La fusion nucléaire, une énergie venue des étoiles

L'espace nous démontre chaque jour que la fusion nucléaire peut produire une énergie considérable. Seulement, cela se passe bien loin de la Terre, dans des conditions qui sont loin d'être celles de notre atmosphère. La science s'est donc emparée du sujet pour tenter de reproduire les conditions nécessaires à cette fusion.

Vue éclatée du tokamak ITER. Le plasma chaud est représenté en rose au centre.
© Agence ITER France.

Un phénomène naturel au sein du soleil...

La fusion nucléaire^1-2 consiste à assembler deux noyaux atomiques légers pour former un noyau plus lourd. Ce phénomène dégage alors une importante quantité d'énergie. Le soleil transforme 600 millions de tonnes d'hydrogène en hélium toutes les secondes.³ L'énergie ainsi dégagée est alors considérable.

Le soleil transforme 600 millions de tonnes d'hydrogène en hélium toutes les secondes.

Lors de la fusion, l'hydrogène forme un plasma (état de la matière portée à très haute température). Dans celui-ci, les noyaux d'atomes perdent leurs électrons et les forces de répulsion entre eux sont très fortes. Mais il arrive que certains fusionnent, se transforment en hélium et libèrent de grandes quantités d'énergie. Dans le soleil, la probabilité de fusion entre deux noyaux d'hydrogène est extrêmement faible, mais elle est compensée par les immenses quantités de noyaux présents.

... Difficile à reproduire sur Terre

Le phénomène de fusion nucléaire peut être reproduit sur Terre à condition d'obtenir une température extrêmement importante : jusqu'à 200 millions de degrés.⁴ Or aucun matériau ne résiste à une telle température.

Pour obtenir la fusion nucléaire sur Terre⁵, les chercheurs travaillent principalement sur le confinement magnétique. Il revient à maîtriser, à très haute température, un plasma confiné dans une boîte immatérielle en forme d'anneau, créée par des champs magnétiques de très haute intensité.

Le phénomène de fusion nucléaire peut être reproduit sur Terre à condition d'obtenir
une température extrêmement importante : jusqu'à 200 millions de degrés.

  • le deutérium est extrait de l'eau de mer ;

  • le tritium n'existe pas sur Terre ni dans les basses couches de l'atmosphère. Il est produit en très petites quantités dans la fission des réacteurs nucléaires classiques. Il se génère également par irradiation de lithium, un élément qui, lui, se trouve abondamment sur Terre. Enfin, le tritium, contrairement au deutérium, possède une demi-vie (durée au cours de laquelle l'activité radioactive décroît de moitié) courte (12 ans).⁶

Une femme est à l'origine de la découverte
de la fusion nucléaire.

Vrai. Quelques décennies après les travaux de la prix Nobel Marie Curie sur
la radioactivité , une autre femme a pris une part active à la découverte
du phénomène de fusion nucléaire. La physicienne autrichienne Lise Meitner a, en effet, participé, aux côtés des chimistes allemands Otto Hahn
et Fritz Strassmann, aux études qui ont permis de la décrire en 1938.

Au cœur du confinement magnétique

Le processus de production d'énergie à partir de la fusion nucléaire est le suivant :

  • le plasma est placé dans une chambre à vide (une enceinte en Inox parfaitement hermétique formant une première barrière de sûreté), est ionisé (le nombre de ses atomes est modifié) et chauffé par une décharge électrique très intense ;

  • l'ajout régulier de deutérium de haute énergie, l'émission d'ondes radio vers le plasma et la production de noyaux d'hélium très énergiques contribuent au maintien de la température extrême nécessaire aux réactions de fusion ;

  • le champ magnétique intense (50 000 fois le champ magnétique terrestre), nécessaire au confinement du plasma, est assuré par les courants électriques circulant dans le plasma et à l'extérieur de la chambre à vide, dans des bobines ;

  • les neutrons issus de la fusion fournissent l'énergie que l'on veut capter. Insensibles au champ magnétique (leur charge électrique est neutre), ils échappent à l'enceinte de confinement et vont percuter les parois du réacteur en la chauffant à blanc ;

  • cette chaleur est récupérée à l'extérieur par un fluide caloporteur, qui la transmet à un circuit secondaire. Comme dans les centrales nucléaires à fission, ce circuit va générer de la vapeur d'eau avec laquelle on produit de l'électricité.

 

[1]http://www-arch.iter.org/sites/efda_cd/
[2]http://www.itercad.org/question_1.php
[3]http://www.iter.org/fr/sci/whatisfusion
[4]http://www.iter.org/default.aspx
[5]http://www.cite-sciences.fr/francais/ala_cite/science_actualites/sitesactu/question_actu.php?id_article=668&langue=fr
[6]http://www.csnsm.in2p3.fr/IMG/pdf/radioactivite-2007-applications-web.pdf
[7]http://www.iter.org/fr/mach/vacuumvessel