La fusion nucléaire pour les nuls

Ecrit par KapTech

27 septembre 2020

Outre la compréhension profonde de notre univers, l’un des plus grands défis scientifiques auquel l’humain a toujours fait face est la recherche d’une source d’énergie stable et efficace.

Depuis notre connaissance des enjeux écologiques, les scientifiques sont soumis à des contraintes en termes de développement durable, de gestion des déchets et d’économie. Le bois et le charbon nous ont permis de démarrer la première révolution industrielle à la fin du XVIIIe siècle. Le pétrole a ensuite pris la place sur le devant de la scène, notamment pour sa forte valorisation énergétique et ses nombreuses applications dans la chimie du plastique.

Depuis lors, de nouvelles sources d’énergie sont apparues. Plus propres, les énergies éoliennes, solaires et hydrauliques ne sont cependant pas les plus utilisées aujourd’hui, notamment pour des raisons d’efficacité, contrairement au nucléaire. Le nucléaire d’ailleurs, parlons-en. Le contexte tendu de la guerre froide a permis aux deux blocs qui séparaient le monde à ce moment-là de faire d’énormes progrès technologiques en très peu de temps. Bien entendu dans le secteur aérospatial, mais aussi dans la compréhension et l’utilisation de l’atome. Au départ utilisée à des fins néfastes, l’énergie nucléaire a vite fait ses preuves en termes de rendement et d’efficacité. Émettant de très faibles quantités de dioxyde de carbone comparée au charbon et au pétrole, et permettant de produire de grandes quantités d’énergie rapidement. La fission des noyaux d’atomes lourds a largement marqué le XXe siècle.

Cependant, aucune technologie n’est parfaite, et des ombres subsistent au tableau : la difficulté de trouver de l’uranium en grande quantité, et de l’enrichir ensuite, mais aussi les dangers qu’impliquent son utilisation (souvenons-nous de Tchernobyl) et le problème de la gestion des déchets hautement radioactifs.

Depuis plusieurs années, une technologie fait de plus en plus parler d’elle : la fusion (thermo) nucléaire. Contrairement à la fission utilisée de nos jours, qui consiste à « casser » des noyaux d’atomes lourds pour produire de la chaleur, on utilise ici l’énergie dégagée lors de la fusion de noyaux d’atomes très légers, comme l’hydrogène. Le noyau produit lors du processus est un peu plus léger que la masse des deux noyaux de départ. Comme l’a si bien dit Einstein cependant : E = mc². L’énergie produite est donc proportionnelle à cette infime perte de masse, multipliée par le carré de la vitesse de la lumière, ce qui est énorme !

Les avantages de cette technique sont nombreux. On utilise deux isotopes de l’hydrogène : le deutérium, abondamment présent dans l’eau de mer, et le tritium, produit à partir du lithium, un métal alcalin largement présent dans la croûte terrestre. De plus, le produit majoritaire de la fusion n’est autre que de l’helium, un gaz inoffensif. Enfin, la réaction de fusion est moins dangereuse que la fission et reste donc sous contrôle en cas de problème, ce qui réduit drastiquement les risques liés à son utilisation. C’est la réaction qui a lieu au coeur des étoiles, et qui leur permet de briller !

Malheureusement, le chemin est encore largement semé d’embûches avant de pouvoir utiliser la fusion de manière stable et rentable. En effet, pour contraindre les noyaux à fusionner, le mélange gazeux doit atteindre de grandes températures pendant plusieurs minutes. On parle de 150 millions de degrés celsius, soit 10 fois plus chaud que le Soleil ! Une fois cette température atteinte, le mélange deutérium-tritium passe dans le quatrième état de la matière : le plasma, qui est un gaz où les électrons sont assez énergétiques pour briser l’emprise qu’exercent sur eux les noyaux atomiques. Les noyaux se retrouvent donc « seuls » et peuvent fusionner. Ce plasma doit être maintenu suffisamment longtemps pour produire plus d’énergie qu’il n’en a fallu pour démarrer la réaction ! En effet, le démarrage de la réaction est extrêmement énergivore et doit donc être compensé pour que le processus soit rentable.

Depuis les années 80, une coalition entre les plus grandes puissances scientifiques du globe a vu le jour dans un but commun : construire pour 2050 un réacteur capable d’effectuer une fusion nucléaire dans le but d’étudier plus largement le dimensionnement de futures centrales électriques utilisant ce procédé. C’est ainsi que le projet ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) a vu le jour. Avec un budget totalisant 19 milliards d’euros, et près de 25 années de recherche, ce que plusieurs scientifiques qualifient déjà de « plus grande avancée scientifique de l’histoire de l’humanité » continue lentement mais sûrement son développement dans le sud de la France. On parle de premier plasma pour 2025, et la première réaction de fusion grandeur nature pour 2035. Cependant, le projet en est encore à ses balbutiements et les spéculations sont nombreuses. Pendant l’été 2020 cependant, la construction du réacteur a commencé, obligeant physiciens et ingénieurs à repousser les limites de la technologie toujours plus loin (on parle tout de même d’assembler des pièces de la taille d’un immeuble au quart de millimètre près).

Bien que le sujet fasse encore débat dans la communauté scientifique, la fusion nucléaire est très prometteuse dans le contexte écologique actuel. Il reste malgré tout un nombre très élevé d’obstacles à surmonter avant de pouvoir utiliser l’énergie des étoiles sur Terre, mais c’est un défi qui mérite d’être relevé.

 

Sources:
« Fusion nucléaire », Connaissance des Énergies, 2020.
https://www.connaissancedesenergies.org/fiche-pedagogique/fusion-nucleaire [14- Sep- 2020]

« Fusion nucléaire », Fr.wikipedia.org, 2020.
https://fr.wikipedia.org/wiki/Fusion\_nucléaire\#Température\_très\_élevée [14- Sep- 2020]

« ITER », Fr.wikipedia.org, 2020.
https://fr.wikipedia.org/wiki/ITER\#Proposition\_initialement\_soviétique [14- Sep- 2020]

« ITER, c’est quoi ? », ITER, 2020.
https://www.iter.org/fr/proj/inafewlines [14- Sep- 2020]

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