Fusion nucléaire : les travaux sur l’avenir de l’énergie avancent à grands pas en France

La fusion nucléaire se définit comme le processus dans lequel deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd. C’est une réaction que l’on retrouve naturellement dans le Soleil et dans certaines étoiles de l’Univers. Des noyaux d’atomes peuvent ainsi fusionner sous l’effet d’une forte pression gravitationnelle et d’une très haute température.

On distingue finalement deux grands types de réactions nucléaires appliquées : la fusion et la fission. L’énergie nucléaire telle que nous la connaissons aujourd’hui dans les centrales c’est de la fission : une réaction nucléaire permettant à un noyau lourd (formé de beaucoup de nucléons comme l’uranium) de se séparer en deux ou quelques nucléides plus légers qui vont alors émettre des neutrons et libérer une forte quantité d’énergie.

Contrairement à la fission nucléaire, la fusion n’émet elle aucun gaz à effet de serre et comporte moins de risques d’accident ou de vol de matériel atomique. C’est aussi celle qui libère le plus d’énergie par unité de nucléon, ce qui explique pourquoi les chercheurs s’y intéressent depuis plus d’une cinquantaine d’années.

Sources : ITER & Asia Times

Pourquoi la fusion nucléaire est-elle si importante ?

D’ici la fin du siècle, en prenant en compte la croissance démographique, l’augmentation de l’urbanisation et l’extension du réseau électrique dans les pays en développement, la demande en énergie aura facilement triplé. S’ajoute à ça, la nécessite d’une stratégie nouvelle de réduction des émissions de gaz à effet de serre dans les années à venir.

Les recours aux combustibles fossiles qui ont façonné la civilisation industrielle sont devenus synonymes d’émission de gaz à effet de serre et de pollution. Il est donc primordial d’identifier une nouvelle source d’énergie à grande échelle, pérenne et disponible, et n’émettant pas de CO2.

1) Une énergie abondante

La fusion nucléaire semble apporter une solution idéale pour plusieurs raisons. Tout d’abord, elle est une énergie abondante. À masse égale, la fusion d’atomes légers libère une énergie près de 4 millions de fois supérieures à celle d’une réaction chimique telles que le charbon, le pétrole ou le gaz. La fusion serait même jusqu’à 4 fois supérieure à celle des réactions de fission nucléaire. La fusion semble alors largement avoir les capacités de satisfaire les besoins en électricité de nos villes.

2) Une énergie pérenne

Ensuite, la fusion nucléaire offre une pérennité exceptionnelle de par la disponibilité de ses combustibles. En effet, les combustibles de fusion sont universellement disponibles et quasiment inépuisables. On parle alors de deutérium (isotope naturel stable de l’hydrogène) pouvant être obtenu à partir de l’eau. Il est donc facilement disponible en quantités importantes dans les océans. On estime donc la disponibilité de ce combustible à des millions d’années.

Le second combustible nécessaire à la fusion, c’est le tritium (isotope radioactif de l’hydrogène), qui peut être produit pendant la réaction de fusion lorsque les neutrons issus de la fusion des noyaux interagissent avec le lithium. Les réserves mondiales en minerai de lithium suffiraient théoriquement à garantir plus d’un million d’années de fonctionnement d’après plusieurs scientifiques. Voilà pourquoi la réaction de fusion « deutérium + tritium » semble si pérenne.

3) Une énergie propre et sûr

L’autre grand argument est l’absence totale d’émission de CO2. La fusion ne génère pas de dioxyde de carbone ou autres gaz à effet de serre. Le sous-produit principal est l’hélium, un gaz inerte et non toxique. Aucun déchet radioactif de haute activité à vie longue n’est émis par la fusion nucléaire. Il n’y a également aucune prolifération puisque la fusion n’utilise pas de matières fissiles comme l’uranium et le plutonium, et aucun élément n’est susceptible d’être utilisé pour fabriquer des armes nucléaires. S’ajoute à tout ça, l’argument de la sécurité puisque il n’y aucun risque de fusion du coeur. Il n’y a donc aucun risque de voir un accident nucléaire comme celui de Tchernobyl par exemple, puisque les réactions en chaîne sont inconcevables du point de vue de la physique.

