Espace nucléaire

La fusion nucléaire, ou fusion thermonucléaire, constitue potentiellement une des sources d'énergie primaire les plus intéressantes, mais, compte tenu des avancements actuels de la R&D, il n'est pas attendu de déploiement industriel de cette technologie avant au moins cinquante ou cent ans. Un réacteur expérimental, ITER, permet de faire avancer la recherche sur le thème de la fusion nucléaire.

Principe de la fusion nucléaire

 

Une réaction thermonucléaire

La fusion est le mariage de deux noyaux légers qui va donner naissance à un noyau plus lourd. La masse du noyau final est plus petite que la somme des masses des deux noyaux initiaux. Ce "défaut de masse", qui n'obéit pas à la célèbre équation d'Einstein : E=mc², se traduit par une forte libération d'énergie, dont la concentration est bien plus importante que celle dégagée par une réaction de fission.

La réaction de fusion est à la fois complexe et difficile à réaliser. Il est nécessaire, pour que la réaction se produise, de vaincre la répulsion électrostatique empêchant les noyaux des atomes, chargés positivement, de s'approcher assez près les uns des autres. Cette force électrique agit sur une plus grande distance que les forces nucléaires liant les nucléons. Pour vaincre cette barrière répulsive, les noyaux doivent être dans un état d'agitation thermique très grand, ce qui signifie qu'ils doivent se trouver dans un milieu porté à une température très élevée. C'est pour cela que la fusion est une réaction dite " thermonucléaire ".

Une réaction à maîtriser

A faible concentration, le mélange des isotopes de l'hydrogène à fusionner peut être emprisonné à l'intérieur de cloisons immatérielles, produites à l'aide de champs magnétiques. Dans des machines appelées Tokamak, on élève la température du mélange à plus de 100 millions de degrés. Dans de telle conditions, les électrons ne sont plus liés au noyaux, et le mélange prend la forme d'un gaz d'ions et d'électrons libres, appelé plasma.

A forte concentration, le mélange d'isotopes d'hydrogène que l'on doit fusionner est enfermé dans une microbille que l'on va irradier très rapidement avec des faisceaux de lasers très puissants.

Une réaction naturelle dans les étoiles

La fusion s'effectue naturellement dans les étoiles, environnements extrêmement chauds. Au cœur du soleil, les températures sont de l'ordre de plusieurs dizaines de millions de degrés, ce qui crée des possibilités de fusion de noyaux légers comme ceux d'hydrogène en hélium. Ces réactions de fusion thermonucléaire dégagent d'énormes quantité d'énergie et expliquent la très haute température du Soleil, lequel atteint les 5700°C en surface. Une infime quantité de l'énergie rayonnée par le Soleil arrive sur Terre et permet la vie sur la planète bleue.

Dans des étoiles encore plus massives que le Soleil, des températures encore plus importantes permettent la fusion de noyaux plus lourds que ceux de l'hydrogène. Ces réactions peuvent produire des noyaux de carbone, d'oxygène et même de fer au cœur des étoiles les plus chaudes.

Atouts de la fusion nucléaire

Les atouts de la fusion thermonucléaire sont nombreux :

• Le deutérium et le lithium servant à produire le tritium sont abondants dans la nature, ce qui élude le problème des réserves ;
• Les déchets radioactifs de longue durée et hautement actifs sont absents de la réaction de fusion ;
• La fusion n’induit pas d’effet de serre
• L'activité nucléaire basée sur la fusion ne produit quasiment pas de CO2 et ne contribue donc pas à l'augmentation des gaz à effet de serre ;
• Le niveau de sécurité du réacteur de fusion est élevé, dans le sens où le plasma disparaît immédiatement en cas de dysfonctionnement.