Laser Mégajoule
Modèle:Titre en italique Modèle:Mettre à jour Modèle:Infobox Organisation2 Modèle:Coord Le projet Laser MégajouleModèle:Note, ou LMJ, est un des principaux éléments du programme militaire français Simulation, destiné à assurer la pérennité de la dissuasion nucléaire de la France après l'arrêt définitif des essais nucléaires en conditions réelles. Il est installé au sein du Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine (Cesta), dans la commune du Barp (Gironde).
Historique
Modèle:Section à actualiser L'entrée en service initialement prévue en Modèle:Date- a été reportée à 2014 à la suite d'économies budgétaires. Le LMJ est finalement inauguré le Modèle:Date<ref>Modèle:Lien web.</ref>. Cependant la totalité des faisceaux lasers ne sont pas encore disponibles pour les expériences LMJ et continuent d'être installés.
La première expérience a eu lieu le Modèle:Date- avec huit faisceaux. En 2015, il est prévu d'effectuer entre 50 et Modèle:Nobr par an. Par la suite, le régime de « croisière » est envisagé à 200 par an, dont 20 % seront destinés à la recherche civile<ref>Modèle:Lien web.</ref>. En 2017, les tirs passent à seize faisceaux et cette année marque la première expérience LMJ/PETAL destinée à la recherche académique. En Modèle:Date-, la première expérience de fusion<ref name=":0" /> est réalisée avec Modèle:Nobr. En 2020, Modèle:Nobr étaient montés<ref>Modèle:Lien web.</ref>.
Présentation générale
Le Laser Mégajoule (LMJ) est le projet de laser le plus énergétique du monde<ref>Le plus énergétique et non pas le plus puissant du monde, cette erreur est très fréquente dans les textes à destination du grand public (voir cette présentation : Projet LMJ Laser Mégajoule_:_ordres de grandeurs).</ref>, mené par la Direction des applications militaires du Commissariat à l'Énergie atomique et aux Énergies alternatives (CEA) français. Cette Direction avait dans le passé disposé d'un autre laser, Phébus, en service de 1985 à 1999 dans son centre de Limeil-Brévannes.
Le chantier est commencé en 2002 et la mise en service, initialement prévue pour la fin de l'Modèle:Nobr, a été reportée à 2013, puis 2014<ref>CEA, « Laser Mégajoule : mise en place de la chambre d'expériences ».</ref>. Le bâtiment fait Modèle:Unité de long, Modèle:Unité de large et Modèle:Unité<ref>Modèle:Lien web.</ref> de hauteur hors sol<ref name="Le laser un concentré de lumière">De la création d'un faisceau à ses applications. Le laser : un concentré de lumière Modèle:ISSN.</ref>. Un prototype du LMJ, la Ligne d'Intégration Laser était déjà fonctionnel.
L'objectif est de pouvoir déposer une énergie de Modèle:Unité sur une cible minuscule, grâce à Modèle:Nobr convergents<ref name="défis CEA">Lire en ligne, sur defis.cea.fr.</ref>, mais dans un laps de temps relativement long par rapport à d'autres dispositifs (ce qui explique que l'on batte des records d'énergie et pas de puissance). Par comparaison, le laser Phébus ne disposait que de deux faisceaux, et délivrait une énergie de l'ordre de Modèle:Unité.
La cible est composée de Modèle:Unité de deutérium et de Modèle:Unité de tritium et la quantité d'énergie apportée sera suffisante pour provoquer la fusion nucléaire de ces deux isotopes d'hydrogène. Ces expérimentations sont réalisées afin de pouvoir étudier et valider les simulations des processus physiques mis en œuvre dans l'étape finale du fonctionnement d'une arme nucléaire, et font partie du programme Simulation mis en place par le CEA pour développer et pérenniser les armes de la force de dissuasion.
Le Modèle:Date, la sphère de Modèle:Nb, à l'intérieur de laquelle auront lieu notamment des opérations de fusion thermonucléaire, a été installée à son emplacement définitif, au cœur du hall d'expériences qui occupe le centre de l'édifice<ref>Modèle:Article.</ref>.
Le LMJ a été mis en service fin 2014, avec huit faisceaux<ref>Modèle:Article.</ref>, c'est-à-dire une énergie théorique de Modèle:Nb, à comparer aux Modèle:Nb du projet initial.
En octobre 2019, la direction des applications militaires du CEA a réalisé la première expérience de fusion nucléaire au laser mégajoule. Quarante-huit faisceaux laser ont été mis en œuvre simultanément pendant trois milliardièmes de seconde sur une micro-cible pour réussir la première expérience de fusion nucléaire au laser mégajoules. Cette micro-cible était composée d'une cavité en or contenant une bille remplie de deutérium. Le laser chauffe les parois en or qui se détendent en émettant un rayonnement X. En absorbant ce rayonnement les couches externes de la bille chauffent et se détendent à leur tour ce qui entraîne la compression brutale du deutérium par contre-réaction <ref name=":0">Première expérience de fusion nucléaire au laser mégajoules, sur www-lmj.cea.fr, 2020.</ref>.
