Mise à jour : 7 Juin 2006

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Sommaire de ce numéro : SPÉCIAL ITER ET FUSION NUCLÉAIRE

CR de la conférence "ITER la fusion thermonucléaire en question à l'IAP le 6 Juin 2006 (07/06/2006)

Spécial ITER : Quelques infos sur la fusion et sur le projet ITER (07/06/2006)

L'énergie nucléaire

La fusion nucléaire expliquée simplement

Comment peut on réaliser une fusion sur Terre

Historique du projet ITER

La construction de ITER

Pour aller plus loin sur ITER et la fusion.

SPECIAL ITER : QUELQUES INFOS. (07/06/2006)

L'ÉNERGIE NUCLÉAIRE.

L'énergie nucléaire peut être libérée de deux façons différentes:

· En cassant les noyaux lourds, c'est la Fission (Réacteurs nucléaires, bombe A).

· En agglutinant ensemble des noyaux légers, c'est la Fusion. (bombe H, pas encore de réacteurs opérationnels), la fusion est l'énergie des étoiles.

Cette énergie délivrée est énorme, elle correspond à la célèbre formule d'Einstein

Elle relie masse et énergie.

Mais les énergies dont nous parlons sont immensément…petites, de nouvelles unités doivent être définies en conséquence. C’est l’électron volt : énergie acquise par un électron sous une tension de 1 volt, d’accord, cela ne vous dit pas grand chose certainement.

En unités plus courantes , le Joule (J), (vous connaissez 1 Joule = 0,24 cal, pas les calories de la diététique celles là par abus de langage on les appellent calories mais ce sont en fait des Kilo calories)

on a 1 ev = 1,6 10^-19 J

Unité encore petite on utilise ses multiples
         kev = 10³ ev
         Mev = 10⁶ ev
         Gev = 10⁹ ev
         Tev = 10¹² ev

Un exemple pour vous montrer la petitesse de ces unités:

Une lampe de 100W qui brûle pendant 1heure correspond à une énergie de: 360.000J soit 2,2 10²⁴ ev !!!!!!!

Donc même quand on parle de Mev (Mega ev) c’est tout petit!

Revenons à l'énergie nucléaire,

Si on convertit l’énergie apportée par la fission d’UN seul atome d’Uranium 235 par exemple on trouve de l’ordre de 200Mev

Il y a 6,023 10²³ atomes dans une molécule de base de chaque corps (une mole) (nombre d’Avogadro!)

Donc il y a 6,023 10²³ atomes dans 235g d’U soit une énergie libérée de approx 8 10¹⁰ J/g d’U, énergie consommée par une maison en 1 mois!!!!

C'est pour cette raison qu'il est difficile de battre en rendement l'énergie nucléaire!

La fusion est encore plus prometteuse au point de vue rendement mais n'a pas encore été parfaitement maîtrisée sur Terre, c'est le rôle d'ITER d'y arriver.

LA FUSION NUCLÉAIRE EXPLIQUÉE SIMPLEMENT

Notre étoile le Soleil est un immense réacteur nucléaire, examinons comment son énergie est produite.

Le soleil produit son énorme énergie au cours d'une réaction de fusion nucléaire qui se déroule en trois étapes.

Elles impliquent toutes l'Hydrogène (en fait son noyau uniquement : le proton) et ses isotopes (isotope = même corps chimique mais avec plus ou moins de neutrons, donc stable ou instable suivant les cas).

Première étape : les noyaux de H et H fusionnent pour donne du Deutérium D (constituant de l'eau lourde).

Deuxième étape : D et H fusionnent pour donner un nouveau corps, l'Hélium 3 (He3).

Troisième étape : He3 et He3 fusionnent pour donner de l'Hélium 4 stable en libérant aussi deux noyaux d'Hydrogène (protons)

Au cours de ces réactions nucléaires des quantités énormes d'énergie sont libérées sous forme de gamma (E=mc2).

