5 août 2012
La reproduction de cet article dans d'autres sites, est non seulement autorisée, mais recommandée.
En 1978 les Etats-Unis lancèrent un programme ultra-secret nommé Centurion-Halite, qui s'acheva dix ans plus tard. Ce programme était géré en collaboration avec les centres de recherche du Lawrence Livermore Laboratory et le centre de Los Alamos. Ce programme se fondait sur des résultats d'expériences nucléaires souterraines, menées au Nevada.
Depuis longtemps, les militaires Américains rêvaient de pouvoir "étudier le comportement d'un engin thermonucléaire en laboratoire". Donc, avant d'évoquer le contenu de ce projet il convient de regarder comment fonctionne un engin thermonucléaire classique, correspondant au montage, dit de Teller-Ulam.
Une bombe A produit la majeure partie de son énergie sous forme de rayons X. Voici le schéma, tel qu'on peut le trouver sur Wikipedia.
On trouvera des détails dans cette encyclopédie. Ce qui nous intéresse, c'est le second étage. On y trouve une "cible" sous forme de cylindres emboîtés, coaxiaux. Le tout baigne dans une mousse de polystyrène. Celle-ci joue un rôle essentiel. Elle est quasi-transparente aux rayons X, mais homogénéise le rayonnement qui est émis par la bombe A, visible à la partie supérieure de l'engin. On peut la considérer comme un matériau "translucide", comparable au verre dépoli des salles de bains.
Ce système se comporte comme un four ( en allemand holraum ). L'explosif de la fusion proprement dite, un composé le Lithium 6 et de deutérium, se trouve comprimé et porté à très haute température. Dans ce montage on a figuré un "piston" en uranium 238. Ce matériau lourd, provoque une compression inertielle, une ICF ( "Inertial Confinement Fusion" ).
Les réactions de fusion continueront tant que la température et la densité dans le réactif resteront suffisantes. La fonction de cette épaisse coque en uranium 238 est au premier chef de retarder l'expansion, par inertie. On a le même dispositif dans la bombe A, situe au dessus, où un "piston" en uranium 238 retarde lui aussi l'expansion du plasma qui est formé immédiatement après l'initiation des réactions de fission.
Il faut savoir une chose, au passage, peu connue du grand public. Cette fission n'est que partielle. Quand l'expansion du plasma débute, les réactions s'arrêtent. Quand la première bombe à fission fut testée, sur le Japon, seul 1 % de l'uranium 235 fut impliqué dans la réaction, avec transformation de matière en énergie.
Ce rendement de fission fut amélioré au fil du temps. Aujourd'hui, les bombes à fission ont un noyau constitué de plutonium, formant une sphère creuse. Une compression provoquée par des explosifs chimiques, tasse cette coque creuse au centre géométrique et accroît sa densité, au delà de l'état solide naturel, ce qui a pour effet de diminuer la "masse critique". Dans un milieu plus dense les neutrons émis par les réactions de fission trouvent plus facilement sur leur passage un autre atome, qu'ils pourrait à son tour déstabiliser, tout ceci débouchant sur une réaction de xhaîne.
Mais seul 20 % du plutonium que contient l'engin participe à la réaction. Le reste se mêle aux déchets de fission. Mais le plutonium, qui n'existait pas auparavant dans la nature, du fait que sa demie-vie n'est que de "seulement" 24.000 ans, est évidemment toxique.
Revenons à la fusion, au second étage. Sa compression est obtenue en transformant une enveloppe en polystyrène, transformé en plasma, en four.
Bien évidemment, les militaires demandèrent aux scientifiques s'il ne leur serait pas possible de reconstituer un phénomène similaire en laboratoire, à une échelle minuscule (de la "microfusion"). John Nuckholls publia en 1972 dans la revue Nature (volume 239, page 129) un article où il suggérait de réaliser la compression d'une cible sphérique, contenant un mélange deutérium-tritium à l'état liquide, en provoquant l'expansion d'une coque entourant cette gouttelette, appelée pusher. Celle ci serait portée à heure température en utilisant des lasers au verre dopé au néodyme, dont on venait de découvrir l'extraordinaire puissance : un térawatt.
Pour la petite histoire, un des pionniers dans la découverte de ces lasers à très haute puissance fut un Américains d'origine suédoise nommé Alström (qui fut cependant rapidement mis sur la touche par ses chers collègues). Vous savez que le laser est un objet d'une découverte assez récente. Les premiers lasers dignes de ce nom virent le jour au début des années soixante. En 1965 des chercheurs construisirent des petits lasers à gaz (hélium-néon) et je me souviens de la curiosité qui était la nôtre de voir, dans la laboratoire auquel j'appartenais à l'époque, l'Institut de Mécanique des Fluides de Marseille, ce fin pinceau rouge émerger de ce petit tube d'une cinquantaine de centimètres de long, dont le faisceau était sans dommage arrêté avec le doigt. Alström pensa que la meilleur façon d'accroître la puissance des lasers n'était pas de tenter à tout prix d'accroître la quantité d'énergie injectée, mais d'opter pour des lasers qui restituaient cette énergie plus rapidement, en quelques nanosecondes. Il s'orienta alors vers des lasers construits à partir d'un matériau solide : du verre, dopé avec une terre rare nommée néodyme.
Ce verre dopé au néodynme, vous l'avez sûrement vu maintes fois. C'est cette terre rare qui donne au verre d'objets les plus ordinaires, comme des cendriers, ou des lunettes de soleil, une teinte rosâtre.
Alström craignait de voir d'autres s'emparer de cette idée. Il rencontra dans un colloque le patron de mon laboratoire, le professeur Jacques Valensi. Séduit par l'abord affable du personnage :
- Vous savez, là-bas, nous sommes une grande famille .....
Alstrôm accepta de développer des activités de recherches sur les lasers dans ce labo de Marseille. Mais dès qu'il y mit les pieds, je m'empressais de lui décrire la véritable personnalité du patron qui l'avait accueilli de manière apparemment si décontractée. Il tira profit de cette information, et pendant les deux ans qu'il passa à l'Institut il trompa son monde en effectuant officiellement des recherches sur les lasers à gaz, tout en effectuant, profitant des facilités techniques offertes par le laboratoire, des recherche sur des lasers en verre dopé au néodyme.
Il publia ses résultats à son retour des Etats-Unis, et je me souviens encore des cris de mon patron, hurlant dans les couloirs :
- Cet Aström, c'est un bandit !
Au printemps 1976 le rédacteur en chef de la revue Science et Vie, Philippe Cousin, m'envoya aux Etats Unis pour y mener une enquête sur une sujet de mon choix, à l'occasion du bicentenaire de la révolution américaine. Disposant d'informations reçues en 1975, par courrier, concernant le développement secret "d'armes à énergie dirigée" (personne ne connaissait ce mot à cette époque) je choisi de visite le Lawrence Livermore Laboratory, où s'était installé Alström (ce que j'ignorais au passage), puis le laboratoire Sandia, où un certain Gerold Yonas avait installé une étrange "Z-machine" avec laquelle il espérait réaliser la fusion en concentrant des faisceaux d'électrons sur une cible.
En me voyant arriver, Alström décida de me remercier en me faisant visiter le laboratoire où était installé l'expérience Janus (avec deux lasers d'un térawatt chacun). Je fus donc le premier non-américain à approcher de près ces laser. Inutile de vous qu'en Europe personne ne connaissait le sens du mot térawatt, qui venait d'être inventé. Téra, en grec, signifie monstrueux.
Au cours de cette visite, je pus discuter avec John Nuckholls, le théoricien de la bande, dont il sera question plus loin. Je lui parlais de la fusion aneutronique Bore Hydrogène, et il leva les yeux au ciel en me disant :
- Ici, nous essayons d'obtenir une température de cent millions de degrés. Ne me parlez pas de cette réaction qui, demandant un minimum 'un milliard de degrés, relève pour moi .. de la science fiction !
