La Fusion Nucléaire

Le principe de la fusion nucléaire :

la fusion nucléaire est le principe inversée de la fission. En effet, dans la fission, un atome lourd1 est scindé en deux nouvelle particule plus légères ; alors que dans la fusion, ce sont deux atomes légés qui s'assemblent (fusionnent) afin de créer une nouvelle particule plus lourde2.

Ce phénomène est appeler « la nucléosynthèse ».

Avec la fusion nucléaire contrôlée, la science a pour but de reproduire les réactions thermonucléaires naturelles qui ont lieu au sein des étoiles, à des températures colossale de plusieurs millions de degrés. Ce procédé a pour objectif de copier notre soleil afin de produire de l’électricité en grande quantité.

Cependant, reproduire un soleil à petite échelle n’est pas si simple. Il est nécessaire de rapprocher deux « isotope3 » de l'hydrogène (deutérium/tritium) assez prêt l'un de l'autre, au point de provoquer leur fusion ; alors que ces derniers ont une forte tendance à se repousser l’un l’autre. Pour cela, un mélange de ces deux éléments est porté à une température de l’ordre de 100 millions de degrés. on obtient ce que l’on appelle un « plasma4 »,  fournissant assez d’énergie pour surmonter les forces de répulsion. Les noyaux se séparent de leurs électrons, acquièrent des vitesses incroyables et se heurtent violemment entre eux. En fusionnant, les noyaux du deutérium et du tritium créent un noyau d’hélium et libèrent un neutron ainsi qu’une une forte énergie.

Celle-çi, on peut la calculer grâce à la formule à la fois simple et géniale d’Albert Einstein : E=mc2, représentant ici le défaut de masse i nduit par la réaction5. Principe de fonctionnement des réacteurs à fusion thermonucléaire :

bref histoire :

En 1988, un accord a ete conclu entre Etats-Unis, Russie, Japon et Europe dans le but de

concevoir une machine destinee a atteindre l'ignition : ITER. Apres plusieurs etapes,

on est arrive en 1998 au dessin d'un Tokamak contenant environ 1 500 m 3 de plasma.

Néanmoins, les quatre partenaires font preuve d'un enthousiasme reduit

pour un tel projet (5,5 milliards d'euros) n'ayant des retombees qu'a long terme et les

Etats-Unis se sont retirés. L'accord ITER a ete prolonge a trois jusqu'en 2002 avec

comme objectif une reduction du projet tout en conservant une ambition suffisante

pour que la strategic en deux etapes ait toujours un sens. C'est ainsi qu'est en train de

naitre ITER FEAT, machine dont « le cout est divise par deux »6 et dont 1'objectif n'est

plus que d'atteindre « Q= 10 »7, domaine de parametre suffisant pour que les reactions de

fusion dominent le fonctionnement.

1. fusion par confinement magnétique (tokamak) :

L’architecture d’un « tokamak »8 repose sur les principes du confinement magnétique. Les deux autres types de confinement existants sont le confinement inertiel (par laser) et le « confinement gravitationnel9 ».

Au sein d’un tokamak, il faut confiner le plasma dans un volume limité, suffisamment éloigné des parois. Celles-ci ne pourraient résister aux températures extrêmes nécessaires à l’enclenchement du processus de fusion. Puisqu’aucun matériau connu n’est suffisamment résistant, il faut utiliser une barrière « immatérielle » : un champ magnétique.

Un champ magnétique est un champ de force résultant du déplacement des charges électriques10. Comme le plasma est constitué de « particules chargées11 » électriquement, on peut confiner leur trajectoire de déplacement à l'intérieur de l’anneau vide du tokamak au moyen de champs magnétiques.cependant,le courant qui chauffe le plasma dans sa phase initiale ne suffit pas pour atteindre les températures requises pour la fusion nucléaire.

Donc, on a recours à des systèmes de chauffage additionnels :

Le chauffage « ohmique »12, généré par les bobines poloïdales ;

L’injection de particules accélérées dans un accélérateur de particules annexe ; On constate que plus on injecte de particules, plus l’énergie thermique produite est importante. Pour entretenir cette chaleur, on rajoute des ions positifs de deutérium que l'on accélère et que l'on rend électriquement neutre pour ne pas réagir avec le champ magnétique. Les particules cèdent leur énergie cinétique en rencontrant d'autres particules ce qui crée de la chaleur.

L’injection d’ondes à très haute fréquence 13;

Les réactions de fusion ; une fois déclenchées, elles produiront de l’hélium et des neutrons « hautements énergétiques »14 qui participeront à leurs tour au chauffage du plasma.

2. Fusion par confinement inertiel :

l'idée à la base de la fusion par confinement inertiel est de faire « imploser 15» une capsule sphérique contenant un melange de deutérium et de tritium.

Pour réaliser le processus, la cible est attaquée par un « rayonnement » très intense. la paroi externe, alors trnasformé en un plasma sous l'effet de l'élévation de temperature, se détend vers le vide ce qui, par effet fusée, entraîne l'implosion de la capsule et la compression du mélange fusible. Et si les conditions de températures et de pressions, atteignent au cœur de la cible comprimée des valeurs requises, la fusion s'enclenche. Et tant que la cible se désagrège, l'énergie thermonucléaire se gégage.

principe du réacteur :

La fusion par confinement inertiel comporte quatre parties principales :

1.Chauffage de la cible par la source d'énergie.

2.Création d'un plasma qui comprime la capsule.

3.Ignition

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