21 - LAFUSION CONTRÔLÉE, ESPOIRS ET DÉCONVENUES
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Le deutérium a été fabriqué lors de la nucléosynthèse primordiale (« big-bang »),
ce qui en fait le moins renouvelable de tous les combustibles ! Mais les réserves,
contenues dans l’eau des océans, sont en pratique illimitées : dans un mètre cube
d’eau de mer sont en effet dispersés 2 dL (un grand verre) d’eau lourde dont le deutérium pourrait libérer autant d’énergie qu’environ 1000 tonnes de charbon ou de
pétrole. C’est dire l’intérêt à long terme présenté par la fusion.
21.4. CHAUDRON MAGNÉTIQUE OU MICRO « BIG-BANG » ?
Si l’on désire obtenir un régime continu à la température élevée nécessaire à l’entretien de la réaction D-T, le nombre de particules par unité de volume doit être restreint
à une valeur (basse à notre échelle) compatible avec la nécessité de maintenir la
densité d’énergie inférieure à une limite imposée par la tenue des matériaux. Ce
milieu doit être isolé de toute paroi au moyen d’un champ magnétique de configuration appropriée. Un tel état de la matière n’existe pas en permanence dans la
Nature.
Telle est l'origine profonde des difficultés rencontrées depuis 50 ans dans la voie
du confinement magnétique. Elles avaient été largement sous-estimées au départ.
En régime de confinement magnétique, l’allumage a lieu lorsque l’énergie des
hélions produits et qui restent dans le plasma compense exactement les pertes
par rayonnement et fuites de particules. La réaction auto-entretenue dure autant
que la configuration de plasma et de champ magnétique le permet. On définit un
temps τ de confinement de l’énergie qui doit satisfaire à la condition de LAWSON
(1957) :
nτ ≥ 10
14 cm
–3 . s
à
T ≈ 10
8 K
où n est la densité particulaire limitée en pratique à 10
14 cm
–3 . L’objectif est ainsi de
confiner, pendant un temps supérieur à une seconde, un milieu (plasma de deutérium-tritium) dont la température est de 100 millions de degrés.
L’autre possibilité consiste à laisser s’emballer la réaction. Mais il faut alors réduire
l’énergie, proportionnelle à la masse de combustible, libérée par chaque explosion
de façon à ne rien détruire. On parle alors pudiquement de confinement inertiel.
Dans ce domaine aussi, la progression est lente et le chemin semé d’embûches.
En régime explosif, l’opérateur n’a plus à se rendre maître du temps. Le critère pour
obtenir une réaction en masse porte sur le produit de la densité (masse volumique)
par le rayon d’une boule de D-T soit :
ρr ≥ 2 g . cm
–2
Pour satisfaire cette inégalité, et en même temps limiter l’énergie libérée lors d’une
explosion à une valeur non-dangereuse, le D-T doit être à une densité de l’ordre
de 1000 à 10 000 fois celle du liquide. Il est donc nécessaire de le comprimer for-
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Le deutérium a été fabriqué lors de la nucléosynthèse primordiale (« big-bang »),
ce qui en fait le moins renouvelable de tous les combustibles ! Mais les réserves,
contenues dans l’eau des océans, sont en pratique illimitées : dans un mètre cube
d’eau de mer sont en effet dispersés 2 dL (un grand verre) d’eau lourde dont le deutérium pourrait libérer autant d’énergie qu’environ 1000 tonnes de charbon ou de
pétrole. C’est dire l’intérêt à long terme présenté par la fusion.
21.4. CHAUDRON MAGNÉTIQUE OU MICRO « BIG-BANG » ?
Si l’on désire obtenir un régime continu à la température élevée nécessaire à l’entretien de la réaction D-T, le nombre de particules par unité de volume doit être restreint
à une valeur (basse à notre échelle) compatible avec la nécessité de maintenir la
densité d’énergie inférieure à une limite imposée par la tenue des matériaux. Ce
milieu doit être isolé de toute paroi au moyen d’un champ magnétique de configuration appropriée. Un tel état de la matière n’existe pas en permanence dans la
Nature.
Telle est l'origine profonde des difficultés rencontrées depuis 50 ans dans la voie
du confinement magnétique. Elles avaient été largement sous-estimées au départ.
En régime de confinement magnétique, l’allumage a lieu lorsque l’énergie des
hélions produits et qui restent dans le plasma compense exactement les pertes
par rayonnement et fuites de particules. La réaction auto-entretenue dure autant
que la configuration de plasma et de champ magnétique le permet. On définit un
temps τ de confinement de l’énergie qui doit satisfaire à la condition de LAWSON
(1957) :
nτ ≥ 10
14 cm
–3 . s
à
T ≈ 10
8 K
où n est la densité particulaire limitée en pratique à 10
14 cm
–3 . L’objectif est ainsi de
confiner, pendant un temps supérieur à une seconde, un milieu (plasma de deutérium-tritium) dont la température est de 100 millions de degrés.
L’autre possibilité consiste à laisser s’emballer la réaction. Mais il faut alors réduire
l’énergie, proportionnelle à la masse de combustible, libérée par chaque explosion
de façon à ne rien détruire. On parle alors pudiquement de confinement inertiel.
Dans ce domaine aussi, la progression est lente et le chemin semé d’embûches.
En régime explosif, l’opérateur n’a plus à se rendre maître du temps. Le critère pour
obtenir une réaction en masse porte sur le produit de la densité (masse volumique)
par le rayon d’une boule de D-T soit :
ρr ≥ 2 g . cm
–2
Pour satisfaire cette inégalité, et en même temps limiter l’énergie libérée lors d’une
explosion à une valeur non-dangereuse, le D-T doit être à une densité de l’ordre
de 1000 à 10 000 fois celle du liquide. Il est donc nécessaire de le comprimer for-