Fusion nucléaire :qu'est-ce que c'est et où nous en sommes

La fusion nucléaire est une réaction qui libère beaucoup d’énergie à faible impact.Mais dans la pratique, la technologie nucléaire propre est encore immature.

LE'énergie nucléaire entre périodiquement dans le discours politique, comme source d'énergie propre et à faibles émissions.Au-delà des avantages et inconvénients de cette technologie, depuis quelques temps le thème de fusion nucléaire.La fusion nucléaire est présentée comme le «nucléaire propre» car, contrairement à la fission nucléaire qui caractérise les centrales électriques actuelles, elle produirait des quantités d'énergie presque illimitées sans émissions de gaz nocifs ni de gaz à effet de serre et avec la production de quantités limitées de déchets radioactifs dont le tritium.Un enthousiasme particulier a été suscité parexpérience réussie début 2022, réalisée par une équipe de recherche européenne en Angleterre, le Joint European Torus (Jet) d'Oxford, et dans laquelle a été testée une impulsion d'énergie de fusion nucléaire d'une durée d'au moins cinq secondes, le double par rapport à l'expérience précédente s'est produite en 1997.Ces temps que nous venons de décrire montrent clairement à quel point la recherche est encore en retard dans le développement de la technologie de fusion nucléaire.Deuxième une vieille blague, la fusion nucléaire est cette chose que l'on croit depuis cinquante ans arriver en trente ans.Il est vrai que la fusion nucléaire contrôlée pourrait – en théorie – résoudre les problèmes d'approvisionnement en énergie sur Terre, mais c'est une technologie à l'aube de son évolution, et qui n’est donc pas en mesure de résoudre à elle seule les problèmes dictés par l’urgence climatique.

• Qu'est-ce que la fusion nucléaire
• Comment fonctionne la fusion nucléaire
• Histoire de la fusion nucléaire, énergie nucléaire propre
• Parce que la fusion nucléaire ne fonctionne pas encore
• Alors qu’en est-il de la fusion froide ?

Qu'est-ce que la fusion nucléaire

La fusion nucléaire, par définition, c'est une réaction nucléaire dans lequel les noyaux de deux ou plusieurs atomes se réunissent pour former le noyau d'un nouvel élément chimique, plus ou moinsle contraire de la fission nucléaire, réaction à la base des centrales nucléaires actuelles, où un atome lourd se divise en deux ou plusieurs morceaux de masse inférieure.Pour que la fusion soit possible, il faut une grande quantité d'énergie, capable de vaincre la répulsion électromagnétique des noyaux.

Ce processus est à la base des étoiles, y compris le soleil, et a été reproduit artificiellement pour la première fois dans les années 1950 pour amplifier la puissance de la bombe atomique (appelée bombe H).Depuis les années 1960, de nombreuses expériences ont été menées pour exploiter l'énergie produite par la fusion nucléaire, mais les projets de ce type sont peu nombreux. toujours en construction.

Comment fonctionne la fusion nucléaire

Comme mentionné, la fusion nucléaire est la réaction physico-chimique à la base des étoiles dans laquelle le gaz chaud, le plasma, est maintenu confiné et cohérent par sa propre force gravitationnelle.Ce sont des réactions à températures très élevées, le principal problème est donc de trouver un matériau capable de maintenir confiné le plasma généré lors de la réaction.Les réactions les plus intéressantes testées jusqu'à présent sont celles impliquant l'utilisation de deutérium ou qui exploitent le cycle carbone-azote-oxygène.Ce sont des réactions qui produisent des températures inférieures à celles générées par les étoiles et donc non encore exploitables à des fins énergétiques.

La réaction la plus étudiée depuis des décennies, consistant à utiliser la fusion dans un réacteur de centrale électrique pour produire de l'électricité, est fusion deutérium-tritium, car c'est celui qui nécessite la température la plus basse (environ 200 millions de degrés).L'inconvénient de cette réaction est la production de neutrons de très haute énergie, donc très rapides, qui ne peuvent être confinés par un champ magnétique.Les neutrons interagissent donc fortement avec la matière environnante, rendant radioactifs les matériaux utilisés pour confiner la réaction, comme l'acier ou le béton armé.L’activation de ces neutrons nécessite donc blindage très lourd (par exemple le plomb).

Certaines expériences se sont concentrées sur réactions « aneutroniques », pour éviter la création de neutrons rapides.Mais ces projets doivent faire face à des températures encore plus élevées :là réaction hélium 3-deutérium, par exemple, peut produire 580 millions de degrés.Par rapport à la fusion deutérium-tritium, il faudrait augmenter de 6 fois l'intensité du champ magnétique, et donc la capacité de confinement, que pourrait offrir la technologie des supraconducteurs à haute température.

