Une recherche prometteuse révèle comment un plasma peut spontanément générer son champ magnétique, une percée majeure pour l'une des technologies énergétiques les plus attendues. Dans un article publié dans la revue Physical Review Letters, une équipe a enfin décrit le processus sous-jacent qui pourrait guider les futures recherches sur la fusion. Ces travaux s'appliqueraient particulièrement à la fusion inertielle par attaque directe, où la réaction est déclenchée par plusieurs lasers frappant simultanément une petite bille de combustible.

Qu'est-ce qu'un plasma ?

Un plasma est un gaz de particules chargées portées à très haute température. C'est l'état de la matière qui compose notre Soleil et les autres étoiles, et cette recherche aide aussi à mieux le comprendre. Mais l'intérêt principal de l'équipe porte sur la fusion nucléaire, appelée à devenir une source d'énergie majeure dans les décennies à venir.

L'histoire de cette technologie est longue. Si la fusion en laboratoire a été obtenue il y a près d'un siècle, la fusion contrôlée n'est apparue qu'à la fin des années 1950, et il a fallu attendre 2022 pour que le Lawrence Livermore National Laboratory atteigne l'« ignition », c'est-à-dire le moment où le système produit enfin plus d'énergie qu'il n'en reçoit. Face à la hausse des coûts de l'énergie et à la crise climatique, une solution bon marché, sûre et sans émissions comme la fusion serait une aubaine pour l'humanité.

Une nouvelle avancée dans la recherche sur la fusion nucléaire révèle que le plasma peut générer spontanément son propre champ magnétique. Cette découverte pourrait accélérer le développement d'une technologie considérée comme une piste majeure pour répondre aux défis énergétiques et climatiques. © koto_feja, iStock

La fusion par attaque directe

Le principe repose sur une petite capsule sphérique de combustible, que les chercheurs bombardent de lasers de haute puissance, à l'unisson, pour la chauffer et la comprimer jusqu'à déclencher la réaction de fusion. L'un des plus grands dangers du procédé tient à des champs magnétiques imprévisibles, qui modifient la façon dont la chaleur circule dans le plasma, un phénomène que les simulations n'avaient jusqu'ici pas su prendre en compte.

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Or les simulations comptent parmi les outils essentiels pour concevoir des systèmes de fusion sûrs et efficaces, ce qui rend crucial d'intégrer cette variable. En laboratoire, les expériences ont montré que des lasers pouvaient transformer en quelques secondes des objets solides en plasma brûlant, et même observer les puissants champs magnétiques s'y formant. Mais le mécanisme de leur apparition restait insaisissable.

Un champ magnétique surgit en un milliardième de seconde

Pour percer ce mystère, les chercheurs ont mis au point une simulation informatique avancée, capable de suivre le comportement du plasma pendant son interaction avec le laser et d'observer l'effet de différentes intensités. Résultat spectaculaire : au-delà d'un certain seuil, le plasma se magnétise brusquement, produisant un champ atteignant 40 teslas en un milliardième de seconde seulement, soit mille fois la puissance du champ magnétique terrestre.

« L'avancée clé de nos simulations est que nous ne fixons pas les conditions du plasma à l'avance, explique l'auteur principal Kirill Lezhnin, physicien au Princeton Plasma Physics Laboratory, rattaché au département américain de l'Énergie. C'est le laser qui crée le plasma en expansion, de manière cohérente, à l'intérieur même de la simulation.

Le déséquilibre qui engendre le magnétisme

L'origine de ce champ soudain tient à un déséquilibre de température. Comme toute matière chauffée, le plasma s'étend sous l'effet du laser intense, mais il refroidit plus vite dans la direction de son expansion que dans les directions perpendiculaires. Ce déséquilibre déclenche alors un phénomène appelé instabilité de Weibel, qui engendre le champ magnétique.

L'originalité de notre travail est de montrer que même si le laser est très uniforme, le plasma peut malgré tout générer des champs magnétiques, simplement du fait de son expansion, souligne Kirill Lezhnin. Ces champs pourraient modifier le comportement du système. Compte tenu de leur intensité, ils influencent le comportement et la température du plasma, ce qui rend leur compréhension indispensable aux prévisions de la fusion. L'équipe a d'ailleurs défini un critère pour déterminer ce seuil selon les différents lasers et cibles, afin que d'autres puissent appliquer ces résultats.

Le seuil se révèle un peu plus bas que ce à quoi je m'attendais, conclut le chercheur. Il se situe précisément autour de l'intensité courante des expériences de fusion inertielle, ce qui rend ces effets magnétiques très pertinents pour ce domaine. L'étude a été publiée dans Physical Review Letters le 20 mars 2026.