Reproduire l’énergie des étoiles grâce au projet ITER

ITER est une centrale actuellement en construction située à Cadarache dans le Var. Son but est de démontrer que la fusion nucléaire, c'est-à-dire le même type de réaction nucléaire que le soleil, est une source d'énergie du futur.

Ce site de 180 hectares va très bientôt abriter un des plus grands projets de l'histoire de l'humanité.

Ce projet est une expérience scientifique à l'échelle mondiale qui doit démontrer la faisabilité scientifique et technologique de l'énergie de fusion, ce qui pourrait permettre d'ouvrir ainsi la voie à son exploitation industrielle et commerciale.

Le programme utilise un concept de confinement magnétique appelé " tokamak ", qui consiste à enfermer le plasma dans une chambre à vide en forme d'anneau.

Pour obtenir un plasma suffisamment chaud, on utilise un combustible qui est un mélange de deutérium et de tritium que l'on chauffe à des températures supérieures à 150 millions de degrés.

En cinquante ans de recherche la performance des plasmas produits par les machines de fusion a été multipliée par 10 000. Aujourd'hui le but est de produire grâce aux réactions de fusion dix fois plus d'énergie que l'énergie nécessaire pour la déclencher et de manière continue.

Le dispositif est conçu pour produire 500 Mw d'énergie à partir de 50 Mw.

Le projet coûte au moins 16 milliards d'euros, cependant la réussite de l'expérience qui y sera menée n'est pas garantie.

Le chantier avance. Le bâtiment destiné à l'assemblage des pièces principales et le siège seront bientôt livrés. A terme, 10 000 personnes devraient travailler sur le site.

Les premiers tests devraient avoir lieu en 2019 et la première expérience de fusion en 2026.

Comprendre 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.