A mon retour j'ai écrit mon article pour la revue. J'avais même ramené des photos en couleur des installations. Mais personne ne voulut me croire et Phiippe Cousin, le rédacteur en chef, croyant que j'avais tout inventé, demanda à la journaliste scientifique Françoise Harroy Mounin de reprendre tout cela, avec des donnés plus raisonnables, en allant s'informer au CEA et autres maisons sérieuses. Et c'est sous sa plume que l'article fut publié. Il serait intéressants de le retrouver dans des archives du journal &&&
Je n'étais pas en état de protester. Victime, en octobre 1976, d'un grave accident du travail, j'avais filé dans un hôpital, pour de longs mois. Mais ceci est une autre histoire.
Je n'ai trouvé que cette photo de Janus sur le net. Au milieu, on distingue un des oscilloscopes Textronix, à lampes.
Janus comportait deux "lignes" d'amplification. L'image ci-dessus est très en-dessous de ce que j'ai pu voir un an plus tard, en 76. Dans ce montage, un petit laser fournit la première impulsion, qui déclenche l'émission d'énergie d'un second laser, plus puissant, lequel, etc...
Ces éléments successifs de cette chaîne de lasers, de plus en plus gros, sont des blocs de verre, entourés par une batterie de tubes fluorescents emplis de xénon. C'est l'énergie délivrée par ces tubes qui sert au "pompage optique", dans le verre dopé au néodyme.
J'ai personnellement le souvenir d'une installation déjà beaucoup plus grande, beaucoup plus élaborée avec un plus grand nombre de lasers, ceux des deux bouts de chaîne ayant à vue de nez des diamètres dépassant de demi-mètre.
Tout cela était logé dans un vaste bâtiment sans fenêtres, recouvert de verre noir, ressemblant à l'antre du Docteur No, le personnage d'un des films de James Bond. Non loin, Shiva était en construction, et devait comporter 20 lasers d'un térawatt, d'un million de mégawatts chacun.
Ces puissances phénoménales semblaient suffisantes pour créer, au centre d'une sphère, dans une bille de deux millimètres de diamètre " une étoile en laboratoire ".
Tous le croyaient.
En 1978 démarra le projet Centurion Halite. La partie "Halite" devait être gérée, au plan scientifique, sous le couvert du secret défense, par le labo de Livermore, et la partie "Centurion" par le labo de Los Alamos. Le but était d'évaluer, à l'aide d'expérimentations basées sur des explosions nucléaires souterraines, menées dans le polygone du Nevada, la puissance requise pour provoquer la fusion, soit en insolant un cible en forme de bille de très petite taille, directement, soit en utilisant la technique du four, du holraum, évoquée plus haut.
L'émergence des puissants lasers au verre dopé au néodyme rendait tentante l'idée d'essayer de réaliser une fusion par compression inertielle. Alström et Nuckholls avaient coincé une cible entre deux lasers diamétralement opposés. La suite, c'était Shiva. L'idée était di'insoler une enveloppe avec vingt faisceaux laser, en répartissant l'énergie au mieux possible. Alors cette enveloppe se dilaterait, à la fois vers l'extérieur et vers l'intérieur. La dilatation vers l'intérieur provoquerait le départ d'une onde de choc, centripète, dont on espérait qu'en atteignant le centre géométrique de la cible, en initierait les réactions de fusion. Avec ce second effet on espérait que cette compression d'une micro-goutte de mélange deutérium-tritium à l'état liquide réduirait son rayon d'un facteur dix, et son volume d'un facteur mille. La densité et la température dans cette micro-goutte seraient alors telles que des réactions de fusion devraient se produire.
Shiva fut un échec complet, pour différentes raisons.
- La précision de la focalisation laissait d'abord à désirer.
- L'insolation du pusher créait des électrons libres, rapides, par effet Raman, qui préchauffaient la cible et nuisaient à sa compression.
- Enfin, le pire de tout (et on verra dans le rapport du NIC de juillet 2012 que ce phénomène est toujours le handicap numéro un de ce genre de manip) : l'instablité de Rayleigh Taylor déformait la surface-interface entre le pusher et la cible.
L'instabilité de Rayleigh-Taylor est ce qui se produit par exemple quand on place en contact deux fluides; celui se trouvant sur la partie supérieure étant le plus dense, et exerçant donc sur celui du dessous une pression.
L'instabilité de Rayleigh Taylor
Vous produisez un phénomène semblable en créant un rond de fumée. Dans l'image ci-dessus, vous voyez, se propageant dans l'eau claire, des petits vortex similaires. Quand j'étais gosse, je m'amusais à produire des formes similaires, avec de l'eau et de l'encre, en utilisant une ampoule à incandescence usagée. A cette époque les ampoules étaient collée sur un culot de cuivre.
A l'intérieur un tube creux se terminait par une hampe en verre plein, qui portait le filament de tungstène. Un trou permettait de faire le vide, qu'on pouvait aisément dégager. On pouvait, sans trop de difficulté, décoller le verre du culot métallique. Il était alors aisé de remplir l'ampoule d'eau, par la méthode indiquée ci-dessous. On colle l'orifice de la lampe contre ses lèvres.
Remplissage de l'ampoule avec de l'eau
On immerge le tout et on aspire. En relâchant, l'eau prend la place de l'air aspiré. Au bout d'un certain nombre d'aspiration, le tour est joué. Ceci étant fait, on remplit le canal central d'encre à stylo. Puis, en exerçant une légère pression du doigt, comme indiqué, on déclenchait l'émission d'un petit "rond d'encre", qui allait s'aplatir sur la paroi en verre de l'ampoule.
Ce vortex donne une idée de ce qui se produit lorsque sévit l'instabilité de Rayleigh Taylor. Le fluide du "pusher", devenu un plasma, exerce une pression sur la sphère liquide du mélange deutérium tritium. L'interface est instable et se transforme vite en une surface évoquant les villosités intestinales.
Ci-après, une simulation d'instabilité de Rayleigh-Taylor obtenue au laboratoire de Los Alamos.
Instabilité de Rayleigh-Taylor, sévissant sur une interface.
Une autre image, montrant l'effet de mélange de deux fluides, dû à l'instabilité
Une petite parenthèse, très amusante. Je pense d'ailleurs qu'un industriel pourrait breveter cette idée et en tirer profit. Vous pouvez percer un petit trou dans une balle de ping pong avec une aiguille à coudre. Puis il vous est alors possible de la remplir à 100 % d'eau en utilisant la même technique. Bouchez le trou avec un bout de ruban adhésif.
Remplissage de la balle de ping pong par de l'eau.
Vous obtenez alors une fantastique boule de billard, pour pas cher, dotée de propriétés élastiques parfaites. En effet, quand la boule frappe une "bande", le liquide qu'elle contient, incompressible, retransmet cette impulsion de pression à tout la surface de la balle creuse. On obtient ainsi un rebond élastique parfait. Fin de cette parenthèse.
Les gens des lasers de puissance ne voulurent pas en rester là. Ils s'aperçurent que la production d'électrons préchauffant la cible était moindre, en utilisant des fréquences élevées. Ils trouvèrent alors le moyen d'élever la fréquence de leurs lasers (par exemple, avec trois photons, ils en créeaient un seul, ayant l'énergie des trois premiers, donc une longueur d'onde trois fois plus courte).
