Est-ce actu scientifiquequ’on aurait manqué un épisode ?...

Les dernières actualités montrent que les chercheurs du MIT sont parvenus à construire un électro aimant surpuissant qui permettrait une avancée majeure dans le projet de la fusion nucléaire. En effet, en comparaison avec un aimant en cuivre classique, qui demande environ 200 millions de Watts pour confiner le plasma, l’aimant développé par le MIT ne demanderait que 30 Watts. De là nous pourrions nous interroger sur la fiabilité de cette nouvelle avancée scientifique ; se demander si la fusion nucléaire est finalement LE mécanisme qui remplacera toute production d'électricité que nous possédons à ce jour. Nous allons comparer la fusion et la fission nucléaire pour ainsi pouvoir en énumérer tous ses avantages de taille et son caractère révolutionnaire.

“Mais on en est où là ?!”

Rappel du concept de fission nucléaire. Il s’agit de faire entrer en collision un neutron et un atome lourd (uranium 235) ; ainsi lors de cette surcharge, l’atome lourd va se scinder en 2 et libérer une grande quantité d'énergie ainsi que plusieurs autres neutrons qui entreront en collision avec d’autres atomes lourds, etc … Ceci est appelé une réaction en chaîne.

 

Concernant le mécanisme de la fusion nucléaire, il est question de faire fusionner deux isotopes de l’hydrogène (le deutérium et le tritium) pour, en somme, former un atome dont le noyau est plus lourd (hélium) et un neutron. Ce qui libère une énergie beaucoup plus importante que dans le cas de la fission. Cela dit, avant d’atteindre le stade d’obtenir un nouvel atome plus lourd, il faut d’abord créer un plasma de plusieurs centaines de millions de degrés (environ 150 millions °C) au sein duquel, les 2 isotopes pourront fusionner. Le plasma est l’état particulier de la matière où celle-ci est totalement  «ionisée», c’est-à-dire lorsque tous ses atomes ont perdu leur(s) électron(s).

Les neutrons générés via les réactions en chaînes de la fusion, vont, étant donné de leur neutralité électronique, être propulsés en direction de la paroi du tokamak ; en raison de leur haute vélocité, ceux-ci vont, par la suite, chauffer la paroi de ce tokamak et comme celui-ci est entouré d’un compartiment d’eau, celle-ci va chauffer pour produire de la vapeur d’eau et ainsi actionner des turbines qui créeront de l’électricité.

 

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Le principe de fission nucléaire est en définitive, problématique en raison des déchets que cela produit ; des déchets qui, à l'heure actuelle, ne peuvent être ni recyclés, ni détruits pour limiter leur présence radioactive. En outre, il se pose aussi le problème de la sécurité des populations en cas de graves problèmes liés à la centrale (voir crise de Tchernobyl, Fukushima).

 

Ce que peut offrir la fusion nucléaire est en tout point, bien plus prometteur, sécuritaire et écologique que la fission nucléaire. A savoir qu'un projet de construction d’un réacteur expérimental à fusion nucléaire est en cours d’achèvement d’ici les 10 à 15 prochaines années (projet ITER). La fusion nucléaire permettrait l’arrêt complet de l’ensemble de tous les moyens de  production actuels, sachant que d’après les estimations de l’organisation ITER, les premières centrales à fusion nucléaire  seraient capables de délivrer entre 1 à 1,7 GW ; en comparaison, le territoire Français recense 4 centrales à fission nucléaire capable de produire une puissance de 1450 MW. 

 

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Informations complémentaires : 

 

La fusion nucléaire

Pour commencer, définissons ce qu'est la fusion nucléaire. La fusion nucléaire est la fusion de deux atomes légers, deux isotopes de l’hydrogène, le deutérium et le tritium pour en former un plus gros, l’hélium ainsi qu’un neutron.

La fusion nucléaire sur terre serait, en effet, de faire fusionner ces deux isotopes dans un plasma de plusieurs millions de degrés. Ce plasma serait suffisamment dense pour permettre à deux atomes qui initialement se repoussent, d’atteindre une vitesse suffisamment grande pour permettre une fusion. Cette fusion engendrerait une perte de masse d’environ 1%, cette différence de masse serait transformée en énergie thermique.

“Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme” - Lavoisier.

 

Mais comment créer ce plasma ?