À l’intérieur des étoiles, la fusion nucléaire est du type deutérium-deutérium qui produit des neutrons avec une énergie nettement inférieure aux deux exemples précédents, mais des températures encore plus élevées.Cependant, pour contenir cette énergie, de nouveaux aimants basés sur des supraconducteurs à haute température encore plus avancés sont nécessaires, ce qui n'est cependant pas encore réalisable technologiquement, à moins qu'avant quelques décennies.

Même s’il s’agit de températures très élevées, aucun problème particulier de sécurité n’a été théorisé et, selon plusieurs experts, s'il y en avait, ils le seraient moins dangereux comparé à ce qui pourrait arriver dans un système de fission nucléaire dont les réactions en chaîne amplifient l’énergie et donc la chaleur produite.

Histoire de la fusion nucléaire, énergie nucléaire propre

La première expérience remonte à 1932 lorsque Mark Oliphant réalisait en laboratoire une fusion avec des isotopes lourds de l'hydrogène.Recherche sur les fusions à des fins militaires ils ont commencé au début des années 1940 dans le cadre du projet Manhattan (un programme de recherche et développement mené par les États-Unis qui a conduit à la création de bombes atomiques) et en 1952, ils ont été utilisés la première bombe H (dans le jargon Lierre Mike et a explosé aux Îles Marshall, dans un atoll qui abrite encore un dôme en béton avec des déchets radioactifs provenant d'essais nucléaires en dessous).

Au cours des soixante dernières années, des efforts théoriques et expérimentaux considérables ont également été déployés pour développer la fusion nucléaire. à des fins civiles plutôt que de faire la guerre ou de produire de l'électricité.À ce jour, le réacteur à fusion nucléaire le plus avancé est représenté par Itérer (Réacteur expérimental thermonucléaire international), réacteur en forme de toroïdal (beignet) dans lequel un plasma (généralement de l'hydrogène) à très haute température et basse pression est maintenu cohérent et éloigné des parois internes grâce à un champ magnétique généré par des électro-aimants extérieurs à la chambre.

Le projet Iter implique 35 pays (dont les États membres de l'Union européenne, les États-Unis, l'Inde, le Japon, la Corée du Sud et la Russie) dans le but de construire le premier réacteur expérimental de ce type à Cadarache, dans le sud de la France. L'Italie participe à Iter avec un site de test à Frascati.

Outre Iter, il existe deux autres projets expérimentaux, Sparc (dont Eni est le principal actionnaire) et Arc. Le premier réacteur de démonstration, le projet Démos, si tout se passe comme prévu et en forte discontinuité par rapport aux retards passés, cela pourrait être prêt pas avant 2050. Demo est en fait un prototype de réacteur pour une centrale nucléaire à fusion étudié par le consortium européen Eurofusion comme successeur idéal du réacteur expérimental Iter.

Parce que la fusion nucléaire ne fonctionne pas encore

Le principal problème depuis les années 1960 jusqu’à aujourd’hui, et probablement aussi dans un avenir proche, est représenté par difficulté à atteindre un bilan énergétique positif du réacteur.En effet, à ce jour, il n'a pas encore été possible de construire un réacteur produisant normalement pendant son fonctionnement continu. plus d'électricité que vous n'en consommez pour alimenter les aimants et les systèmes de confinement auxiliaires.

Pas un problème mineur c'est une question de coûts:Iter, le projet le plus avancé en matière de fusion nucléaire, prévoyait initialement un coût de 13 milliards d'euros mais certains prétendent qu'il pourrait facilement atteindre 30 milliards, sans parler de la nécessité d'utiliser une énorme quantité d'énergie pour pouvoir poursuivre les expériences.

Alors qu’en est-il de la fusion froide ?

Le 23 mars 1989, à l'Université de l'Utah, les deux électrochimistes Martin Fleischmann et Stanley Pons déclarent dans un conférence de presse d'avoir réalisé la fusion nucléaire non pas dans un plasma très chaud maintenu à des pressions extrêmes à l'intérieur d'énormes et complexes réacteurs, mais "dans un tube à essai", à température ambiante.Les deux scientifiques ont inauguré la saison de la « fusion froide », qui promettait de révolutionner le monde de l'énergie.Comme nous le savons, la révolution n’a jamais eu lieu.Pourquoi?

D'abord, un bataille pour obtenir le brevet avant d’autres, a conduit à ce que la recherche ne soit jamais entièrement étudiée afin de pouvoir être reproduite.La précipitation avec laquelle les résultats ont été publiés par Fleschmann et Pons n'a pas permis de résoudre diverses anomalies apparues lors de la phase de conception.Pour cela, fusion froide ça n'a jamais été prouvé par la communauté scientifique et aucun prototype commercial n'est jamais arrivé.

En conclusion, la fusion nucléaire est certainement une technologie très fascinante et dotée d’un riche potentiel.Mais de nombreux problèmes subsistent tout au long de son évolution et, compte tenu de l'urgence climatique actuelle, son Les délais de développement sont encore trop lents et coûteux afin de représenter une solution valable pour le secteur de l’énergie.