“reuss” — 2007/1/9 — 17:32 — page 123 — #137
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4 - Perspectives de l’énergie nucléaire
123
Le deutérium est un isotope naturel constituant une partie sur 6 700 de l’hydrogène, donc
abondant sur la planète si l’on considère l’énorme masse d’eau des océans.
Le tritium (isotope superlourd de l’hydrogène), en revanche, ne peut être repéré sur
terre qu’à l’état de traces : il est radioactif et décroît avec une période de 12,6 ans.
L’homme sait le produire en irradiant le lithium par les neutrons :
Neutron + Lithium −→ Tritium + Hélium
Il existe des gisements terrestres de lithium (il y en a cinq à dix fois plus que d’uranium) ;
mais la principale réserve est l’eau de mer qui en contient 0,17 g par m
3 . C’est donc aussi
une matière abondante.
Dans une exploitation industrielle de l’énergie de fusion, on utiliserait le neutron libéré
par la réaction de fusion pour régénérer, grâce au lithium, le tritium consommé par cette
réaction
12 . Les réactions de fusion se résumeraient ainsi par l’équation :
Deutérium + Lithium −→ Hélium + Hélium
La difficulté de mise en œuvre de la réaction de fusion est la nécessité de porter les réactifs
(deutérium et tritium) à une extrêmement haute température, environ 100 millions de
degrés ! À une telle température, les noyaux des atomes sont complètement dépouillés de
leurs électrons et la matière se présente à l’état de plasma, c’est-à-dire un mélange d’ions
(les noyaux) et d’électrons.
Outre l’énorme température requise, ce plasma doit être porté à une densité suffisante
pendant une durée suffisante pour que l’énergie libérée par les réactions de fusion compense celle qui est perdue par refroidissement
13 . Deux voies sont aujourd’hui explorées :
la voie « magnétique » et la voie « inertielle ».
La voie inertielle consiste à accumuler l’énergie libérée par un grand nombre de
« micro-bombes »
14 . L’idée est de provoquer la fusion dans de petites billes sphériques
d’un diamètre de l’ordre du millimètre et contenant le mélange deutérium-tritium en les
irradiant par des faisceaux intenses de particules (vraisemblablement, ce sont des faisceaux laser qui seraient les plus intéressants), puis de récupérer la chaleur produite. Le
rythme devrait atteindre quelques dizaines de micro-explosions par seconde ! Cette voie
est explorée par les chercheurs travaillant sur le programme de simulation mis en œuvre
depuis le moratoire sur les essais nucléaires, ces micro-explosions permettant de mieux
comprendre la physique des réactions de fusion dans une arme. En France, l’outil expérimental sera le « laser mégajoule » en cours de construction au CESTA près de Bordeaux
et qui devrait être opérationnel à pleine puissance en 2010
15 . L’application de la fusion
inertielle à la production d’électricité n’est, aujourd’hui, qu’une perspective extrêmement
lointaine.
La voie magnétique consiste à confiner le plasma par des champs magnétiques intenses
de façon à éviter tout contact avec les parois matérielles
16 . Diverses configurations ont été
12 On placerait pour cela autour de la machine un matériau contenant du lithium — une « couverture » — où
le neutron qui s’échappe de la réaction de fusion serait capturé et produirait un atome de tritium.
13 Cela s’exprime par le critère dit de Lawson : nτ ≥ 10
20 où n est le nombre d’ions par m
3 et τ le temps de
confinement en secondes.
14 n grand et τ petit.
15 240 faisceaux laser délivrant 2 mégajoules.
16 La densité n du plasma est alors faible, de l’ordre d’un cent-millième de celle de l’air ambiant ; la durée du
confinement doit alors être longue : au moins plusieurs minutes.
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4 - Perspectives de l’énergie nucléaire
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Le deutérium est un isotope naturel constituant une partie sur 6 700 de l’hydrogène, donc
abondant sur la planète si l’on considère l’énorme masse d’eau des océans.
Le tritium (isotope superlourd de l’hydrogène), en revanche, ne peut être repéré sur
terre qu’à l’état de traces : il est radioactif et décroît avec une période de 12,6 ans.
L’homme sait le produire en irradiant le lithium par les neutrons :
Neutron + Lithium −→ Tritium + Hélium
Il existe des gisements terrestres de lithium (il y en a cinq à dix fois plus que d’uranium) ;
mais la principale réserve est l’eau de mer qui en contient 0,17 g par m
3 . C’est donc aussi
une matière abondante.
Dans une exploitation industrielle de l’énergie de fusion, on utiliserait le neutron libéré
par la réaction de fusion pour régénérer, grâce au lithium, le tritium consommé par cette
réaction
12 . Les réactions de fusion se résumeraient ainsi par l’équation :
Deutérium + Lithium −→ Hélium + Hélium
La difficulté de mise en œuvre de la réaction de fusion est la nécessité de porter les réactifs
(deutérium et tritium) à une extrêmement haute température, environ 100 millions de
degrés ! À une telle température, les noyaux des atomes sont complètement dépouillés de
leurs électrons et la matière se présente à l’état de plasma, c’est-à-dire un mélange d’ions
(les noyaux) et d’électrons.
Outre l’énorme température requise, ce plasma doit être porté à une densité suffisante
pendant une durée suffisante pour que l’énergie libérée par les réactions de fusion compense celle qui est perdue par refroidissement
13 . Deux voies sont aujourd’hui explorées :
la voie « magnétique » et la voie « inertielle ».
La voie inertielle consiste à accumuler l’énergie libérée par un grand nombre de
« micro-bombes »
14 . L’idée est de provoquer la fusion dans de petites billes sphériques
d’un diamètre de l’ordre du millimètre et contenant le mélange deutérium-tritium en les
irradiant par des faisceaux intenses de particules (vraisemblablement, ce sont des faisceaux laser qui seraient les plus intéressants), puis de récupérer la chaleur produite. Le
rythme devrait atteindre quelques dizaines de micro-explosions par seconde ! Cette voie
est explorée par les chercheurs travaillant sur le programme de simulation mis en œuvre
depuis le moratoire sur les essais nucléaires, ces micro-explosions permettant de mieux
comprendre la physique des réactions de fusion dans une arme. En France, l’outil expérimental sera le « laser mégajoule » en cours de construction au CESTA près de Bordeaux
et qui devrait être opérationnel à pleine puissance en 2010
15 . L’application de la fusion
inertielle à la production d’électricité n’est, aujourd’hui, qu’une perspective extrêmement
lointaine.
La voie magnétique consiste à confiner le plasma par des champs magnétiques intenses
de façon à éviter tout contact avec les parois matérielles
16 . Diverses configurations ont été
12 On placerait pour cela autour de la machine un matériau contenant du lithium — une « couverture » — où
le neutron qui s’échappe de la réaction de fusion serait capturé et produirait un atome de tritium.
13 Cela s’exprime par le critère dit de Lawson : nτ ≥ 10
20 où n est le nombre d’ions par m
3 et τ le temps de
confinement en secondes.
14 n grand et τ petit.
15 240 faisceaux laser délivrant 2 mégajoules.
16 La densité n du plasma est alors faible, de l’ordre d’un cent-millième de celle de l’air ambiant ; la durée du
confinement doit alors être longue : au moins plusieurs minutes.