Quelques chiffres
Les spécifications initiales sont les suivantes : le bâtiment mesure plus de Modèle:Unité et abrite les Modèle:Nobr lasers de huit faisceaux chacune, soit Modèle:Nobr qui convergent vers une cible de Modèle:Unité de diamètre après avoir traversé Modèle:Nb de verre. Chacune des chaînes lasers mesure Modèle:Unité. Le hall d'expérience abrite une sphère de Modèle:Unité de diamètre, pesant Modèle:Unité et percée de Modèle:Nobr permettant de positionner Modèle:Nobr de mesure (spectres lumineux, neutrons, températures, densitésModèle:Etc.) et de laisser passer les Modèle:Nobr (par groupe de 4). La précision des faisceaux devra être de Modèle:Unité<ref name="défis CEA" />. La cible pourra atteindre une température de 100 à Modèle:Nobr de kelvins et une pression de l'ordre de Modèle:Nb<ref name="défis CEA" />
Un coût six fois plus élevé que prévu
En 1995, le coût du projet était évalué à six milliards de francs (Modèle:Nobr d'euros)<ref>« À l'Assemblée, la commission des Affaires étrangères veut parler de la dissuasion », Le Point, 17 novembre 2013.</ref>. Puis en 2002, un rapport du Sénat annonce un coût global de cinq milliards d’euros, le coût est en hausse. En 2005, on annonce Modèle:Nobr d’euros, en 2008, Modèle:Nobr d’euros, et en 2009, Modèle:Nobr d’euros. Ces dérapages budgétaires ont eu lieu malgré la diminution à 176, au lieu de 240, du nombre de lasers initialement prévus sur le LMJ (qui représente à lui seul la moitié des coûts).
En 2014, le coût du projet dépasse les sept milliards d'euros<ref>« Simulation nucléaire : la guerre des étoiles », Les Échos, 8 décembre 2014.</ref>.
Principe de fonctionnement
Le Laser Mégajoule utilise la technique du confinement inertiel par laser pour amorcer une réaction de fusion nucléaire au sein d'une capsule de combustible de fusion (généralement deutérium et tritium). Il présente cependant certaines caractéristiques particulières :
- la longueur d'onde des lasers est convertie en cours de parcours grâce à des cristaux de KDP (dihydrogénophosphate de potassium) de Modèle:Unité (proche infrarouge) à Modèle:Unité (proche ultraviolet), ce qui permet d'obtenir une concentration d'énergie plus efficace sur la cible Modèle:Référence nécessaire. Les cristaux permettent de convertir 50 % de l'énergie laser dans l'harmonique de Modèle:Nobr, grâce à un couplage non linéaire d'ondes<ref name="le Laser Mégajoule et la fusion inertielle">CNRS, Lire en ligne.</ref>.
- la technique utilisée est dite d'attaque indirecte : c'est une cavité métallique, généralement en or (« hohlraum »), entourant la capsule de combustible, qui sert de cible aux faisceaux laser ; l'énergie calorifique ainsi déposée entraîne la création d'un rayonnement X, le but recherché étant de chauffer la capsule de façon plus homogène que si elle était irradiée directement par les lasers. Pour cela, les impulsions lasers durent Modèle:Unité (avec un maximum de puissance pendant Modèle:Nb), avec une précision de synchronisation de Modèle:Unité et un point focal de Modèle:Dunité.
Ces deux opérations entraînant des pertes de rendement importantes, l'énergie effectivement reçue par la capsule de combustible est nettement inférieure aux Modèle:Unité d'énergie nominale déclarée.
Pilote
Le pilote est le premier élément de la chaîne laser, il doit<ref name="le Laser Mégajoule et la fusion inertielle" /> :
- créer l'impulsion laser initiale ;
- la mettre en forme spatialement (forme carrée de Modèle:Dunité) ;
- la préamplifier jusqu'à un niveau d'énergie de l'ordre de Modèle:Unité ;
- la lisser temporellement (sur quelques nanosecondes) ;
- synchroniser tous les faisceaux entre eux.
Section amplificatrice
La section amplificatrice doit amplifier l'énergie de l'impulsion laser pour atteindre Modèle:Unité. Pour cela, l'impulsion parcourt quatre fois la chaîne amplificatrice (Modèle:Nobr de verres dopés au néodyme, pompées par flashs). Cela améliore le rendement total du dispositif car il réduit les dimensions du système<ref name="le Laser Mégajoule et la fusion inertielle" />.
Transport et conversion en fréquence
Chaque faisceau laser parcourt Modèle:Unité, est dévié par six miroirs et passe à travers des cristaux de KDP afin d'être converti en ultraviolet. Il passe ensuite par un réseau optique afin d'enlever le résidu de lumière à la fréquence fondamentale et son harmonique de Modèle:Nobr, puis est focalisé sur la cible<ref name="le Laser Mégajoule et la fusion inertielle" />.
