LES TECHNOLOGIES VERTES POUR LE D?VELOPPEMENT DURABLE
La communauté internationale est menacée par une crise énergétique mondiale, par des modifications du climat et des écosystèmes causées par le réchauffement de la planète, ainsi que par la contamination de l'eau et de la nourriture. Le monde entier est confronté aux immenses défis de combler le fossé entre la demande énergétique prévue et un approvisionnement énergique durable, sans carbone, à un prix abordable. Aujourd'hui, environ 80 % de la demande mondiale totale d'énergie primaire est satisfaite par l'utilisation de combustibles fossiles qui émettent des quantités importantes de dioxyde de carbone (un gaz à effet de serre) dans l'atmosphère. Un approvisionnement énergétique provenant de sources s?res, écologiquement et commercialement fiables, est nécessaire pour satisfaire la demande mondiale en énergie.
La destruction écologique ayant un effet sur la planète entière et nécessitant une prise de conscience mondiale, il est impératif de développer des technologies vertes dans le cadre d'un projet mondial. Cela permettra de maximiser les résultats synergiques de la protection de l'environnement et de la promotion de la croissance de l'économie mondiale. La mise en place d'un réseau mondial n'a jamais été aussi importante pour traiter cette question.
L'humanité est aujourd'hui à la recherche de nouvelles sources d'énergie - quête du Saint-Graal de l'énergie ultime, renouvelable du futur qui pourra satisfaire les besoins mondiaux tout en prenant en compte les préoccupations environnementales. Les sources d'énergie renouvelables, comme les énergies solaire, photovolta?que, éolienne et hydraulique, joueront un r?le essentiel face à cet enjeu, mais nécessiteront une très grande capacité de stockage ou de disponibilité des terres pour satisfaire la majorité des besoins énergétiques de la plupart des pays. Les énergies conventionnelles, comme l'énergie nucléaire, offrent de nombreux avantages, mais posent des problèmes de sécurité et de prolifération associés à l'enrichissement, au retraitement et au stockage des déchets. Il y a donc peu de chances que la totalité des besoins mondiaux en électricité puissent être couverts.
Il est toutefois possible de disposer d'une source d'énergie propre, sans émissions de carbone, en développant la fusion nucléaire. L'énergie de fusion nucléaire est créée par le processus de fusion nucléaire dans lequel deux noyaux atomiques légers s'assemblent pour former un noyau plus lourd en contraste avec la fusion nucléaire. L'essentiel des recherches sur la fusion contr?lée se concentre sur le confinement magnétique ou inertiel par laser d'un plasma, la chaleur créée par les réactions de la fusion étant utilisée pour alimenter une turbine à vapeur actionnant à son tour des générateurs électriques.
Malgré les avantages importants de l'énergie de fusion nucléaire, l'approche inertielle par laser a été largement ignorée dans les politiques énergétiques, la technologie n'étant pas suffisamment développée pour modifier les projections de l'utilisation de l'énergie au cours des prochaines décennies, quand elle sera d'autant plus nécessaire. Toutefois, le succès en mars 2009 de l'expérience de l'énergie de fusion inertielle par laser (LIFE), réalisée par La National Ignition Facility (NIF) au Lawrence Livermore National Laboratory à Livermore, en Californie (http:/llnl.gov), a fourni un nouveau paradigme dans la technologie en évolution pour la croissance verte et le développement durable.
GLOBAL INSTITUTE OF LASER TECHNOLOGY
Pour répondre à la demande d'une énergie s?re et durable pour l'environnement, le Global Institute of Laser Technology (GILT) a été créé en mai 2009 en établissant un réseau mondial d'universités, d'instituts de recherche et d'industries dans le domaine de la fusion par laser à l'Handong Global University (HGU) à Pohang, en République de Corée. Le 2 décembre 2011, HGU a signé un accord avec le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) à Livermore, en Californie, pour collaborer à la conception et à la construction de centrales à fusion inertielle par laser comme source d'électricité abondante, intrinsèquement s?re, faible en carbone, engendrant peu de déchets et rentable. La conception de cette centrale s'appuie sur la géométrie et la performance du National Ignition Facility. Terminée en 2009, cette installation est le projet scientifique le plus important que le Département de l'énergie américain ait jamais réalisé. Le NIF est con?u pour produire un gain d'énergie net (faisceaux laser délivrant une énergie de sortie plus importante que l'énergie d'entrée). Au total, 192 faisceaux laser peuvent délivrer en un millième de milliards de secondes une énergie de 2 mégajoules de lumière ultraviolette sur une cible de fusion, créant une condition similaire à celle qui existe seulement au c?ur des étoiles et des planètes géantes. En démontrant la capacité d'obtenir l'allumage de la fusion, le NIF ouvre la voie à de nombreux projets de fusion comme source d'énergie s?re et pratiquement illimitée.
La conception et la construction de centrales à fusion par laser comme sources d'énergie électrique intrinsèquement s?res, faibles en carbone et engendrant peu de déchets sont aujourd'hui en cours par le biais des travaux de recherche menés par le GILT et le NIF. Le GILT s'intéresse également aux technologies de base qui sont complémentaires, ainsi qu'à d'autres que celles actuellement utilisées. En ce qui concerne le développement d'une technologie laser présentant une puissance et un taux de répétition élevés, le GILT cherche à augmenter la puissance en utilisant sa propre technologie. Jusqu'ici, les chercheurs en fusion de laser n'ont pas encore trouvé de solution pour produire une énergie de laser suffisante (>500 kJ) et un taux de répétition suffisamment élevé (>10 Hz) avec un alignement de la cible. La solution peut être obtenue en utilisant une méthode où les faisceaux de laser multiples sont combinés, comme dans le cas du miroir à conjugaison de phase par effet Brillouin, inventé par Hong Jin Kong à l'Institut avancé coréen des sciences et de la technologie1. En outre, afin de produire un faisceau laser à forte puissance, le milieu laser devrait non seulement être large, mais pouvoir refroidir rapidement afin d'obtenir la puissance et la cadence de répétition élevées nécessaires pour assurer une production commerciale de l'énergie. La production de l'énergie de fusion par laser hybride nécessite une capacité de tirs suffisamment rapides pour produire une grande quantité d'énergie. C'est également un moyen d'obtenir un refroidissement rapide entre les tirs.