Shiva n'ayant pas marché, on passa au projet Nova, avec 10 lasers opérant dans l'ultra-violet, construit en 1984. Dans son papier de Nature, 1972, John Nuckholls avait évalué à un kilojoule l'énergie qui devrait permettre d'obtenir d'ignition (le démarrage des réactions de fusion) dans une micro bille. Avec un mégajoule, mille fois plus, on devait obtenir un "haut gain" (ce coefficient Q des tokamaks, c'est à dire le rapport entre l'énergie produite par fusion sur l'énergie injectée).
Sur la base de ces données optimistes, des projets virent le jour.
Un chiffre au passage : dans cette chaîne "de production d'énergie par la fusion obtenue à l'aide de lasers" il ne faut pas perdre de vue que le pompage optique à l'aide de lampes au xénon s'effectuait avec un rendement de l'ordre de 1 % !
Donc, par énergie injectée, il faut savoir à quel étage on se place.
Avec l'aval de l'armée, différents projets sortirent des cartons, s'appuyant sur un code qui avait été créé : LASNEX. Dans cet effort vers une fusion impulsée par laser, on retrouve un nom, celui de John Lindl. Une donnée clé est alors la quantité d'énergie qui devait être apportée sur la cible, et que les expériences du projet Centurion Halite avaient justement pour but de mesurer. A ce propos, les informations qu'on peut trouver sur le net restent assez confuses, et c'est normal pour un projet qui fut mené sous le couvert du secret défense le plus absolu. Je préfère me fonder sur celles que j'ai pu obtenir de manière plus directe. Une valeur à retenir :
Pour l'ignition : 10 mégajoules
Après Shiva l'expérience Nova fut montée, prélude à l'expérience NIF, qui avait, en France, son pendant avec le montage du laser Mégajoule, au Barp, près de Bordeaux. Cette dernière installation, toute aussi pharaonique que son équivalent américain, n'est pas achevée. Par contre le NIF est opérationnel et a fait l'objet de plusieurs campagnes d'essai. L'image ci-après donne l'échelle du NIF ( National Ignition Facility) :
Le NIF américain
L'échelle de l'installation est donnée par cette photo prise de l'intérieur de la chambre sphérique qu'on voit sur l'image.
La chambre du NIF. Le personnage donne l'échelle.
Les "lignes laser" mesurent 300 mètres de long.
Voici une image d'artiste de l'installation Mégajoule, en cours d'achèvement près de Bordeaux. Date annoncée : 2014, vingt ans après la décision de lancer le projet.
qui se présente mal .....
Mégajoule : présenté comme "un simulateur d'explosions nucléaires".
Ci-après, une autre vue d'artiste montrant la chambre d'expérimentation :
Mégajoule : une autre " cathédrale pour ingénieurs "
Des chiffres à retenir. L'énergie focalisée sur la cible par Mégajoule sera de 1,8 Mégajoules, celle du NIF étant de 1,8 Mégajoules. Dans les deux installations, c'est le cinquième de la valeur préconisée par le programme Centurion Halite, selon la confidence faite par un des chercheurs impliqués dans le projet, lors d'un congrès qui s'est tenu en 1988, à Napa Valley, en 1988 (date de la clôture du projet) à un homologue français, de qui je tiens cette information.
Pourquoi 1,8 mégajoules au lieu de 10 ? A cause de résultats de simulations obtenues à l'aide du code LASNEX, et surtout de l'introduction d'un montage, expérimenté pour la première fois sur le montage Nova, mais tenu secret jusqu'en 1993. Un système s'inspirant du holraum, du four du second étage des armes thermonucléaires (montage Teller Ulam).
La cible, pour irradiation indirecte, montrée par un technicien du Megajoule
La même, telle qu'elle se présente au NIF (mêmes dimensions). Notez ses fenêtres d'accès, permettant les mesures
La même, vue ue de trois-quart. NIC : National Ignition Campaign
L'image ci-après en donne le schéma de principe :
L'idée n'est alors pas difficile à comprendre. Les deux fois 120 lasers dirigent leur énergie vers l'intérieur d'une boite constituée par un matériau lourd (de l'uranium, de l'or, ou un mélange des deux). Ce matériau réagit alors en émettant des rayons X qui frappent le pusher d'une cible sphérique, que l'on voir au centre.
Passons maintenant à un document émis par le département de l'énergie américain le 19 juillet 2012, il y a un peu plus d'un mois.
http://jp-petit.org/NUCLEAIRE/ITER/ITER ... t_2012.pdf
Ceux qui lisent l'anglais pourront parcourir ce texte de huit pages, court, mais éloquent. Ce que je pronostique c'est qu'aucun média science français ne donnera écho à ce document officiel. Je donnerai ici des fragments.
Il s'agit d'un mémorandum adressé à Don A. Cook, Administrateur adjoint pour les programmes intéressant la défense. Il émane de David H. Crandal, conseiller en matière de sécurité nationale et de fusion par confinement inertiel. Celui-ci présente une revue de l'état où se présente le programme à cette date.
Ce rapport avait été initié en octobre 2010 par Steve Koonin, secrétaire. Il avait prévu au départ que Koonin soit chargé de composer celui-ci. Mais par la suite une situation conflictuelle a émergé, mettant en doute sa capacité à composer ce document.
J'ai donc conduit moi-même ce travail, aidé par un certain nombre de personnes qui avaient été antérieurement des collaborateur du Dr Koonin. Chacun d'entre eux a produit indépendamment son propre rapport sur l'état d'avancement du projet. Au terme de cela nous avons demandé à chacun d'entre eux d'estimer la probabilité qu'ait le programme NIF de réaliser l'ignition d'ici le 31 décembre 2012, conformément au plan présenté par l'équipe du projet.
Page 1 :
Comme l'ont noté tous les observateurs, toutes les fonctionnalités de cette installation laser : la qualité des instruments de mesure, les optiques, la cible, tout a été amenées à un état complet de finition et de performance. Par comparaison avec d'autres démarrages de projets et de vastes installations scientifiques, le programme NIF a été mené "avec un état d'accomplissement et de qualité sans précédent".
Les expériences menées sur la compression de la capsule, accompagnées de mesures effectuées avec une extrême précision, grâce à des techniques éprouvées ont permis d'obtenir des renseignements importants sur la façon dont s'opérait la compression de la capsule.
Néanmoins, la conclusion qui émerge de cette vaste campagne d'essais est qu'il reste un très long chemin à parcourir avant d'espérer obtenir l'ignition (...) ainsi qu'une mise en évidence non-équivoque de chauffage par émission de noyaux d'hélium (...).
En vérité, les experts qui ont effectué cette analyse ont remarqué les incertitudes liées à l'actuelle approche "semi-empirique" (...), la probabilité pour que l'ignition puisse être obtenue d'ici fin décembre 2012leur paraissant extrêmement faible, de même qu'une mise en évidence, non ambiguë, d'un chauffage par émission de noyaux d'hélium.
Dans ce qui suit, le rapporteur signale que le nombre des neutrons émis, pour une énergie injectée d'un mégajoule n'était que le dixième de ce qui était attendu.
L'opinion générale des rapporteurs est que ce disfonctionnement serait dû au mélange entre l'ablateur et le mélange fusible (entre le matériau constituant le pusher et la gouttelette de mélange liquide deutérium-tritium contenue dans cette fine enveloppe). Etaient également invoquées des asymmétries "de mode faible" (se réfèrant à l'écart vis à vis d'une symétrie sphérique de l'implosion).
Page 2 :
Une autre conclusion a été que les codes informatiques, représentant l'état de l'art avaient prédit l'ignition, ou pour le moins un chauffage substantiel par l'émission de noyaux d'hélium (les "alpha particles"). Etant donné que tout ceci n'a pas été obtenu, le doute se trouve jeté sur la confiance que l'on puisse accorder à ces simulations (...).
