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Plusieurs scientifiques répartis dans le monde nourrissent l'ambition de provoquer des réactions de fusion nucléaire comparables à celles qui font briller le Soleil.
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Plusieurs scientifiques répartis dans le monde nourrissent l'ambition de provoquer des réactions de fusion nucléaire comparables à celles qui font briller le Soleil.
Prométhée

La fusion nucléaire, ce serait pour quand ?

Publié le 07 mars 2014
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Tels Prométhée qui a volé le feu aux dieux, les physiciens cherchent à reproduire les réactions qui font briller le Soleil, pour assurer l'avenir énergétique de la planète.
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Dimitri Batani est physicien, professeur à l’université Bordeaux 1, enseignant en master fusion, chercheur en physique des plasma.Yann Corre est Docteur en physique et science de la matière à l'université Pierre et Marie Curie. Il est chargé de mission...
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Tels Prométhée qui a volé le feu aux dieux, les physiciens cherchent à reproduire les réactions qui font briller le Soleil, pour assurer l'avenir énergétique de la planète.
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Atlantico : Plusieurs scientifiques répartis dans le monde nourrissent l'ambition de provoquer des réactions de fusion nucléaire comparables à celles qui font briller le Soleil. Concrètement, qu'est-ce que la fusion nucléaire ? Qu'a-t-elle de différent avec nos sources d'énergie nucléaire actuelles ?

Yann Corre : La fusion nucléaire consiste à réaliser des collisions entre deux noyaux légers (deutérium/tritium). Dans les bonnes conditions de température (typiquement, plusieurs centaines de millions de degrés), cette réaction libère un neutron et un atome d’hélium avec un excédent d’énergie. L’énergie nucléaire actuelle est basée sur le processus de fission nucléaire (un noyau plus lourd qui libère de l’énergie nucléaire). Les différences principales pour un réacteur électrogène sont d’ordre opérationnel et environnemental : la fusion devrait permettre une meilleure régulation de la puissance générée (on peut allumer/éteindre, ajuster plus facilement), des risques réduits et une quantité de déchets radioactifs plus faible et une durée de vie moyenne des éléments plus courte.

Dimitri Batani : La fusion nucléaire est complètement différente des sources d'énergie nucléaire actuelles, qui sont basées sur la fission nucléaire. Dans les centrales à fission, il y a des atomes d'uranium qui se cassent, produisant des atomes plus légers et des neutrons, qui vont casser d'autres atomes (réaction en chaine).

Les "défauts" de la fission nucléaire résident dans la production de déchets radioactifs qui durent des dizaines de milliers d'années, et le risque (suite à des accidents) que la réaction en chaîne diverge avec un effet explosif, et la dispersion de doses très élevées de radioactivité dans l'environnement.

Dans la fusion, on utilise de l'hydrogène (ou plutôt ses isotopes : deutérium et tritium) qui fusionnent pour produire de l'hélium et des neutrons. C'est exactement ce qui se passe sur le soleil et les autres étoiles. Il y a encore un peu de radioactivité, liée à l'activation des matériaux par l'absorption de neutrons (les matériaux deviennent radioactifs) mais beaucoup moins, et de durée beaucoup plus courte. En plus il n'y a pas de risque de divergence de la réaction.

Enfin, les réserves de deutérium et de lithium (le matériel qui sert pour produire le tritium) sont pratiquement illimitées par comparaison aux réserves d'uranium.

En France, le réacteur ITER de Cadarache est en cours de construction depuis le lancement du projet en 2005, pour un coup estimé jusqu'ici à 20 milliards de dollars, selon certaines sources. Comment se présente-t-il ? A quel horizon pourrait-il entrer en fonction ?

Yann Corre : Le projet est complexe, d’abord pour la physique et la technologie qui sont mises en jeu (les réactions de fusion en aussi grand nombre n’ont jamais été réalisées sur terre dans une machine de cette taille), la dimension du projet (comparable aux plus grands instruments : LMJ, CERN…), les coûts engagés et l’organisation (multinationale, fourniture des éléments par les différents partenaires), donc difficile à mettre en œuvre. Des obstacles et aléas sont naturellement rencontrés, des réponses et modifications sont apportés quotidiennement pour les surmonter et progresser. A ce jour, l’horizon 2023 est prévu pour le premier plasma (lorsque le gaz est chauffé). La première étape consistera à apprendre à maîtriser la machine, même si elle n'est pas totalement finalisée. Elle sera d'ailleurs constamment amenée à évoluer.

