Principe de la fusion nucléaire (1/2)
Alors
qu’une majorité de pays est désormais tournée
vers le problème du réchauffement climatique, le bilan
énergétique mondial apparaît de plus en plus
préoccupant. Tout d’abord parce que les énergies
fossiles représentent encore 80% du mix énergétique
et nombre d’experts font consensus sur le fait que les réserves
mondiales en hydrocarbures n’offrent guère plus de 50 années
d’énergie. Par ailleurs, la consommation mondiale en énergie
ne cesse de croître. La diversification des sources d’énergie
est donc un problème majeur pour l’avenir et fait donc
l’objet de nombreux programmes gouvernementaux. C’est dans ce
contexte que s’inscrit la recherche de production d’énergie
par le procédé de fusion thermonucléaire.
1. Etat des lieux : " l'avant Iter "
Pourtant l’idée de la fusion comme source d’énergie n’est pas neuve. Dès le milieu du XXe siècle des expérimentations furent menées en URSS et les premières chambres de confinement de plasma – dits « Tomawaks » - voyaient le jour. Pendant près d’un demi-siècle, différents programmes nationaux ont été lancés afin de mieux comprendre le processus de fusion et les problèmes qu’il pose. Mais le chemin vers la production d’électricité est long, difficile, incertain et coûteux. Voilà pourquoi dès 1985 Mikhaïl Gorbatchev lance l’idée d’un programme international visant à construire un nouveau type de réacteur à confinement magnétique. L’année suivante, l’URSS, les Etats-Unis, le Japon et l’Europe s’associent autour du projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor). Il faut attendre 2005 pour qu’un site de construction soit choisi et que les phases d’étude soient terminées.
Cependant, ce projet pharaonique ne doit pas masquer les autres programmes de recherche essentiels pour toute utilisation future de l’énergie de fusion. On citera notamment des projets conduits par l’EFDA (European Fusion Development Agreement) dont fait partie Iter, mais aussi les programmes de retraitements des déchets nucléaires (CEA).
Parce que l’issue de ces travaux est incertaine, cette recherche est financée à 100% par des fonds publics. Et l’on peut donc d’ors et déjà imaginer que si aboutissement il y a, il n’y aura pas de quelconque avantage économique pour l’un des pays participant.
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2. Qu'est-ce que la fusion?
La fusion nucléaire est le processus inverse de la fission, source d’énergie des réacteurs nucléaires actuels. Elle consiste en la fusion de deux noyaux atomiques légers pour en former un plus lourd : cette réaction dégage alors de l’énergie due au défaut de masse du produit résultant de la fusion. Ce type de réaction se produit en permanence dans le soleil. L’enjeu est donc de reproduire cette réaction et d’en maîtriser tous les aspects afin de parvenir à l’élaboration de réacteurs industriels destinés à produire de l’énergie.
Cependant ces réactions de fusion nécessitent beaucoup d’énergie car l’énergie d’activation (énergie à fournir pour que la réaction puisse se faire. Barrière d’énergie.) correspondante est très importante. Ainsi en pratique, la seule réaction de fusion envisageable est celle du deutérium avec le tritium. Le deutérium et le tritium sont deux isotopes (Des noyaux sont dit isotopes s’ils ont le même nombre de protons mais un nombre de neutrons différent : ils ont donc le même numéro atomique) de l’hydrogène. Si le premier existe naturellement dans les océans, le second ne se trouve pas dans la nature. Toute installation de fusion devra donc produire du tritium (à partir de lithium) afin de servir comme combustible.
Figure 1 : Formule de la réaction du Deutérium avec le Tritium
D :
Deutérium He :
Hélium
T : Tritium n :
neutron
Les conditions de production d’énergie sont doubles : il faut à la fois confiner les réactifs de la réaction et les chauffer (plusieurs dizaines de millions de degrés) de manière à ce que se forme un plasma constitué des réactifs ionisés. Tout réacteur futur devra réaliser ces deux opérations et les maintenir durant toute la durée de production d’énergie.
Figure 2 : Confinement par champ magnétique (image CEA)
A
cette température, le confinement d’un plasma n’est pas
chose aisée.
Plusieurs
techniques sont envisageables,
cependant on voit que deux voies se distinguent. Elles
déterminent
les deux grands types de fusion faisant l’objet de recherches :
- La
fusion par confinement magnétique :
le
plasma est
maintenu confiné dans un champ magnétique adapté. (Technique mise en œuvre dans Iter)
- La
fusion par confinement inertiel :
le
confinement et le
chauffage du mélange de
réactif s’effectue à
l’aide d’un laser. (Expérience de Laser Mégajoule)