La fusion nucléaire, une réaction dans laquelle deux noyaux atomiques légers se combinent pour en former un plus lourd, est le processus qui alimente le Soleil et le les étoiles, capable de libérer d’énormes quantités d’énergie. Mais alors, si cela fonctionne si bien dans la nature, pourquoi ne pouvons-nous pas le reproduire également sur Terre ? La fusion nucléaire est propre, sûre et pratiquement inépuisable. Pour l’obtenir sur Terre, il faut reproduire des conditions extrêmes de température et de pression, similaires à celles du noyau solaire, pour vaincre la répulsion entre les noyaux et les forcer à fusionner. Le principal défi technologique est précisément de créer et de maintenir ces conditions de manière contrôlée.
Qu’est-ce que la fusion nucléaire
La fusion nucléaire est une réaction dans laquelle deux noyaux atomiques légerscomme ceux de l’hydrogène, se réunissent pour former un noyau plus lourd, libérant énergie. C’est l’opposé de la fission – utilisée dans les centrales nucléaires – où un noyau lourd se divise en deux noyaux plus légers. La réaction la plus étudiée est celle entre deutérium Et tritiumdeux isotopes de l’hydrogène :
Deutérium + Tritium → Hélium + Neutron + Énergie
Cette réaction est exothermique, c’est-à-dire produit de l’énergieet c’est ce qui alimente les étoiles. Mais sa reproduction sur Terre est techniquement complexe.
Quelles sont les difficultés techniques les plus importantes
Il existe plusieurs difficultés techniques qui rendent la fusion nucléaire complexe à réaliser sur Terre.
- Surmonter la répulsion entre les deux noyaux: les noyaux atomiques sont chargé positivementalors ils se rejettent. Pour les faire fondre, il faut les rapprocher très près, en dépassant le barrière électrostatique. Vous pouvez le faire avec températures très élevéesde l’ordre de 100 millions de degrés Celsius!
- Confiner le plasma: à ces températures la matière devient plasmaun gaz de particules chargées ionisées. Pour le contenir et piéger le plasma, ils sont utilisés champs magnétiques très fort.
- Durabilité et stabilité: le plasma doit rester écurie assez longtemps pour que la fusion ait lieu. Mais comme le plasma est turbulent et instable, il a tendance à « échapper » aux champs magnétiques. Maintenir la réaction pendant plus de quelques secondes constitue donc un défi.
- Bilan énergétique: Jusqu’à présent, les expériences et les systèmes qui tentent de produire de l’énergie par fusion nucléaire ont nécessité plus d’énergie qu’elle n’en produitcône pour alimenter l’ensemble du processus. L’objectif à atteindre à l’avenir sera d’atteindre un bilan énergétique positif. La première étape pour y parvenir est ce qu’on appelle seuil de rentabilitéc’est-à-dire lorsque l’énergie produite par la réaction dépasse celle introduite.
En 2022, le laboratoire NIF aux États-Unis a progressé en produisant plus d’énergie que ce qui était mis dans la réaction. Cependant, ses performances sont encore loin d’équilibrer énergétiquement tous les services auxiliaires qui alimentent l’expérience, comme les systèmes de refroidissement ou les serveurs.
Technologies sur le terrain
Il existe différentes technologies permettant la création du plasma et son confinement. Il existe le tokamaken forme de beignet, qui utilise des champs magnétiques pour confiner le plasma. Le projet ITER est un exemple en construction.
Alors ils existent aussi laser très puissant à fusion inertielle, qui compriment capsules de carburant et déclencher la fusion. C’est la méthode utilisée par Installation nationale d’allumage (NIF) aux États-Unis. Enfin le Stellarateuravec une géométrie plus complexe, conçue pour améliorer la stabilité du plasma. Le réacteur Wendelstein 7-X en Allemagne, c’est l’un des plus avancés.
Parce que nous nous soucions tellement
La fusion nucléaire pourrait révolutionner le monde de l’énergie : il ne produit pas de gaz à effet de serre Et ne génère pas de déchets radioactifs à longue durée de vie. Le combustible au deutérium est copieux et se trouve dans l’eau de mer. Finalement c’est sûr et il ne peut pas exploser. En pratique, ce serait comme avoir un Soleil miniature sur Terrecapable de fournir une énergie propre et pratiquement infinie.