La fusion nucléaire

C’est par ce mécanisme que se créent les étoiles et qu’elles dégagent la lumière et la chaleur.

Le principe est le suivant: deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd.
La fusion de noyaux légers comme ceux de l’hydrogène, l’hélium ou leurs isotopes dégage d’énormes quantités d’énergie, cette énergie provenant de l’attraction entre les nucléons (éléments constituant le noyaux de l’atome c’est-à-dire les protons et les neutrons).

Le soleil est le siège de nombreuses réactions nucléaires de ce type, c’est pourquoi il dégage une forte chaleur.

Une réaction de fusion nucléaire nécessite que deux noyaux atomiques s’interpénètrent; pour arriver à cela ils doivent vaincre les forces répulsives de leur charges (deux éléments chargés positivement se repoussent) ou la barrière de coulomb. De plus à cause de l’énergie cinétique très élevée des atomes, il est peu probable que les éléments concernés fusionnent.

Comment faire?

Pour que la réaction puisse se produire, la matière doit être à l’état de plasma.
Le plasma est un état particulier de la matière dans lequel les atomes (ou molécules) forment un gaz ionisé. Des électrons sont arrachés du nuage électronique, du coup on obtient des ions chargés positivement et des électrons libres, le tout étant électriquement neutre.

Dans cet état, les ions et électrons sont tellement agités qu’ils produisent de nombreuses collisions entre les particules. Cependant ces collisions doivent être suffisamment fortes pour entraîner la fusion.

Pour cela trois grandeurs interviennent:
-La température: plus elle est élevée plus les particules sont agitées donc plus susceptibles de fusionner.
-La densité: plus les particules sont concentrées plus la probabilité de fusion est élevée.
-Le temps de confinement: pour que les fusions continuent, il faut maintenir les particules à une certaine densité.

Voici un exemple de réaction: deutérium + deutérium → (hélium 3 + 0,82 MeV) + (neutron + 2,45 MeV). Pour quelle ait lieu il faut augmenter la température, donc fournir l’énergie (ici égale à 0.82 Mev) pour bénéficier en retour d’une quantité d’énergie plus importante (2.45 Mev). C’est cette quantité qui va être transmise aux autre éléments pour qu’ils fusionnement à leur tour.

Il existe un seuil d’énergie à partir duquel la réaction est capable de s’auto-entretenir. Ce seuil varie suivant les éléments chimiques.

Pour le soleil on est très largement au dessus du seuil. Mais arrivera à un moment donnée où l’on passera en dessous.

Un des intérêts de ce phénomène est d’y trouver une application industrielle: produire de l’énergie par fusion nucléaire (artificielle). Mais comme beaucoup de dispositifs exploitants les énergies renouvelables, un investissement d’énergie au départ est nécessaire.

Les océans contiennent suffisamment de deutérium, un isotope naturel de l‘hydrogène (ce dernier possède un neutron en plus). Un mètre cube d’eau contient environ 16 grammes de deutérium et cette quantité peut fournir autant d’énergie que 670 tonnes de pétrole.