Au nom du père (Chapitre X : Tome I)

Les caves du « gros caillou » 

Avertissement : Vous l’aviez compris, ceci n’est qu’un roman, une fiction, une « pure construction intellectuelle », sortie tout droit de l’imaginaire de son auteur.

Toute ressemblance avec des personnages, des lieux, des actions, des situations ayant existé ou existant par ailleurs dans la voie lactée (et autres galaxies), y compris sur la planète Terre, y est donc purement, totalement et parfaitement fortuite ! 

 

Il s’agit en réalité de plusieurs îlots situés au large des Hébrides, à moins de 2 miles nautiques et distant de 12 miles de l’Écosse, avec un vieux sémaphore perché au-dessus de falaises de rochers découpés en cube empilés par la mer.

Le château ? Une bâtisse victorienne, assez massive, construite avec les pierres sombres de l’île, au sommet de l’une de ces falaises difficile d’accès s’il n’y avait pas plusieurs chemins.

L’un passe par la baie proche où siège la maison du garde-phare, près d’un ponton aléatoire et demande une petite demi-heure en carriole attelée afin de grimper au sommet, une sorte de plateau qui se décline en pente douce, toute couverte de verdure à ras du sol où l’on y élève des moutons « pré-salé » de grande qualité, dit-on.

L’autre suit la rive escarpée sur une centaine de mètres et mène au pied de la maison par un escalier étroit directement taillé dans la falaise !

Personnes sujettes au vertige, s’abstenir.

Par grand vent, préférer le chemin de terre…

Et c’est par-là que Lady Catherin entraîne Paul, la carriole d’un autre temps étant déjà encombrée de ses passagers. 

 

Le téléphone portable de Paul sonne une minute plus tard, alors qu’il est resté lumineusement silencieux depuis l’avant-veille.

Charlotte au bout de l’écouteur : « Il faut qu’on se voit. Nous rentrons tout de suite à Paris ! »

Qu’est-ce qui se passe ? Elle doit être à Reims en pays de champagne, la capitale de Saint-Rémy et de Dom Pérignon, à faire du tourisme avec Aurélie, leur associée commune dans l’agence de sécurité que Paul avait fondé quelques années plutôt avec la prime d’aviseur touchée à l’occasion de la récupération du magot du fameux vol des bijoux de la Guilde des Orfèvres [1].

« Je ne serai à Paris que demain soir. Pas avant : Y’a urgence ? »

Pas vraiment…

Les femmes…

Elles ont assisté par hasard à un phénomène étrange, une sorte de « grand doigt de feu » qui a traversé les vitraux du transept de la cathédrale de part en part.

« Tout le monde en parle ici ! » Et alors ?

« Je t’envoie la photo qu’on a prise. Il faut trouver une explication à ce phénomène ! »

Et ça rapportera combien si on déduit les frais de leurs agapes et séjours en cette région à toutes les deux ?

Ou la manière de couper court aux jérémiades de ces deux-là. Provisoirement en tout cas.

Paul attaque les premières marches de l’escalier quand parvient sur son portable la photo des deux tours et de la façade partiellement en restauration de la cathédrale de Reims pour ces 800 ans prochains.

Effectivement, une traînée blanche semble descendre des cieux sans nuage en oblique et traverser le monument au niveau de son cœur, sans ressortir de l’autre côté, celui du musée de Tau.

La foudre ?

Improbable dans ce ciel apparemment sec.

Un micro-météore qui arrive jusque-là ?

Bizarre : s’il est si petit, il aurait dû disparaître au premier contact avec la haute atmosphère, entre 100 et 80 km d’altitude. Plus gros, il aurait dû ressortir dans la cour du musée.

Belle lumière blanche et rectiligne… Bizarre, bizarre. 

 

La montée est un peu périlleuse et au deux-tiers du parcours, Lady Catherin s’enfonce dans une anfractuosité pénétrant dans la montagne.

« C’est un passage secret qui mène à la maison et à ses caves où sont installés les laboratoires de mon grand-père et de ma sœur. » Tant qu’on y voit clair et qu’on est abrité du vent, pourquoi pas.

