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LES TECHNOLOGIES VERTES POUR LE D?VELOPPEMENT DURABLE

La communaut¨¦ internationale est menac¨¦e par une crise ¨¦nerg¨¦tique mondiale, par des modifications du climat et des ¨¦cosyst¨¨mes caus¨¦es par le r¨¦chauffement de la plan¨¨te, ainsi que par la contamination de l'eau et de la nourriture. Le monde entier est confront¨¦ aux immenses d¨¦fis de combler le foss¨¦ entre la demande ¨¦nerg¨¦tique pr¨¦vue et un approvisionnement ¨¦nergique durable, sans carbone, ¨¤ un prix abordable. Aujourd'hui, environ 80 % de la demande mondiale totale d'¨¦nergie primaire est satisfaite par l'utilisation de combustibles fossiles qui ¨¦mettent des quantit¨¦s importantes de dioxyde de carbone (un gaz ¨¤ effet de serre) dans l'atmosph¨¨re. Un approvisionnement ¨¦nerg¨¦tique provenant de sources s?res, ¨¦cologiquement et commercialement fiables, est n¨¦cessaire pour satisfaire la demande mondiale en ¨¦nergie.

La destruction ¨¦cologique ayant un effet sur la plan¨¨te enti¨¨re et n¨¦cessitant une prise de conscience mondiale, il est imp¨¦ratif de d¨¦velopper des technologies vertes dans le cadre d'un projet mondial. Cela permettra de maximiser les r¨¦sultats synergiques de la protection de l'environnement et de la promotion de la croissance de l'¨¦conomie mondiale. La mise en place d'un r¨¦seau mondial n'a jamais ¨¦t¨¦ aussi importante pour traiter cette question.

L'humanit¨¦ est aujourd'hui ¨¤ la recherche de nouvelles sources d'¨¦nergie - qu¨ºte du Saint-Graal de l'¨¦nergie ultime, renouvelable du futur qui pourra satisfaire les besoins mondiaux tout en prenant en compte les pr¨¦occupations environnementales. Les sources d'¨¦nergie renouvelables, comme les ¨¦nergies solaire, photovolta?que, ¨¦olienne et hydraulique, joueront un r?le essentiel face ¨¤ cet enjeu, mais n¨¦cessiteront une tr¨¨s grande capacit¨¦ de stockage ou de disponibilit¨¦ des terres pour satisfaire la majorit¨¦ des besoins ¨¦nerg¨¦tiques de la plupart des pays. Les ¨¦nergies conventionnelles, comme l'¨¦nergie nucl¨¦aire, offrent de nombreux avantages, mais posent des probl¨¨mes de s¨¦curit¨¦ et de prolif¨¦ration associ¨¦s ¨¤ l'enrichissement, au retraitement et au stockage des d¨¦chets. Il y a donc peu de chances que la totalit¨¦ des besoins mondiaux en ¨¦lectricit¨¦ puissent ¨ºtre couverts.

Il est toutefois possible de disposer d'une source d'¨¦nergie propre, sans ¨¦missions de carbone, en d¨¦veloppant la fusion nucl¨¦aire. L'¨¦nergie de fusion nucl¨¦aire est cr¨¦¨¦e par le processus de fusion nucl¨¦aire dans lequel deux noyaux atomiques l¨¦gers s'assemblent pour former un noyau plus lourd en contraste avec la fusion nucl¨¦aire. L'essentiel des recherches sur la fusion contr?l¨¦e se concentre sur le confinement magn¨¦tique ou inertiel par laser d'un plasma, la chaleur cr¨¦¨¦e par les r¨¦actions de la fusion ¨¦tant utilis¨¦e pour alimenter une turbine ¨¤ vapeur actionnant ¨¤ son tour des g¨¦n¨¦rateurs ¨¦lectriques.

Malgr¨¦ les avantages importants de l'¨¦nergie de fusion nucl¨¦aire, l'approche inertielle par laser a ¨¦t¨¦ largement ignor¨¦e dans les politiques ¨¦nerg¨¦tiques, la technologie n'¨¦tant pas suffisamment d¨¦velopp¨¦e pour modifier les projections de l'utilisation de l'¨¦nergie au cours des prochaines d¨¦cennies, quand elle sera d'autant plus n¨¦cessaire. Toutefois, le succ¨¨s en mars 2009 de l'exp¨¦rience de l'¨¦nergie de fusion inertielle par laser (LIFE), r¨¦alis¨¦e par La National Ignition Facility (NIF) au Lawrence Livermore National Laboratory ¨¤ Livermore, en Californie (http:/llnl.gov), a fourni un nouveau paradigme dans la technologie en ¨¦volution pour la croissance verte et le d¨¦veloppement durable.

