La fusion nucléaire: l’énergie du futur ?

Publié le : 28/12/2022 – 17:24

Qu’est-ce que la fusion nucléaire ? 

La fusion nucléaire est un phénomène naturel qui se produit au cœur des étoiles et notamment à l’intérieur de notre Soleil. Le processus est continu et dégage une énergie gigantesque. À titre d’exemple, le soleil fusionne environ 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde et, en une seule seconde, produit autant d’énergie que l’humanité entière consomme en une année.  

Pour la partie théorique, la fusion nucléaire consiste à rapprocher deux noyaux atomiques légers pour former un noyau plus lourd. Il se distingue donc de la fission nucléaire, le phénomène qui se produit dans les réacteurs des centrales nucléaires, où il s’agit de séparer des noyaux des atomes lourds.  

Pour reproduire la réaction qui se passe au cœur du soleil, les scientifiques ont réussi en laboratoire à rapprocher deux atomes d’hydrogène à une température dépassant les 150 millions de degrés Celsius. Au moment où ces noyaux légers fusionnent, le noyau créé tente de retrouver un état stable et éjecte un atome d’hélium et un neutron. C’est ce phénomène qui dégage une grande quantité d’énergie.      

Mais le problème est de taille : pour pouvoir produire ces quantités d’énergie, il faut pouvoir le faire d’une manière contrôlée, autrement dit que tout le processus soit contenu au sein du réacteur. Or, l’homme a déjà réussi à produire la fusion et à voir ses effets dévastateurs lorsqu’il a conçu la bombe thermonucléaire (la bombe H). Dans ce cas précis, il s’agit d’une fusion incontrôlée. Donc, toute la problématique réside dans la façon de contrôler le processus de fusion. 

De quelle manière produire de l’énergie grâce à la fusion ? 

C’est un grand défi pour la communauté scientifique. Les conditions que le processus de fusion exige, et tel qu’il existe à l’intérieur des astres, n’existent pas sur la Terre. La température de plusieurs centaines de millions de degrés et un fort champ magnétique nécessaires à la fusion doivent donc être produits artificiellement. Or, aucun matériau existant dans la nature terrestre ne résiste à de telles températures qui permettent de déclencher la fusion.  

Alors, les chercheurs planchent sur le principe de « confinement magnétique », autrement dit produire une très haute température dans un réacteur en forme d’anneau qui maintient les atomes prêts à entrer en fusion à l’aide de puissants champs magnétiques. Et afin de faciliter le processus, il faut recourir aux isotopes de l’hydrogène. Les isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre de protons, mais pas le même nombre de neutrons. Les scientifiques ont conclu que l’isotope de l’hydrogène à deux neutrons, le deutérium, plus lourd et plus facile à faire fusionner, est en plus très facile à extraire à partir de l’eau de mer. Un élément donc en abondance dans l’environnement. L’autre possibilité est aussi d’utiliser le tritium, qui est produit par l’irradiation du lithium. Les chercheurs ont calculé qu’il suffit de quelques grammes de deutérium ou de tritium pour produire un térajoule d’énergie (2 777,8 MWh). Cela correspond à la consommation d’une personne d’un pays développé pendant plus de soixante ans.  

Deux manières pour créer de l’énergie grâce à la fusion 

En Californie, le Laboratoire national Lawrence Livermore (LLNL), qui a réalisé, début décembre 2022, cette expérience révolutionnaire en produisant plus d’énergie que celle nécessaire à la fusion, utilise la méthode dite « d’ignition ». En effet, le seuil d’ignition de la fusion nucléaire est atteint lorsque celle-ci franchit le point auquel elle se suffit à elle-même et commence à libérer plus d’énergie qu’elle avait besoin pour atteindre ce seuil. Et justement, pour obtenir le point d’ignition, la réaction a besoin d’un apport d’énergie constant. Pour que le combustible (isotopes d’hydrogène) puisse passer dans l’état de « plasma » (les électrons sont détachés du noyau), l’apport en chaleur se fait par des puissants lasers qui ciblent en même temps la capsule contenant l’hydrogène pour augmenter alors sa température et sa densité.  

Le laboratoire californien a, certes, produit de l’énergie en fusionnant les atomes, mais le rendement reste dérisoire pour pouvoir envisager une application industrielle à ce stade. De plus, l’installation californienne est conçue dans le but de démontrer le principe de fusion par laser et ce n’est donc pas un prototype de centrale à fusion. 

À la différence de l’installation américaine, le réacteur expérimental à fusion installé à Cadarache, dans le sud de la France, peut servir un jour à la production de l’électricité. Son nom est Iter (International Thermonuclear Experimental Reactor) et les atomes sont maintenus dans un puissant champ magnétique (50 000 fois plus élevé que le champ magnétique de la Terre) et à très haute température afin de forcer les atomes à fusionner. Ce réacteur en forme circulaire est le fruit d’une collaboration internationale de 35 pays qui ont, à présent, investi plus de 20 milliards d’euros. Mais nous sommes encore très loin du stade de la production de l’énergie peu chère et propre. La construction de l’Iter en France connaît quelques retards dus aux fissures apparues récemment sur les parois du réacteur. Et la construction nécessite de nouveaux financements. Les premières expériences à Cadarache sont attendues pour 2035. Et seulement si les expériences sont concluantes, la production de l’électricité grâce à la fusion pourrait être possible vers la fin du siècle. L’énergie peu chère et propre, sans rejets de CO2 ou de matières très radioactives, n’est donc pas encore envisageable dans un avenir proche.