Le Cygne noir 2017-2018

Le Cygne noir 2017-2018

Journal des élèves de l'IPSA Paris

La fusion nucléaire, c’est quoi ?

Mis en ligne en avril 2018

Que peut-il bien se passer lorsque deux atomes se rencontrent ? Le mot « atome » vient du grec « ATOMOS », qui signifie indivisible, insécable. Depuis Démocrite (IVème siècle avant J.C), l’image de l’atome paraît pure et fondamentale. Aujourd’hui les avancés technologiques nous permettent d’affirmer que l’atome n’est pas seulement sécable (découverte en 1938), mais il est aussi fusionnable. La fusion nucléaire est pour la première fois abordée au début du XXe siècle 

Explosion de la bombe nucléaire à fusion appelée « Ivy Mike » (crédit: Projet Manhattan)

La fusion nucléaire est le processus qui alimente le soleil et les étoiles. La fusion de deux atomes d’hydrogène produit de l’hélium et une énergie considérable sous forme de chaleur et de rayonnement. C’est ce rayonnement qui « chauffe » notre planète. Depuis la seconde guerre mondiale, les recherches se sont portées sur une fusion dite « non contrôlée » à usage militaire, c’est le début des bombes nucléaires à fusion. En effet, lors d’une fusion non contrôlée les scientifiques cherchent à libérer le plus d’énergie possible. « Ivy Mike » en 1952 fut la première bombe nucléaire à fusion développée par les Etats Unis.

En revanche réaliser une fusion « contrôlée » n’est pas une mince affaire car cela nécessite de confiner l’énergie libérée pour produire de l’électricité. Cette expérience de fusion contrôlée nécessite d’amener des atomes à des conditions extrêmes de température et de pression pour que la fusion devienne possible. 

En laboratoire, les atomes chauffés sont des dérivés de l’atome d’hydrogène : le deutérium et le tritium. Le deutérium est naturellement présent dans les océans à environ 33g tous les 1000 litres d’eau. Ce qui en fait un élément paradoxalement très abondant au vu des réserves d’eau de la planète. Le tritium peut être produit mais il est aussi présent sous forme de résidus que les centrales nucléaires classiques à fission rejettent. 

Les étapes d’une fusion nucléaire en laboratoire 

1°) Le confinement  

Intérieur d’un « Tokamak » (crédit : ITER)

Les atomes de deutérium et de tritium sont confinés dans un Tokamak, une structure en forme de chambre à air qui emprisonne les atomes. Pour que la réaction soit contrôlée, les atomes sont soumis à un champ magnétique très puissant qui les contraint à tourner et à rester au centre du tube. 

 

 

 

2°) Le début de la réaction  

Les atomes sont portés à très haute température (150 millions °C) et commencent à se transformer en plasma. Le plasma est l’état de la matière propice à la fusion. En effet, lors de cet état, les électrons composant l’atome se détachent et forment une « bouillie » nécessaire à la fusion. 

3°) Injection et réaction en chaîne 

La fusion nucléaire (crédit: fusion-nucleaire.weebly.com)

Lors de cet état de la matière, c’est à ce moment que les atomes fusionnent et créent des atomes d’hélium plus légers.
Si l’atome obtenu est plus léger, il doit y avoir de l’énergie libérée. C’est ce que nous indique la célèbre équation d’Einstein E = mc² où l’énergie « E » résulte de la perte de masse « m » multipliée par la vitesse de la lumière « c » au carré. La vitesse de la lumière étant très élevée, cela met en évidence la quantité d’énergie extraordinaire produite par la réaction de fusion nucléaire.  

Grâce à la quantité d’énergie libérée, une réaction en chaîne se produit et les opérateurs n’ont plus qu’à la maintenir en injectant du deutérium et du tritium. 

 

La réaction en chaine

4°) Une production d’électricité  ? 

A terme, la fusion pourra être utilisée pour produire de l’électricité et ainsi remplacer les centrales nucléaires à fission. La fusion, une fois maîtrisée comporte des avantages sur le plan de l’abondance naturelle des ressources et de la quantité d’énergie produite. En effet, 33g de deutérium est potentiellement capable de fournir autant d’énergie que la combustion de 700 tonnes de pétrole. 

 

Et la sécurité dans tout ça  ? 

Comme nous l’avons vu, la fusion nécessite des conditions très particulières à mettre en œuvre. L’un des points fort de la fusion nucléaire est le fait qu’un emballement du réacteur est impossible. Contrairement à l’accident de Tchernobyl, si un dysfonctionnement intervient, la réaction en chaîne s’arrêtera tout simplement. Elle provoquera une « disruption » qui endommagera les parois du réacteur mais ne provoquera pas d’accident nucléaire. 

Contrairement au deutérium, le tritium est radioactif, mais à des niveaux plus faibles que l’uranium. Les déchets radioactifs produits par une centrale à fusion seront nettement moins importants qu’une centrale à fission classique 

 

Aujourd’hui, sait-on construire un réacteur à fusion nucléaire ?  

Plusieurs projets sont en cours, notamment le projet ITER qui est situé à Cadarache dans les Bouches-du-Rhône et est un démonstrateur de réacteur à fusion de coopération international. Le premier fonctionnement est à l’horizon 2025. Avec un budget de 19 milliards d’euros, ITER pose donc des attentes et des critiques de la part d’associations écologiques. 

Site de construction du projet ITER (crédit: ITER)

Les critiques de la fusion nucléaire 

Bien que les centrales à fusion rejettent peu de déchets nucléaires, de nombreuses associations estiment qu’il est prématuré d’effectuer des investissements dans la fusion compte tenu des exigences technologiques.

La fusion reste en effet une production d’électricité qui va à l’encontre de la politique actuelle des énergies renouvelables.

Manifestation à Cardache contre le projet ITER (crédit: Yann)

La fusion nucléaire possède des avantages indéniables mais les moyens financiers et technologiques qui doivent être mis en œuvre sont colossaux. ITER n’est en effet qu’un démonstrateur de la fusion. Il n’est en aucun cas prévu pour produire de l’électricité. La prochaine génération de centrale « DEMO » est prévue aux environs 2040-50, si ITER se trouve concluant et produire de l’électricité pour ouvrir une nouvelle voie de production de l’énergie.  

 

 

Robin BAGOLIN  

Pour en savoir plus :

  • Sur le projet ITER:

https://www.iter.org/sci/whatisfusion 

https://www.iter.org/sci/beyonditer 

  • Sur la fusion nucléaire :

http://www.nuclearfiles.org/menu/key-issues/nuclear-weapons/basics/what-is-fusion.htm 

https://web.archive.org/web/20050124085615/http://www.oup.co.uk/pdf/0-19-856264-0.pdf 

 

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