Jeudi 5 Mai 2022
Comment obtenir une énergie, propre (n’émettant pas des gaz à effet de serre ni de déchets radioactifs) et qui est disponible indéfiniment? Seule la fusion nucléaire répond à ces exigences dans la mesure où elle peut être contrôlée. Dans une réaction de fusion deux noyaux d’atomes légers (deutérium et tritium par exemple) fusionnent pour donner un noyau plus lourd (hélium). Au cours de la fusion il y a perte de masse qui selon l’équation d’Einstein se transforme en énergie. Maitriser la réaction de fusion permettrait d’obtenir de l’énergie en quantité infinie.
La fusion ne peut avoir lieu que si les noyaux atomiques sont séparés de leur environnement électronique pour cela il faut chauffer les atomes a des températures très élevées de l’ordre de 150 millions de degrés on obtient ainsi un plasma dans lequel noyaux et électrons sont séparés. Les noyaux peuvent alors se percuter et, si la percussion est très forte, fusionner. On a tenté de réaliser ces fusions de deux manières les « mégajoules » et les « tokamaks ».
Dans les mégajoules on enferme les deux gaz deutérium et tritium dans une capsule de la taille d’un grain de maïs, et on soumet cette capsule à une impulsion simultanée du rayonnement de 150 à 200 lasers dont la somme de capacités énergétiques est proche de deux mégajoules. La capsule et donc les deux gaz qu’elle contient reçoivent un choc énergétique susceptible de provoquer la fusion de leurs noyaux.
Les tokamaks sont des enceintes de forme torique enveloppées par une grille de puissants aimants. Dans cette enceinte les gaz deutérium et tritium sont chauffés jusqu’à atteindre la phase plasma où noyaux et électrons sont séparés ; les aimants vont maintenir le plasma en forme d’anneau qui ne puisse toucher et fondre les parois du tokamak. Les noyaux confinés à l’intérieur du plasma vont pouvoir fusionner et produire à leur tour de l’énergie par perte de masse.
Jusqu’ici les dispositifs mégajoule et les tokamaks avaient échoué dans l’initiation d’une réaction de fusion. Ce n’est plus le cas aujourd’hui ; les deux dispositifs les plus avancés : le NIF (National Ignition Project) mégajoule Américain et le JET (Joint European Torus) le plus grand tokamak en fonctionnement actuel basé en Angleterre ont publié des résultats particulièrement encourageants.
Les chercheurs qui travaillent sur le mégajoule américain ont annoncé avoir produit, le 8 août de l’année dernière, une réaction de fusion délivrant une quantité d’énergie à la limite de celle apportée par le tir des lasers*. Un tir de 1,9 mégajoule a produit une fusion délivrant 1,35 mégajoule ce qui s’est traduit par une flamme qui s’est propagée à l’intérieur de la minuscule chambre plasmatique. Les chercheurs espèrent atteindre une énergie de fusion supérieure à celle fournie par un tir de lasers en améliorant la taille de la chambre plasmatique et l’efficacité des tirs.
En 1997, le tokamak JET avait généré pendant 1,5 seconde, une pulsion énergétique qui avait atteint les deux tiers de la quantité de celle qui lui était fournie**. Mais les progrès restaient insignifiants et l’appareil posait de nombreux problèmes. Cela a d’ailleurs conduit à la réalisation d’ITER, tokamak géant (20m de diamètre) en cours de construction à Cadarache, qui devrait permettre un meilleur confinement du plasma. En attendant les chercheurs du JET ne sont pas restés inactifs, ils ont augmenté la puissance des aimants, modifié le système de chauffage et remplacé les parois internes de la chambre de leur tokamak de façon à se rapprocher le plus près du futur ITER. Le 21 décembre 2021 ils ont pu maintenir pendant 5 s deux isotopes de l’hydrogène (Tritium et Deutérium) à 150 millions de degrés et créer une réaction de fusion libérant une énergie de 59 mégajoules 2,5 fois plus que les 22 mégajoules qu’ils avaient obtenus il y a 20 ans. Ce succès est encourageant pour ITER qui devrait enfin atteindre un rendement supérieur à l’énergie qui est dépensée pour entretenir le plasma.
Une réaction de fusion entretenue et contrôlée semble maintenant du domaine du possible ; bientôt pourrons-nous peut-être disposer d’une source d’énergie propre en quantité illimitée.
*Daniel Clery, Science, vol.373, N°6557, P.841.
**Daniel Clery, Science, vol. 375, N° 6581, p.600.
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