la fusion nucleaire

Le soleil, siège de nombreuses réactions de fusion nucléaire

L'humanité est confrontée à un défi grandissant : celui de la demande énergétique.

La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l'un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées. Il ne faut pas confondre la fusion nucléaire avec la fusion du cœur d'un réacteur nucléaire qui est un accident nucléaire particulièrement redoutable.





 le projet actuellement le plus soutenue en France avec ce genre de technologie, c'est ITER, d'areva.

 La fusion nucléaire et le projet ITER.

 ( Phénomènes physiques en jeu )


Une réaction de fusion est possible, à partir de noyaux légers, libérant ainsi de l’énergie.
La seule réaction de fusion à avoir un seuil en énergie suffisamment bas, pour être envisageable en pratique, est la réaction de fusion entre les noyaux de deutérium et de tritium. Cette réaction ne peut se produire que si les atomes de deutérium et de tritium sont complètement ionisés, et n’est utilisable pour produire de l’énergie que si l’on maintient confiné et suffisamment chaud (température extrême) le plasma formé par les noyaux de deutérium, de tritium et les électrons provenant de l’ionisation.
Deux possibilités s’offrent pour assurer un tel confinement, soit au travers d’un champ magnétique adapté (qui confine les particules du plasma dans un espace fini), soit par des impulsions de faisceaux laser ou de faisceaux de particules convergents et pulsés.

Dans les systèmes à confinement magnétique (les plus développés étant de type « tokamak »), le chauffage du plasma s’opère de plusieurs façons : transfert au plasma de l’énergie des particules α issues de la réaction de fusion ; chauffage ohmique induit par le courant électrique du plasma ; chauffage par ondes électromagnétiques de haute fréquence ou chauffage par injection de particules neutres. Pour que la fusion soit utilisable comme source d’énergie, il est nécessaire que l’énergie fournie par la fusion soit supérieure à celle que l’on injecte pour chauffer et maintenir le plasma.

Des progrès considérables ont eu lieu dans les dernières décennies pour se rapprocher des performances nécessaires à une utilisation de la fusion. Cependant, beaucoup de problèmes technologiques restent à résoudre avant que l’on puisse envisager la construction d’une installation industrielle. Parmi ces difficultés technologiques, citons la tenue des matériaux au contact du plasma, le contrôle de la diffusion du tritium produits dans les couvertures tritigènes en lithium, et la minimisation de l’activation des matériaux de couverture.

Le projet ITER  ( La fusion thermonucléaire )

la fusion nucléaire par confinement magnétique

Le projet mondial « ITER » (pour International Thermonuclear Experimental Reactor) de réacteur expérimental de fusion nucléaire a pour but de faire la démonstration scientifique et technique qu’il est possible d’utiliser la fusion pour produire de l’énergie. Les partenaires sont l’Union européenne, la Russie, le Japon, les États-Unis, la Chine, la Corée-du-Sud et l’Inde.

L’installation sera de type « tokamak ». De taille et de performances proches des réacteurs industriels envisagés (avec 10 fois plus d’énergie produite que d’énergie injectée pour chauffer et maintenir le plasma, et avec un chauffage du plasma à 66 % par les rayons α libérés par la réaction de fusion), elle permettra d’effectuer, en configuration réaliste, la recherche encore nécessaire sur les matériaux et le fonctionnement d’un réacteur de fusion. Le site de Cadarache du CEA a été retenu pour accueillir cette installation, qui devrait être exploitée une vingtaine d’années.

Deux configurations magnétiques possibles pour confiner le plasma : ouverte et fermée.

pour plus d'explication voir le site du CEA.

la concurrence ( Bill Gates et Toshiba ) 

Areva voit arriver un concurrent sévère sur le marché des petits réacteurs. Toshiba est en discussion avec TerraPower de Bill Gates pour développer des réacteurs destinés aux pays émergents.

Le renouveau du nucléaire sera porté par la demande des pays émergents, Chine et Inde en tête, Asie et Moyen-Orient dans le peloton. Le japonais Toshiba, qui contrôle l’américain Westinghouse avec lequel Areva a travaillé sur le design des réacteurs du parc français actuel, n’a pas perdu de temps. Il a annoncé être en discussion avec la société Terra Power, dont Bill Gates est actionnaire. Objectif : concocter un réacteur nucléaire de nouvelle génération censé faire le bonheur des pays émergents en quête de puissance nucléaire civile.

TerraPower travaille au développement de réacteurs de petite taille de type "travelling-wave" (TWR). Principe : le réacteur utilise comme combustible de l'uranium appauvri. Le TWR, un concept qui a commencé à être étudié dans les années 1950, n’utiliserait qu’une petite quantité d’uranium enrichi, chargée au moment de la construction de réacteur et qui servirait à démarrer la réaction en chaîne. Il pourrait ensuite continuer à fonctionner entre 50 et 100 ans à partir d’uranium appauvri, dont d’énormes stocks existent dans le monde. Pas besoin ici d’arrêts de tranche pour rechargement, alors que les réacteurs à eau légère traditionnels nécessitent d'être rechargés en combustible régulièrement (tous les  12 ou 18 mois).

De quoi concurrencer sérieusement l’Atméa, le réacteur de troisième génération de moyenne puissance (1.110 MW),  qu'Areva conçoit avec son partenaire Mitsubishi Heavy Industries (MHI) , et pour lequel GDF Suez sera probablement associé.

Selon le quotidien Nikkei qui a révélé l'information, Bill Gates pourrait investir plusieurs milliards d'euros dans le projet, dont la commercialisation n'est pas prévue avant dix ans. La principale difficulté à surmonter avant de se lancer dans la construction consistera à concevoir des matériaux capables de supporter des réactions nucléaires pendant une période aussi prolongée. Mais Terra Power n’a aucun savoir-faire en matière d’édification de centrales nucléaires, d’où son projet d’alliance avec Toshiba, expert en la matière.

Le successeur du 4S

Toshiba a d’ailleurs déjà développé un réacteur ultra-compact, connu sous le nom de Super-Safe, Small and Simple (4S), conçu pour fonctionner en continu pendant 30 ans. Le groupe japonais prévoit de commencer la construction de son premier réacteur 4S aux Etats-Unis en 2014 après avoir obtenu les autorisations nécessaires. Toshiba estime que 80% des technologies utilisées dans son réacteur 4S peuvent être appliquées aux TWR.

Le japonais compte bien prendre sa part de la manne à venir du renouveau nucléaire : il espère que ses activités atomiques lui rapporteront 8 milliards d’euros de chiffre d’affaires par an à l’horizon 2015, soit deux fois plus qu’actuellement.

La fusion nucléaire dans un appartement

 ( réacteur nucléaire à fusion « froide » (à température ambiante) pour produire de l’énergie)