Comment les USA ont dépensé des milliards mais perdu la course thermonucléaire

Le physicien Stewart Prager, chef du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton et du NSTX-U (National Spherical Torus Experiment Upgrade), leader américain des recherches dans le domaine de la synthèse thermonucléaire, a donné sa démission.

Il a été suivi par Patricia Dehmer, vice-ministre américaine de l'Énergie pour les programmes scientifiques, responsable de ces études nucléaires prometteuses. En automne devrait fermer Alcator C-Mod, l'un des deux réacteurs thermonucléaires les plus puissants du pays.

Il y a 60 ans, les physiciens nucléaires promettaient une énergie pratiquement inépuisable que l'on pourrait tirer de l'eau dans un avenir proche. Mais malgré un financement considérable, notamment aux États-Unis, les progrès des recherches thermonucléaires se sont rapidement heurtés à des difficultés technologiques importantes.

Cette vague de licenciements dans les milieux scientifiques américains semble toutefois justifiée.

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La démission de Stewart Prager, chef du Laboratoire de physique des plasmas de l'Université de Princeton, s'explique par des défaillances du NSTX-U, l'un des plus grands tokamaks sphériques du monde (une chambre torique dotée de bobines magnétiques).

Ce dernier a été lancé il y a moins d'un an — en décembre 2015 — pour s'arrêter dès en juillet dernier à cause de problèmes techniques. Crée sur la base de l'installation NSTX de 1999, il s'est avéré très coûteux: sa modernisation a avalé 94 millions de dollars. Il a ainsi doublé sa puissance et quintuplé la durée d'impulsion par rapport à son prédécesseur (une induction magnétique de 1 Tesla et une puissance thermale de 10 à 12 MW).

Contrairement à un tokamak torique classique, le NSTX-U — qui conserve pourtant la même forme — a un espace intérieur considérablement réduit, ce qui lui permet de garder et de réchauffer le plasma à l'aide de champs magnétiques moins puissants. L'installation assure une production stable de tritium — isotope rare de l'hydrogène nécessaire pour une réaction thermonucléaire et les murs du tokamak sont moins sensibles à la dégradation. Les installations de ce type sont potentiellement plus avantageuses d'un point de vue économique.

Les défaillances du NSTX-U, découvertes en juillet, sont liées à une panne de l'un des 14 aimants après 10 semaines de travail. L'analyse a montré que la raison de cet incident résidait probablement dans un bobinage en cuivre trop rigide. En résultat, le tokamak ne pouvait atteindre que la moitié de sa puissance. Le démontage de l'installation a également révélé un défaut d'un tube en cuivre du système de refroidissement. Des experts avaient prévenu que l'acier inoxydable aurait été plus convenable.

Restait à désigner les coupables. La modernisation du tokamak NSTX a pris quatre ans — depuis 2012 — ce qui laissait théoriquement assez de temps pour calculer la conception optimale. Si ce fil de cuivre avait fondu à cause d'une température trop importante du bobinage, ce serait la faute des scientifiques et de leur chef Stewart Prager. Sinon, les responsables seraient les fournisseurs d'équipement et de matériels pour le NSTX-U.

Le ministère américain de l'Énergie s'est abstenu de tout commentaire concernant la démission de Stewart Prager. Deux sources anonymes ont indiqué à Psysics Today qu'elle était liée à la position du ministère.

Robert Goldston, directeur précédent du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton, a démissionné suite à la décision de fermer son projet, le stellarator NCSX (National Compact Stellarator Experiment) après le dépassement du financement budgétaire de 100 millions de dollars.

Quant à Stewart Prager, il affirme n'avoir débattu de sa démission qu'avec l'administration de l'Université de Princeton qui gérait le Laboratoire de physique des plasmas.

« La gestion du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton a été une expérience magnifique. Cependant, après sept ans de travail, j'ai commencé à réfléchir à une nouvelle étape de ma vie, commente Stewart Prager. La récente régression technique du site NSTX-U a brusquement défini le moment qui me semblait convenable pour une telle transition ».

Prager dirigeait le laboratoire depuis 2008. Il y poursuivra son travail en tant que chercheur et restera professeur d'astrophysique à l'Université de Princeton. Le chef par intérim du NSTX-U est désormais Terry Brog, qui a obtenu en juillet 2016 son transfert au Laboratoire de physique des plasmas de Princeton du Laboratoire national pacifique du nord-ouest également sous la tutelle du Ministère américain de l'Énergie.

Le changement du bobinage et de l'aimant qui se trouve en face de celui qui a été endommagé, prendra un an. Pendant tout ce temps NSTX-U sera à l'arrêt et les scientifiques se pencheront sur le design de l'installation, c'est-à-dire sur des optimisations éventuelles de sa construction et la réduction des risques de nouvelles défaillances. Les ingénieurs ont déjà proposé quatre moyens de changer les aimants en touchant au minimum le fonctionnement des autres éléments du tokamak.

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A la mi-septembre, Patricia Dehmer, vice-ministre américaine de l'Énergie pour les recherches scientifiques depuis neuf ans, a annoncé sa démission qui prendra effet le 10 novembre 2016. Chimiste de formation, elle s'est occupée pendant 23 ans d'études en science des matériaux et en physique de l'état condensé de la matière avant de rejoindre son ministère. Elle a personnellement participé au lancement de la LCLS (Linac Coherent Light Source), premier laser à rayon X à électrons libres du monde, et de la NSLS-II (National Synchrotron Light Source II), source la plus puissante de rayonnements synchrotron.

Elle accordait peu d'attention aux recherches consacrées à la synthèse thermonucléaire car d'autres objectifs scientifiques étaient selon elle en mesure de donner des résultats concrets dès aujourd'hui. Elle n'a pourtant pas privé les programmes de synthèse thermonucléaire de leur financement. Patricia Dehmer, 71 ans, n'a pour le moment aucun projet professionnel concret mais estime « qu'il y a une vie à l'extérieur du ministère de l'Énergie ».. Elle sera remplacée par Steve Binkley, expert en méthodes informatiques, qui, d'après le ministre de l'Énergie Ernest Moniz, a un « esprit ouvert à tous les programmes »..

Un autre événement majeur attend bientôt les scientifiques américains: le laboratoire Alcator C-Mod auprès du Massachusetts Institute of Technology devrait fermer ses portes en automne après plus de 20 ans de travail. La décision en ce sens a été adoptée encore en 2014: le Congrès américain a soutenu le financement de l'installation en 2015 à condition de la fermer un an après. Une partie de ses employés seront transférés au NSTX-U. Il ne reste donc aux États-Unis qu'un seul site performant de recherche dans le domaine de la synthèse thermonucléaire: DIII-D, géré par l'entreprise de défense General Atomics à San Diego.

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