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La révolution de la fusion thermonucléaire est en marche

fusionnucPour le Centre Européen d’Excellence en Biomimétisme, « le biomimétisme consiste in fine à faire de la recherche autrement, en s’inspirant du vivant pour tirer parti des solutions et inventions produites par la nature ». C’est justement sur ce principe que se fondent les travaux de l’industrie nucléaire pour développer la fusion thermonucléaire. Celle-ci vise en effet à reproduire le fonctionnement des étoiles et du Soleil sur Terre. Etat des lieux et explications.

Les conditions de réalisation de la fusion thermonucléaire

Pour le Commissariat à l’énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), la fusion nucléaire consiste à exploiter « l’énergie de liaison nucléaire » reliant les protons et les neutrons pour former le noyau des atomes. Afin d’exploiter cette énergie, deux méthodes sont aujourd’hui connues : casser des noyaux lourds (fission nucléaire) ou fusionner des noyaux légers (fusion nucléaire).

Après des années de recherche, les scientifiques ont opté pour l’utilisation du deutérium et du tritium, deux isotopes de l’hydrogène, afin d’optimiser le processus de libération d’énergie par fusion. Pour réussir ce procédé, il faut porter la matière à très haute température (environ 150 millions de degrés Celsius), qui se présentera alors sous la forme d’un plasma (ni solide, ni liquide, ni gazeuse).

Ainsi que l’explique Jérôme Paméla, Directeur de l’Agence ITER France : « la quantité de lithium et de deutérium contenue dans une batterie d’ordinateur portable et quarante litres d’eau satisferait la consommation d’électricité d’un Européen pendant trente ans. Il faudrait une quarantaine de tonnes de charbon pour produire autant d’électricité ».

Le fonctionnement d’un réacteur expérimental : le tokamak et le confinement magnétique

Le tokamak est un réacteur expérimental qui permet de maintenir le plasma de fusion à très haute température pendant plusieurs minutes. Ce « confinement du plasma est obtenu par la superposition de deux champs magnétiques qui agissent comme des rails invisibles guidant les particules ». Il est associé à des « composants activement refroidis » et à un circuit d’eau à haute pression. Enfin, un « limiteur plancher circulaire » permet également d’évacuer une partie de la puissance cédée par le plasma.

La fusion réalisée au sein du plasma « donne naissance à un noyau d’hélium 4 doué d’une énergie de 3,52 MeV et à un neutron de 14,06 MeV ». Afin d’isoler les parois de ce plasma, dont les particules sont électriquement chargées, on utilise donc une « chambre toroïdale avec bobines magnétiques ». A l’horizon 2030, le confinement magnétique devrait pouvoir se faire sur des temps longs ; par ailleurs, la question de l’étanchéité de l’enceinte est également primordiale.

Si à l’heure actuelle plusieurs tokamaks sont en exploitation ou en construction, des progrès doivent encore être réalisés, notamment afin qu’ils respectent le critère de Lawson*, autrement dit, pour démontrer la viabilité de telles installations. Un préalable en passe d’être obtenu depuis que les résultats apportés par le tokamak Jet (UK) ou par le Tore Supra (France), ont amélioré les connaissances sur la physique des plasmas. Le projet international ITER, initié en 1985 par M. Gorbatchev, R. Reagan et F. Mitterrand, nous autorise d’ailleurs à envisager une production industrielle avant la fin du siècle.

Quelle alternative à la fusion thermonucléaire par confinement magnétique ?

Aux Etats-Unis, les chercheurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) planchent également sur le réacteur ARC (affordable, robust, compact). Celui-ci devrait être opérationnel avant le réacteur ITER tout en ayant un coût de fabrication largement inférieur (5 milliards d’euros, contre 16 milliards), mais appartient encore à la grande famille des tokamaks.

Dans le champ de la recherche sur la fusion thermonucléaire, on peut évoquer une alternative au réacteur tokamak élaborée par l’institut Max Planck, en Allemagne : le Wendelstein 7-X. Inspiré par les travaux américains sur les stellarators, la construction d’un premier prototype vient de s’achever en 2015. Son objectif est de pouvoir contrôler le plasma pendant plus de 30 minutes (contre 6 minutes pour le record du Tore Supra en 2003). Toutefois, le W7-X fonctionne toujours sur le principe du confinement magnétique.

