Une avancée scientifique majeure vient de tomber côté américain dans la course à la fusion nucléaire par laser.
Une équipe du Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en Californie, associée au Laboratory for Laser Energetics de l’Université de Rochester (New York), vient de publier dans la prestigieuse revue Nature Physics une mesure inédite du comportement du diamant sous pressions et températures extrêmes.
Une découverte qui a de quoi faire pétiller les yeux des physiciens du monde entier : elle pourrait tripler le rendement énergétique de la fusion inertielle laser telle que pratiquée au National Ignition Facility, l’un des plus grands lasers du monde !
Décryptage d’une belle histoire de science expérimentale qui résout enfin un vieux mystère vieux de vingt ans.
Lire aussi :
- La fusion nucléaire pourrait miser sur ce cristal qui a la spécificité de pouvoir fonctionner dans les environnements les plus hostiles de la physique expérimentale
- La fusion nucléaire vit son « moment SpaceX » : cette entreprise privée américaine a levé à elle seule deux fois plus que toute l’Europe réunie
Une percée majeure sur le diamant pourrait tripler les rendements de la fusion nucléaire inertielle par laser
La fusion inertielle laser, mode d’emploi pour néophytes
La fusion nucléaire, on vous en parle assez ici, c’est donc la réaction qui fait briller le Soleil et les étoiles. Elle s’obtient en collant ensemble deux noyaux atomiques légers pour libérer une énergie colossale.
Deux grandes voies existent aujourd’hui pour tenter de reproduire cette réaction en laboratoire : la fusion magnétique (la voie choisie par ITER à Cadarache, avec de gigantesques aimants supraconducteurs qui confinent le plasma) et la fusion inertielle par laser (celle qui nous intéresse ici).
Pour la seconde, une capsule sphérique en diamant de la taille d’un petit pois, contenant un mélange de deutérium et de tritium (les deux carburants de la fusion), est placée à l’intérieur d’une petite cavité cylindrique en or que les physiciens appellent hohlraum (de l’allemand « pièce creuse »). On tire alors dessus 192 faisceaux laser ultraviolets, tous parfaitement synchronisés à quelques picosecondes près, qui frappent l’intérieur du hohlraum. Celui-ci convertit l’énergie laser en un intense rayonnement X qui vient frapper la surface de la capsule diamant. La couche externe qui s’évapore génère une onde de choc gigantesque vers l’intérieur, comprimant le carburant deutérium-tritium à des densités folles, cent fois plus denses que le plomb.
Au out d’un moment, la matière atteint des températures de 100 millions de degrés, et l’allumage se produit. La fusion démarre, libère une énergie de plusieurs mégajoules, et le tour est joué.
Le NIF (National Ignition Facility), l’installation américaine qui pratique cette voie depuis les années 2000, a atteint pour la première fois l’allumage le 5 décembre 2022. Depuis, les équipes de Livermore ont répété l’expérience à onze reprises, avec un record de 8,6 mégajoules produits pour 2,08 mégajoules injectés le 7 avril 2025, soit un gain énergétique supérieur à quatre. Notons cependant, pour ne pas s’emballer, que le NIF consomme environ 300 mégajoules d’électricité pour fabriquer les 2 mégajoules envoyés dans les lasers, ce qui rend le bilan global encore largement déficitaire.
Notons également que la mission principale du NIF n’est pas la production d’électricité mais le programme de gestion du stock des armes nucléaires américaines vieillissantes (Stockpile Stewardship Program), un programme de simulation qui permet aux États-Unis d’assurer la fiabilité de leur arsenal atomique sans procéder à de nouveaux essais souterrains.
Le vieux mystère de la fusion du diamant enfin résolu
Le talon d’Achille du procédé est le comportement de la capsule diamant elle-même. Sous les rayons X ultra-puissants du hohlraum, le diamant chauffe brutalement et doit fondre uniformément pour éviter que des instabilités hydrodynamiques n’affectent la compression du carburant. Or si la fusion du diamant n’est pas parfaitement homogène, l’implosion se déforme et la fusion nucléaire n’a jamais lieu. Depuis vingt ans, les physiciens du NIF utilisent donc un premier choc laser volontairement très puissant, garanti pour faire fondre entièrement le diamant en un rien de temps, quitte à sacrifier une partie du potentiel énergétique.
Sauf que ce fonctionnement idéal repose sur un ingrédient méconnu du grand public : les scientifiques doivent savoir exactement à quelle température le diamant fond quand il est soumis à ces pressions folles.
Et c’est là que le bât blesse depuis vingt ans. En 2005, Jon Eggert (le même chercheur du LLNL) avait effectué avec son équipe la première mesure historique de cette température de fusion du diamant dans des conditions extrêmes. Un chiffre qui a immédiatement posé problème : les modèles théoriques et les simulations numériques les plus sophistiquées, sur lesquels s’appuient tous les calculs du NIF, n’arrivaient jamais à retomber sur la même valeur. L’écart persistant tournait autour de 20 %, une différence énorme à l’échelle des physiciens. Deux décennies durant, les théoriciens ont retouché leurs modèles dans tous les sens sans jamais parvenir à combler ce fossé.
