Il y a cinq cents ans, la civilisation aztèque de l’actuel Mexique pensait que le Soleil et toute sa puissance étaient alimentés par le sang de sacrifices humains. Nous savons maintenant que les étoiles sont alimentées par un mécanisme connu sous le nom de fusion nucléaire.
Selon les scientifiques, la fusion nucléaire est la meilleure solution énergétique pour l’avenir. En théorie, il s’agit d’une source d’énergie propre et presque illimitée. Mais à quelle température la fusion nucléaire est-elle possible ?
Comment fonctionne la fusion nucléaire ?
La fusion nucléaire artificielle, en bref, produit un mini-Soleil dans un réacteur. Deux atomes d’hydrogène entrent en collision à grande vitesse pour former un atome d’hélium, avec des neutrons et la libération d’une importante énergie.
Les scientifiques expliquent que ces processus chimiques complexes peuvent être créés à l’aide de matériaux abondants sur Terre, comme l’hydrogène et le lithium, ou leurs isotopes, le deutérium et le tritium. Ces éléments peuvent être trouvés dans l’océan ou la croûte terrestre.
Jusqu’à présent, le plus grand défi dans le développement d’un réacteur de fusion fonctionnel a été les températures extrêmes requises. En réalité, la fusion a lieu à une échelle bien plus grande dans le Soleil. Sa force gravitationnelle comprime les protons pour réaliser la fusion nucléaire à une température centrale de 15 millions de degrés Celsius.
À ces températures, les éléments peuvent entrer dans le quatrième état de la matière, le plasma. Dans cet état, les particules se déplacent si rapidement et entrent en collision si violemment que les électrons se détachent des noyaux des atomes pour former un ensemble ionisé.
Comment fonctionne la fusion dans le Soleil ?
L’énergie du Soleil, qu’il s’agisse de chaleur ou de lumière, provient d’un processus de fusion nucléaire qui se produit dans son noyau. La fusion proton-proton est le type spécifique de fusion qui se produit à l’intérieur du Soleil.
Ce processus commence à l’intérieur du Soleil avec des protons, qui sont simplement des noyaux d’hydrogène isolés. Ces protons fusionnent ensemble et sont transformés en hélium au cours d’un certain nombre de processus. Cette transition entraîne une libération d’énergie, qui maintient la chaleur du Soleil. L’énergie qui en résulte est rayonnée à partir du noyau du Soleil et se répand dans tout le Système solaire.
Il convient de noter que le noyau est la seule partie du Soleil qui génère de grandes quantités de chaleur par fusion. En fait, le cœur du Soleil génère 99 % de sa chaleur. Chaque seconde, le Soleil fusionne plus de 600 millions de tonnes d’hydrogène en son cœur. L’énergie transmise du noyau à la surface réchauffe le reste du Soleil.
Quelle est la température des fusions nucléaires sur Terre ?
Les réactions de fusion pourraient servir de base aux futurs réacteurs de fusion. La quantité d’énergie produite par les réactions de fusion est quatre fois supérieure à celle des réactions de fission. Les réacteurs à fusion de première génération utiliseront une combinaison de deutérium et de tritium, deux types d’hydrogène lourd. En principe, quelques grammes de ces réactifs peuvent générer un térajoule d’énergie, ce qui est suffisant pour alimenter un individu du monde développé pendant soixante ans.
Si l’immense force gravitationnelle du Soleil produit naturellement la fusion, sans elle, le processus nécessite une température plus élevée pour être achevé. Pour fusionner le deutérium et le tritium sur Terre, il faut des températures supérieures à 100 millions de degrés Celsius et une pression extrême. Il faut également un confinement suffisant pour que le plasma et la réaction de fusion se poursuivent suffisamment longtemps pour générer un gain net d’énergie.
Des expériences permettent aujourd’hui d’atteindre régulièrement des conditions très similaires à celles nécessaires dans un réacteur de fusion. Le centre de recherche National Ignition Facility (NIF) aux États-Unis, par exemple, a reproduit la réaction de fusion dans les étoiles avec un gain net d’énergie. Ils ont fait fusionner les atomes avec un laser qui a fourni 1,8 mégajoule d’énergie, libérant 2,5 mégajoules.
Néanmoins, il est encore possible d’améliorer le confinement et la stabilité du plasma. Pour générer de l’énergie de fusion, les scientifiques et les ingénieurs du monde entier testent de nouveaux matériaux et développent de nouvelles technologies.
