Africa-Press – Djibouti. Le Japon a démarré le premier réacteur à fusion nucléaire. Pouvez-vous nous expliquer les différences entre la fusion et la fission et nous dire si elle sera disponible pour tous bientôt ? », nous demande Joel Daigle sur notre page Facebook. C’est notre question de lecteur de la semaine. Merci à toutes et à tous pour votre participation.
Fission nucléaire : briser des atomes
Tout d’abord, la fission nucléaire : c’est un phénomène au cœur des centrales qui fournissent près de 70% de l’électricité produite en France en 2019 (selon EDF). Ces centrales, reconnaissables à leurs larges cheminées, sont alimentées en matériaux fissiles, matériaux dont le noyau atomique est suffisamment instable pour pouvoir être brisé sous l’effet d’un bombardement à neutron, tel que l’uranium ou le plutonium.
Certains atomes, possédant un grand nombre de protons et de neutrons (les protons sont chargés positivement tandis que les neutrons ne possèdent pas de charge électrique), sont instables. Cette instabilité pousse le noyau de l’atome à se séparer en composants plus petits émettant par la même occasion une grande quantité d’énergie. Ce phénomène est à l’origine de la radioactivité, émission spontanée de rayons électromagnétiques de haute énergie, et se produit naturellement. À titre d’exemple, une banane est naturellement radioactive due à la présence de potassium 40.
Dans les centrales, une grande quantité de matériaux relativement instables (tels que l’uranium ou le plutonium) sont rassemblés en un même lieu. Ces atomes sont bombardés de neutrons. En entrant dans un noyau, d’uranium par exemple, les neutrons entraînent la désintégration du noyau en éléments plus légers. Lors de ces désintégrations, différentes particules sont émises : des photons, des électrons ou bien même des neutrons. La proximité des noyaux fissiles dans les combustibles nucléaires entraîne une réaction en chaîne : un noyau capte un neutron puis se désintègre en émettant des neutrons, entraînant d’autres désintégrations.
L’énergie libérée par ces réactions en chaîne est récupérée en faisant chauffer de grandes quantités d’eau. La vapeur ainsi créée fait tourner des turbines, générant à la manière d’une dynamo de vélo l’électricité alimentant ensuite nos foyers.
Fusion nucléaire : combiner des atomes
Pour schématiser, la fusion est le phénomène inverse de la fission : des noyaux s’assemblent pour former des atomes plus lourds. La fusion a été découverte au début du 20ème siècle, et la première réaction a été réalisée par Ernest Rutherford en 1934 à l’aide de deutérium (il s’agit d’hydrogène lourd dont le noyau est composé d’un proton et d’un neutron, donnant comme produit de l’hélium). L’hélium a une masse inférieure à celle des deux noyaux de deutérium l’ayant engendré. Cette masse n’a pas été perdue, elle s’est juste transformée en énergie thermique, le lien entre les deux étant exprimé par la fameuse formule E=mc2 dérivée des travaux d’Albert Einstein.
Pour être utilisé afin de produire de l’électricité, il faut réussir à contrôler la réaction pour récupérer l’énergie dans le but de faire tourner des turbines. Cela n’est possible que si la matière est chauffée au-delà de 150 millions de degrés. À ces températures, le plasma ne doit pas rentrer en contact direct avec les parois de l’éventuel réacteur. C’est pourquoi la recherche s’est orientée vers des chambres à vide (compartiments vidés de l’air qu’il contient), toriques (ayant la forme d’un donut), à confinement magnétique (le plasma est maintenu hors du contact des parois à l’aide d’électro-aimants). Aussi appelé tokamaks, ils sont brevetés pour la première fois par des chercheurs britanniques en 1946.
Le plus grand tokamak opérationnel lancé au Japon
Le confinement du plasma se faisant grâce à des électro-aimants, ce dernier est très demandeur en énergie. Les chercheurs du domaine essaient donc de générer plus d’énergie par la fusion que ce qui est utilisé pour faire fonctionner les bobines. Montrer la faisabilité d’une telle installation est l’objectif premier du projet Iter (réacteur thermonucléaire expérimental international) basé dans les Bouches-du-Rhône.
Le Japon, dans le cadre de la collaboration Iter, a effectivement lancé, le 1er décembre 2023, le fonctionnement du plus grand tokamak opérationnel. Ce dernier ne produira pas d’électricité, mais servira à réaliser des expériences avant la finalisation du tokamak Iter. Les premiers plasmas d’Iter sont prévus pour 2030.
Bien que la fusion soit prometteuse par l’abondance de combustibles, et la faible radioactivité des déchets, cette dernière n’alimentera donc pas nos habitations de sitôt, pas avant la fin des années 2040 d’après une étude parue en septembre 2023 dans la revue Energy.
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