Pour faire chauffer du plasma a 150 millions de degrés il faut de l’énergie, beaucoup d’énergie. De sorte que presque ⅔ de l’énergie produite devrait être initialement introduit pour démarrer la réaction. Le but ici est donc de produire plus que ce que l’on consomme. La méthode pour maintenir ce plasma confiné est d’utiliser des électroaimants dans un tokamak où le plasma serait sous vide. Jusqu’à maintenant l’aimant le plus puissant sur terre n’avait pas la capacité de contenir ce plasma. Depuis peu, un aimant plus puissant et 40 fois plus petit a été conçu par la MIT et consommant 30 W contre 200 MW. On aurait donc toutes les clés en mains pour rendre ce projet possible, mais il reste encore quelques incertitudes expliquant le fait qu’une partie de la communauté scientifique émettrait des doutes quant à la possible réalisation de ce projet. 

La réaction de fusion précédemment expliquée, va en plus de générer un atome d’hélium, générer un neutron qui va traverser le confinement magnétique puisqu’il est neutre et l’hélium quant à lui restera dans ce confinement magnétique. C’est ce neutron qui va porter son importance concernant la récupération de cette énergie. Le neutron, à l’impact, va chauffer les parois du tokamak dû à sa haute vélocité. Les parois du tokamak étant entouré d’eau, vont absorber cette énergie thermique et ainsi transformer cette eau en vapeur pour alimenter des turbines entraînant des alternateurs, c’est le schéma habituel des centrales thermiques. Cette eau va servir aussi pour refroidir les parois.

 

Mais les combustibles sont-ils abondants ?

Oui ils le sont puisque ce sont des isotopes de l’hydrogène, qui est majoritaire sur terre et dans l’univers. Le deutérium nous en disposons de quantités astronomiques dans l’eau de mer, et ce pour des millions d’années. Le tritium quant à lui peut se former facilement avec la fusion de lithium et un neutron. Nous aurions donc tout à gagner.

En comparaison avec le processus de fusion nucléaire, la fission nucléaire est un mécanisme totalement différent. Il s’agit de faire envoyer un neutron à très grande vitesse afin que celui-ci rencontre un atome très lourd tel que l’uranium 235, dont il est principalement utilisé dans les centrales nucléaires actuelles. Lors de cette rencontre, le neutron va faire surcharger l’atome lourd et ce-dernier va se scinder en 2 atomes plus légers. Lors de ce phénomène, une très grande quantité d’énergie va être libérée, et donc une très grande quantité de chaleur le sera aussi ; de plus, plusieurs autres neutrons seront dégagés et propulsés à très grande vitesse et rencontreront d’autres atomes lourds (uranium 235) qui par la suite, créeront un phénomène de fission, etc… Cette réaction en chaîne est donc exploitée dans toutes les centrales nucléaires actuelles ; celle-ci produit de la chaleur, cette chaleur produit de la vapeur d’eau puisque cette réaction se produit dans de grands bassins ; cette vapeur fait actionner des turbines qui produisent de l'électricité.

        

A noter, que la centrale expérimentale à fusion nucléaire du projet ITER va utiliser le même principe de transformation de la chaleur en électricité. La chaleur produite fera de la vapeur d’eau puisque le tokamak est entouré d’un compartiment accueillant ce liquide (voir explication précédente), cette vapeur fera tourner par la suite, des turbines qui produiront de l’électricité.

 

Comment l’idée de la fusion nucléaire nous est-elle venue à l'esprit ?

Il faut tout d’abord savoir, que le mécanisme de fusion nucléaire existe depuis la création de l’univers. En effet, ce mécanisme est omniprésent au cœur de toutes les étoiles, c’est la raison pour laquelle celles-ci dégagent autant de lumière et d’énergie.

Concernant le système de fusion nucléaire, ceci fut suggéré par l’astrophysicien Arthur Eddington (1822-1944) en 1920, il émit l’hypothèse que la transmutation de l’hydrogène en hélium était à l’origine du “feu” des étoiles.

Cela-dit, ce n’est qu’en 1934, qu'Ernest Rutherford réalisa une expérience cruciale dans la recherche concernant le domaine de la fusion nucléaire. En effet, il expérimenta en laboratoire, la fusion du deutérium en hélium. Cette recherche ouvrit la voie au projet ITER.

 

Mais que pourrait permettre en fin de compte cette avancée technologique pour notre civilisation ?

La fusion nucléaire permettrait l’arrêt complet et de façon accélérée de nos moyens de productions actuels d’énergie électrique via les ressources fossiles tels que le pétrole, le gaz, et autres sources fossiles qui à l’heure actuelle sont majoritaires dans le monde. Cette consommation électrique concerne nos industries, nos habitats et d'autres sources de consommation considérable d’énergie. On peut prendre exemple sur la Chine qui, dû à la crise du COVID-19, a remis en fonction des centrales à charbon. Mais cela ne réduira en rien la consommation de ressources naturelles tel que le lithium qui se fait rare. Elle pourrait aussi permettre l'avancée de projets scientifiques nécessitant beaucoup d'énergie.