Dimitri Batani : Pour ce qui concerne le prix il faut quand même remarquer que l'argent dépensé ne sert pas seulement à financer la recherche "pure". Les financements sont aussi utiles pour faire travailler les industries sur des projets avancés qui sont utiles pour leur innovation technologique et pour maintenir leur compétitivité. Ils sont donc utiles pour faire tourner l'économie…

En plus, même si  20 milliards de dollars semblent (et en effet, sont) un chiffre énorme, il faut considérer que c'est comparable à d'autres chiffres, soit pour d'autres domaines de la recherche, soit d'autres domaines tout court. Par exemple le CERN, le centre d'étude sur la physique de particules de Genève, dépense environ 1 milliard de dollars chaque année pour son fonctionnement. Lancer un satellite peut coûter jusqu'à plusieurs centaines de millions de dollars
Et ce n'est pas seulement la recherche qui coûte cher. Un Boeing 747 coûte environ 350 millions d'euros. Dans le domaine de la défense, un chasseur Rafale coûte plus de 100 millions d'euros. Pour le porte-avions Charles de Gaulle, on parle de 1,3 milliard d'euros, seulement pour les coûts de révision.

Nous vivons dans une société qui est basée sur la technologie et où la technologie coûte cher. Le grand public n'a pas cette impression d'habitude parce que des objets hautement technologiques ne coûtent pas chers. Par exemple les téléphones portables. Mais on ne pense pas par contre aux coûts d'installation de tout le réseau de répétiteurs, des centrales téléphoniques, etc. Si on considère tout, le coût devient exorbitant aussi. Donc il ne faut pas que le public soit impressionné par ce type de chiffres. Il convient plutôt de mettre en avant l'utilité, au moins, des différents projets.

Par contre, des projets aussi géants qu'ITER présente un risque autre. Pour construire  des machines si compliquées il faut plusieurs années. Avant que la machine soit achevée, il y a la possibilité que les connaissances scientifiques avancent et nous montrent que on n'a pas toujours fait les choix optimaux pour la construction… Il y a donc un certain risque que la machine soit un peu "dépassée" juste après son achèvement.

La fusion nucléaire pourrait-elle permettre un jour de remplacer les énergies fossiles ainsi que le parc nucléaire actuel ? Pourquoi ?

Yann Corre : Non et non : les énergies fossiles sont utilisées en grande proportion de façon directe sans production d’électricité (véhicules, industries, chauffage…). La production d’électricité ne suffit pas. Par ailleurs, le parc nucléaire actuel existe, la fusion n’existe pas encore. Il faudrait d’abord prouver que ça fonctionne, ensuite être compétitif. A ce jour, cette source d’énergie est plus envisagée comme dans un bouquet énergétique (énergies fossiles, nucléaires et renouvelables), chaque source d’énergie ayant ses avantages et inconvénients. La taille du réacteur à fusion est un des principaux inconvénients (des réacteurs de petites tailles pour répondre à des besoins plus modestes ne sont pas envisageables à ce jour), la filière fusion pourrait répondre à des besoins de grande taille (de l’ordre du Gigawatt de production).

Dimitri Batani : En principe la fusion nucléaire pourra permettre un jour de remplacer la fission et les énergies fossiles.
Il faut considérer que, à la base, une centrale à fission, une centrale thermoélectrique, ou une future centrale a fusion sont assez similaires. Elle sont basées sur un cycle thermique et la transformation de l'eau liquide en vapeur pour faire tourner des turbines. Ce qui change c'est "seulement" la source de chaleur.