Ces trois étapes se résument en fait plus simplement à celle ci :

4 protons vont fusionner pour donner naissance à de l'He4 et à de l'énergie.

C'est ce que l'on appelle la chaîne p-p de fusion.

Notre Soleil transforme 600 millions de tonnes d'H par seconde!!!

On dit que l'on va produire avec ITER la même réaction que dans le Soleil, ce n'est pas complètement exacte, car les réactions précédentes et surtout la première étape, ont une probabilité très faible (deux p devraient attendre 8 milliards d'années avant de fusionner!), uniquement compensée au niveau des étoiles par l'énorme quantité d'Hydrogène (dans le Soleil 10²⁴ tonnes de p) à disposition; elle n'est pas praticable sur Terre.

On s'en aperçoit en consultant la courbe de probabilité des réactions nucléaires (la réactivité) qui représente en fait le "rendement" d'une telle réaction. Plus haut est la valeur plus intéressante est la réaction.

(courbe : Iter.org)

On voit que c'est la réaction de fusion du Deutérium avec le Tritium qui a la meilleure valeur vers 100 millions de degrés.

La réaction p-p au niveau du Soleil est tellement faible qu'elle n'est même pas sur cette courbe.

Voici donc les noyaux qui ont plus de chances de fusionner avec un meilleur rendement; c'est le Deutérium (D ou H2) et le Tritium (T ou H3) tous deux isotopes de l'Hydrogène.

Voici la réaction donnant naissance à cette fusion.

La différence de masse entre avant et après la fusion nous donne l'énergie grâce à la célèbre formule d'Albert.

Tout cela c'est bien sur le papier, mais dans la pratique comment faire?

COMMENT PEUT ON RÉALISER UNE FUSION SUR TERRE?

Pas simple, comme pour tout phénomène où l'on veut faire se choquer des particules ou des atomes qui ont tendance à se repousser (les noyaux sont + et comme tout le monde sait + et + se repoussent; il faut vaincre cette force de répulsion énorme), il faut les lancer les uns contre les autres, c'est à dire les accélérer comme dans un accélérateur de particules.

On ne peut pas les accélérer sans les chauffer à des températures de l'ordre d'une centaine de millions de degrés, ces particules deviennent un "plasma", quatrième état de la matière.

Le Soleil n'est qu'une boule de plasma, et vous en avez aussi chez vous des plasmas dans les tubes fluorescents!

Il faut maintenant trouver du Deutérium et du Tritium, pour le Deutérium c'est facile, il y en a plein dans l'eau de mer (1 atome de T pour 6000H), il faut l'extraire.

Pour le Tritium élément extrêmement rare : 1 atome pour 10¹⁷ atomes de H!!! De plus il est radioactif et a pour période 12 ans, donc on ne peut pas le stocker longtemps, il faut donc le fabriquer artificiellement à partir du Lithium (très abondant) dans un réacteur nucléaire, par activation neutronique selon la réaction :

⁶₃Li + ¹n à ⁴₂He + ³₁T

Le principe étant maintenant clarifié, quel est le principe de réalisation de cette fusion.

Comment créé ce plasma?

De plus ce plasma chaud est chargé il ne peut donc pas être confiné contre des parois, il ne peut circuler que grâce à un champ magnétique.

La meilleure façon c'est un Tokamak!!! Voici la définition de Wikipedia :

Un tokamak est une chambre de confinement magnétique destinée à contrôler un plasma nécessaire à la production d'énergie par fusion nucléaire.

Ce terme vient du russe « toroidalnaja kamera magnetnaja katuska » (en français : chambre toroïdale à confinement magnétique).

Le but du Tokamak est de confiner (piéger) un plasma chaud (très chaud même) dans un champ magnétique le plus longtemps possible.

Donc il faut comme dans les grands accélérateurs faire tourner : le tokamak sera circulaire ou plutôt torique.

Bien entendu dans le vide le plus parfait pour que le plasma ne rencontre pas d'autres molécules.

Deux champs sont principalement mis en œuvre :