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La fusion nucléaire : pourrait-on bientôt s’en servir ?

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La fusion nucléaire pourrait-elle bientôt être utilisée sur Terre ? Pour que la fusion se produise et génère un gain d’énergie, elle nécessite d’abord un apport d’énergie phénoménal. Le phénomène doit ensuite se produire sous une température supérieure à 100 millions de degrés Celsius.

Une des applications concrètes de la fusion nucléaire jamais effectuée est la bombe H, autrement appelée bombe thermonucléaire. Les recherches continuent grâce au programme international ITER, initié le 24 octobre 2007. Près de 35 pays (dont la France) contribuent actuellement à ce programme afin que, dans le futur, les centrales nucléaires à fusion puissent voir le jour et répondre aux besoins croissants en énergie de l’humanité.

En effet, produire une énergie suffisante pour la planète et une énergie renouvelable de surcroît, est l’un des enjeux vitaux du 21ᵉ siècle. Alors, comment fonctionne la fusion nucléaire ? Quels sont ses avantages et ses inconvénients ?

Est-ce que la fusion nucléaire est possible ?

Pour réussir la fusion nucléaire, les conditions suivantes doivent être réunies :

  • Une pression et une température élevée pouvant atteindre plus de 100 millions de degrés Celsius.
  • Un confinement magnétique des plasmas 

Les scientifiques tentent de reproduire le phénomène de fusion nucléaire dans le but de la transformer en source d’énergie exploitable. Ainsi, de nombreuses expériences de fusion ont été réalisées depuis plusieurs années.

La fusion : expérimentée depuis le début du XXe siècle

La première fusion a été réalisée en 1934 par Ernest Rutherford, physicien néo-zélandais. Il réalisa à cette époque la fusion du deutérium, un isotope lourd de l’hydrogène en hélium. Les expériences de fusion vont alors se poursuivre avec la découverte d’un deuxième isotope lourd de l’hydrogène, le tritium par Mark Oliphant.

C’est lors de la deuxième guerre mondiale qu’une théorie a été lancée sur la possibilité de construire des réacteurs à fusion nucléaire. Ces machines permettraient alors de produire de l’énergie. La réaction de fusion nucléaire a été utilisée dans la fabrication de la bombe H ou bombe à hydrogène dans les années 1950. Elle a été utilisée initialement par les États-Unis en 1952. 

ITER et le confinement magnétique

Actuellement, l’organisation ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) poursuit l’ambitieux projet de construire le plus grand tokamak au monde pour tenter le confinement magnétique des combustibles. Le tokamak est une machine conçue pour produire la fusion nucléaire afin de générer de l’énergie. Il dispose d’une forme d’anneau métallique creux où les plasmas sont chauffés à plusieurs millions de degrés. Cet engin a été créé entre 1950 et 1960 par les scientifiques Andrei Sakharov et Igor Tamm.

NIF et machines à laser mégajoule

Le 5 décembre 2022, les chercheurs de la NIF (National Ignition Facility) réussissent à produire une énergie supérieure à celle fournie pour la fusion des deux particules. Pour obtenir un gain de 1,5 fois l’énergie utilisée, la NIF s’est servie de machines à laser mégajoule. Il est à noter que ce type de laser est utilisé à la fois à des fins de recherche et à des fins militaires. 

Qu’est-ce qu’une réaction de fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire est un phénomène où deux atomes se combinent pour n’en former qu’un seul à très haute puissance. C’est un processus qui se produit naturellement au cœur du soleil et de certaines étoiles.

Quelle est la définition de la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire, comme son nom l’indique, est une réaction physique où deux noyaux atomiques fusionnent pour devenir un noyau plus lourd. En l’occurrence, deux isotopes de l’hydrogène sont utilisés pour la fusion expérimentale : le tritium et le deutérium.

La collision entre ces deux noyaux atomiques légers va former un noyau d’hélium plus lourd. Ce processus permet de libérer une quantité énorme d’énergie, car la masse du noyau final est inférieure à la somme des masses des noyaux initiaux. C’est cette différence de masse qui est convertie en énergie, suivant la formule d’Einstein : E= mc².

Comment fonctionne la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire est une réaction qui se produit dans le cœur du soleil et des astres composés de plasma d’hydrogène. Le plasma est un gaz ionisé et chaud qui provoque une forte interaction entre les atomes légers d’hydrogène.

La force gravitationnelle et l’agitation thermique qui y ont lieu constituent également des conditions nécessaires à la fusion. La température élevée est le principal critère pour que la réaction nucléaire ait lieu.

Quels sont les avantages de la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire présente certains avantages :

  • Elle libère plus d’énergie que la fission nucléaire.
  • Elle peut être utilisée sur le long terme.
  • Contrairement à la fission, la fusion ne produit pas de déchets radioactifs susceptibles de nuire à l’environnement.
  • Le deutérium est un combustible inépuisable sur notre planète. Et le deuxième composant, le tritium, est facile à fabriquer.

Quels sont les inconvénients de la fusion nucléaire ?

Même si la fusion est possible, il existe toutefois quelques inconvénients. À titre d’exemple, il est difficile de maintenir la matière à l’état de plasma. Le record est actuellement de 17 minutes, ce qui n’est pas suffisant pour produire la quantité d’énergie utile à l’humanité. De plus, les technologies ne sont pas encore assez développées pour rentabiliser la fusion nucléaire. Autrement dit, le gain d’énergie obtenu de la fusion est encore très faible comparé à l’apport d’énergie colossal nécessaire pour produire artificiellement le phénomène.

En somme, dans un futur proche, l’humanité ne pourra pas encore bénéficier de l’énergie produite par la fusion. Un développement des systèmes et de la technologie sont requis pour exploiter à fond ses capacités. 

Questions fréquemment posées

Quel est l’intérêt de la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire produit une plus grande quantité d’énergie que la fission, qui peut être exploitée pour générer de l’électricité dans des centrales. De plus, les particules comme le deutérium sont des ressources énergétiques durables, qui peuvent aller jusqu’à des millions d’années.

Quel déchet la fusion nucléaire produit-elle ?

Contrairement à la fission, la fusion ne produit pas de déchets nucléaires. De plus, elle est sans danger et ne présente aucun risque d’explosion au niveau des réacteurs à fusions.  

Quels sont les avantages économiques de la fusion nucléaire ?

La fusion nucléaire présente des avantages économiques, car elle permet de produire de l’énergie en abondance. Les combustibles de fusion sont par ailleurs disponibles en grande quantité, ce qui supprimerait les pénuries énergétiques.

Quel est le plus haut record de fusion ?

Actuellement, le plus haut record de fusion est détenu par les scientifiques de la National Ignition Facility. En décembre 2022, ils réussissent à atteindre un gain d’énergie net de 3,15 mégajoules (875 watt-heure). Ces mêmes scientifiques avaient déjà obtenu un gain de 1,37 mégajoules en août 2021.

Comment la fusion nucléaire produit-elle de l’énergie ?

La fusion nucléaire produit de l’énergie grâce à la combinaison d’atomes légers qui vont former un noyau plus lourd. Ce processus va dégager une énergie sous forme de lumière ou même de chaleur.

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