Fusion nucléaire au laser : la clé pour tripler les rendements n’est ni un nouveau laser ni plus d’énergie, mais le diamant

Aux États-Unis, des physiciens pensent avoir trouvé comment tirer beaucoup plus d’énergie de la fusion nucléaire au laser, sans changer de machine.

Une équipe du Lawrence Livermore National Laboratory en Californie vient de publier, dans la revue scientifique Nature Physics, des mesures inédites sur le comportement du diamant soumis à des conditions extrêmes. Selon Media24.fr, ce résultat pourrait, à terme, multiplier par trois l’énergie récupérée lors des tirs de fusion inertielle au célèbre laser géant américain NIF.

Aux États-Unis, le diamant s’impose comme pièce maîtresse de la fusion inertielle

La recherche se déroule aux États-Unis, au Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL), en collaboration avec le Laboratory for Laser Energetics (LLE) de l’université de Rochester, dans l’État de New York. Leur terrain de jeu : le National Ignition Facility (NIF), l’un des plus puissants lasers au monde, conçu pour étudier la fusion nucléaire inertielle.

Dans cette approche, une minuscule capsule sphérique en diamant, de la taille d’un petit pois, renferme un mélange de deutérium et de tritium, deux isotopes de l’hydrogène qui servent de carburant à la fusion. Cette bille est placée au centre d’une cavité cylindrique en or, appelée « hohlraum », qui transforme l’énergie des lasers en un bain de rayons X.

Les 192 faisceaux ultraviolets du NIF frappent les parois internes de cette cavité. Le rayonnement X ainsi généré vient chauffer violemment la surface externe de la capsule. La couche de diamant s’évapore, ce qui produit une onde de choc vers l’intérieur. Le carburant est alors comprimé à des densités extrêmes, jusqu’à cent fois celle du plomb, et porté à environ 100 millions de degrés. La fusion s’amorce et libère plusieurs mégajoules d’énergie.

Le diamant n’est pas qu’une simple coque : son comportement précis décide du succès ou de l’échec de l’implosion et du rendement obtenu.

Le NIF a franchi pour la première fois le seuil de l’allumage le 5 décembre 2022. Depuis, onze tirs d’allumage ont été réussis, avec un record de 8,6 mégajoules produits pour 2,08 mégajoules injectés dans les faisceaux le 7 avril 2025, soit un gain énergétique supérieur à quatre à l’échelle de la capsule.

En coulisses, le contexte reste très spécifique aux États-Unis : la mission principale du NIF n’est pas de produire de l’électricité, mais de tester et valider, sans essais nucléaires réels, la fiabilité des armes thermonucléaires vieillissantes dans le cadre du Stockpile Stewardship Program, piloté par la National Nuclear Security Administration, l’équivalent américain de l’Autorité de sûreté nucléaire doublée d’une agence de gestion de l’arsenal.

Une vieille énigme sur la fusion du diamant enfin clarifiée

Vingt ans de désaccord entre théorie et expérience

Le talon d’Achille du procédé se situe dans la façon dont le diamant fond sous l’impact des rayons X. Pour que l’implosion reste parfaitement symétrique, la capsule doit fondre de manière homogène. La moindre irrégularité crée des instabilités hydrodynamiques qui déforment l’implosion et étouffent la fusion.

Depuis vingt ans, un doute persistant empoisonnait les calculs : à quelle température exacte le diamant fond-il lorsqu’il subit des pressions de plusieurs millions d’atmosphères et des températures supérieures à celles de la surface du Soleil ?

En 2005, le physicien Jon Eggert (LLNL) avait déjà tenté de trancher cette question en mesurant expérimentalement la température de fusion du diamant dans ces conditions extrêmes. Problème : son résultat ne collait pas aux modèles théoriques, avec une divergence de l’ordre de 20 %. Un écart considérable dans ce domaine, qui a obligé les équipes du NIF à rester prudentes.

Faute de certitude, les ingénieurs ont fait le choix de surdimensionner le premier choc laser appliqué à la capsule. Le but : être certains de faire fondre entièrement le diamant, partout et très vite, même si la vraie température de fusion n’est pas parfaitement connue. Ce « choc de sécurité » fonctionne, mais il pénalise fortement le rendement, car il rend ensuite le carburant moins compressible.

