La Fusion des Atomes

Présentation

Des réactions de fusion sont à l'origine de l'énergie produite dans le soleil en convertissant l'hydrogène en hélium. Au coeur du soleil la température est suffisamment élevée pour que des réactions de fusion nucléaire aient lieues : c'est ce qui fait briller le soleil car ces réactions s'accompagnent de libération d'énergie. Lors de celles-ci environ 0.5 % de la masse d'hydrogène est convertie en énergie, selon l'équation bien connue e=mc² liant la masse et la vitesse à l'énergie. Cette énergie est libérée sous la forme d'une radiation électromagnétique, la lumière, dont la majeure partie se perd dans l'immensité de l'espace. Moins d'un milliardième atteint la surface de la terre, ce qui représente cependant une importante source d'énergie qui alimente depuis des milliards d'années le cycle de l'eau, le vent et la vie.

Tout matériau est composé d'atomes qui comportent un noyau entouré d'électrons dont la charge est négative. Le noyau est composé de proton dont la charge est positive et de neutrons qui n'ont pas de charge. La cohésion des nucléons est maintenue grâce à de très grandes forces nucléaires (interaction forte), les électrons sont attirés par les protons, par des forces beaucoup plus faible que celles maintenant le noyau, tandis que le noyau est relié au électrons grâce aux forces électrostatiques.

La fusion sur Terre

Comme les noyaux ont une charge électrique positive, ils se repoussent mutuellement ce qui les empêche de fusionner. Les noyaux atomiques doivent acquérir une certaine énergie cinétique c'est à dire une vitesse suffisante pour pouvoir surmonter la répulsion électrostatique lorsqu'ils entrent en collision. Ce processus donne naissance a une grande quantité d'énergie provenant les grandes forces présentes dans le noyau.

Les atomes d'hydrogène dans le soleil et les autres étoiles fusionnent sous la très grande pression due à la gravité (274 m.s^-2 à la surface). Cependant nous ne sommes pas en mesure de reproduire ce phénomène sur terre. Les hommes doivent donc développer d’autres moyens pour réaliser les réactions de fusion. La fusion est possible à partir de nombreux éléments légers, mais la réaction impliquant le deutérium (D) et le tritium (T), deux isotopes de l'hydrogène est la plus accessible et c'est sur cette réaction que se concentrent les recherches. Appelée fusion D-T cette réaction convertit ces 2 isotopes d'hydrogène en hélium, neutrons et énergie.

On trouve environ 35g de deutérium par m³ d'eau ce qui signifie qu'il est répandu équitablement et que son exploitation n'est pas coûteuse. Quand au tritium, dont la durée de vie (période radioactive) est d'environ 12 ans, il est extrêmement rare dans la nature, on peut néanmoins le produire artificiellement dans un réacteur de fusion à partir de lithium, le lithium étant un des métaux légers que l'on rencontre le plus abondamment dans l'écorce terrestre. Les combustibles pour la fusion sont alors pratiquement inépuisables et ils ne sont pas ou très peu radioactifs.
Par ailleurs la fusion ne présente aucun risque d'accident nucléaire. Effectivement, le plasma à naturellement tendance à s’inhiber. De plus, la quantité de deutérium et de tritium présente (en faible densité) dans la zone de réaction est tellement petite que des libérations intenses et dangereuses d'énergie seraient impossibles. Il est également urgent de réduire les émissions de gaz à effet de serre afin d'éviter que l'environnement ne souffre gravement du réchauffement du globe, de la montée du niveau de la mer, d’une modification du schéma des précipitations... Les réductions stipulées par le protocole de Kyoto ne constituent q'un premier pas. Il est donc important de noter qu'un réacteur de fusion n'émet pas de gaz à effet de serre.