Chambre d'expériences
La chambre d'expériences est une sphère de Modèle:Unité de diamètre pesant Modèle:Unité. La paroi de la sphère est constituée d'aluminium sur Modèle:Unité d'épaisseur et est recouverte de Modèle:Unité de béton boré (afin de protéger le personnel et les instruments). Elle est sous une pression de l'ordre du millionième de bar, est équipée de nombreux instruments et contient la cible<ref name="le Laser Mégajoule et la fusion inertielle" />.
Cible
Lors des expériences, il y aura principalement deux types de cibles :
- l'ensemble microballe plus container sera utilisé pour des expériences de fusion par confinement inertiel. Dans ce cas, la microballe sera composée d'un mélange deutérium-tritium (DT) solidifié pesant Modèle:Unité et mesurant Modèle:Unité. Elle sera entourée d'un container en or de Modèle:Unité qui permettra une attaque indirecte ;
- dans les autres cas, la cible sera de forme variée (d'un point de vue géométrique et des matériaux) pour étudier le comportement des matériaux dans des conditions extrêmes<ref name="le Laser Mégajoule et la fusion inertielle" />.
Objectifs
Le Laser Mégajoule a été conçu pour valider les simulations d'essais nucléaires, cependant il va profiter à de nombreux domaines<ref name="défis CEA"/>.
tels que :
- la production d'énergie par fusion : tout comme le projet ITER, un des buts du LMJ est de parvenir à produire de l'énergie grâce à la fusion. Cependant la méthode employée est la fusion par confinement inertiel à allumage rapide (et non par confinement magnétique). Pour cela, le LMJ devra comprimer une cible DT durant quelques nanosecondes, et un laser picoseconde supplémentaire allumera la réaction de fusion en générant une impulsion de Modèle:Unité. Ce laser à impulsion courte est dénommé « Petal » (Pétawatt Aquitaine Laser) ;
- l'astrophysique expérimentale, pour laquelle les lasers à haute énergie permettent de recréer des environnements extrêmes tels que des plasmas similaires à ceux présents à l'intérieur d'étoiles ou de planètes :
Modèle:Citation – Jean-Pierre Chièze, astrophysicien du CEA à Saclay. En effet, ces lasers sont capables d'accélérer des plasmas à plusieurs kilomètres par seconde, permettant de modéliser des phénomènes tels que les supernovas ;
- la recherche médicale : les lasers à hautes énergie peuvent arracher des électrons en traversant un gaz, entrainant avec eux des ions et des protons. Ces particules sont utiles en protonthérapie car elles seraient susceptibles de traiter plus efficacement les tumeurs cancéreuses.
Opposants
Les mouvements pacifiste et antinucléaire s'opposent à la construction du Laser Mégajoule ou, pour certains, demandent à ce qu'il soit « civilisé », c'est-à-dire exclusivement consacré à la recherche civile et non à la mise au point d'armes nucléaires. Une association a été créée, Négajoule.
Le Modèle:Date, d'après le quotidien L'Humanité, plus de trois mille personnes manifestent devant le site nucléaire du Cesta pour Modèle:Citation<ref>La course aux armements se poursuit en laboratoires , sur humanite.presse.fr.</ref>.
Le Modèle:Date-, les pacifistes de l'association Négajoule érigent un portique rouge dans le site du Laser mégajoule, inspiré des torii japonais, qui représente la lutte de militants anti-nucléaire contre le projet de Laser mégajoule<ref>Simon Barthélemy, « Ils vont défiler contre le mégajoule », 20 Minutes, 11/01/2013.</ref>. Le monument en pin rose porte le mot Paix en français, japonais, anglais et gascon. Il était entouré de deux Ginkgo biloba, seule espèce végétale à avoir résisté aux radiations lors des bombardements atomiques d'Hiroshima et Nagasaki.
En Modèle:Date-, les services du conseil général ont enlevé le torii<ref>Modèle:Article.</ref>.
Le Modèle:Date-, le torii, symbole de paix, a été réimplanté devant le laser<ref>Modèle:Article.</ref>. Dans la nuit du 4 au Modèle:Date-, le torii a été vandalisé à la tronçonneuse. Une nouvelle plainte est déposée pour profanation de mémorial au nom du collectif Mégastop au Mégajoule<ref>Modèle:Article.</ref>.
Notes et références
Notes
Références
Voir aussi
Articles connexes
- Fusion nucléaire
- Confinement inertiel par laser
- Commissariat à l'Énergie atomique
- Programme Simulation
- National Ignition Facility
Liens externes
- Modèle:Officiel
- Site de l'Association Lasers et Plasmas chargée de l'accès de la communauté scientifique au LMJ
- Extrait d'un rapport parlementaire français concernant la simulation des essais nucléaires
- Extrait d'un rapport parlementaire français concernant le Laser Mégajoule
- L'optique d'un des industriels au sein du LMJ
- Site consacré au LMJ de l'association antinucléaire Tchernoblaye
