211service.com
La fusion à froid chauffe-t-elle ?
Quinze ans après que les premières affirmations controversées ont défrayé la chronique, la fusion froide refuse de mourir. Un petit groupe de défenseurs purs et durs soutient que les expériences produisent désormais des résultats cohérents. L'establishment de la physique continue de se moquer, mais certains scientifiques qui surveillent attentivement le terrain sont convaincus qu'il se passe quelque chose de réel. Et maintenant, le département américain de l'Énergie a décidé que les résultats récents justifient un regard neuf sur la fusion à froid.
La fusion des noyaux d'atomes d'hydrogène alimente le soleil et promet une énergie presque illimitée sur Terre. Mais la fusion est extraordinairement difficile à apprivoiser car les noyaux se repoussent fortement. La chaleur et la pression énormes à l'intérieur du soleil peuvent submerger cette répulsion, et les bombes thermonucléaires peuvent atteindre ces conditions, fugitivement, sur Terre. Mais la construction d'un réacteur à fusion capable de convertir cette énorme chaleur en énergie utile a posé un immense défi. Après des décennies de recherche, les conditions nécessaires à la fusion ne peuvent encore être atteintes que brièvement, et ces réactions de fusion expérimentales produisent moins d'énergie qu'il n'en faut pour les enflammer.
Les physiciens ont été stupéfaits lorsque deux électrochimistes de l'Université de l'Utah, Stanley Pons et Martin Fleischmann, ont affirmé en 1989 qu'ils avaient réalisé la fusion nucléaire à température ambiante. Leur expérience a emballé du deutérium, l'isotope lourd stable de l'hydrogène, dans des électrodes de palladium. Après de nombreuses heures de fonctionnement, ils ont signalé que plus de chaleur était générée qu'une réaction purement chimique n'aurait pu en produire. Au début, il semblait que Pons et Fleischman auraient pu trouver un moyen révolutionnairement simple d'exploiter l'énergie de fusion, et les laboratoires du monde entier se sont précipités pour essayer l'expérience par eux-mêmes. Cependant, l'expérience d'apparence simple s'est avérée pratiquement impossible à reproduire et en quelques semaines, la plupart des physiciens ont qualifié la fusion froide d'erreur - un résultat expérimental qui contredisait les lois connues de la physique.
Pourtant, le potentiel d'une énergie illimitée a attiré une bande de révolutionnaires potentiels qui ont continué à travailler sur le problème. Souvent, ils n'ont rien trouvé. Parfois, cependant, leurs expériences semblaient produire plus d'énergie qu'ils n'en attendaient des réactions chimiques ; à d'autres moments, ils ont détecté des traces de produits de réaction de fusion potentiels, suggérant que certains effets physiques auparavant inconnus peuvent être à l'œuvre.
Les preuves d'une nouvelle physique s'accumulent depuis des années, explique Peter Hagelstein, professeur agrégé de génie électrique et d'informatique au MIT, qui a présidé la dixième conférence internationale sur la fusion froide à Cambridge en août dernier. Les expériences réalisées dans des conditions correctement contrôlées produisent de manière fiable plus de chaleur que ne le prédit la théorie standard. Les produits nucléaires apparaissent en quantités à peu près suffisantes pour expliquer cet excès de chaleur. Des modèles ont émergé qui expliquent les anomalies précédentes. Lorsque Hagelstein a vu comment les pièces du puzzle s'assemblaient lors de la réunion d'août, il a exhorté le ministère de l'Énergie à reconsidérer un domaine qui avait été exclu de la science orthodoxe peu après sa naissance.
Au cours des 15 dernières années, des passionnés ont généré quelque 3 000 manuscrits sur la fusion froide, mais très peu ont été publiés dans des revues scientifiques. De nombreux résultats se sont évaporés sous un examen extérieur, et les promoteurs ont poussé des schémas d'énergie libre qui ressemblaient plus à un mouvement perpétuel qu'à de la physique. La plupart de ces manuscrits ne sont d'aucune utilité, déclare Hagelstein, un théoricien aux intérêts variés pour l'optique, l'énergie et la physique nucléaire. Mais une cinquantaine d'entre elles présentent des effets intéressants et reproductibles. L'effet de la chaleur a été reproduit à plusieurs reprises, Hagelstein. Il ne fonctionne que lorsque le deutérium est chargé dans des cellules de palladium, et jamais lorsque l'hydrogène normal est utilisé à la place de l'isotope lourd. Des mesures précises avec des instruments de mesure de la chaleur ont répondu aux critiques des expériences originales. L'excès de chaleur a été mesuré au-delà de ce que Hagelstein considère comme un doute raisonnable.