L'écart constaté entre les prédiction issues des simulations numériques (...) et les performances mesurées font se demander si ces codes sont d'une réelle utilité, s'agissant de déterminer un nouveau choix d'expériences à réaliser (...).
Le bas de la page décrit les différents systèmes de diagnostic utilisés. L'énergie mise en oeuvre, prévue (1,86 Mégajoules), ainsi que le pic de puissance (de 411 à 522 térawatts) avaient été mesurés avec précision.
Les mesures issues du comptage des neutrons ont clairement mis en évidence l'écart vis à vis de la symétrie sphérique. On disposait d'excellent méthodes de polissage de la capsule, et de techniques permettant d'utiliser un tube de remplissage de la capsule encore plus fin.
Les experts ont noté l'excellente qualité permettant de situer l'évolution du choc dans le temps, le degré d'implosion de la capsule, la mesure de l'intensité de l'émission neutronique.
En conclusion, l'incertitude sur l'acquisition des données ne saurait être mise en doute.
Page 3 :
Le groupe a ainsi conclu que la médiocrité des résultats obtenus ne pouvait être imputée à la façon dont les expériences avaient été conduites, mais plutôt au fait que l'ensemble de la cible visant l'ignition (le four et sa capsule) ne s'étaient absolument comportés comme les modèles informatiques l'avaient prédit (...)
Ainsi le couplage radiatif entre le four et la capsule s'est avéré plus faible que ce qu'on attendait (...). Le déroulement de ablation s'est avéré également différent.
Fait essentiel : la mise en évidence du mélange entre le matériau de l'ablateur (le pusher) et celui de la cible s'est imposé comme une indication comme quoi un "mix cliff" se produisait, limitant la production de neutrons. En anglais cliff signifie "montagne". Il s'agit donc de la manifestation intense de l'instabilité de Rayleigh-Taylor.
Cette image est issue de simulations effectuées sur l'ordinateur du NIF et fait référence à une déformation accusée du matériau du pusher, de l'ablateur. Tout était ensuite censé s'arranger. Mais les mesures effectuées militent en faveur d'un intense mélange, dont les simulations ne rendaient pas compte !
A titre de conclusion de cette section, le rapporteur dit que l'avis général recommande un meilleur effort de compréhension de .. qui se passe ! (...)
Toujours page 3, il est dit que le haut degré de précision du contrôle des 192 laser et de la fabrication de l'ablateur permettait d'escompter un progrès en matière de compression de la cible, avec une mesure qui devait approcher 85 % des conditions requises pour l'ignition. Bien que ces avances technologies aient été faites, les pression au moment de la compression maximales restent toujours de la moitié ou du tiers de la valeur requise pour l'ignition (...)
Comportement radiatif du driver et ablation :
Là encore les experts ont noté l'inefficacité de la prédiction du rayonnement provoquant l'implosion dans le four. La façon dont les lasers déposent leur énergie sur la face interne du four est un processus complexe qui n'a pas été modélisé de manière adéquate (...).
Page 4 :
L'effet destructeur du phénomène de mélange entre le matériau de l'ablateur et celui de la cible fusible s'impose comme une des raisons majeures qui limitent le succès de l'expérience. L'introduction de traceurs comme du gallium et du cuivre dans l'ablateur ont permis, en mesurant le rayonnement émis par ces atomes lorsqu'ils pénètrent dans le plasma chaud constituant la source, de mettre en évidence ce phénomène de mélange. Il s'agit de la croissance d'instabilités de nature hydrodynamique (d'instabilités de Rayleigh Taylor).
Et là se trouve une question essentielle :
Certains des rapporteurs en viennent même à se demander si l'énergie développée par le NIF est suffisante pour assurer une compression indirecte d'une capsule, éviter le phénomène de mélange et atteindre les conditions d'ignition.
Eh oui, serait-ce 10 mégajoules au lieu de 1,8 ?
Suivent des recommandations à pousser le banc laser vers sa puissance maximale (2 mégajoules et 500 térawatts), et d'utiliser des capsules présentant un meilleur poli, pour lutter contre le phénomène de mélange.
Page 5 :
Quelques soucis concernant l'asymétrie de l'implosion. Le fin tube de remplissage (et de suspension) en serait-il le responsable ?
A propos des futurs plans, le rapporteur note que quels que soient les phénomènes envisagés, l'approche reste semi-empirique, tant que le fossé séparant les résultats des simulations et les observations n' a pas été comblé (...).
Bref, comme dans le texte-réponse de 10 pages qui fut publié par le CEA dans son site " en réponse à un document que j'avais pu faire circuler au sein du Parlement Européen ces recherches seraient, elles aussi, menées à coup de "lois-ingénieurs" ?
En même temps qu'ils approuvent la façon dont la campagne d'essai sera menée, d'ici la fin 2012, ils signalent quand même que si d'ici le 31 décembre l'ignition et la production d'alpha ne sont pas réalisés, l'ensemble du programme NIF devra être repensé en tant qu'étude fondamentale sur les phénomènes en jeu et la mise à l'épreuve de modèles, de manière à être en mesure de conduire des projets d'intérêt national.
En fin de rapport, on rappelle que :
Le couplage entre les faisceaux laser et et la capsule, selon cette formule du four, s'avère moins efficace qu'on ne le pensait. Le phénomène de mélange ablateur-matériau de fusion semble évident.
Etant donné le caractère inadéquat des modèles, les valeurs des paramètres atteintes et les contraintes de temps, les rapporteurs estiment qu'il est extrêmement peu probable que l'ignition puisse être atteint à la fin de l'année 2012. Ce qui n'empêche que certains optimistes pensent que cette ignition pourrait être obtenue dans le peu d'années à venir.
On notera, parmi les contributeurs de ce rapport le nom de John Nuckholls, du Lawrence Livermore Laboratory (où est installé le NIF), un des principaux pionniers en matière de fusion par laser.
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Alors qu'il ne manque pas un bouton de guêtres, que les 192 lasers ont été installés pile-poil, que la puissance développée cadre avec les plans des ingénieurs, que les méthodes de mesure fournissent des renseignement fiables et précis...
Ca merde complet....
Exemple de l'échec d'un projet entièrement décrit à coup de simulations sur ordinateur, vis à vis duquel j'avais exprimé mon scepticisme, dans mon site, il y a plus de dix ans. .
Où est l'erreur ?
Je ne suis pas le seul à penser qu'elle se situe dès la définition du projet. Les expériences Centurion-Halite avaient fourni une valeur seuil : 10 mégajoules. On n'a tenu aucun compte de cette conclusion.
Le calcul se gère avec des règles de trois. Quand j'étais venu à Livermore et que j'avais vu les premiers lasers au verre dopé au néodyme, l'énergie unitaire était de dix mille joules. Le verre des laser ne peut héberger une quantité infinie d'énergie. Quand les optiques acheminent une telle puissance lumineuse, le matériaux ne restent pas indifférents. Apparaissent des phénomènes d'optique non-linéaire (la valeur locale de l'indice de réfraction change avec la quantité d'énergie emmagasinée). J'ai vu à Livermore, en 76, un des amplificateurs terminaux, de 80 cm de diamètre, réduit en fragments. Pourquoi ? A cause d'un infime défaut dans le verre, ou parce qu'un mouche avait crotté sur la surface.
Pour cadrer avec ces 10 mégajoules d'énergie, il aurait fallu mettre en batterie ... mille quinze cent lasers développant 10.000 joules chacun ! Impossible, budgétairemt. On a donc configuré le code LASNEX de manière à pouvoir ramener ce chiffre à une valeur plus raisonnable : 192 aux USA, 240 en France. Certains pensent que les concepteurs du code ont carrément arrangé, bricolé celui-ci pour que les valeurs émergeantes collent avec les possibilités offertes par la technologie. Pas étonnant, alors que ce code s'avère incapable de coller avec de ce qui est observé, mesuré.
