Bonjour à tous
Iter sujet passionnant même pour les élèves : j'ai fait un cours sur la fusion nucléaire, je vous apporte quelques infos ....
De la réaction solaire …
Le Soleil produit sa fabuleuse énergie au cours d’une réaction en trois étapes. La première, amorce du processus, consiste en la fusion de deux noyaux d’hydrogène. Réaction assez improbable puisque deux noyaux doivent attendre environ 8 milliards d’années avant de fusionner !
Une lenteur compensée par le nombre de ces noyaux en stock dans le Soleil, qui s’élève aujourd’hui à 1,96·1024 tonnes. L’astre brûle ainsi près de 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde depuis sa naissance et, à ce rythme, continuera de rayonner pendant 5 milliards d’années.
… A la fusion sur terre
Le concept solaire de production d’énergie est basé sur une réaction dont la probabilité extrêmement faible la proscrit sur notre planète.Il suffit de remplacer l’hydrogène par des noyaux qui ont un maximum de chance de fusionner ici bas, en l’occurrence, ceux de deutérium et de tritium, deux isotopes de l’hydrogène. La masse du noyau d’hélium est inférieure à celle des deux noyaux dont il est issu, deutérium et tritium. La différence de masse correspond à de la matière qui s’est transformée en énergie (selon E = mc2).
Des conditions extrêmes
Faire fusionner des noyaux de deutérium et de tritium n’est pas une mince affaire. Les noyaux, chargés positivement, se repoussent. Pour vaincre cette force de répulsion et les faire fusionner, il faut parvenir à les rapprocher à une distance de 10-15 mètre (soit un millième de milliardième de millimètre ! ), en leur communiquant une très grande vitesse. Ce qui revient à les chauffer à des températures très élevées, de l’ordre de 100 millions de degrés. Leur densité, elle, ne doit être ni trop faible, pour que les noyaux aient des chances de se rencontrer, ni trop élevée, afin d’éviter que le mélange deutérium / tritium – le plasma) n’exerce une pression trop forte sur les machines. Ainsi, elle ne peut guère dépasser les 100 milliards de milliards de particules par mètre cube (200 000 fois moins que l’air ambiant !).
Le confinement magnétique
Comment maintenir le plasma dans un volume limité et le tenir éloigné de toute paroi qui pourrait le refroidir ? En employant un subtil agencement de champs magnétiques intenses (50000 fois le champ terrestre). Toute particule dotée d’une charge électrique est sensible à ces champs (voir expérience d’un aimant proche de l’écran d’un oscilloscope), qui se matérialisent dans l’espace par des lignes. Lignes qu’elle suit fidèlement lorsqu’elle est en mouvement. Mais pas de n’importe quelle façon: elle tourne autour, décrivant ainsi une hélice, fine comme un cheveu. Confiner un plasma revient donc à faire pirouetter les noyaux et les électrons autour de lignes fermées sur elles-mêmes. Impossible pour eux de descendre de ce manège! Dans un tokamak, le champ magnétique, lui aussi en forme d’hélice, est généré par des courants électriques qui circulent à la fois à l’extérieur (dans des bobines) et à l’intérieur (au cœur du plasma) de la chambre à vide.
Le chauffage
Pour atteindre les 100 millions de degrés nécessaires à la fusion, trois modes de chauffage complémentaires sont utilisés. Le premier, dit ohmique, est le courant électrique qui circule au cœur du plasma. À son passage, ce dernier s’échauffe par effet joule, à l’instar du filament d’une ampoule. Un autre consiste à injecter des atomes de deutérium très énergétiques dans la chambre à vide. Leur neutralité électrique leur permet de franchir la barrière du champ magnétique de confinement pour venir frapper les particules du plasma et augmenter leur agitation, donc la température. Enfin des ondes radio émises dans la chambre du tokamak communiquent, sous certaines conditions, leur énergie aux ions et aux électrons du plasma. Une fois les réactions de fusion déclenchées, les noyaux d’hélium produits participent à leur tour au chauffage du plasma en percutant les autres particules.
Avantages de la fusion
Outre le fait que la fusion nucléaire dégage énormément d'énergie, elle a plusieurs avantages, si on la compare aux autres sources d'énergie connues : Premièrement, les réactifs nécessaires à la fusion nucléaire sont présents en grande quantité partout sur la planète. En effet, le deutérium (constituant 0,015% de l'hydrogène terrestre) peut facilement être extrait de l'eau ordinaire, et le tritium peut être obtenu à partir du lithium, qu'on retrouve, entre autres, dans l'eau de mer. Cela fait de la fusion une énergie très accessible. Deuxièmement, la fusion ne présente aucun risque d'accident nucléaire. Effectivement, la quantité de deutérium et de tritium présente dans la zone de réaction est tellement petite que des libérations intenses et dangereuses d'énergie seraient impossibles. Dans des cas de mauvais fonctionnement, le plasma adhérerait à la matière ambiante et se refroidirait très rapidement, étouffant du coup tout risque d'incident. Troisièmement, par opposition aux combustibles fossiles, la fusion ne produit pas de déchets chimiques nocifs (dioxyde d’azote dioxyde de carbone &hellip
, donc pas de pollution. Quatrièmement, par opposition à la fission nucléaire, la fusion ne produit aucun déchet radioactif ayant besoin d'être isolé pendant des dizaines ou des milliers d'années. Cinquièmement, les matériaux utilisés pour la fusion ne peuvent pas être utilisés à des fins de fabrication d'armes nucléaires.
inscrit le 20/09/02
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