Et comme la lumière fuse de plafonniers installés tout au long de la galerie, d’abord rectiligne puis faisant un coude vers la droite pour rattraper, sans doute, le pourtour de l’île, Paul ne se plaint que d’une chose : « C’est taillé pour des nains ! »

Il progresse quasiment cassé en deux alors que la maîtresse des lieux ne baisse la tête que de très peu tout au long du plan légèrement incliné du parcours. Encore une maladresse verbale…

« Tu sais quoi, » fait-elle alors que la galerie s’élargit un peu « j’ai toujours rêvé d’être violée ici ! »

Les femmes et leurs fantasmes !

Pas facile avec son pantalon de cuir moulant et cintré au-delà de sa taille fine…

 

(Aparté n°4) 

 

Finalement, ils arrivent à l’air libre les premiers… On a du mal à croire cela possible.

Le maître des lieux entraîne Paul par une autre entrée vers les sous-sols de la maison, qui débouche sur un labyrinthe de salle où il a installé ses « laboratoires ».

Certaines salles ouvrent même sur la mer par quelques ouvertures « confidentielles ».

« Vous êtes venu pour voir ceci, non ? »

Oui : une sorte de cube en taule ondulée, tel un conteneur de 20 pieds, posé au milieu d’une des salles et duquel sort nombre de câbles de tailles différentes.

Et Sir McShiant de se lancer dans une explication sans fin.

Pour résumer, il y a une demi-dizaine d’années, il s’était intéressé aux « mouvements perpétuels positifs » en montant l’équivalent d’un moteur Minato. Globalement, il s’agit de disposer deux séries d’aimant au néodyme, en fait un alliage avec du fer (Nd₂Fe₁₄B), qui s’oxyde facilement, s’attirant les uns les autres et de disposer d’une masse telle qu’il y ait une asymétrie du centre de gravité par rapport à l’axe de rotation, comme il l’avait précisé la veille.

Les aimants animent la masse jusqu’à la monter au sommet du dispositif circulaire, puis s’écartent les uns des autres par l’effet de la rotation de leur support et le rotor retombe jusqu’à relancer les interactions magnétiques pour recommencer un cycle…

« Naturellement, il faut donner les impulsions électriques suffisantes, mais il ne s’agit que de mises en phase d’avec les aimants installés sur le stator et le bilan énergétique est positif au point de pouvoir fournir plus de courant électrique que le dispositif n’en consomme ! De l’énergie libre ! »

Vu comme ça, une sacrée révolution !

Mais plus loin d’expliquer quand même que l’énergie magnétique fournie au départ pour fabriquer les aimants permanents est gros consommateur d’énergie et se dégrade assez vite. « Ça fonctionne en fait comme d’une batterie lente et peu gourmande. Les volants inertiels sont nettement meilleurs, mais plus lourds. Car finalement, à force de décharges, les aimants finissent par perdre de la vigueur, s’oxydent et doivent être remplacés ou refondus. »

C’est alors qu’il s’est plongé dans la lecture des travaux autour de la fusion nucléaire et travaux sur les « éclateurs » qui se situent dans les machines de Marx.

« Ils fournissent de très grosses tensions avec des ampérages également très importants, qu’on peut décharger en quelques nanosecondes ! Passionnant. »

Et de faire un petit cours théorique à Paul qui connaît pourtant ces mécanismes… 

 

« Une réaction de fusion nucléaire nécessite que deux noyaux atomiques s’interpénètrent. Il faut pour cela que les noyaux surmontent la répulsion due à leurs charges électriques toutes deux positives, phénomène dit de « barrière coulombienne ». Si l’on appliquait uniquement les lois de la mécanique classique, la probabilité d’obtenir la fusion des noyaux serait extrêmement très faible, en raison de l’énergie cinétique, correspondant à l’agitation thermique, extrêmement élevée elle, nécessaire au franchissement de la barrière. Cependant, la mécanique quantique prévoit, ce qui se vérifie en pratique, que la barrière coulombienne peut également être franchie par effet tunnel, à des énergies plus faibles. »

Les énergies nécessaires à la fusion restent très élevées, et correspondent à des températures de plusieurs dizaines ou même centaines de millions de degrés selon la nature des noyaux.

« Au sein du Soleil par exemple, la fusion de l’hydrogène, qui aboutit, par étapes, à produire de l’hélium s’effectue à des températures de l’ordre de 15 millions de kelvins, mais suivant des schémas de réaction différents de ceux étudiés pour la production d’énergie de fusion sur Terre. Dans certaines étoiles plus massives, des températures plus élevées permettent la fusion de noyaux plus lourds. »

Lorsque de petits noyaux fusionnent, le noyau résultant se retrouve dans un état instable et doit revenir à un état stable d’énergie plus faible, en éjectant une ou plusieurs particules, photon, neutron, proton, noyau d’hélium, selon le type de réaction. L’énergie excédentaire se répartit entre le noyau et les particules émises, sous forme d’énergie cinétique.