Depuis deux décennies, le NIF sacrifie volontairement une partie de son rendement pour éviter de rater l’allumage à cause d’un diamant mal compris.

Une nouvelle mesure à l’échelle du milliardième de seconde

Marius Millot, physicien au LLNL et auteur principal de la nouvelle étude parue le 13 août 2026 dans Nature Physics, a décidé de reprendre le problème à la base, cette fois avec des outils beaucoup plus puissants. Son équipe a exploité le laser OMEGA du LLE à Rochester pour comprimer de minuscules échantillons de diamant par choc, tout en suivant leur structure atomique en temps réel grâce à une technique de diffraction X ultra-rapide.

Chaque expérience dure environ un milliardième de seconde, mais les données obtenues permettent de suivre la transition du diamant solide vers un état de carbone liquide métallique sous des pressions supérieures à celles de l’intérieur de Neptune et Uranus, et des températures plus élevées que la surface du Soleil.

Le tableau fourni par Media24.fr résume les résultats clés :

Les chercheurs montrent que la température de fusion du diamant avait été sous-estimée : elle est en réalité plus élevée d’au moins 1 000 kelvin par rapport à la valeur de référence de 2005. Cette correction suffit à réconcilier les modèles numériques avec les données expérimentales et à lever le doute qui bloquait l’optimisation des tirs.

Curiosité supplémentaire signalée par l’équipe : dans ces conditions extrêmes, le diamant solide flotte dans le carbone liquide métallique, à la manière d’un glaçon dans un verre d’eau, ce qui renseigne aussi sur la physique interne des planètes géantes glacées.

Comment un simple réglage de choc peut tripler le rendement

Un premier choc ralenti, un carburant mieux exploité

Avec cette nouvelle courbe de fusion du diamant, les ingénieurs du NIF peuvent revoir leur stratégie. Ils n’ont plus besoin d’un premier choc aussi violent pour garantir la fusion complète de la coque. Ils peuvent se permettre de le ralentir sans risquer une implosion déséquilibrée.

Concrètement, le choc pourrait passer d’une vitesse historique d’environ 33 à 34 kilomètres par seconde à environ 24,5 kilomètres par seconde. Le reste de l’installation ne change pas : mêmes lasers, même hohlraum, même capsule diamant.

Les calculs indiquent qu’une simple réduction de la vitesse du premier choc pourrait faire passer l’énergie produite d’environ 8,6 mégajoules à près de 25 mégajoules par tir.

Un choc plus lent et mieux ajusté laisse au carburant la possibilité de se comprimer davantage avant de brûler. La fraction de deutérium-tritium qui participe réellement à la fusion augmente alors nettement. Les premières estimations, publiées en annexe de l’article de Millot, évoquent un gain énergétique final potentiellement triplé pour le NIF.

Ce saut de rendement reste à confirmer expérimentalement. Des tirs de validation doivent être menés dans les mois suivant la publication. Pour l’instant, il s’agit d’un scénario étayé par la nouvelle physique du diamant, mais pas encore validé par une nouvelle série de records.

Ce que cette percée change (ou non) pour la production d’électricité

Si le NIF atteignait effectivement 25 mégajoules restitués pour environ 2 mégajoules injectés dans la cible, la réaction de fusion elle-même afficherait un gain très élevé. Mais l’ensemble de l’installation reste loin d’un bilan positif. Aujourd’hui, environ 300 mégajoules d’électricité sont nécessaires pour alimenter les systèmes qui produisent ces 2 mégajoules de lumière laser, ce qui laisse un rendement global très négatif.

La recherche américaine se situe ici dans une logique différente de celle d’un futur réseau de centrales : il s’agit surtout d’un banc d’essai extrême, utilisé aussi bien pour la physique des armes que pour tester des concepts de réacteurs de fusion. Le passage à une machine industrielle nécessiterait des lasers bien plus efficaces, des capsules fabriquées en série et un rythme de tirs élevé, ce qui ressemble davantage à un projet de centrale que de laboratoire.