Et quand bien même on aurait mis 1000 lasers ? Quid de ces fichues instabilités de Rayleigh Taylor, du préchauffage de la cible par des électrons arrachés à la paroi du four par "instabilités paramétriques" ?
Vous êtes démoralisé ? Vous vous faites du souci pour l'issue du projet Mégajoule ( la seconde "cathédrale pour ingénieurs", faisant le pendant avec Iter). Alors regardez la vidéo ci-après. Laissez-vous bercer par cette nouvelle évolution de la science vers toujours plus de virtuel. Enfilez vos combinaisons tricotées avec des supercordes, attachez vos ceintures. Tout est prêt pour démarrer un autre "projet du siècle à venir".
http://fr.wikipedia.org/wiki/High_Power ... y_Research
( High Power Laser Energy Research facility )
http://www.hiper-laser.org/pressandpr/f ... nvideo.asp
Au lieu de "mettre un Soleil en bouteille", on créerait cette fois "une mini-étoile en laboratoire". Bonjour les images de synthèse. On voit les atomes de deutérium et de tritium virevolter. Vu le lyrisme, on se croirait à l'Opéra.
Tout est prêt pour accueillir, en Aquitaine, un nouveau méga-projet "transformant toute une région", "irrigant son tissu industriel", "créant des milliers d'emplois", etc.
La vidéo suffira pour anesthésier les parlementaires décideurs, comme ce fut le cas pour le projet Iter.
Vous remarquerez au passage que, même si des réactions de fusion étaient obtenues, personne ne vous parle de la fonction tritigène, qui est indispensable pour reconstituer le tritium consommé (cet isitope n'existe pas dans la nature, vue sa faible durée de vie : 12,3 années), ni de l'effet de l'émission des neutrons de 14 MeV sur ... les optique ! Ni du 1 % de rendement lié au pompage par des lampes au krypton.
Payez, nous nous chargeons du reste
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Ce qui me consterne, c'est que le rapport que je viens de commenter ici pour vous ne trouvera aucun écho dans notre presse scientifique. Aucun scientifique n'adressera un article au Monde des Science, ni ne rédigera un papier similaire à ce que je viens d'exposer.
Quant à moi : inutile que je tente cette démarche : on ne me répondrait pas. J'en ai fait l'expérience maintes fois, ne serait-ce qu'il y a quelques mois, avec l'envoi d'un article sur Iter à la revue Pour la Science.
L'inventaire des sottises, des gâchis et des irresponsabilités dangereuses semble interminable. A Bure, Michel Gueritte et son équipe continue à se battre contre ce projet délirant d'enfouissement des déchets radioactifs, dans une couche d'argile de 60 mètres d'épaisseur, située à 600 mètres de profondeur. Là encore, on pourrait développer. Le Jean-Pierre Petit de cette affaire s'appelle Bernard Thuillier, un docteur ès science qui a eu le courage de se plonger dans les 4000 pages du rapport préliminaire composé par l'ANDRA, l'Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs.
Quand j'ai atterri dans ce dossier Iter, au moment de la constitution de l'Enquête Publique, en juin-juillet 2011, c'est face à 7000 pages que je m'étais retrouvé, dans la salle de la mairie de Saint Paul Les Durance, à côté de Cadarache.
Car la technique est éprouvée. Tout en arrosant copieusement les élus locaux, les municipalités concernées, pour obtenir leur aval, on tente de noyer l'honnête homme, et le parlementaire, sous une avalanche de documents. En parallèle un service de communication (mené à Iter Organization par l'ex journaliste au Provençal Robert Arnoux, co-inventeur de l'image "du soleil en bouteille") on abêtit le public, les politiques, les décideurs.
Je repense à une scène du film Brazil, où un des personnages se trouve noyé, asphyxié sous une avalanche de papiers
L'enfouissement des déchets à Bure ne présente aucun caractère d'urgence. C'est simplement, là comme ailleurs, affaire de gros sous. Des études ont été faites, on a dépensé de l'argent ? On a créé une commission de "sages", bénévoles, universitaires jouant le rôle de spécialistes, qui ne savent pas répondre à la moindre question qu'on leur pose (la Commission National d'Evaluation, ou CNE).
Dans cette vidéo, les réponses bredouillantes des sages en question :
http://www.dailymotion.com/video/xs8x3n ... a-cne_news
Rapidement : Thuillier a découvert que dans cette déchetterie de Bure les "colis" sont nombreux, qui comportent des plastiques. Il y en a en tout 40.000. La radiolyse de ces plastiques dégage de l'hydrogène (radiolyse : décomposition chimique sous l'effet du rayonnement). Confiné sous terre, ce gaz, mélangé à l'air, constitue un redoutable explosif, qui se mêle aux rejets radioactifs dégagés par ces déchets. A ce dégagement s'ajoute une production de chaleur, issue de la décomposition des radionucléides-déchets. Alors il faudra ventiler, constamment, pendant toute la durée de la descente des "colis", pesant de 2 à 22 tonnes. Leur manipulation, coûteuse et robotisée prendra ... un siècle.
Oui, vous avez bien lu !
Et il faudra également ventiler pendant un siècle. Comment ? L'histoire ne le dit pas. Mais le plan d'acheminement des colis vers le site d'enfouissement se construit déjà (toujours à coup de magnifiques images de synthèse), en se disant "c'est bien le diable si, pendant le siècle à venir, une solution n'émerge pas". Le budget global sera de 45 milliards d'euros.
Si la ventilation cessait, pendant une petite semaine, le risque d'explosion serait immédiat( 4% d'hydrogène dans l'air suffisent), était donné le degré de confinement des produits, dans d'étroits tunnels cylindriques, de moins d'un mètre de diamètre. L'ANDRA stipule qu'alors l'évacuation des personnels présents sur le site devrait être effectuée en ... deux heures. Et comment éteindre, puisque l'eau devient un produit dangereux, en tant qu'activateur des réactions de fission !
Quand bien même ce problème-là serait résolu, à l'échelle du siècle, comment obturer de manière fiable les dits conduits et galeries, à l'échelle de .. temps géologiques ?
Avec de la bentonite. Le béton n'est pas fiable, à l'échelle de seulement un siècle. Sa durée de vie reste très limitée. Lisez :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Bentonite
La bentonite à base de sodium, qui augmente de volume lorsqu'elle est humide et qui peut absorber plusieurs fois sa masse en eau. Cette propriété est mise en valeur dans les mastics pour l'enfouissement de matières polluantes dans le sol. Elle est utilisée dans les puits de forage de pétrole et la recherche géothermique.
Quand on a procédé à un forage pétrolier, par exemple, et qu'on souhaite "fermer le puits", on y jette de la bentonite, puis de l'eau. La bentonite l'absorbe, gonfle et fait bouchon. Un bouchon qui en principe n'évolue pas, reste en l'état, au plan physico-chimique, sans limitation de temps, du moins, on le pense. On a donc pensé à ce produit. Il n'y a qu'un seul détail : les galeries de Bure sont horizontales et non verticales. Alors on ne sait pas faire.
Mais on trouvera. Pensez-donc, on a un siècle pour trouver la solution. C'est bien le diable....
Qui contrôle ce projet ? Une commission d'expert, "indépendants et bénévoles ", d'anciens universitaires. Détail : ils "consomment" quand même la bagatelle de 840.000 euros de crédits par an. Pour leurs besoins personnels ? Hmm... difficile, à une douzaine, de dépenser une telle somme en voyages, déjeuners, défraiements divers et variés. Ils n'ont plus l'âge de passer des soirées aux Folies Bergères.