GLOBAL INSTITUTE OF LASER TECHNOLOGY

Pour r¨¦pondre ¨¤ la demande d'une ¨¦nergie s?re et durable pour l'environnement, le Global Institute of Laser Technology (GILT) a ¨¦t¨¦ cr¨¦¨¦ en mai 2009 en ¨¦tablissant un r¨¦seau mondial d'universit¨¦s, d'instituts de recherche et d'industries dans le domaine de la fusion par laser ¨¤ l'Handong Global University (HGU) ¨¤ Pohang, en R¨¦publique de Cor¨¦e. Le 2 d¨¦cembre 2011, HGU a sign¨¦ un accord avec le Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) ¨¤ Livermore, en Californie, pour collaborer ¨¤ la conception et ¨¤ la construction de centrales ¨¤ fusion inertielle par laser comme source d'¨¦lectricit¨¦ abondante, intrins¨¨quement s?re, faible en carbone, engendrant peu de d¨¦chets et rentable. La conception de cette centrale s'appuie sur la g¨¦om¨¦trie et la performance du National Ignition Facility. Termin¨¦e en 2009, cette installation est le projet scientifique le plus important que le D¨¦partement de l'¨¦nergie am¨¦ricain ait jamais r¨¦alis¨¦. Le NIF est con?u pour produire un gain d'¨¦nergie net (faisceaux laser d¨¦livrant une ¨¦nergie de sortie plus importante que l'¨¦nergie d'entr¨¦e). Au total, 192 faisceaux laser peuvent d¨¦livrer en un milli¨¨me de milliards de secondes une ¨¦nergie de 2 m¨¦gajoules de lumi¨¨re ultraviolette sur une cible de fusion, cr¨¦ant une condition similaire ¨¤ celle qui existe seulement au c?ur des ¨¦toiles et des plan¨¨tes g¨¦antes. En d¨¦montrant la capacit¨¦ d'obtenir l'allumage de la fusion, le NIF ouvre la voie ¨¤ de nombreux projets de fusion comme source d'¨¦nergie s?re et pratiquement illimit¨¦e.

La conception et la construction de centrales ¨¤ fusion par laser comme sources d'¨¦nergie ¨¦lectrique intrins¨¨quement s?res, faibles en carbone et engendrant peu de d¨¦chets sont aujourd'hui en cours par le biais des travaux de recherche men¨¦s par le GILT et le NIF. Le GILT s'int¨¦resse ¨¦galement aux technologies de base qui sont compl¨¦mentaires, ainsi qu'¨¤ d'autres que celles actuellement utilis¨¦es. En ce qui concerne le d¨¦veloppement d'une technologie laser pr¨¦sentant une puissance et un taux de r¨¦p¨¦tition ¨¦lev¨¦s, le GILT cherche ¨¤ augmenter la puissance en utilisant sa propre technologie. Jusqu'ici, les chercheurs en fusion de laser n'ont pas encore trouv¨¦ de solution pour produire une ¨¦nergie de laser suffisante (>500 kJ) et un taux de r¨¦p¨¦tition suffisamment ¨¦lev¨¦ (>10 Hz) avec un alignement de la cible. La solution peut ¨ºtre obtenue en utilisant une m¨¦thode o¨´ les faisceaux de laser multiples sont combin¨¦s, comme dans le cas du miroir ¨¤ conjugaison de phase par effet Brillouin, invent¨¦ par Hong Jin Kong ¨¤ l'Institut avanc¨¦ cor¨¦en des sciences et de la technologie1. En outre, afin de produire un faisceau laser ¨¤ forte puissance, le milieu laser devrait non seulement ¨ºtre large, mais pouvoir refroidir rapidement afin d'obtenir la puissance et la cadence de r¨¦p¨¦tition ¨¦lev¨¦es n¨¦cessaires pour assurer une production commerciale de l'¨¦nergie. La production de l'¨¦nergie de fusion par laser hybride n¨¦cessite une capacit¨¦ de tirs suffisamment rapides pour produire une grande quantit¨¦ d'¨¦nergie. C'est ¨¦galement un moyen d'obtenir un refroidissement rapide entre les tirs.

Les technologies n¨¦cessaires ¨¤ cette ¨¦tape sont la diode laser qui est essentielle pour obtenir un niveau de puissance et une cadence de r¨¦p¨¦tition ¨¦lev¨¦s ainsi que la technologie pour la conception et la qualification d'un r¨¦acteur unique et s?r. Heureusement, les composants ¨¦lectroniques ¨¤ l'¨¦tat solide et la technologie des r¨¦acteurs nucl¨¦aires sont deux domaines dans lesquels la Cor¨¦e est performante. En partenariat avec l'industrie des technologies de l'information de la R¨¦publique de Cor¨¦e, le GILT d¨¦veloppe la technologie des diodes laser pour diminuer le co?t des installations.

Afin de maximiser l'efficacit¨¦ ¨¦nerg¨¦tique de la fusion par laser existante, il est possible d'utiliser l'exc¨¨s de neutrons provenant de la r¨¦action de la fusion pour induire simultan¨¦ment une r¨¦action de fission d¨¦gageant une grande quantit¨¦ d'¨¦nergie dans la couverture fissile sous-critique en p¨¦riph¨¦rie. Le rendement net de la m¨¦thode hybride fusion-fission peut permettre d'obtenir un gain de cible trois ¨¤ quatre fois sup¨¦rieur ¨¤ celui obtenu de la fusion seule. Pour une technologie de ce type, il est imp¨¦ratif de d¨¦velopper une couverture fissile sous-critique pouvant ¨ºtre utilis¨¦e dans un r¨¦acteur ¨¤ fusion. En R¨¦publique de Cor¨¦e, l'industrie nucl¨¦aire, un secteur d'exportation important, devrait permettre d'atteindre ce but.