La fusion nucléaire semble apporter toutes les composantes indispensables aux nouvelles solutions énergétiques de demain. Elle répond ainsi aux grands défis que représentent le maintien des équilibres climatiques, la disponibilité des ressources et la sureté.

Pourquoi le miracle de la fusion nucléaire
se rapproche ?

Le projet ITER

Connaissez-vous le projet « ITER » ? Du latin « le chemin » il désigne l’un des projets les plus ambitieux au monde dans le domaine de l’énergie. En France, et plus précisément dans le département des Bouches-du-Rhône, 35 pays se sont engagés dans la construction du plus grand tokamak jamais conçu, c’est-à-dire une machine qui doit démontrer que la fusion nucléaire peut être utilisée comme source d’énergie à grande échelle pour produire de l’électricité. Les résultats du projet ITER seront décisifs pour ouvrir la voie aux centrales de fusion de demain.

La machine réalise des décharges de plasma de longue durée, et teste également pour la première fois les technologies et matériaux pour produire de l’électricité dans une démarche commerciale. Plusieurs milliers d’ingénieurs et de scientifiques ont contribué à la conception d’ITER depuis que l’idée d’une entente internationale sur l’énergie de fusion a été lancée en 1985. Au final, la Chine, l’Union européenne, l’Inde, le Japon, la Corée, la Russie, et les États-Unis se sont tous engagés dans cette collaboration de 35 ans pour construire et exploiter l’installation ITER. En cas de succès, cela représenterait une percée énergétique révolutionnaire, mais coûteuse (près de 22,5 milliards de dollars US).

Les avancées et enjeux du projet

Récemment, les responsables du projet ITER ont affirmé que la partie la plus cruciale du premier dispositif de fusion au monde était entrée dans la phase d’installation en France. La réalité de l’énergie issue de la fusion a franchi une étape majeure. Des représentants du consortium dirigé par China Nuclear Power Engineering (CNPE) ont signé le contrat d’assemblage du tokamak avec Bernand Bigot, directeur général d’ITER, le 30 septembre à Pékin.

Ce contrat porte sur le bouclier thermique cryostat, les dévidoirs magnétiques, le solénoïde central, les aimants de champ poloïdal, sur les structures de refroidissement et les instruments de contrôle selon le rapport d’ITER. Autrement dit, le contenu du contrat constitue l’installation des parties les plus cruciales du tokamak ITER, dont l’importance est équivalente à celle du réacteur de la centrale nucléaire (ou du coeur du corps humain de manière plus imagée).

Actuellement en construction à Cadarache dans le sud de la France, ITER est à ce jour le deuxième plus grand projet scientifique et technique au monde en termes d’échelle de construction. Il se situe donc juste derrière la Station Spatiale Internationale. C’est aussi le plus gros contrat d’ingénierie nucléaire jamais lancé par des entreprises internationales sur le marché européen. C’est aussi la première fois que des entreprises nucléaires chinoises participent à des projets scientifiques internationaux sous la forme de contrats généraux.

Selon le plan d’ITER, le premier test opérationnel est prévu pour l’année 2025, tandis que l’opération complète est prévue pour 2035. Ce projet ambitieux nécessite que le plasma hydrogène soit chauffé à 150 millions de C°, soit 10 fois plus chaud que le coeur du soleil, ce qui représente un exploit technique absolument remarquable. Le réacteur Tokamak est entouré d’aimants géants qui éloignent le plasma surchauffé des parois métalliques du conteneur. Cela nécessite alors que les aimants soient refroidis à -269°C. Si tout se passe bien, ITER utilisera bientôt la fusion à hydrogène, contrôlée par ces grands aimants supraconducteurs, pour produire une énorme quantité de chaleur et donc de l’électricité sans émissions de CO2 et pour un coût potentiellement faible.