Non, cet argent finance des études, des thèses, des travaux. Grâce à cette manne nos universitaires retraités se trouvent ... démarginalisés vis à vis de leurs institutions universitaires. Ils retrouvent, dans leurs laboratoires, la puissance, le pouvoir que leur donne cet argent (et, dans le monde universitaire, le pouvoir prime sur l'argent. Un pouvoir de clocher, de basse-cour, mais qui constitue la charpente psychologique de la vie de tous ces gens). Cet argent, ils peuvent disposer à leur guise et, de leur propre aveu (voyez la vidéo), "ils s'amusent". Simple détail, si leurs conclusions ne vont pas dans le sens souhaité, cette provende se tarira
Humainement, ça n'est guère brillant. Mais les universitaires ne valent pas mieux que les autres gens, ne le saviez-vous donc pas ?
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J'arrête là cette digression sur Bure et je reviens au problème de l'énergie. Sur ce point, il existe des solutions simples, qui consistent à dépenser de l'argent, beaucoup d'argent. Le dixième de ce qu'on dépenserait avec une III° guerre mondiale (qui nous pend au nez). Il faudrait investir massivement, à fonds perdus mais à générations gagnées, équiper des déserts, développer des lignes de transport de courant électrique sous haute tension (jusqu'à 800.000 volts) avec 3% de pertes par mille kilomètres. Opérationnel depuis des décennies. Lisez :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Courant_co ... te_tension
La planète a dix fois de quoi résoudre ses problèmes d'énergie, avec des moyens non sophistiqués : le solaire thermique, sur terre ou sur barges, l'éolien bien conçu (équiper toute la côté marocaine qui subit à longueur d'année les vent marins). On sait mille fois stocker cette énergie, la transporter. Il y a l'hydrolien, le géothermique (l'Islande !). Mais, pour ce faire, il faudrait attaquer le problème en bloc, dominer les problèmes politiques, les conflits de cour d'école. Il faudrait niveler les inégalités, maîtriser l'expansion démographique en nourrissant ceux qui périssent par millions, chaque année, de faim.
J'arrête, c'est inutile. Je cesse de reprendre le thème jadis lancé par René Dumont :
L'utopie ou la mort
J'arrête d'aborder ce que nos écolo-carriéristes vont le plus souvent jusqu'à ignorer, au point qu'ils ont réussi à se discréditer totalement vis à vis du public. Je reviens vers cette science de pointe, avec laquelle j'avais démarré cette page.
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Le projet Iter bat de l'aile. Putvinsky, 62 ans, une vaste expérience en matière de fusion, "monsieur disruption" à ITER Organization, vient d'abandonner le navire. Arrivé en 2009, en achetant une belle propriété dans la région, il est reparti aux USA en juin 2012, s'occuper d'autre chose. Iter, il n'y croît plus...
Iter c'est le bateau vivre, un navire sans capitaine et les rats quitte un navire qui n'est pas encore construit.
Après Iter, voici NIF et Megajoule qui prennent de la bande. Ca ne marche pas, et ça ne marchera pas. C'est insauvable. On ne pourra pas multiplier le nombre des lasers par cinq, pour coller avec la valeur préconisée par les gens du projet Centurion Halite. Mais, comme me disait l'ex journaliste Robert Arnoux, lors de sa conférence de presse de juin 2012 à Marseille :
- Savez-vous combien coûtera l'extension de la ligne TGV de Marseille à Nice ? Quinze milliards d'euros !
La différence est qu'on pourra difficilement amortir les sommes investies dans Iter et Mégajoule par le bénéfice retiré par la vente de billet, dans des sites devenus des parcs de loisir ou des musées.
Que fait-on ? On laisse tout tomber ? On se replie vers des technologies dignes du XIX° siècle (quoique en bout de nos modernes réacteurs nucléaires on place bien des ... machines à vapeur, non ? )
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L'outsider
Laissons tomber ces modernes miroirs aux alouettes que sont les simulations sur ordinateurs, et tournons-nous vers des résultats expérimentaux.
En 1975 l'Américain Gerold Yonas construit, à Sandia, une Z-machine, ainsi nommée parce quelle présente une symétrie par rapport à l'axe OZ, un axe de révolution. Source d'énergie primaire : des condensateurs, agencés selon le montage classique "Marx". Ils déchargent leur contenu en une microseconde. Mais Yonas souhaite une décharge de plus brève durée, pour accroître la puissance. Son but : focaliser des jets d'électrons sur une cible, afin de réaliser la fusion.Une fusion par confinement inertiel, analogue à celle de ses voisins de Livermore, qui utilisent des lasers.
Gerold Yonas (aujourd'hui : On a le même âge)
Quand je rencontre Yonas, au printemps 1976 il me dit :
- Je n'arrive pas à opérer une concentration de mes faisceaux dans un volume plus petit qu'un oeuf de poule...
L'expérience est un échec. Des décennies plus tard, Gerold décide de transformer sa machine en compresseur MHD, pour en faire une source de rayons X, destinées à tester la résistance des ogives nucléaires aux armes antimissiles (des bombes A explosant dans l'espace). Pour ce faire il suffit d'envoyer ses 18 millions d'ampères selon les génératrices d'un cylindre. Chaque élément de courant, circulant selon une génératrice, crée un puissant champ magnétique, qui réagit avec le reste de la structure. Théoriquement, ce cylindre devrait imploser sur lui-même, selon son axe.
Pour les détails, voir dans mon site mon analyse de 2006 :
http://www.jp-petit.org/science/Z-machi ... Haines.htm
Mais, c'est bien connu, les instabilités MHD se mêlent de la partie, si le courant peut circuler azimutalement. Le résultat est alors ce que vous pouvez obtenir en écrasant une cylindre de carton d'un rouleau de papier WC dans votre main. Ou, ceci :
Liner cylindrique d'un pinch, écrasé par les forces électromagnétique. Source :
http://en.wikipedia.org/wiki/Pinch_%28plasma_physics%29
Valentin Panteleimonovich Smirnov (j'ai mis le prénom complet), actuel directeur du département fusion de l'Institut Kurtchatov des Hautes Températures de Moscou a alors une idée : remplacer ce "liner" cylindrique par une cage constituée d'un grand nombre de fils. Il est prévu que ceux-ci vont se sublimer, mais Smirnov espère qu'on pourra ainsi maintenir un semblant d'axisymétrie
Yonas adopte de système de la cage à fils et décide d'utiliser sa Z-machine pour produire des rayons X. Il place au voisinage de l'axe un cylindre en polystyrène, jouant comme nous l'avons vu plus haut le rôle de diffuseur.
Yonas testant le liner à fils de Smirnov.
La cage comporte 240 fils d'inox, plus fins que des cheveux. Dans chacun de ces fils circulent 75.000 ampères. Vue la finesse de ces fils, cette cage évoque une "passoire 2d". Le métal des fils se sublime, formant un plasma. Un jour, quelqu'un a une idée saugrenue, un pur hasard : enlever le cylindre de polystyrène qui se trouve au centre. Et là, surprise, ces fils se précipitent les uns contre les autres à 600 km/s, formant autour de l'axe un cordon de plasma métallique d'un millimètre et demi de diamètre.
Qu'est devenue l'instabilité-catastrophe de tout à l'heure ?
Il se passe que Yonas, pour une toute autre raison, évoquée plus haut (une tentative d'obtenir la fusion par faisceaux d'électrons), avait visé un temps de monté du courant très bref. Pour ce faire il avait utilisé de l'eau comme diéléctrique, pour "comprimer l'impulsion" d'une microseconde à 100 nanosecondes. Les Russes feront de même avec leur banc Angara V, cette eau étant disposée dans six gros bidons dans le même but : tester leurs ogives.