Pour que la fusion soit énergétiquement rentable, il est nécessaire que l’énergie produite soit supérieure à l’énergie consommée pour l’entretien des réactions et par pertes thermiques vers le milieu extérieur.

Dans les réacteurs à fusion, il faut ainsi éviter tout contact entre le milieu de réaction et les matériaux de l’environnement, ce que l’on réalise par un confinement immatériel.

Dans les cas où aucun état à peu près stable n’existe, il peut être impossible de provoquer la fusion de deux noyaux (exemple : 4He + 4He).

« Les réactions de fusion qui dégagent le plus d’énergie sont celles qui impliquent les noyaux les plus légers. Ainsi les noyaux de deutérium, un proton et un neutron, et de tritium, un proton et deux neutrons, sont impliqués dans les réactions suivantes :

Deutérium + deutérium → (hélium 3 + 0,82 MeV) + (neutron + 2,45 MeV)

Deutérium + deutérium → (tritium + 1,01 MeV) + (proton + 3,03 MeV)

Deutérium + tritium →(hélium 4 + 3,52 MeV) + (neutron + 14,06 MeV)

Deutérium + hélium 3 →(hélium 4 + 3,67 MeV) + (proton + 14,67 MeV) »

Il s’agit d’atteindre le critère de Lawson qui établit que le facteur Nτ (densité x temps de confinement en relation avec la température) doit atteindre un certain seuil pour obtenir le « breakeven » nécessaire, où l’énergie libérée par la fusion est égale à l’énergie dépensée, autrement dit le « secret de la bombe H », gardé comme d’un secret militaire qui se retrouve dans… tous les bons manuels de physique nucléaire.

L’ignition se produit ensuite à un stade beaucoup plus élevé de production d’énergie, impossible à créer dans les réacteurs actuels. Il s’agit du seuil à partir duquel la réaction est capable de s’auto-entretenir. Pour la réaction deutérium + tritium, ce seuil est de 10¹⁴ s/cm³.

« L’énergie minimale à fournir pour obtenir une fusion est de 4 keV, équivalent à une température de 40 millions de kelvin, l’énergie libérée est alors de 17,6 MeV répartie pour 80 % dans le neutron émis et pour 20 % dans l’hélium 4 produit. Mais l’énergie nécessaire pour atteindre le critère de Lawson et un rendement suffisamment positif se situe vers 10 keV soit 100 millions de degrés. »

Aux températures et densités du cœur des étoiles, le taux de réaction de fusion est notoirement peu élevé.

Par exemple, à la température (T ≈ 15 MK) et à la densité (160 g/cm³) du cœur du Soleil, le taux de libération d’énergie est seulement de 276 μW/cm³, soit environ le quart du débit de chaleur par unité de volume d’un homme au repos.

Ainsi, la reproduction en laboratoire des conditions du cœur des étoiles à des fins de production d’énergie de fusion est totalement impossible à mettre en pratique.

Les taux de réaction dépendant fortement de la température [exp(−E/kT)], et il est nécessaire, pour atteindre des taux raisonnables de production d’énergie dans des réacteurs à fusion nucléaire, de travailler à des températures 10 à 100 fois plus élevées que celles du cœur des étoiles, soit T ≈ 0,1 – 1 GK (de l’ordre de 100 millions à un milliard de kelvins.) 

 

Paul sait tout ça et même plus !

Pour être utilisable comme source d’énergie, une réaction de fusion doit satisfaire à plusieurs critères. Elle doit :

- Être exothermique : cette condition semble évidente, mais elle limite les réactifs à la partie de la courbe des énergies de liaison correspondant aux faibles numéros atomiques Z (nombre de protons). Elle fait également de l’hélium 4He le produit le plus fréquent en raison de ses liaisons extrêmement étroites, bien que l’on rencontre également du 3He et de l’3H ;

- Impliquer des noyaux à Z faible : la répulsion électrostatique doit être vaincue pour que les noyaux puissent se rapprocher suffisamment pour fusionner ;

- Avoir deux réactifs : à toutes les densités inférieures à celles des étoiles, la collision simultanée de trois particules est par trop improbable.

