Je me permets de poster un exposé que j´ai fait l´année dernière sur la fusion nucléaire. Evidemment c´est sans images et sans certaines formules qui nécessitent trop de caractères spéciaux.
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D + T --> He + neutron
Cette formule est celle de la fusion nucléaire. Elle décrit le mariage de deux noyaux légers ( Deuterium et Tritium, isotopes de l’hydrogène) qui donne naissance à un noyau plus lourd, celui de l’helium, et à l’éjection d’un électron. Cette réaction chimique est formidablement exothermique comme l’indiquent les chiffres plus haut.
Pour fusioner, les deux noyaux doivent s’approcher à une distance inférieur à leur diamètre car les forces nucléaires, notamment la force forte, qui lient les nucléons n’agissent qu’à très faible distance. Les particules étant chargées positivement ( loi de Coulomb), les deux noyaux se repoussent par répulsion électrique et empêche la réaction.
Pour passer cette barrière, les noyaux doivent se trouver dans un état d’agitation thermique très grand, donc à haute température. En effet si on chauffe un élément il passe de l’état solide à liquide puis se sublime pour devenir un gaz avant de devenir le plasma ( ou gaz ionisé), l’état requis pour que les noyaux de deuterium et de tritium commencent la fusion. Plus la température est haute, plus les atomes sont agités. On peut trouver de telles températures à l’état naturel au cœur des étoiles, qui utilisent la fusion de l’hydrogène pour briller mais aussi d’éléments plus lourds pour les plus chaudes d’entre elles comme l’oxygène ou même le fer ! Une fois le processus commencé, la réaction va continuer en chaîne à condition que l’énergie libérée soit égale à l’énergie dépensée ( breakeven décrit par le critère de Lawson : densité x temps de confinement = 10 puissance 20).
En dessous : critère de Lawson.
n " tau" ( lettre grecque) E > > 10 puissance 20 m puissance -3 s
La fusion du deuterium nécessite 10Kev pour bien fonctionner, soit 100 mios de degrés celsius. On peut approcher ces extrêmes en ionisant la matière, c’est à dire en projetant des électrons à très haute vitesse sur celle ci. L’homme y parvient déjà avec ses bombes H mais il ne maitrise pas encore la réaction et ne sait pas comment récolter l’énergie pour la convertir en électricité.
Atteindre la température requise a déjà été un défi difficile car la matière chauffée doit être tenue à l’écart de toute autre matière qui serait aussitôt détruite a son contact. Les propriétés extraordinaires des champs magnétiques permettent d’isoler la réaction. En effet un mètre de champ magnétique diminue la température.
Il est aussi possible de chauffer les éléments en les soumettant à des fréquences radios. Le plasma absorbe en effet les vagues électromagnétiques.
Confinement inertiel
" Confiner" veut dire maintenir isolé. Pour chauffer les particules on peut aussi compresser le plasma a l’extrême en le balayant avec des faisceaux lasers très puissants. Les scientifiques arrivent à compresser le deuterium et le tritium jusqu’à 600x plus que leur densité liquide.
Les lasers ultimes sont capables de fournir 40 Kjoules sur 351 N/m sur une duré de 3-4 nanosecondes.
La puissance délivrée serait d’environ 2x10 puissance 14 soit 100 fois la capacité de puissance électrique mondiale.
Fusion solaire
Différences entre fusion et fission nucléaire
La fission nucléaire est en fait la fusion de noyaux lourds. Le noyau résultant comporte trop peu d’électrons et se sépare. Les noyaux principaux susceptibles de se fissioner, dits fissibles, sont l’uranium 235, le plutonium 239, l’uranium 237... Des éléments instables et radioactifs. On peut enclenché cette réaction en projetant un neutron sur le noyau. Cette réaction, dite induite, est celle utilisée actuellement dans nos centrales.
Toutes ces réactions sont dites nucléaires car il y’a modification des noyaux. La fusion nucléaire est l’objet des recherches depuis 1950.
Quelques chiffres :
1,25 milliard de dollars par année sont consacrés à la recherche sur l’énergie thermonucléaire dont 40% pour l’Europe, leader dans le domaine. Le programme ITER ( Europe + Suisse, Russie, Japon) est le plus important actuellement avec un coût de 3,3 milliard d’euros sur 10 ans. Il reprendra la relève du projet JET, construit il y’a plus de 25 ans.
Machines
Les tokamak
Dans un tokamak, le plasma chaud est confiné par champ magnétique à l´intérieur du tore. Les forces magnétiques agissant sur les particules en déplacement du plasma empêchent le plasma de toucher les parois de la chambre. Le courant qui génère le champ magnétique est induit dans le plasma lui-même et le chauffe simultanément.
Cependant, une réaction thermonucléaire auto-entretenue n´a pu encore être obtenue malgré les nombreux progrès. Plusieurs tokamaks sont operationnels actuellement mais leur rendement est encore bien en dessous des possibilités d’une fusion optimale.
beaucoup 