Les technologies nécessaires à cette étape sont la diode laser qui est essentielle pour obtenir un niveau de puissance et une cadence de répétition élevés ainsi que la technologie pour la conception et la qualification d'un réacteur unique et s?r. Heureusement, les composants électroniques à l'état solide et la technologie des réacteurs nucléaires sont deux domaines dans lesquels la Corée est performante. En partenariat avec l'industrie des technologies de l'information de la République de Corée, le GILT développe la technologie des diodes laser pour diminuer le co?t des installations.
Afin de maximiser l'efficacité énergétique de la fusion par laser existante, il est possible d'utiliser l'excès de neutrons provenant de la réaction de la fusion pour induire simultanément une réaction de fission dégageant une grande quantité d'énergie dans la couverture fissile sous-critique en périphérie. Le rendement net de la méthode hybride fusion-fission peut permettre d'obtenir un gain de cible trois à quatre fois supérieur à celui obtenu de la fusion seule. Pour une technologie de ce type, il est impératif de développer une couverture fissile sous-critique pouvant être utilisée dans un réacteur à fusion. En République de Corée, l'industrie nucléaire, un secteur d'exportation important, devrait permettre d'atteindre ce but.
L'éducation, à la fois des chercheurs actuels et futurs, est primordiale : la formation continue d'experts, le développement des technologies de base par la recherche et la participation de la communauté internationale, y compris des pays en développement, sont essentielles au succès de cette entreprise. Afin de promouvoir les nouveaux domaines de la science verte et des technologies laser, Handong Graduate School of Advanced Green Energy & Environment (HGS AG&E) offre depuis septembre 2011 une maítrise et un doctorat dans ces disciplines. HGS AG&E a créé des partenariats avec l'Organisation des Nations Unies pour l'éducation, la science et la culture-Programme University Twinning and Networking UNESCO-UNITWIN), l'International Center for Global Development & Entrepreneurship à HGU et l'Université pour la paix mandatée par l'ONU, dans la région Asie-Pacifique.
PLATE-FORME MONDIALE POUR LE RENFORCEMENT DES CAPACIT?S DE L'IMPACT UNIVERSITAIRE DES NATIONS UNIES
Depuis sa création en 1995, HGU s'est concentrée sur l'éducation mondiale pour le renforcement des capacités en matière de développement durable. En conséquence, en avril 2007, l'UNESCO a désigné HGU comme centre international UNESCO-UNITWIN pour le renforcement des capacités en matière de développement durable. En janvier 2011, l'ONU a désigné HGU en tant Plate-forme mondiale de l'Impact universitaire des Nations Unies (UNAI) pour le renforcement des capacités (). Elle est axée sur trois domaines :
1. Travaux mondiaux de recherche en collaboration pour la croissance verte en matière de développement durable.
2. ?ducation sur le développement et l'entreprenariat mondiaux afin de renforcer les capacités endogènes en matière de développement durable dans les pays en développement.
3. Partenariat mondial pour la prospérité en réduisant le fossé en matière de savoir entre les pays développés et les pays en développement, en partenariat avec le programme actuel UNESCO-UNITWIN sur le renforcement des capacités en matière de développement durable.
UTILISER L'?NERGIE DES ?TOILES SUR TERRE
Afin de promouvoir le développement des technologies vertes, la mise en place du réseau mondial de recherche est plus que jamais cruciale. Par le biais de ce réseau, HGU sera la plate-forme pour les activités de la recherche verte, HGS AG&E formera des experts internationaux et le Centre international UNESCO-UNITWIN créera des réseaux de coopération mondiale. Les trois éléments de la Plate-forme mondiale de l'UNAI pour le renforcement des capacités en matière de développement durable à HGU formeront la structure qui appuiera le GILT dans ses activités visant à créer la source énergétique ultime d'ici à 2030. En effet, en tant que programme de recherche de pointe pour la production d'énergie verte, le GILT se concentre sur le développement d'une puissance élevée, les lasers à taux de répétition élevé avec une capacité d'auto-navigation qui pourrait être le Saint-Graal de l'énergie de fusion inertielle pour produire industriellement de l'électricité. Le GILT, en coopération avec le Gouvernement de la République de Corée, a l'intention de construire une centrale électrique hybride à énergie de fusion nucléaire stable sur une échelle pilote (classe 500 MW) d'ici à 2030 avec la collaboration d'institutions nationales et mondiales. Compte tenu des travaux mondiaux de recherche menés en collaboration avec le GILT et le LLNL, le rêve longtemps caressé de simuler l'énergie des étoiles comme source d'énergie ultime, illimitée, verte et propre pourrait enfin être réalisé.
Notes
1 Applied Physics Letters. 93, 131115, 2010
搁é蹿é谤别苍肠别蝉
The New York Times, 24 mars 2011. A Nuclear Third Way.
Physics Today, vol. 64, numéro 3, mars 2011. DOE looks again at inertial fusion as a potential clean energy source.
Science & Technology Review, avril/mai 2009. Safe and Sustainable Energy with LIFE. Lawrence Livermore National Library.
Science & Technology Review, juillet/ao?t 2011. Igniting Our Energy Future.
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