Pour contourner le problème, les équipes du NIF ont dû adopter une stratégie de prudence. Elles envoient un premier choc laser volontairement très puissant sur la capsule, pour être sûres et certaines de faire fondre entièrement le diamant partout en même temps, quelle que soit la vraie température de fusion. Une garantie de sécurité, mais qui a un coût énergétique : ce choc trop violent réduit ensuite la capacité du carburant à se compresser, et donc rogne le rendement final de la fusion. En clair : on préfère perdre du rendement plutôt que de risquer de rater l’allumage.
C’est là qu’intervient Marius Millot, le physicien LLNL auteur principal de la nouvelle étude. Avec son équipe, il a repris le problème à zéro grâce aux nouvelles capacités du laser OMEGA du Laboratory for Laser Energetics de Rochester. En comprimant par choc de minuscules échantillons de diamant tout en les bombardant de rayons X pour mesurer leur structure atomique en temps réel (une technique baptisée diffraction X ultra-rapide), l’équipe a réussi à obtenir en un milliardième de seconde des données d’une qualité sans précédent.
Voici le récapitulatif de l’expérience et de ses résultats :
| Caractéristique | Valeur |
|---|---|
| Laboratoires impliqués | Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL, Californie) et Laboratory for Laser Energetics (LLE, Université de Rochester, New York) |
| Chercheurs principaux | Marius Millot et Jon Eggert (LLNL) |
| Revue de publication | Nature Physics (13 août 2026) |
| Objet de l’expérience | Mesure du comportement du diamant à des pressions et températures extrêmes |
| Températures atteintes | Plus chaudes que la surface du Soleil (environ 5 500 °C) |
| Pressions atteintes | Plus élevées qu’au centre de Neptune et Uranus (plusieurs millions d’atmosphères) |
| Technique employée | Diffraction X ultra-rapide sur échantillons compressés par choc laser |
| Durée de l’expérience | Environ un milliardième de seconde |
| Résultat principal | La température de fusion du diamant réévaluée de plus de 1 000 kelvin |
| Divergence théorie-expérience résolue | Écart historique de 20 % (2005) désormais expliqué |
| Impact potentiel | Triplement possible du gain énergétique du NIF |
| Configuration nouvelle envisagée | Premier choc laser abaissé de 33-34 km/s à 24,5 km/s |
Une chose curieuse au passage : les scientifiques ont confirmé que le diamant flotte dans le carbone liquide métallique à très haute pression, un peu comme les glaçons flottent dans un verre d’eau.
Pourquoi ça peut tout changer pour la fusion inertielle
Avec cette nouvelle compréhension fine de la fusion du diamant, les équipes du NIF vont pouvoir tester des configurations qu’elles n’avaient jamais osé essayer. Concrètement, le premier choc laser envoyé dans la capsule pourrait passer de 33-34 kilomètres par seconde (la valeur historique très prudente choisie pour être sûr de faire fondre le diamant partout) à environ 24,5 kilomètres par seconde. Un ralentissement qui change complètement la donne physique.
Un premier choc plus lent laisse en effet le carburant beaucoup plus compressible ensuite, ce qui augmente considérablement la fraction de carburant qui va effectivement brûler pendant l’implosion. Selon les calculs préliminaires publiés par l’équipe de Millot en annexe de l’article, ce nouveau réglage pourrait tripler le gain énergétique final du NIF. Autrement dit, avec exactement les mêmes lasers et exactement le même diamant, on pourrait potentiellement obtenir 25 mégajoules par tir au lieu des 8,6 actuels.
Un gain énorme, mais qui reste à confirmer par les prochaines expériences prévues dans les mois qui viennent.
Résumé sur le diamant au cœur de la fusion inertielle :
Sources :
- L’étude dans Nature Physics :
Millot, M., Coppari, F., Lazicki, A. et al. Diamond melting in shock compression experiments at 1 TPa pressures. Nat. Phys. (2026). https://doi.org/10.1038/s41567-026-03413-1 - Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Achieving Fusion Ignition
https://lasers.llnl.gov/science/achieving-fusion-ignition
Historique complet des 11 allumages du NIF depuis le 5 décembre 2022, records successifs (8,6 MJ le 7 avril 2025, 7,9 MJ le 20 juin 2026), mission stewardship de la National Nuclear Security Administration. - Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), Target Breakthrough Enabled Fusion Record at NIF
https://lasers.llnl.gov/news/target-breakthrough-enabled-fusion-record-nif
Détails techniques de la capsule diamant, description du hohlraum, rôle des 192 faisceaux ultraviolets, avancées récentes des capsules haute densité en carbone dopé.
Image de mise en avant : Le Lawrence Livermore National Laboratory a réussi l’allumage par fusion à neuf reprises depuis la première expérience d’allumage réussie au monde, le 5 décembre 2022, établissant au passage des records de rendement de fusion.
