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1 • Électrons, ions et plasmas
de gravure et de dépôt sur les substrats de silicium et sont les outils essentiels des
chaînes de fabrication des industries microélectronique.
Dans les sociétés industrielles modernes, entre un et quelques gigawatts de puissance
électrique sont globalement nécessaires par million d’habitants ; ainsi, la consommation d’énergie annuelle mondiale atteint désormais un niveau de l’ordre de 10
20
joules et le développement de l’humanité s’accompagne d’une demande énergétique
toujours croissante ; elle excède depuis longtemps la satisfaction des besoins énergétiques primaires, c’est-à-dire une consommation minimale d’environ 3 GJ/homme/an
qui correspond à une ration journalière de 2 400 kcal. En un siècle, la consommation
est passée d’une moyenne de 20 GJ/homme/an en 1890 à 60 GJ/homme/an en 1990
avec de fortes disparités : 160 GJ/homme/an pour la France, 240 GJ/homme/an pour
les États-Unis. D’ici un demi-siècle, on estime que la consommation globale va doubler ou quadrupler ; (i) une estimation basse : 8 milliards d’habitants sur Terre en
2050 et une consommation de 64 GJ/homme/an, conduisent à 16 GTep (1 Tep est
égale à 42 GJ) ; (ii) une estimation haute, pour un scénario de croissances économique et démographique fortes : une population mondiale de 10 milliards d’habitants et une consommation de l’ordre de 147 GJ/homme/an conduisent à 35 GTep.
Ainsi, quelque soit le scénario, la demande actuelle sera multipliée par un facteur
deux à quatre. Les réserves estimées des principaux combustibles fossiles, pétrole,
gaz et charbon, largement exploitées actuellement, sont limitées ; les réserves prouvées actuelles sont de : (i) 160 GTep pour le pétrole, (ii) 145 GTep pour le gaz et
(iii) 530 GTep pour le charbon. Ces estimations sont approximatives et font l’objet
de nombreux débats d’experts compte tenu de la difficulté à évaluer le potentiel de
découverte de nouveau gisements. L’impact sur l’environnement de l’utilisation de
ces combustibles fossiles ne peut plus être négligé, l’émission de gaz à effet de serre
conduit à des effets sur le climat que l’on commence à observer et évaluer ; en particulier, la concentration de CO 2 a augmenté de 30% depuis un siècle, et pourrait
doubler d’ici la fin du siècle.
Compte tenu de la croissance de la demande et des contraintes écologiques, la fusion
de noyaux légers de deutérium et tritium, suivant la réaction :
2 D +
3 T → a (3, 5 MeV) + n (14 MeV)
dans des réacteurs à fusion thermonucléaire contrôlée, est la seule option, à long
terme, validant physiquement les schémas de développement envisagés pour les
sociétés post-industrielles.
Un système thermonucléaire ne produit pas de dioxyde de carbone, génère des
déchets radioactifs de faible activité et ne présente aucun risque d’emballement. Le
deutérium (D) se trouve en quantité inépuisable dans l’eau et le tritium (T) peut être
produit dans la couverture du réacteur en utilisant le flux neutronique de la réaction
de combustion D + T → a + n suivant les schémas : n +
6 Li → a + T (+4, 8 MeV) et
n+
7 Li → a+T+n (−2, 5 MeV). Le lithium (Li) se trouve aussi en quantité abondante
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit
1 • Électrons, ions et plasmas
de gravure et de dépôt sur les substrats de silicium et sont les outils essentiels des
chaînes de fabrication des industries microélectronique.
Dans les sociétés industrielles modernes, entre un et quelques gigawatts de puissance
électrique sont globalement nécessaires par million d’habitants ; ainsi, la consommation d’énergie annuelle mondiale atteint désormais un niveau de l’ordre de 10
20
joules et le développement de l’humanité s’accompagne d’une demande énergétique
toujours croissante ; elle excède depuis longtemps la satisfaction des besoins énergétiques primaires, c’est-à-dire une consommation minimale d’environ 3 GJ/homme/an
qui correspond à une ration journalière de 2 400 kcal. En un siècle, la consommation
est passée d’une moyenne de 20 GJ/homme/an en 1890 à 60 GJ/homme/an en 1990
avec de fortes disparités : 160 GJ/homme/an pour la France, 240 GJ/homme/an pour
les États-Unis. D’ici un demi-siècle, on estime que la consommation globale va doubler ou quadrupler ; (i) une estimation basse : 8 milliards d’habitants sur Terre en
2050 et une consommation de 64 GJ/homme/an, conduisent à 16 GTep (1 Tep est
égale à 42 GJ) ; (ii) une estimation haute, pour un scénario de croissances économique et démographique fortes : une population mondiale de 10 milliards d’habitants et une consommation de l’ordre de 147 GJ/homme/an conduisent à 35 GTep.
Ainsi, quelque soit le scénario, la demande actuelle sera multipliée par un facteur
deux à quatre. Les réserves estimées des principaux combustibles fossiles, pétrole,
gaz et charbon, largement exploitées actuellement, sont limitées ; les réserves prouvées actuelles sont de : (i) 160 GTep pour le pétrole, (ii) 145 GTep pour le gaz et
(iii) 530 GTep pour le charbon. Ces estimations sont approximatives et font l’objet
de nombreux débats d’experts compte tenu de la difficulté à évaluer le potentiel de
découverte de nouveau gisements. L’impact sur l’environnement de l’utilisation de
ces combustibles fossiles ne peut plus être négligé, l’émission de gaz à effet de serre
conduit à des effets sur le climat que l’on commence à observer et évaluer ; en particulier, la concentration de CO 2 a augmenté de 30% depuis un siècle, et pourrait
doubler d’ici la fin du siècle.
Compte tenu de la croissance de la demande et des contraintes écologiques, la fusion
de noyaux légers de deutérium et tritium, suivant la réaction :
2 D +
3 T → a (3, 5 MeV) + n (14 MeV)
dans des réacteurs à fusion thermonucléaire contrôlée, est la seule option, à long
terme, validant physiquement les schémas de développement envisagés pour les
sociétés post-industrielles.
Un système thermonucléaire ne produit pas de dioxyde de carbone, génère des
déchets radioactifs de faible activité et ne présente aucun risque d’emballement. Le
deutérium (D) se trouve en quantité inépuisable dans l’eau et le tritium (T) peut être
produit dans la couverture du réacteur en utilisant le flux neutronique de la réaction
de combustion D + T → a + n suivant les schémas : n +
6 Li → a + T (+4, 8 MeV) et
n+
7 Li → a+T+n (−2, 5 MeV). Le lithium (Li) se trouve aussi en quantité abondante
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit