Connaître le nucléaire
Fusion nucléaire
C’est un processus nucléaire, où l’énergie est produite par le fracas des atomes légers. C’est la réaction inverse de la fission, où les isotopes lourds sont séparés. La fusion est le processus par lequel le soleil et les autres étoiles produisent de la lumière et de la chaleur.
C’est le plus facilement réalisable sur Terre en combinant deux isotopes de l’hydrogène : le deutérium et le tritium. L’hydrogène est le plus léger de tous les éléments, étant composé d’un seul proton et d’un électron. Le deutérium possède un neutron supplémentaire dans son noyau ; il peut remplacer un des atomes d’hydrogène dans H20 pour produire ce qu’on appelle « l’eau lourde ». Le tritium possède deux neutrons supplémentaires et est donc trois fois plus lourd que l’hydrogène. Dans un cycle de fusion, le tritium et le deutérium sont combinés et aboutissent à la formation d’hélium, l’élément le plus lourd suivant dans le tableau périodique, et à la libération d’un neutron libre.
Le deutérium se trouve à raison d’une partie pour 6 500 dans l’eau de mer ordinaire, et est donc disponible à l’échelle mondiale, ce qui élimine le problème de la répartition géographique inégale des ressources en combustible. Cela signifie qu’il y aura du combustible pour la fusion tant qu’il y aura de l’eau sur la planète.
LE SAVIEZ-VOUS ?
Des scientifiques de l’Institut Max Planck de physique des plasmas de Greifswald, en Allemagne, ont démontré qu’il est possible de surchauffer des atomes d’hydrogène pour former un plasma de 80 millions de degrés Celsius à l’aide d’une machine appelée le stellarator Wendelstein 7-X. Ce plasma constitue la base de la fusion nucléaire, dans laquelle les atomes d’hydrogène entrent en collision et leurs noyaux fusionnent pour former des atomes d’hélium – un processus qui laisse échapper de l’énergie et qui est similaire à ce qui se passe dans notre soleil.
Qu’est-ce que l’énergie de fusion?
Regardons une réaction de fusion. Vous pouvez voir que lorsque le deutérium et le tritium fusionnent, leurs composants sont recombinés en un atome d’hélium et un neutron rapide. Lorsque les deux isotopes lourds sont réassemblés en un atome d’hélium, il reste une masse « supplémentaire » qui est convertie en énergie cinétique du neutron, selon la formule d’Einstein : E=mc2.
Pour qu’une réaction de fusion nucléaire se produise, il est nécessaire de rapprocher deux noyaux au point que les forces nucléaires deviennent actives et collent les noyaux ensemble. Les forces nucléaires sont des forces à faible distance et doivent agir contre les forces électrostatiques où les noyaux chargés positivement se repoussent. C’est la raison pour laquelle les réactions de fusion nucléaire se produisent principalement dans un environnement à haute densité et haute température.
À très haute température, les électrons sont arrachés aux noyaux atomiques pour former un plasma (gaz ionisé). Dans ces conditions, les forces électrostatiques répulsives qui maintiennent les noyaux chargés positivement séparés peuvent être surmontées, et les noyaux de certains éléments légers peuvent être rapprochés pour fusionner et former d’autres éléments. La fusion nucléaire des éléments légers libère de vastes quantités d’énergie et constitue le processus fondamental de production d’énergie dans les étoiles.
L’objectif de la recherche sur la fusion est de confiner les ions de fusion à des températures et des pressions suffisamment élevées et pendant un temps suffisamment long pour qu’ils fusionnent.
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