Mais malheureusement c'est pas pour demain. Même si on demande aujourd'hui la faisabilité de la fusion du point de vue scientifique, il faudrait encore beaucoup d'années pour développer la technologie nécessaire pour avoir de vrais réacteurs basés sur la fusion. Par exemple, les lasers comme NIF et LMJ peuvent faire 1-2 tirs par jours. pour un réacteur il faudrait avoir des lasers de la même énergie mais avec 10 tirs par seconde (et les scientifiques sont déjà en train d'etudier ces aspects aussi)

Pour ce qui concerne le pétrole et le carbone, il faut préciser qu'en réalité ils ne sont seulement utilisés pour la production d 'énergie mais aussi comme matière brute pour, par exemple, la production de plastique. Probablement, les matériaux d'origine "fossile" pourront être remplacés par les plastiques ou d'autres matériaux d'origine végétale (en effet déjà aujourd'hui on utilise de plus en plus de plastiques d'origine végétale), mais quand même, c'est très bien si on peut "épargner" les fossiles pour d'autres applications qui ne consistent pas simplement à les "brûler".

Quelles autres applications pourrait-on tirer de la fusion nucléaire ?

Yann Corre : Elles sont nombreuses : les matériaux (pour l’aéronautique, l’aérospatial), les instruments de mesure (capteurs, optiques, sondes, caméra), notamment leur fiabilité et leur précision recherchées (très petit et très rapide), qui sont utilisés dans un environnement « hostile » (très hautes et très basses températures, présence de champ magnétique, de contraintes thermomécaniques élevées, encombrement réduit, environnement nucléaire), la filière fission pour les générations IV, les outils de calculs numériques (développement software), la conception assistée par ordinateur (CAO) largement utilisée dans les milieux automobile, aéronautique…

Dimitri Batani : Si on arrive à obtenir la fusion nucléaire pour la production d'énergie ce sera déjà un excellent résultat en soit. Cela permettra de résoudre le besoin énergétique de l'humanité pour des centaines d'années. Donc on n'a pas besoin d'autres justifications.

Mais si on regarde la question d'un autre point de vue, il faut considérer que la recherche scientifique, souvent, n'est pas "linéaire". Il arrive souvent que l'on cherche un résultat et qu'en faisant de la recherche on trouve d'autres résultats, d'autres applications utiles.

Même la recherche qui a priori n'aura pas d'applications peut amener à des surprises. C'est pour cela que que si d'un coté il est bon d'avoir des programmes de recherche "finalisés", de l'autre coté il faut aussi toujours préserver la "liberté de rechercher" des chercheurs.

En plus il faut aussi savoir que pour développer des recherches très avancées comme celles sur la fusion nucléaire (inertielle  et magnétique), il y a toujours la nécessité de développer des technologies de pointe. Par exemple la fusion inertielle requiert des études avancées sur de nouvelles sources lasers et sur de nouveaux matériaux. Ces retombées peuvent être d'un point de vue économique et sociétal aussi importantes que la recherche "principale".

Propos recueillis par Gilles Boutin

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Epsilone
- 08/03/2014 - 09:43
La fusion nucléaire est l'énergie de l'avenir et elle le restera
Disait un physicien (je ne sais plus qui). Il se pourrait fort qu'il ait raison.
Pendant que l'on développe ITER on se fait probablement doubler par les chinois qui sont en train de développer un réacteur nucléaire à sels fondus et qui pourraient nous souffler le marché des centrales nucléaires avec un type de centrales qui ait à peu près les avantages de la fusion (disponibilité des ressources, pollution bien moins importante, en bien moins cher). Et en plus, pendant ce temps là, on ne développe pas d'autres modes d'énergie prometteuse, comme les centrales éoliennes off-shore en pleine mer.
Christian Camus
gueux et preux
- 08/03/2014 - 02:03
J'appuie
le com d'EOLE.A partir du moment où on peut isoler simplement l'hydrogène contenu dans l'eau il faut mettre tous les moyens pour que l'usager courant l'utilise...couramment et sans danger.Rien d'insurmontable à condition de le vouloir et terriblement écologique.
Karg se
- 07/03/2014 - 22:48
nawak
"la production d'électricité par des générateurs MHD" N'importe quoi, la MHD est une discipline pas un méthode de production d'énergie. C'est sidérant de balancer des arguments aussi pourri.

"Personne ne sait maîtriser des températures de fonctionnement de n centaines de millions de degrés." Non, c'est vrai qu'avec la Z machine on se contente de quelques milliards de degré. Encore un ignorant...