En revanche, il existe actuellement une technique concurrente pour la production civile d’énergie de fusion : « la fusion par confinement inertiel ». Imaginée par le physicien américain John Nuckolls en 1972, elle est développée en Europe dans le cadre du projet HiPER, initié par la Commission européenne lors de la présidence française en 2008. Aux Etats-Unis, un projet similaire (LIFE : Laser Inertial Fusion-Fission Energy) a été initié en septembre 2008, devant l’American Nuclear Society.

*Critère de Lawson : assurer que l’énergie de fusion dégagée (modulo un rendement d’extraction de 30%) soit supérieure à l’énergie qu’il faut fournir au plasma pour l’amener dans les conditions de combustion.

 

Rédigé par : jacques-mirat

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COMMENTAIRES

  • L’équivalent de quarante tonnes de charbon me paraît un excellent résultat si on déduit de l’énergie produite l’énergie « grise » pour construire le réacteur, l’énergie utilisée pour démarrer la réaction (150 miiloins °C !)
    et l’énergie utilisé pour contenir la réaction (chambre électro-magnétique). Si les meilleurs ingénieurs du monde qui cherchent depuis des dizaines d’années avec des subventions publiques énormes n’ont pas encore trouvé une solution à ce problème, il faut peut-être changer de problème : une fraction de ce temps-budget recherche investi dans les renouvelables produiraient beaucoup plus d’effet, sauf en termes de com’.

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  • « une fraction de ce temps-budget recherche investi dans les renouvelables produiraient beaucoup plus d’effet, sauf en termes de com’. »

    Vous plaisantez ?

    ITER a un budget d’environ 12 milliards d’euros, dont le coût est partagé entre 34 nations dans le monde. Et son but n’est rien d’autre que de faire passer l’humanité dans la prochaine étape de son développement.

    À l’inverse, le PV et l’éolien ont déjà coûté 300 milliards d’euros rien qu’en l’Allemagne, et ne représentent pas plus de 20% de son mix électrique. Le kWh allemand est toujours 15 fois plus polluant que le kWh français, mais les médias nous bassine depuis 10 ans à propos de l’énergie « verte » allemande !

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    • Voilà des chiffres et des « réalités » qui demanderaient un peu de vérification !… Quant au « saut quantique » que devait produire l’énergie thermonucléaire contrôlée sur notre civilisation, on est comme Sœur Anne, on ne voit rien venir , et ceci depuis les dernières décennies du XX° siècle !… On y a cru deux ou trois fois, dans les années 80, puis le soufflet est retombé !… Une dernière fois, l’espoir fut de courte durée, avec la Fusion Froide !… Maintenant, le rendez-vous a été renvoyé à la fin du siècle ( celui–ci, le XXI° …) . L’astrophysicien iconoclaste Jean-Pierre Petit prétend que c’est une chimère et qu’on y arrivera pas , à faire « du soleil en boîte » !… Il estime que les vraies énergies de demain résident dans une « nouvelle Physique » … sur laquelle il travaille , avec ses moyens de « savant maudit » !… Ce qui est maudit aussi, c’est que nous parviendront pas à nous débarrasser ( comme prévu ) des déchets nucléaires … recyclés à l’intérieur de la fournaise magnétique des super-tokamak !… Et çà, c’est le plus grave !…

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  • Pour ma part je pense qu’on aurait tout intérêt à développer les réacteurs nucléaires à sels fondus de Thorium, on est sur que ça marche, et ça nous laisserait le temps de voir le temps de développer des alternatives tel que la fusion.

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    • Malheureusement, cette filière ne rapporterait pas à certains cercles financiers, qui ont fait en sorte que les projets industriels passent obligatoirement par l’uranium !… ( Voir l’exemple de l’Aérotrain , sacrifié sur l’autel du TGV et de l’enrichissement de la famille Schneider … dont l’épouse de Giscard faisait partie !…)

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