Angara 5 et ses six bidons emplis d'eau
Ce courant rapidement variable est équivalent à un courant de 10 mégahertz. D'où un effet de peau. Le courant ne circule que dans la partie périphérique du fil, lequel, en implosant, ne perd par sublimation que 30 % de sa masse. L'axisymmétrie est conservée. Le courant ne pouvant pas, ou peu, circuler azimutalement, l'instabilité ne peut se manifester.
Le diamètre de ce cordon peut être aisément mesuré, nanoseconde après nanoseconde. Il passe par un état de compression maximal. N'importe quel étudiant, ou lycéen peu calculer la valeur du champ magnétique créé par un courant de 18 millions d'ampères, circulant dans un fil de 0,75 mm de rayon. On trouve 4800 teslas !
Pour qu'il y ait stationnarité il faut que la pression dans ce cordon de plasma métallique contrebalance une pression magnétique qui vaut alors 90 mégabars. Ce qui conduit à une température ionique autour de 3 milliards de degrés Kelvin ! Un calcul correspondant à une formule établie par Bennett en 1934.
Tout le monde est perplexe, d'autant plus qu'en évaluant la température ionique par simple thermalisation de la vitesse d'implosion, de 600 km/s on ne trouve que 900 millions de degrés.
Sapristi, d'où vient le reste !! ???
Yonas demande une vérification orbservationnelle, fondée sur l'élargissement des raies par effet Doppler.
Spectre d'émission de l'acier inoxydable "relativement froid ", porté à une température de 100.000° K
On identifie les raies du chrome ( les premières, à gauche) puis celles du manganèse, dur fer et du nickel.
Dans cet acier inox le carbone représente 0,15 % du mélange et ses raies ne sont pas visibles.
Voici ce qu'obtiennent les gens de Sandia :
Spectre de ce même matériau, porté à des milliards de degrés.
L'effet Doppler a entraîné un élargissement des raies
Résultat confirmé. Perplexité accrue.
Il reste cet excédent de température. L'effet Joule ? Impossible. Avec une telle densité de courant la vitesse des électrons est considérable. Du coup la section efficace de collision électron-ions diminue. L'effet Joule est la traduction d'un échange d'énergie entre le flux d'électrons et le "gaz d'ions". Pour obtenir ces milliards de degrés on calcule qu'il faudrait 8 millisecondes. Or la monté s'effectue en quelques dizaines de nanosecondes.
Autre incongruité : la température ionique continue de grimper alors que le cordon de plasma a déjà commencé son expansion
Dans un article publié en 2006 dans Physical Review Letters mon vieil ami Malcom Haines explique tout cela. Mais il faudra quatre années avant que son interprétation ne soit admise par tout le monde. En 2008 Matzen et Mac Kee, représentant l'équipe de Sandia au colloque international de Vilnius, 2008, vont même jusqu'à remettre en doute les compétences scientifiques de Haines et me disent qu'un certain Itzak Maron, un israélien, aurait "trouvé l'erreur".
- Mais on n'a pas voulu publier ça, par égard pour ce vieux Haines.....
Même chanson au colloque international de Jeju, Corée, 2010 :
- Haines s'est trompé. Mais tout le monde peut faire une erreur.
- Vous allez publier un correctif ?
- Oui, bientôt ....
Il n'y aura jamais de correctif. Le vieux Malcom, gravement malade ( cancer des os), met tout le monde d'accord au colloque international de Biarritz en 2010, auquel j'assiste, en publiant du même coup un papier de 170 pages, qui fait autorité en la matière.
L'explication : Des micro-instabilités MHD provoquent l'apparition de clusters d'ions, liés par leur champ électromagnétique. Ceux-ci naissent et disparaissent en quelques nanosecondes. Population : quelques milliards d'ions. Mais ces "cibles" sont autrement plus importantes que de simples ions isolés. D'où un transfert dénergie entre le courant d'électrons et le gaz d'ions accru, un effet Joule anormal, qui n'apparaît que lorsque le nombre de Reynolds magnétique Rm est supérieur au nombre de Reynolds Re "normal". Grâce à ce distingo, Haines classe avec succès toutes les expériences recensées. La plupart des partenaires sont hors jeu. Intensité électrique trop faible (dont l'Israélien, avec sa manip faite au Weissman institute de Jérusalem).
En pensant aux commentaires déjà publiés à propos des tokamak et d'ITER, des "disruptions", on pourrait résumer ceci en une simple phrase :
Quand le malheur des uns fait le bonheur des autres.
Effectivement, dans les Z-machines, plus les micro-instabilités se manifestent, plus la température monte !
Et que devient l'instabilité de Rayleigh-Taylor ?
Très vite, on invente le double liner à fils. Ces fils représentent des inhomogénéités dans la direction azimutale. On peut donc s'attendre à ce que ceci stimule l'apparition de l'instabilité de Rayleigh Taylor. On a vu, dans la fusion par laser, que les expérimentateurs essayaient d'obtenir un "ablateur" le plus lisse possible. Là, avec une version à symétrie sphérique, l'équivalent du machin à fils serait une ... passoire.
En mettant deux cage à fils, coaxiales, chacune engendre son propre train d'instabilités de Rayleigh Taylor. Mais les deux trains sont à tous les coups déphasés et les instabilités s'annihilent mutuellement !
La résistance anormale du plasma croît comme l'intensité de la décharge I.
La température atteinte en fin de compression croît comme le carré de l'intensité électrique.
A Biarritz, je discute avec Haines. Les Américains ont monté leur courant de 18 à 26 millions d'ampères. La machine est devenue ZR : Z refurbished ( ré-équipée) . Une décision prise bien avant que ce résultat spectaculaire ait été obtenu. Haines :
- Je suis d'accord avec toi. Ils sont montés à 8 milliards de degrés. Mais ils ne te le diront jamais, à cause des aspects défense.
Effectivement, un tel compresseur MHD, initialement conçu pour produire des rayons X mous, correspondant à quelques millions de degrés, fait entrer la physique des plasmas chaud dans un domaine qui, jusqu'ici, ne se prêtait qu'à des expériences en plein air. Citons :
- La réaction de base pour les bombes thermonucléaires : Lithium 6 plus deutérium ( du deutérure de lithium, solide )
- La réaction neutronigène Bore 11 plus Hydrogène 1. Température d'ignition : un milliard de degrés.
Comment réaliser la fusion d'une cible ? Le liner à fils, double, devient l'émetteur de rayon X. La cible, comme dans les engins thermonucléaires, est logée dans du polystyrène. C'est le montage russe de TRINITI.
Le holraum dynamique russe
Une version plus élaborée, imaginée par Zakharov, un élève de Smirnov (rien à voir avec Sakharov), est basée sur une cage à fils sphéroïdale. Avant le tir, les fils pendent. En les mettant sous tension, ils se repoussent par effet de pression électrostatique et prennent automatiquement la forme de méridiens d'une sphère.
L'expérience Baïkal aura pour cible un agencement avec double holraum sphéroïdal. On trouvera cette description à la fin d'un pdf présenté par E. Velikhov, en 2008, postérieurement à la percée réalisée à Sandia en 2005.
http://jp-petit.org/NUCLEAIRE/ITER/ITER ... likhov.pdf
Très diplomatiquement, Velikhov, qui fut en 1964 le découvreur de l'instabilité qui porte son nom, l'instabilité électrothermique, resitue les différentes approches dans un vaste panorama, couvrant 80 années de recherche sur la fusion. Une part belle est donnée au projet Iter, mais :
http://fr.wikipedia.org/wiki/Instabilit ... othermique
Pas un mot sur NIF et Megajoule.
Normal : avec 1,8 Megajoule, ces systèmes ne permettront jamais d'atteindre l'ignition, et Velikhov le sait pertinemment.