L'¨¦ducation, ¨¤ la fois des chercheurs actuels et futurs, est primordiale : la formation continue d'experts, le d¨¦veloppement des technologies de base par la recherche et la participation de la communaut¨¦ internationale, y compris des pays en d¨¦veloppement, sont essentielles au succ¨¨s 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 ma¨ªtrise et un doctorat dans ces disciplines. HGS AG&E a cr¨¦¨¦ des partenariats avec l'Organisation des Nations Unies pour l'¨¦ducation, la science et la culture-Programme University Twinning and Networking UNESCO-UNITWIN), l'International Center for Global Development & Entrepreneurship ¨¤ HGU et l'Universit¨¦ pour la paix mandat¨¦e par l'ONU, dans la r¨¦gion Asie-Pacifique.

PLATE-FORME MONDIALE POUR LE RENFORCEMENT DES CAPACIT?S DE L'IMPACT UNIVERSITAIRE DES NATIONS UNIES

Depuis sa cr¨¦ation en 1995, HGU s'est concentr¨¦e sur l'¨¦ducation mondiale pour le renforcement des capacit¨¦s en mati¨¨re de d¨¦veloppement durable. En cons¨¦quence, en avril 2007, l'UNESCO a d¨¦sign¨¦ HGU comme centre international UNESCO-UNITWIN pour le renforcement des capacit¨¦s en mati¨¨re de d¨¦veloppement durable. En janvier 2011, l'ONU a d¨¦sign¨¦ HGU en tant Plate-forme mondiale de l'Impact universitaire des Nations Unies (UNAI) pour le renforcement des capacit¨¦s (). Elle est ax¨¦e sur trois domaines :

1. Travaux mondiaux de recherche en collaboration pour la croissance verte en mati¨¨re de d¨¦veloppement durable.

2. ?ducation sur le d¨¦veloppement et l'entreprenariat mondiaux afin de renforcer les capacit¨¦s endog¨¨nes en mati¨¨re de d¨¦veloppement durable dans les pays en d¨¦veloppement.

3. Partenariat mondial pour la prosp¨¦rit¨¦ en r¨¦duisant le foss¨¦ en mati¨¨re de savoir entre les pays d¨¦velopp¨¦s et les pays en d¨¦veloppement, en partenariat avec le programme actuel UNESCO-UNITWIN sur le renforcement des capacit¨¦s en mati¨¨re de d¨¦veloppement durable.

UTILISER L'?NERGIE DES ?TOILES SUR TERRE

Afin de promouvoir le d¨¦veloppement des technologies vertes, la mise en place du r¨¦seau mondial de recherche est plus que jamais cruciale. Par le biais de ce r¨¦seau, HGU sera la plate-forme pour les activit¨¦s de la recherche verte, HGS AG&E formera des experts internationaux et le Centre international UNESCO-UNITWIN cr¨¦era des r¨¦seaux de coop¨¦ration mondiale. Les trois ¨¦l¨¦ments de la Plate-forme mondiale de l'UNAI pour le renforcement des capacit¨¦s en mati¨¨re de d¨¦veloppement durable ¨¤ HGU formeront la structure qui appuiera le GILT dans ses activit¨¦s visant ¨¤ cr¨¦er la source ¨¦nerg¨¦tique ultime d'ici ¨¤ 2030. En effet, en tant que programme de recherche de pointe pour la production d'¨¦nergie verte, le GILT se concentre sur le d¨¦veloppement d'une puissance ¨¦lev¨¦e, les lasers ¨¤ taux de r¨¦p¨¦tition ¨¦lev¨¦ avec une capacit¨¦ d'auto-navigation qui pourrait ¨ºtre le Saint-Graal de l'¨¦nergie de fusion inertielle pour produire industriellement de l'¨¦lectricit¨¦. Le GILT, en coop¨¦ration avec le Gouvernement de la R¨¦publique de Cor¨¦e, a l'intention de construire une centrale ¨¦lectrique hybride ¨¤ ¨¦nergie de fusion nucl¨¦aire stable sur une ¨¦chelle pilote (classe 500 MW) d'ici ¨¤ 2030 avec la collaboration d'institutions nationales et mondiales. Compte tenu des travaux mondiaux de recherche men¨¦s en collaboration avec le GILT et le LLNL, le r¨ºve longtemps caress¨¦ de simuler l'¨¦nergie des ¨¦toiles comme source d'¨¦nergie ultime, illimit¨¦e, verte et propre pourrait enfin ¨ºtre r¨¦alis¨¦.

Notes

1 Applied Physics Letters. 93, 131115, 2010

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The New York Times, 24 mars 2011. A Nuclear Third Way.

Physics Today, vol. 64, num¨¦ro 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.