion collisions between protons results in a deuterium nucleus. In the Sun this isn’t a problem because there are so many protons that even a reaction this rare happens all the time. But on Earth, researchers rely on a more easily reproducible reaction, where a deuterium nucleus fuses with a tritium nucleus to form a helium-4 nucleus and a neutron.
La fusion dans notre Soleil produit principalement des noyaux d’hélium. Dans le cas le plus courant, deux protons fusionnent pour former un noyau de deutérium, qui fusionne ensuite avec un autre proton pour former un noyau d’hélium-3, qui fusionne ensuite avec un autre noyau d’hélium-3 pour former un noyau d’hélium-4 Mais il y a un hic : cette première étape est extrêmement rare. Seulement 1 sur 100 septillions de collisions entre protons produit un noyau de deutérium. Dans le Soleil, ce n'est pas un problème car il y a tellement de protons que même une réaction aussi rare se produit tout le temps. Mais sur Terre, les chercheurs s’appuient sur une réaction plus facilement reproductible, dans laquelle un noyau de deutérium fusionne avec un noyau de tritium pour former un noyau d’hélium-4 et un neutron.
We’ve actually been doing reactions like this one inside particle accelerators since the 1930s. But these accelerators are not designed to harness the energy this reaction releases. Rather, they’re used to generate neutrons for a variety of scientific and military purposes. Whereas if we want to use fusion to produce limitless energy, we’d need a device that can harness the energy released, channel enough of that energy back into the device to keep the reaction going, and then send the rest out to our power grid. And for that job, we need a nuclear fusion reactor.
Nous procédons en réalité à des réactions comme celle-ci à l’intérieur d’accélérateurs de particules depuis les années 1930. Mais ces accélérateurs ne sont pas conçus pour exploiter l’énergie dégagée par cette réaction. Ils sont plutôt utilisés pour générer des neutrons à des fins scientifiques et militaires. Mais si nous voulons utiliser la fusion pour produire une énergie illimitée, nous aurions besoin d’un appareil capable d’exploiter l’énergie libérée, de réinjecter assez de cette énergie dans l’appareil pour maintenir la réaction, puis d'envoyer le reste à notre réseau électrique. Et pour ce faire, nous avons besoin d’un réacteur de fusion nucléaire.
Like a particle accelerator, a reactor would generate helium nuclei and neutrons. But that reaction would happen in a superhot core and the resulting neutrons would shoot outward to heat up a layer of lithium metal. That heat would then boil water, generating steam to run turbines and produce electricity. Meanwhile, the helium nuclei would stay in the core and slam into other nuclei to keep the reaction going— and the electricity flowing.
Comme un accélérateur de particules, un réacteur produirait des noyaux d’hélium et des neutrons. Mais cette réaction se produirait dans un noyau très chaud et les neutrons générés seraient projetés vers l’extérieur pour chauffer une couche de lithium métallique. La chaleur ferait bouillir l’eau, produisant de la vapeur pour actionner les turbines et produire de l’électricité. Pendant ce temps, les noyaux d’hélium resteraient dans le cœur et percuteraient d'autres noyaux pour maintenir la réaction et la circulation de l'électricité.
This tech has many practical challenges, including how to confine a swirling mass of million-degree matter. But the biggest hurdle is achieving what's called ignition.
Cette technologie pose des problèmes pratiques, notamment le confinement d’une masse agitée de matière d’un million de degrés. Mais l’obstacle majeur est de parvenir à ce que l’on appelle l’allumage.
An energy technology is only commercially viable if it puts out more energy than it uses. And a fusion reactor needs a lot of energy to get the core hot enough for fusion to occur. So there’s a tipping point: a moment when the fuel is hot enough to start the reaction and release more energy than is needed to reach and maintain that temperature. This is ignition. Stars reach ignition under the force of huge amounts of gravity, but this approach is impossible on Earth since you’d need thousands of times the mass of, well, the entire Earth. So researchers typically rely on vast arrays of lasers, or methods that combine magnets with high energy particles or electromagnetic waves similar to those in your microwave oven.
Une technologie énergétique n’est commercialement viable que si elle produit plus d’énergie qu’elle n’en consomme. Et un réacteur à fusion requiert beaucoup d’énergie pour chauffer le noyau assez pour que la fusion se produise. Il y a donc un moment clé : celui où le combustible est assez chaud pour démarrer la réaction et libérer un excès d’énergie pour atteindre et maintenir cette température. C’est l’ignition. Les étoiles s'enflamment sous l'effet d'énormes quantités de gravité, ce qui est impossible sur Terre puisqu'il faudrait des milliers de fois la masse de la Terre entière. Les chercheurs ont donc généralement recours à de vastes réseaux de lasers ou à des méthodes combinant des aimants avec des particules à haute énergie ou des ondes électromagnétiques comme celles de votre four à micro-ondes.
In 2022, scientists at the US National Ignition Facility demonstrated ignition for the first time ever, using 192 lasers to heat deuterium and tritium to 100 million degrees. While this was a huge step forward, we’re still a ways off from a self-sustaining, long-running reactor that produces more energy than it uses. But once operational, these relatively small reactors could power a city of a million people for a year with just two pickup trucks of fuel. Today, you’d have to burn roughly 3 million tons of coal to produce that much energy. That is the promise of fusion: limitless, on-demand energy with almost no emissions. True star power, right here on Earth.
En 2022, des scientifiques de la National Ignition Facility des États-Unis ont démontré l’ignition pour la toute première fois, en utilisant 192 lasers pour chauffer le deutérium et le tritium à 100 millions de degrés. Bien qu’il s’agisse d’un énorme pas en avant, nous sommes encore loin d’un réacteur autonome à long terme qui produit plus d’énergie qu’il n’en consomme. Mais une fois opérationnels, ces petits réacteurs pourraient alimenter une ville d’un million d’habitants pendant un an avec seulement deux camionnettes de combustible. Aujourd'hui, il faudrait brûler environ 3 millions de tonnes de charbon pour produire autant d'énergie. C’est la promesse de la fusion : une énergie illimitée, à la demande, avec pratiquement aucune émission. Une véritable puissance stellaire, ici même sur Terre.