Des expériences qui produisent un excès de chaleur ont également produit de l'hélium-4, un produit potentiel de la fusion de deux noyaux de deutérium, en quantités corrélées à l'excès de chaleur. La théorie prédit que la réaction de fusion devrait générer 24 millions d'électrons-volts (MeV) d'énergie par noyau d'hélium-4. Une analyse de Michael McKubre de SRI International a détecté une énergie de 31 MeV, une correspondance dans l'incertitude expérimentale de plus ou moins 13 MeV. Les sceptiques doutaient que la réaction soit possible, mais Hagelstein dit que l'analyse des expériences par McKubre, rapportée lors de la réunion sur la fusion à froid de l'année dernière, montre que la fusion de deux deutériums pour produire de l'hélium-4 n'est pas aussi folle qu'il n'y paraissait initialement.
McKubre a également découvert que l'incohérence apparente dans la production de chaleur expérimentale résultait de différences dans la quantité de deutérium emballé dans l'électrode de palladium. Chaque fois que le nombre d'atomes de deutérium chargés dans le métal correspondait ou dépassait le nombre d'atomes de palladium, un excès de chaleur était généré. Le palladium chargé avec un peu moins de deutérium produisait des résultats incohérents, et si le niveau de deutérium était considérablement réduit, alors aucun excès de chaleur n'était produit. La charge en deutérium était difficile à contrôler et limitée par la résistance du métal. Malheureusement, la force du palladium est difficile à prévoir ou à contrôler, et n'est pas améliorée par la purification ; en effet, le palladium le plus pur s'est rompu à des charges plus faibles, et la résistance la plus élevée n'a été observée que dans un seul lot impur.
Les preuves de plus en plus nombreuses ont convaincu le physicien de la fusion George Miley de l'Université de l'Illinois à Urbana-Champaign que d'importants phénomènes physiques se produisent. Les sceptiques ne changent pas d'avis, mais il pense que les observateurs auparavant neutres deviennent plus réceptifs à la possibilité qu'un phénomène réel se produise dans ces expériences. Pourtant, alors que les chercheurs en fusion froide sont passés de la pensée qu'ils sentent la fumée à la sensation de chaleur, on ne sait toujours pas ce qui se passe réellement. Ce champ est mené expérimentalement. Nous devons amener les théories là où elles commencent à aider à mener les expériences, dit Miley.
Le défi pour des théoriciens comme Hagelstein est de combler le fossé béant entre la théorie nucléaire traditionnelle et les expériences de fusion froide. Il soupçonne que la difficulté réside dans une approximation très puissante à la racine de 70 ans de physique nucléaire - que toutes les interactions nucléaires se produisent entre deux particules dans le vide. Il pense que cette hypothèse s'effondre dans la fusion froide, où les particules en interaction sont étroitement emballées dans un réseau métallique. Son idée est que les noyaux de deutérium échangent de l'énergie vibrationnelle, ou phonons, avec les atomes de palladium environnants. Cet échange pourrait améliorer les interactions nucléaires qui seraient autrement extrêmement petites, de sorte que les réactions puissent se produire aux taux impliqués par les expériences de fusion froide. La théorie de Hagelstein est toujours en développement, mais atteint un point où il peut commencer à faire des prédictions vérifiables - une étape vitale pour faire de la fusion à froid une science crédible. Avec le temps, espérons-le, nous aurons plus de détails sur le casse-tête, dit-il.
Un examen positif du ministère de l'Énergie ouvrirait la porte à un soutien à la recherche indispensable, mais de grandes questions subsistent même si la réalité de la physique peut être établie. L'effet de fusion froide est-il suffisamment puissant pour être utilisé pour la production d'énergie pratique ? Si c'est le cas, il est peu probable que cela concurrence directement la fusion à chaud, explique Miley, qui travaille sur les deux. La fusion à froid fonctionne à petite échelle, elle pourrait donc trouver sa place dans de petites unités de puissance distribuées. La maison naturelle de la fusion chaude est à l'intérieur du soleil ; s'il peut être contrôlé sur notre planète, ce serait à l'intérieur de grands réacteurs alimentant le réseau en électricité.
Mais ces objectifs sont loin. Pour l'instant, la petite communauté des chercheurs en fusion froide espère être au seuil de la validation après 15 ans de lutte.