Mais ce qui est intéressant, c'est le schéma de Baïkal.
Velikhov, ancien élève d'Andréi Sakharov, a été l'animateur du projet guerre des étoiles, façon russe. Les soviétiques avaient d'ailleurs fait dans ce domaine figure de précurseurs, en mettant sur orbite des canons à électrons, anti-satellites.
Il fut ensuite vice président de l'Académie des Sciences d'Union Soviétique, puis conseiller scientifique de Vladimir Poutine, en matière d'armements.
Les Russes ont eu leur propre projet Centurion Halite, Velikhov étant parfaitement au courant du déroulement et des conclusions du dit projet. Vous ne serez donc pas étonnés, de voir située la performance de la manip Baïkal très proche de cette valeur, 10 Megajoules, tandis que l'énergie associée à un fort dégagement d'énergie de fusion débute à 20 Mégajoule.
Du côté des intensités : 50 Mega-ampères pour Baïkal, soixante pour son successeur ou son extension (selon la loi de Bennet, qui stipule que la température maximale qu'on peut atteindre en fin de compression croît comme le carré de l'intensité électrique, ceci déboucherait sur des température se situant entre 28 et 41 milliards de degrés).
Voici maintenant, ci-après, le schéma du montage de l'expérience Baïkal :
Les Russes font dans la récup. Les systèmes TKD-200 sont trois "flying wheels", des systèmes de stockage de l'énergie dans des volants s'inertie, récupérés sur un de leurs tokamaks. En blanc, la possibilité d'adjoindre une quatrième unité. Le fonctionnement est rustique, mais efficace. On lance ces volants d'inertie. Ce sont des masses, conductrices de l'électricité, baignant dans un champ magnétique B. Si V est l'ordre de grandeur de la vitesse linéaire de rotation, il règne dans ces conducteurs un champ électromoteur V B . Si on court-circuite ces systèmes, on obtient des ... Gigajoules, à peu de frais.
Ce qui suit suscite chez moi une grande curiosité, c'est l'ensemble du système de compression d'impulsion, à sec, sans eau. Dommage que Smirnov, qui devait faire un exposé à Prague en juin 2012, ne soit pas venu. J'aurais bien aimé en savoir plus sur ses systèmes successifs de compression d'impulsion jusqu'aux 150 nanosecondes qui permettent de faire fonctionner le compresseur MHD à fils avec une bonne efficacité. Les 10 nanosecondes correspondent au temps pendant lequel sont émis les 10-15 mégajoules de rayons X.
Quid de cette course vers la fusion, vers l'ignition, puis la fusion auto-entretenue ?
L'ignition a été obtenue sur de nombreux tokamaks, dès le début des années quatre vingt dix. Pour la fusion auto-entretenue, c'est une autre histoire. Deux formules : Iter ou les tokamaks à fort champ. Seul mélange de fusion envisagé : Deutérium-Tritium. Donc émission de neutrons de 14 MeV. Nécessité de régénérer le tritium à partir du lithium. Fonctionnement en continu, ou du moins de longue durée.
La fusion par Z-machines représente une approche différente, impulsionnelle. Les températures atteintes permettent d'envisager une fusion aneutronique, Bore Hydrogène (0,1 % de l'énergie dégagée sous forme de neutrons, du fait de réactions secondaires). 999/1000 de l'énergie est émise sous forme de noyaux d'hélium, qui représentent le "déchet" de la réaction, fort utilisable, ne serait-ce que pour la locomotion aérienne.
http://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion_aneutronique
Ces noyaux sont électriquement chargés. En opérant leur détente dans un champ magnétique, créé par un solénoïde on peut opérer une conversion directe de l'énergie, en énergie électrique, avec un rendement de 70 % . Sakharov avait testé cela dans les années cinquante en faisant exploser des charges dopées au césium (la substance qui s'ionise le plus facilement). Le reste de l'énergie, sous forme thermique, peut être utilisé de manière plus conventionnelle, pour le chauffage, ou pour actionner des turbines à gaz.
Il resterait à stocker une partie de cette énergie, pour obtenir le fonctionnement d'un deux-temps à fusion. Comparable à un moteur à explosion, en comparaison d'éventuels successeurs d'Iter qui seraient les ... machines à vapeur du III° millénaire.
Les Russes sont des maître en matière de production d'énergie électrique à l'aide d'explosifs. Trois Gigajoules d'énergie représentent 400 kilos de dynamite. Le schéma de Baïkal recèle donc le schéma d'une bombe à fusion pure, avec très probablement une charge explosive beaucoup plus faible, basée sur un générateur à disque de Chernychev (DEMG), délivrant son courant en moins d'une une microseconde. A terme, l'ensemble se prêterait à une miniaturisation. Ces nouvelles bombes, propres, "vertes" seraient ainsi utilisables.
A Biarritz, évoquant le projet Baïkal, Smirnov m'avait dit :
- Nous avons eu du mal à trouver le financement. Heureusement, l'armée nous a aidés.
La filière des Z-machines se développera rapidement, car elle est moins chère et infiniment plus souple que les autres. La perspective des applications militaires fera que rien n'arrêtera cette progression.
Il faut espérer qu'au delà de la conception d'armes "à fusion pure", terriblement "proliférantes", on aura la bonne idée d'envisager une production d'énergie électrique, sans radioactivité ni déchets.
Au plan français, j'ai immédiatement réagi à la lecture du papier de Haines, en 2006. L'hostilité des nucléocrates (Iter, Mégajoule) était à prévoir. Il me fut impossible de trouver un scientifique qui puisse utiliser son nom pour sensibiliser "les pouvoirs publics" vis à vis de l'émergence spectaculaire de la filière de Z-machines. Une rencontre avec l'attaché scientifique de la ministre de la technologie et de la recherche, Valérie Pécresse, fut un coup d'épée dans l'eau. Invité par les élèves de l'école polytechnique de Palaiseau à donner une conférence, j'invitais les deux professeurs, en charge de l'enseignement concernant la physique des plasmas chauds, à y assister. Mais aucun ne vint, ni ne répondit au message que je leur envoyais. L'un d'eux exprima son scepticisme vis à vis des chiffres allégués ("over two billions degrees Kelvin") et alléguant que ceci ne pouvait concerner que des "points chauds" (hot spots) déjà observés dans les machines Focus.
http://jp-petit.org/science/Z-machine/F ... _FOCUS.htm
La pression est une densité d'énergie par unité de volume. Même si ce champ de densité pouvait être inhomogène, macroscopiquement, cette pression devait nécessairement s'opposer aux 90 mégabars de la pression magnétique externe. Sinon le filament aurait poursuivi son mouvement d'implosion. Donc la déduction de la valeur de la température absolue des ions par l'équation de Bennett restait valable. Mais rien n'y fit.
La France possède sa propre Z-machine, implantée dans le centre de recherche militaire de Gramat, dans le Lot.
La Z-machine française, dans le centre militaire de Gramat, Lot
Mais cette machine est trop peu puissante et surtout trop lente (800 nanosecondes) pour être d'une quelconque utilité dans ce type de recherche.
Le monde du nucléaire civil est farouchement opposé à l'émergence d'une filière qui pourrait remettre en cause les projets pharaoniques que sont Iter et Mégajoule. Quant aux militaires, ils estiment que rien ne saurait se faire en la matière hors d'un contexte de secret défense. Malheureusement, les compétences, de toute évidence, ne sont pas au rendez-vous. Confers l'inexistence de la présence française au colloque international de Biarritz, en juin 2011.
Ajoutons que ces concepts de fusion aneutronique, non radioactive et non polluante sont à des années lumière des capacités de compréhension de nos écologistes.
Source : http://jp-petit.org/NUCLEAIRE/ITER/ITER ... halite.htm