Dans le cas du confinement inertiel, on dépasse à la fois les densités et les températures stellaires, ce qui permet de compenser la faiblesse du troisième paramètre du critère de Lawson, la très brève durée de confinement ; donc :

- Avoir deux produits ou plus : ceci permet la conservation simultanée de l’énergie et de l’impulsion ;

- Conserver à la fois les protons et les neutrons : les sections efficaces pour l’interaction faible sont trop petites. 

 

Peu de réactions satisfont tous ces critères. Les plus efficaces et de mémoire sont :

(1) 2D + 3T → 4He (3,5 MeV) + n0 (14,1 MeV) ;

(2i) 2D + 2D → 3T (1,01 MeV) + p+ (3,02 MeV) ;

(2ii) 50 % → 3He (0,82 MeV) + n0 (2,45 MeV) ;    

(3)  50 % 2D + 3He → 4He (3,6 MeV) + p+ (14,7 MeV) ;

(4) 3T + 3T → 4He + 2 n0 + (11,3 MeV) ;

(5) 3He + 3He → 4He + 2 p+ (12,9 MeV) ;

(6i) 3He + 3T → 4He + p+ + n0 + (12,1 MeV) ; 

(6ii) 51 % → 4He (4,8 MeV) + 2D (9,5 MeV) ; 

(6iii) 43 % → 4He (0,5 MeV) + n0 (1,9 MeV) + p+ (11,9 MeV) ;

(7i) 6 % 2D + 6Li → 2 4He + (22,4 MeV) ;

(7ii) 6 % → 3He + 4He + n0 + (2,56 MeV) ;

(7iii) 6 % → 7Li + p+ + (5,0 MeV) ;

(7iv) 6 % → 7Be + n0 + (3,4 MeV) ;

(8) p+ + 6Li → 4He (1,7 MeV) + 3He (2,3 MeV) ;

(9) 3He + 6Li → 2 4He + p+ + (16,9 MeV) ;

(10) p+ + 11B → 3 4He + (8,7 MeV).

Les plus intéressantes en termes d’énergie restituée étant les réactions de fusion relatives à la fusion de deutérium et de lithium.

Et la plus « propre », parce qu’aneutronique, étant celle des noyaux de bore à laquelle est adjoint un proton libre…

Enfin, c’est ce qu’il se souvient encore de ses cours de physique suivis avec assiduité à l’école Polytechnique de Paris, dans une autre vie… 

 

« L’ensemble que vous voyez devant vous fonctionne donc comme un gros moteur diesel, » fait Sir Philips, sûr de son effet !

« Globalement, mes générateurs de Marx et dans des conditions idéales, génèrent des tensions égales au produit de la tension de charge VC par le nombre n de condensateurs, ou étages. Cependant, en raison des nombreuses contraintes pratiques, on obtient une tension de sortie inférieure à n x VC.

L'isolement des hautes tensions produites est accompli en immergeant le générateur de Marx dans de l'huile de transformateur, ici dans un gaz électronégatif à haute pression comme l'hexafluorure de soufre.

Plus un condensateur est proche de l'alimentation de charge, plus sa charge sera rapide. Cependant, si on laisse la charge se dérouler pendant assez longtemps, tous les condensateurs finissent par atteindre la même tension.

Les résistances de charge RC doivent être convenablement dimensionnées, à la fois pour la charge et pour la décharge. Toujours dans une situation idéale, la fermeture du commutateur le plus proche de l'alimentation de charge entraîne l'application d'une tension de 2 VC au deuxième commutateur. Ce commutateur se fermera à son tour, appliquant une tension de 3 VC au troisième commutateur, et ainsi de suite, par un phénomène de cascade qui finit par produire une tension de n*VC à la sortie du générateur.

Lorsqu'un minutage précis de génération de l'impulsion électrique n'est pas requis, on peut laisser le premier commutateur se déclencher spontanément lors de la charge. Les performances étant améliorées par la fermeture simultanée des commutateurs, j’utilise le plus souvent un déclenchement commandé ou « trigger ». Cependant, le délai entre les commutations peut être amélioré en dopant les électrodes avec des isotopes radioactifs comme le césium 137 ici, ou le nickel 63, et en orientant les commutateurs à arc de telle sorte que la lumière ultraviolette provenant d'un commutateur amorcé illumine les commutateurs ouverts restants.

