C: Les différentes sortes de fusion
Notre TPE traite essentiellement de la fusion à confinement magnétique avec l’utilisation du tokamak car c’est, comme nous l’avons déjà dit, celle qui est la plus aboutie. Mais il ne serait pas tout à fait complet si nous ne parlions des autres techniques pour réaliser la fusion nucléaire.
a: La fusion par confinement magnétique (FCM) :
Même si nous avons déjà parlé de cette technique précédemment, les tokamaks ne sont pas les seuls réacteurs à fusion nucléaire qui utilise le confinement magnétique, il existe d’autre méthode basé sur le même principe.
-Comme par exemple le Stellarator : C’est un dispositif analogue au tokamak destiné à la production de réaction de fusion atomique. Contrairement à ce dernier, le confinement du plasma est entièrement réalisé par le champ magnétique hélicoïdal créé par l'arrangement complexe de bobines autour du tore. Il y a une autre différence avec le tokamak, actuellement les tokamaks ont un mode de fonctionnement par impulsion tandis que le stellerator autorise un fonctionnement en continu. C’est une voie particulièrement recherchée en Allemagne et au cours des prochaines années, celle-ci devra permettre de démontrer cette aptitude au fonctionnement continu.
-Ou encore comme les pièges à miroirs magnétiques: Un piège à miroirs magnétiques est un dispositif permettant d'initier des réactions de fusion nucléaire en se fondant sur le confinement magnétique. Le principe consiste à piéger et chauffer un plasma de deutérium et tritium entre deux « miroirs » magnétiques constitués d'un tore traversé par un courant.
B) La fusion par confinement inertiel:
La fusion par confinement inertiel est une méthode utilisée pour porter une très petite quantité de combustible aux conditions de température et de pression désirées pour la fusion nucléaire. Ici encore il y a plusieurs méthodes pour le même principe :
-Il y à Les machines à striction axiale : Les machines à striction axiale (ou appelées aussi Z-pinch) présentent l'une des méthodes actuellement en cours d'investigation pour le contrôle de la fusion nucléaire. Une petite pastille de combustible est placée au centre d'une cage à fils de tungstène* ou d'acier. Lors d'une forte décharge électrique, ces fils sous l'effet de la chaleur se transforment en plasma conducteur du courant. La composante de l'ensemble des champs de chaque fil va ensuite comprimer le plasma vers le centre de la cage à fils et ainsi comprimer la pastille de combustible ce qui entraînera les réactions de fusion.
La Z-pinch (des laboratoires Sandia) en fonctionnement
- ainsi que la fusion par confinement inertiel par laser : cette méthode consiste à faire fusionner les noyaux de deutérium et de tritium en utilisant des lasers de très forte puissance. C’est ce laser qui va apporter l'énergie de départ sur un très petit échantillon de combustible. Ce dernier va alors se vaporiser sous forme de plasma maintenu volontairement dans un espace très réduit. Sous l'effet de la pression et de la très forte agitation moléculaire, l'énergie produite par les chocs entre atomes permet de passer la barrière coulombienne et provoque la fusion des atomes de l'échantillon. L’énergie dégagée par la fusion des ces quelques noyaux de deutérium et de tritium va servir à faire fusionner les noyaux qui se trouvent à proximité. De proche en proche la réaction de fusion va se propager à tout le combustible.
La CEA étudie aussi la FCI dans le cadre du projet Laser Mégajoule dont la construction devrait être achevée en 2009.
Le Laser Mégajoule est le laser le plus énergétique au monde, son objectif est de pouvoir déposer une énergie de 1,8 MJ sur une cible minuscule et pour un temps assez long. Le bâtiment, construit sur le site CEA de Bordeaux, mesurera plus de 300 m et abritera les 30 chaînes laser de 8 faisceaux chacune, soit 240 faisceaux qui convergeront vers une cible de quelques millimètres.
Exemple de cible du laser mégajoule ci-dessus
Vue aérienne virtuelle du Laser Mégajoule (source: CEA)
C) La fusion froide :
La fusion froide est une réaction qui consiste à combiner les noyaux d'atomes à température ambiante.
L'idée de fusion froide est apparue il y a 16 ans. Aussitôt rejetée par l'ensemble de la communauté scientifique, elle continue pourtant à fasciner une poignée de chercheurs convaincus d'avoir découvert une faille de notre théorie de la matière. Le 23 mars 1989, Stanley Pons et Martin Fleischman de l'Université de Southampton, en Grande-Bretagne, annonçaient au monde entier qu'ils avaient réalisé une expérience de fusion dans une éprouvette, à la température de la pièce. Stupeur générale des chercheurs en fusion
nucléaire. La principale certitude qu'on avait à son propos, c'est qu'elle ne pouvait se produire qu'à de très hautes températures. Et comme l'expérience de Pons et Fleischman était difficile à reproduire, la communauté scientifique n'a pas tardé à qualifier de "supercherie" le concept de fusion froide et "d'alchimistes" ses partisans. Tout au plus y voyait-on une réaction chimique inconnue produisant de la chaleur.
C'est encore l'opinion dominante aujourd'hui. La fusion froide est l'apanage d'à peine une centaine de chercheurs à travers le monde, qui poursuivent leurs travaux avec des fonds limités. Ils tiennent leur congrès entre eux, les chercheurs sérieux refusant catégoriquement d'y assister.
Pourtant, leurs travaux progressent. On ne comprend pas toujours très bien comment la fusion froide fonctionne, mais les résultats sont de plus en plus faciles à obtenir et la production d'énergie, à la hausse. Dans l'expérience de base, on se servait d'électrodes de palladium plongées dans un bain d'eau lourde* (D2O avec D = deutérium). La réaction d'électrolyse* de l'eau lourde produisait environ 10 watts de courant par centimètre cube de palladium, soit de 2 à 400% plus d'énergie que ce que l'on fournissait au système. Aujourd'hui, on ajoute de l'aluminium comme catalyseur et le niveau d'énergie atteint 1000 watts par cm cube.
Réacteur a fusion froide en fonctionnement
Seul sous-produit de cette réaction : un peu d'hélium. Il y en a beaucoup plus que ce qui est initialement présent, ce qui donne à penser que ces atomes sont produits en cours de route - c'est ce qui sous-tend l'affirmation selon laquelle il y a bel et bien fusion d'atomes. Par ailleurs, la production de cet hélium est directement reliée à la production de chaleur.
Il n'y a toujours pas de théorie convaincante pour expliquer cette production d'hélium et d'énergie. On a aussi noté que la réaction fonctionne avec certains types d'électrodes de palladium et pas avec d'autres. Là encore, on ne sait pas pourquoi. Quoiqu'il en soit, les chercheurs continuent leurs travaux, dans l'indifférence générale.
La fusion froide n'a donc pas fini de diviser les chercheurs, mais tant que des résultats probants n'ont pas été fournis, la communauté scientifique reste sceptique et continue de considérer la fusion thermonucléaire (fusion de noyaux d'atomes avec apport d'énergie sous forme de chaleur) comme la seule technique de fusion nucléaire réalisable et susceptible de produire une quantité non négligeable d'énergie.