La fusion nucléaire

Les problèmes d’énergie sont au centre de toutes les préoccupations politiques. Dans un monde où le pétrole devient de plus en plus rare et toujours plus coûteux, disposer d’une ressource performante et quasiment inépuisable peut sembler irréel. C’est pourtant possible avec le principe de la fusion nucléaire. Ce projet présente en plus deux immenses avantages, il ne produit presque pas de déchets et il ne comporte pas de risque d’explosion.

D’autre part, ce procédé existe à l’état naturel, on peut l’observer dans les étoiles, en particulier dans le soleil. Reproduire ce phénomène est donc un processus, on ne peut plus séduisant. L’une des premières questions qu’on se pose est : d’où vient cette puissance ? Ensuite, par quels moyens peut-on créer de l’énergie par fusion nucléaire ? Enfin, quels projets sont menés en ce sens ?

Les principaux aspects de la physique nucléaire

Une brève présentation des principes de base s’impose.

Pour faire simple, il faut expliquer de quoi est faite la matière. Elle est composée de « briques » : les atomes. Ils contiennent tous un noyau, dans celui-ci se trouvent des protons et des neutrons. De plus, des électrons tournent autour de ce noyau.

La principale application de l’énergie nucléaire

La France crée presque toute son électricité avec de l’énergie nucléaire. Elle utilise le procédé de la fission nucléaire. Cela consiste à briser de très gros noyaux d’atomes avec des neutrons. Chaque atome lourd qui éclate libère deux atomes plus légers. Cela crée de l’énergie et de nouveaux neutrons. Ensuite ceux-ci renouvellent la même opération et provoquent une autre fission. C’est une réaction en chaîne qui se poursuit en permanence.

Le cas de la fusion nucléaire

Avec elle, c’est un effet inverse qui se produit. Deux noyaux atomiques se réunissent pour au final en créer un seul. Ce faisant, une grande quantité d’énergie est créée. Le soleil réalise cette opération constamment. Il rassemble des atomes d’hydrogène qui deviennent ensuite de l’hélium. Or, nous disposons d’une quantité gigantesque d’hydrogène dans les océans. En effet, chaque molécule d’eau contient deux atomes d’hydrogène.

L’énergie est créée par la différence de masse des noyaux, celui d’hélium qui a été produit après la fusion, est plus léger que les deux d’hydrogène existant initialement. C’est la célèbre formule d’Albert Einstein E=mc² qui permet de comprendre ce phénomène. La très faible perte de masse (m) multipliée par le carré de la vitesse de la lumière occasionne un chiffre très important (E) qui reflète ce qui a été créé en énergie par la réaction de fusion.

La démarche scientifique consiste à reproduire ce qui a lieu dans les étoiles.

Les contraintes techniques qui doivent être surmontées pour créer de l’énergie par fusion nucléaire

L’idée de départ

Elle consiste à déclencher une multitude de fusions de noyaux, afin de récupérer ensuite l’énergie obtenue. L’objectif est de la saisir, pour la transformer après en électricité.

Les conditions à remplir

Pour conduire le processus, il est nécessaire de chauffer les atomes à une température extraordinairement élevée. Dans le soleil, elle se situe à près de 15 millions de degrés. C’est grâce à ce niveau de chaleur que les noyaux d’hydrogène peuvent fusionner et créer ensuite des noyaux d’hélium. Les conditions sont telles que les particules peuvent se séparer les unes des autres. Elles se trouvent dans un milieu brûlant appelé le plasma.

L’ensemble des circonstances à réunir pour aboutir au résultat voulu

Il est d’une part nécessaire de porter les noyaux à des températures énormes afin de créer le plasma. Ce n’est cependant pas suffisant pour aboutir à la finalité recherchée, car il faut en plus que les particules se percutent à une vitesse extraordinairement rapide. Pour obtenir des fusions, il faut donc que le plasma soit concentré dans un espace très restreint. C’est à cette condition que les noyaux pourront se percuter suffisamment.

Les projets actuels pour produire de l’énergie par fusion nucléaire

Deux techniques ont été imaginées par des spécialistes pour mener à bien le projet.

Confiner les noyaux dans une capsule

Les scientifiques souhaitent enfermer dans une capsule les noyaux devant être fusionnés. Le concept vise ensuite à bombarder cette sphère avec des rayons X, dans le but de provoquer une implosion en une fraction de seconde. La température dans la capsule doit monter à plus de 100 millions de degrés.

Cela doit conduire à une série de réactions et dépasser le seuil au-delà duquel la fusion produit assez d’énergie, et s’entretient par elle-même. La finalité est d’arriver à une fusion nucléaire contrôlée.

Confiner les noyaux dans un champ magnétique

Il s’agit d’enfermer le plasma dans un creux où il circule très rapidement. Cela permettra de maintenir les fusions en injectant le combustible nécessaire pour produire la chaleur. Dans le même temps l’énergie créée pourra être récupérée sur les parois de la structure, ceci dans le but de générer de l’électricité.

Un appareil destiné à accomplir ce travail existe en France. Il se trouve sur le site de Cadarache à Saint Paul-lez-Durance dans le département des Bouches-Du-Rhône. Il s’agit de l’Iter : un réacteur thermonucléaire expérimental international. Il est en cours d’assemblage, les premiers plasmas y seront produits en 2025.

Cette infrastructure est en cours d’élaboration, plusieurs technologies un peu différentes les unes des autres, y seront testées. Le but est de retenir celle qui sera la plus performante, pour être installée dans de futurs réacteurs. Le temps nécessaire pour arriver au terme des recherches est estimé à quelques décennies.

La fusion nucléaire représente un enjeu majeur. On peut espérer qu’à la faveur de très grandes avancées dans les recherches, les expérimentations aboutissent beaucoup plus vite que prévu. Ainsi, cette technologie pourrait constituer une solution aux multiples problèmes énergétiques et environnementaux actuels. La liste des pays participants est significative : la Chine, l’Union Européenne, l’Inde, le Japon, la Corée du sud, la Russie et les États-Unis. Voir des nations aussi diverses s’engager dans un projet commun de si grande envergure constitue un gage d’espoir.