Pour un lecteur français, le parallèle se fait spontanément avec la fusion magnétique d’ITER, en construction à Cadarache (Bouches-du-Rhône). ITER mise sur un plasma confiné par de gigantesques aimants supraconducteurs dans un tokamak, une approche très différente de la fusion inertielle américaine. En France, c’est le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA) qui pilote une grande partie de ces recherches, en lien avec des partenaires internationaux.

Où en est la France sur la fusion et les matériaux extrêmes ?

La France a longtemps été pionnière en matière de recherche nucléaire avancée, avant l’abandon du réacteur de démonstration ASTRID, consacré aux réacteurs à neutrons rapides. Sur la fusion, elle reste en première ligne avec ITER pour la voie magnétique, mais ne dispose pas d’un équivalent direct du NIF pour la fusion inertielle de grande taille.

Le CEA exploite néanmoins des installations laser de pointe, comme le Laser Mégajoule, destinées à des études proches de celles menées au NIF, notamment pour des besoins de défense et de physique des plasmas. La compréhension du comportement des matériaux, diamant compris, à très haute pression et haute température, intéresse autant les chercheurs français que leurs homologues américains.

En pratique, la percée sur le diamant publiée par les équipes américaines pourrait être intégrée dans des modèles utilisés aussi en France pour décrire la matière sous conditions extrêmes. Les principes physiques restent les mêmes, même si les objectifs institutionnels diffèrent. Pour les industriels français du nucléaire et de l’énergie, ces résultats nourrissent un corpus de données indispensable pour concevoir, à long terme, des dispositifs de confinement et des matériaux résistants aux régimes thermiques et radiatifs les plus durs.

Diamant, hohlraum, mégajoule : quelques clés pour mieux suivre ces annonces

Que signifie « mégajoule » pour la fusion ?

Un mégajoule (MJ) est une unité d’énergie. À titre d’ordre de grandeur, 1 MJ correspond à l’énergie nécessaire pour faire bouillir un peu moins de trois litres d’eau. Quand un tir du NIF libère 8,6 MJ, il produit donc l’équivalent énergétique d’une poignée de bouilloires électriques fonctionnant en même temps, mais concentrée dans un temps extrêmement court, de l’ordre de la nanoseconde, et dans un volume minuscule. C’est cette densité d’énergie qui rend la fusion si spectaculaire.

Le rôle stratégique du diamant dans les futures machines

Le diamant utilisé au NIF n’a rien du bijou : il s’agit de couches de carbone de très haute pureté, souvent dopées et structurées pour résister à des sollicitations extrêmes. Le fait de connaître précisément sa température de fusion et sa transition vers un état liquide métallique ouvre la voie à :

• des capsules mieux optimisées, avec des profils d’épaisseur et de composition ajustés au choc laser ;
• des simulations numériques plus fiables, réduisant le nombre d’essais coûteux ;
• des scénarios d’implosion plus audacieux, visant un meilleur rendement sans accroître l’énergie laser.

À mesure que les modèles se raffinent, les concepteurs de futurs réacteurs de fusion pourront combiner ces données avec d’autres innovations : lasers plus efficaces, systèmes de répétition rapides, combustibles alternatifs ou cycles d’allumage optimisés. L’effet cumulatif de ces progrès pourrait, à long terme, rapprocher la fusion inertielle de la viabilité industrielle, même si ce cap reste hors de portée immédiate.

Hélène Vasseur

Lecture rapide : rédactrice en chef d’Eurotel, ancienne de l’hôtellerie, spécialiste des hôtels de caractère et des city-trips.

Hélène Vasseur a passé près de quinze ans dans l’hôtellerie avant de se consacrer à l’écriture. De la réception d’un palace lyonnais à la direction d’une maison d’hôtes, elle a appris à lire un hôtel de l’intérieur : ce qui fait une vraie adresse, et ce qui relève du décor.

Rédactrice en chef d’Eurotel, elle coordonne la ligne éditoriale et arpente l’Europe à la recherche d’hôtels de caractère et de destinations à raconter autrement. Sa conviction : on voyage mieux quand on comprend les lieux, pas seulement quand on les coche. Elle garde un faible pour les vieilles villes d’Europe centrale et les petits-déjeuners qui s’éternisent.