La fusion thermonucléaire contrôlée

Résumé du document

Dès 1919, J. Perrin avait affirmé que l'énergie rayonnante des étoiles provenait vraisemblablement de la fusion de quatre atomes d'hydrogène en un atome d'hélium et s'accompagnait d'un fort dégagement d'énergie dû à une perte de masse que la récente théorie de la relativité permettait déjà d'évaluer. En 1935, Bethe établit la théorie d'un cycle conforme à l'hypothèse de Perrin qui, par une suite de transformations successives à partir de noyaux de carbone fusionnant avec des noyaux d'hydrogène, amenait à la formation d'un atome d'hélium et à la production d'énergie sous forme de deux neutrinos.

Depuis lors, une autre suite de transformations, dite chaîne protons-protons également conforme à l'hypothèse initiale, est considérée comme la source prépondérante d'énergie au sein du Soleil et de la plupart des étoiles. Il existe de nombreuses autres réactions de fusion concernant pratiquement tous les corps et il est aujourd'hui admis que tous les éléments, du plus léger au plus lourd, ont été formés par fusions successives au cours de l'évolution des étoiles.

Extraits

[...] Une autre amélioration concerne les aimants du tore : les traditionnels bobinages en cuivre refroidis à l'eau font aujourd'hui place aux aimants supraconducteurs, comme ceux du tokamak français Tore Supra, construits en alliage de niobium titane et refroidis à 1 - 8 K par de l'hélium superfluide. Le projet ITER Le prochain projet d'envergure prélude à un prototype de centrale à fusion est le projet ITER, qui prévoit à l'horizon 2000 la construction d'un tokamak de 15 m de diamètre, confinant le plasma en un boyau large de 5 m et haut de 10. [...]

[...] L'aspect économico-politique est loin d'être négligeable : comme dans tout projet coûteux (on parle pour ITER d'un budget de 10 milliards d'écus), le tour de table international donne lieu à d'ardentes discussions, les Américains se trouvant aux prises avec des restrictions budgétaires qui mettent leur participation en cause. En outre, leur volonté de construire leur propre tokamak à Princeton (le TPX), et de retarder la construction de l'ITER pour tirer profit des leçons qui en découleraient, n'est évidemment pas du goût de leurs partenaires européens et japonais, qui n'ont pas l'intention de mettre leur grand projet en veilleuse. L'avenir de la fusion contrôlée dépendra donc des négociations en cours et des budgets qui seront finalement alloués par les gouvernements. [...]

[...] Le contrôle du champ magnétique dans le tore doit donc être parfait afin que sur l'ensemble de ces révolutions les ions de deutérium et de tritium restent bien groupés au point d'entretenir des collisions mutuelles. En particulier, il faut éviter tout contact des particules avec les parois métalliques de l'enceinte. Or le champ magnétique principal de confinement a un fâcheux gradient radial, qui a tendance à déporter les ions vers l'extérieur pendant leur course en rond et à leur faire percuter les murs. Cette percussion d'ions hydrogène contre les parois en arrache des atomes qui viennent polluer le courant, le ralentissant jusqu'à l'étouffer. [...]

[...] Dans la fusion contrôlée, on joue à l'autre bout du tableau, c'est-à-dire avec l'atome le plus léger de l'univers : l'hydrogène. Plutôt que le scinder, il faut le fusionner à d'autres atomes par collision et ainsi atteindre une somme nucléique plus stable avec dégagement d'énergie : comme dans le cas de la fission, cette énergie prend la forme de neutrons expulsés à haute vitesse du lieu de réaction. Dans le détail, ce sont les isotopes lourds de l'hydrogène le deutérium et le tritium qui libèrent la plus grande énergie pendant une fusion : près de 100 mégawatts-heure par gramme de combustible Simple dans son énoncé, le problème de la fusion contrôlée est beaucoup plus ardu dans la pratique. [...]

[...] En effet, sous l'impulsion d'un engagement de plus en plus international, les instances de recherches ont décidé de passer à l'étape suivante : l'expérimentation de réactions thermonucléaires auto-entretenues dans un plasma d'hydrogène, avec l'obtention d'un bilan d'énergie positif. Ce projet ITER, fruit de la collaboration des Européens et des Russes avec les Américains et les Japonais, prévoit la construction, dès 1998, du nouvel instrument à plasma qui devrait démontrer de façon définitive le bien-fondé du concept, la maîtrise des techniques et la rentabilité énergétique sinon économique du système. [...]