Laser Mégajoule

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Le projet de Laser Mégajoule, 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. L'entrée en service initialement prévue en octobre 2011 a été reportée à 2014 suite à des économies budgétaires[1].

Présentation générale[modifier | modifier le code]

Le laser Mégajoule (LMJ) est le projet de laser le plus énergétique du monde (et non pas le plus puissant du monde, cette erreur[2] est très fréquente dans les textes à destination du grand public), 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.

Il sera installé au sein du Centre d'études scientifiques et techniques d'Aquitaine (Cesta), sur la commune du Barp en Gironde. Le chantier est commencé et la fin des travaux, initialement prévue pour la fin de l'année 2011, a été reportée à 2013[3]. Le bâtiment fera 300 m de long, 160 m de large et 35 m de haut[4]. Un prototype du LMJ, la Ligne d'Intégration Laser, est déjà fonctionnel.

L'objectif est de pouvoir déposer une énergie de 1,8 MJ (mégajoules) sur une cible minuscule, grâce à 240 faisceaux convergents[5], mais dans un laps de temps assez long (ce qui explique que l'on batte des records d'énergie et pas de puissance). Par comparaison, le laser Phébus ne disposait que de 2 faisceaux, et délivrait une énergie de l'ordre de 10 à 20 kJ.

La cible est composée de 0,40 mg de deutérium et de 0,60 mg 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 mercredi 29 novembre 2006, la sphère de 140 tonnes, à l'intérieur de laquelle auront lieu notamment des opérations de fusion thermonucléaire, a été installée dans son emplacement définitif, au cœur du hall d'expériences qui occupe le centre de l'édifice (cf Sud-Ouest, 30 novembre 2006 : "La sphère du Mégajoule est en place").

Quelques chiffres[modifier | modifier le code]

Les spécifications initiales sont les suivantes : le bâtiment mesurera plus de 300 m et abritera les 22 chaînes lasers de 8 faisceaux chacune, soit 176 faisceaux qui convergeront vers une cible de 2,4 mm de diamètre après avoir traversé 4 320 plaques de verre. Chacune des chaines lasers mesure 125 m. Le hall d'expérience est une sphère de 10 m de diamètre, pesant 140 tonnes et percée de 112 ouvertures permettant de positionner 52 instruments de mesure (spectres lumineux, neutrons, températures, densités, ...) et de laisser passer les 240 faisceaux (par groupe de 4). La précision des faisceaux devra être de 50 µm[5]. La cible pourra atteindre une température de 100 à 200 millions de kelvins et une pression de l'ordre de 1 Tbar[5]

En 1995 le coût du projet est évalué à 6 milliards de francs (1,2 milliard d'euros)[6]. Puis en 2002, un rapport du Sénat annonce un coût global de 5 milliards d’euros, son coût est un peu en hausse. En 2005, on annonce 5,5 milliards d’euros, en 2008, 6,4 milliards d’euros, et en 2009, 6,6 milliards d’euros. Des dérapages budgétaires, qui pour être contrôlés, nécessitent de diminuer à 176 au lieu de 240 le nombre de lasers initialement prévus sur le LMJ (qui représente à lui seul la moitié des coûts)[7].

Principe de fonctionnement[modifier | modifier le code]

Hohlraum en or utilisé comme cible dans le National Ignition Facility, similaire à celui utilisé dans le laser Mégajoule.

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 1 053 nm (proche infrarouge) à 351 nm (proche ultraviolet), ce qui permet d'obtenir une concentration d'énergie plus efficace sur la cible (ce qui fut démontré dans les années 1980)[réf. nécessaire]. Les cristaux permettent de convertir 50 % de l'énergie laser dans l'harmonique 3, grâce à un couplage non linéaire d'ondes[8].
  • 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 20 ns (avec un maximum de puissance pendant 3 à 5 ns), avec une précision de synchronisation de 15 ps et un point focal de 600 µm par 1 200 µm.

Ces deux opérations entraînant des pertes de rendement importantes, l'énergie effectivement reçue par la capsule de combustible est nettement inférieure aux 1,8 MJ d'énergie nominale déclarée.

Le pilote[modifier | modifier le code]

Le pilote est le premier élément de la chaîne laser, il doit[8] :

  • créer l'impulsion laser initiale ;
  • la mettre en forme spatialement (forme carrée de 40 mm par 40 mm) ;
  • la préamplifier jusqu'à un niveau d'énergie de l'ordre de 1 J ;
  • la lisser temporellement (sur quelques nanosecondes) ;
  • synchroniser tous les faisceaux entre eux.

La section amplificatrice[modifier | modifier le code]

La section amplificatrice doit amplifier l'énergie de l'impulsion laser pour atteindre 15 à 20 kJ. Pour cela, l'impulsion parcourt 4 fois la chaîne amplificatrice (18 plaques de verres dopés au néodyme, pompées par flashs). Cela améliore le rendement total du dispositif car il réduit les dimensions du système[8].

Le transport et la conversion en fréquence[modifier | modifier le code]

Chaque faisceau laser parcourt 40 m, est dévié par 6 miroirs et passe à travers des cristaux 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 ses harmoniques de niveau 2, puis est focalisé sur la cible[8].

La chambre d'expériences[modifier | modifier le code]

La chambre d'expériences est une sphère de 10 m de diamètre pesant 140 tonnes. La paroi de la sphère est constituée d'aluminium sur 10 cm d'épaisseur et est recouverte de 40 cm 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[8].

La cible[modifier | modifier le code]

Lors des expériences, il y aura principalement 2 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 300 µg et mesurant 2,4 mm. Elle sera entourée d'un container en or de 10 mm 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[8].

Objectifs[5][modifier | modifier le code]

Le laser mégajoule a été conçu pour valider les simulations d'essais nucléaires, cependant il va profiter à de nombreux domaines 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 3 kJ. 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 :

"En raison de leurs capacités à concentrer rapidement une énergie élevée dans un petit volume de matière, les lasers du LMJ sont en mesure d’exercer des pressions comparables à celles qui règnent à l’intérieur des planètes, offrant ainsi la possibilité de les étudier dans ces conditions extrêmes" – 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 tel 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 susceptible de traiter plus efficacement les tumeurs cancéreuses.

Opposants[modifier | modifier le code]

Les mouvements pacifiste et antinucléaire s'opposent à la construction du 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.

  • Le 31 mars 1996, d'après le quotidien l'Humanité, plus de trois mille personnes manifestent devant le site nucléaire du Cesta pour "un XXIe siècle sans armes nucléaires, contre les essais réels ou simulés"[9].
  • Le 6 août 2005, soit exactement 60 ans après le bombardement atomique d'Hiroshima, plusieurs centaines de personnes participent à une journée pacifiste devant le Cesta puis au Barp[10].

Sur la Départementale no 5 près de la commune du Barp, au sud de Bordeaux, est érigé un portique rouge, inspiré des torii japonais, qui représente la lutte de militants anti-nucléaire contre le projet de laser Mégajoule[11].

Notes et références[modifier | modifier le code]

Voir aussi[modifier | modifier le code]

Articles connexes[modifier | modifier le code]

Liens externes[modifier | modifier le code]