L’opération peut se réaliser en quelques microsecondes pour la charge, à condition d’avoir un bel ampérage disponible et la décharge en quelques nanosecondes.

Ce qui conditionne le nombre de « pistons » et chambres de combustion ! »

Et d’en aligner 24 sur sa machine. 

 

« Des pistons ? » interroge Paul.

« Mais oui très cher ! Des pistons comme dans un vulgaire moteur diesel. Dans un premier temps du cycle, le piston est en bas, sous tension pour former un champ magnétique assez puissant nécessaire à confiner le plasma. Je travaille pratiquement dans le vide, une pression de 0,001 bar. Sont injectés mes composés de bore qui restent confinés dans l’axe du cylindre. Celui-ci remonte sous l’impulsion du vilebrequin, jusqu’à fermer la chambre de fusion. Ils reçoivent une décharge de 12 générateurs désaxés par les ouvertures aménagées dans la chambre de fusion qui repousse le piston dans sa position initiale et dégage 8,7 MK en fusionnant le bore en hélium.

Comme on est dans un système de confinement électromagnétique, le déplacement du piston recrée un champ électrique par induction qui anime le vilebrequin et transmet l’énergie mécanique en s’ouvrant libérant l’hélium. Ça évite d’avoir à ouvrir et fermer la culasse, même si l’éjection n’est pas totale.

En revanche, le courant induit va réarmer les éclateurs du générateur de Marx et l’énergie mécanique armer les autres cylindres qui parcourent « à vide » 23 allers retours avant d’entrer en fonction à leur tour.

Le bilan est suffisamment positif pour faire tourner une dynamo des plus classiques. Mais pas seulement : Il convient aussi de refroidir l’ensemble par échangeur qui fait tourner une turbine à vapeur, elle aussi des plus classiques. »

Et, triomphal, de finir : « Avec un engin pas plus gros que celui-là, on doit pouvoir fabriquer assez d’électricité pour une ville de 10.000 habitants ou faire tourner une petite unité d’électrolyse d’aluminium ! »

Il doit bien y avoir un lézard quelque part, sans ça, son invention serait déjà sortie de son laboratoire.

« Well ! Ça fonctionne assez bien. Toutefois les ajustements doivent être extrêmement précis. La première difficulté consiste à bien dimensionner les quelques atomes de bore à fusionner. Des micros-moles. Une « grosse usine » derrière, qui travaille en cryogénie. Les impuretés ensuite. Le vide doit y être très poussé.

Parfois, la machine s’arrête toute seule, par défaut de charge électrique suffisante ou désynchronisation des éclateurs. C’est compliqué finalement ! » avoue-t-il au bout de sa démonstration.

« Il reste beaucoup de travail et je pense qu’il faut miniaturiser encore et encore le dispositif, de façon à ce qu’il devienne nettement plus contrôlable automatiquement. Et je n’ai pas le temps de tout faire non plus ! »

Peut-être que s’il se confiait à un laboratoire équipé pour ça, en compétences suffisantes, notamment, il y parviendrait.

« Il y a des laboratoires d’État qui pourraient prendre le relais, effectivement. Mais je me sens incapable de diriger leurs équipes. Je n’aspire qu’à poursuivre tranquillement mes travaux en laissant planer le doute sur la réalité de mes travaux et le caractère aléatoire de leur faisabilité. Qui investirait des dizaines de millions de Livres dans les travaux d’un vieux schnock ? »

Et de poursuivre : « Un jeune comme vous, peut-être ? »

Paul se voit mal, sur le moment de devoir se plonger dans ce type de travaux-pratiques : déjà qu’avec son usine de poudre, ce n’est pas de tout repos tous les jours, qu’en plus son prototype d’avion hypersonique ne suscite aucun intérêt – on lui avait clairement fait comprendre que l’armée a plus besoin de drone que d’un avionneur supplémentaire – d’autant mieux que la reprise de ces travaux demanderait des efforts de remise à niveau important.

« Vous êtes britannique, je suis français. Si je pille vos travaux, je pense que mon espérance de vie risque d’être très écourtée ! » 

Sir Philips McShiant en rit. « J’admire votre loyauté. Mais sachez que la communauté scientifique est sans frontière. » 

 

[1] Voir l’épisode « Le feu », à paraître aux éditions « I-Cube »