La fusion nucléaire. Nous avons tous déjà entendu parler de cette réaction nucléaire. Le principe est simple : à partir de 2 noyaux légers, créer un noyau plus lourd. Cette réaction va dégager une quantité colossale d’énergie nucléaire. Cette perspective d’une source d’énergie quasiment inépuisable attise les convoitises d’autant plus avec la hausse de la population mondiale et les successions de crises énergétiques. Mais la route vers ce paradis énergétique est semée d’embûches. Depuis les années 1950, les travaux de recherche réalisés dans le monde entier n'ont encore abouti. En effet, il y a plusieurs types de réactions nucléaires et les réactions de fusion qui dégagent le plus d’énergie exigent des températures et des pressions inatteignables sur Terre dans un futur proche. Néanmoins, avec des pressions et températures réalisables, une réaction de fusion ressort et est privilégiée par les projets actuels de fusion nucléaire:
Schéma représentant une réaction de fusion entre du deutérium et du tritium
C’est sur cette réaction que nous allons nous pencher et réfléchir à une question que l’on se pose peu souvent : d’où proviennnent ce deutérium et ce tritium ?
Commençons par le deutérium. C’est un isotope de l'hydrogène ayant le même nombre de proton mais 1 neutron de plus que l'hydrogène. Le deutérium est relativement peu abondant mais il est facile à extraire de l'eau de mer qui en constitue donc un gisement pratiquement inépuisable. Ce procédé d’extraction, déjà industrialisé, est la séparation isotopique de l’eau lourde par méthode de Girdler. Il consiste en une méthode de production industrielle d'eau lourde (oxyde de deutérium), un élément important pour les réacteurs nucléaires. La méthode Girdler est constituée de 2 colonnes. Une colonne est maintenue à 30 °C et est appelée la « tour froide » et l'autre à 130 °C et est appelée la « tour chaude ». Le sulfure d'hydrogène gazeux circule en circuit fermé entre la tour froide et la tour chaude. De l'eau normale, contenant naturellement un peu de deutérium, est envoyée dans la tour chaude avec du sulfure d'hydrogène : à cette température, le deutérium a tendance à migrer de cette eau (ainsi appauvrie) vers le sulfure d'hydrogène. Celui-ci est ensuite envoyé dans la tour froide, avec de l'eau déminéralisée et dégazéifiée : à cette température, le deutérium a tendance à migrer du sulfure d'hydrogène vers cette eau, qui est ainsi enrichie en deutérium. En répétant l'opération sur cette eau, on l'enrichit à nouveau.
En revanche, le problème est beaucoup plus complexe pour l’approvisionnement en tritium. La méthode choisie, (elle est toujours en développement) par le projet ITER est de reproduire cet le tritium grâce à la réaction de fusion elle-même !!!
En effet la réaction de fusion se fait dans un espace clos et lorsqu’un noyau de deutérium fusionne avec un noyau de tritium, les particules se recomposent en un noyau d'hélium et un neutron. Le noyau d'hélium reste dans cette espace confiné mais le neutron lui peut s’en échapper. Le projet serait de capturer ce neutron et de le faire réagir avec du lithium 6 pour recréer du tritium. Voilà le principe de production du tritium mais c’est juste sur le principe car nous n’avons pas encore trouvé les solutions technologiques qui permettent cela.
L’approvisionnement en deutérium et tritium est donc un enjeu de taille bien que l'on se pose peu cette question. Aujourd'hui le vrai défi est l’approvisionnement en tritium car l'élément est peu abondant et le système de production est coûteux et pas encore abouti. Et si la solution se trouvait peut-être dans une autre réaction de fusion qui mettrait en jeu d'autres éléments chimiques. C’est cette direction qu'a prise TAE technologies, une société américaine développant l'énergie de fusion aneutronique, en étudiant une réaction qui fait appel à des protons et des atomes de bore. Cette réaction a le mérite de n'utiliser que du combustible disponible en abondance et de ne pas produire de neutrons, mais nécessite des températures dix fois plus élevées (environ un milliard de kelvins).
Blog écrit par Alexandre Bertoletti, Malick Diallo
Sources :
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