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L'énergie de fusion nucléaire au 21e siècle

L'énergie de fusion nucléaire au 21e siècle

Les réactions nucléaires sont l’une des façons dont nous pouvons générer une quantité énorme d’énergie. Les centrales nucléaires utilisent une réaction nucléaire pour chauffer l'eau en vapeur, qui à son tour fait tourner des turbines qui produisent de l'électricité.

Les États-Unis produisent plus d'énergie nucléaire que n'importe quel autre pays du monde, et près de 20% des besoins énergétiques totaux des États-Unis sont satisfaits grâce à l'énergie nucléaire.

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Il existe deux types de réactions nucléaires par lesquelles nous pouvons générer de l'énergie: la fission nucléaire et la fusion nucléaire.

Beaucoup pensent que la fission nucléaire et la fusion nucléaire sont utilisées dans les centrales nucléaires pour produire de l'énergie. Cependant, nous n'utilisons que la fission nucléaire, même si nous savons que la fusion nucléaire est une bien meilleure alternative en termes de disponibilité du combustible et de production d'énergie.

Alors, pourquoi dépendons-nous de l'option la plus dangereuse de la fission nucléaire? Discutons.

Avant d'entrer dans les détails de la fission et de la fusion, vous devez comprendre la différence entre les deux.

Fission nucléaire: Le processus de génération de chaleur en divisant les atomes lourds. La division des atomes est obtenue en frappant l'atome lourd avec des particules à grande vitesse, généralement des neutrons.

La fusion nucléaire: Le processus de génération de chaleur en joignant deux atomes légers pour former un atome plus lourd.

Les générateurs nucléaires que nous avons aujourd'hui utilisent la fission nucléaire pour produire de la chaleur. Un réacteur à fission nucléaire utilise des pastilles d'oxyde d'uranium en céramique pour ses noyaux.

Les atomes d'uranium sont ensuite séparés en les bombardant de neutrons. La scission produit une énorme quantité de chaleur, libérant plus de neutrons dans le processus.

Ces nouveaux neutrons frappent ensuite d'autres atomes d'uranium, qui continuent à générer plus de chaleur et de neutrons. C'est ce qu'on appelle une réaction en chaîne et nous contrôlons la vitesse de réaction en utilisant des modérateurs comme le graphite ou l'eau.

Un liquide de refroidissement circule pour absorber la chaleur et empêcher le réacteur de devenir trop chaud. C'est la chaleur qui transforme le liquide de refroidissement (eau) en vapeur puis en énergie utile.

La puissance thermique est très importante pour les pastilles d'uranium que nous utilisons dans les réacteurs nucléaires, ce qui rend le réacteur économique en un sens. Seulement 20 grammes de combustible à l'uranium peuvent produire autant d'énergie que 400 kilogrammes de charbon.

Seulement huit pastilles d'uranium peuvent alimenter une maison pendant un an.

Lorsque nous comparons l'énergie nucléaire avec d'autres formes de combustibles fossiles en ce qui concerne la production de chaleur, l'énergie nucléaire s'avère beaucoup plus propre puisqu'aucun CO2 n'est produit.

Même si nous utilisons la fission nucléaire pour notre énergie, il est en fait plus polluant et dangereux de travailler que la fusion nucléaire. Notre soleil brûle brillamment et chaud grâce à l'énergie produite par la fusion nucléaire.

En théorie, la fusion nucléaire peut être entraînée par l'unification de deux atomes légers, et nous avons les candidats parfaits pour le processus comme le tritium et le deutérium. L'avantage d'utiliser la fusion nucléaire est que contrairement à l'uranium, nous avons une abondance de tritium et de deutérium car ce sont les isotopes de l'hydrogène.

Les déchets nucléaires qui en résultent sont moins radioactifs que ce que nous obtenons de la fission nucléaire. Il n'y a également aucune possibilité de fusion, ce qui rend la fusion nucléaire beaucoup plus sûre à utiliser par rapport à la fission.

La fusion nucléaire présentant un grand potentiel que la fission, pourquoi ne l’utilisons-nous pas? La réponse est que les conditions pour faciliter la fusion nucléaire sont difficiles à recréer.

Nous avons discuté du fait que le soleil fonctionne sur la fusion nucléaire, et c’est parce que la température et la pression au cœur du soleil sont bien supérieures à ce que nous pouvons recréer dans les réacteurs nucléaires. Si nous devions reproduire ces paramètres, nous devons amener la température du réacteur à 6 fois la température au cœur du soleil, ce qui équivaut à environ 100 millions de degrés Celsius.

Le soleil peut faciliter la fusion avec seulement 15 millions de degrés Celsius en raison de sa haute pression maintenue dans son noyau.

L'immense besoin d'énergie est dû au fait que la fusion nucléaire rassemble deux atomes positifs pour fusionner. Puisque les charges semblables se repoussent, nous devons donner aux atomes d'énormes quantités d'énergie.

Cependant, les scientifiques ont essayé de déchiffrer le code sur la façon de faciliter la réaction de fusion sur Terre.

La tentative de création d'un tel paramètre a d'abord été rendue possible grâce à un appareil appelé Tokamak. Il s'agit d'une chambre en forme de beignet qui utilise de l'électricité pour charger le gaz dans le tube.

Lorsque le gaz reçoit de grandes quantités de charge, il change l'état en plasma.

Étant donné que la chambre est dans un état de vide avant que le gaz ne soit pompé, les scientifiques sont capables d'imiter la haute pression et d'augmenter encore la température pour soutenir une réaction de fusion. Cependant, pour maintenir la réaction, nous avons besoin d'une tonne d'électricité et d'une chambre qui peut contenir le plasma pendant un certain temps sans faire fondre toutes les pièces.

Le plus haut que nous ayons obtenu avec du plasma à haute température est de 102 secondes, rendu possible par le réacteur EAST situé en Chine.

Les scientifiques plaisantent souvent sur le fait que l'énergie de fusion est à 20 ans depuis les six dernières décennies.

Maintenant, cela ne signifie pas que nous abandonnons le rêve d’une énergie beaucoup plus propre et plus sûre. Au lieu de cela, 35 pays se sont réunis, mettant en commun des ressources de 25 milliards de dollars pour créer le plus grand projet de recherche de l'histoire appelé ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor).

L'objectif du projet est de créer une énergie de fusion durable d'ici 2035. L'ITER est essentiellement une version puissante du réacteur Tokamak qui peut maintenir le plasma pendant plus d'une heure, suffisamment pour alimenter 50 000 foyers.

ITER est actuellement en construction à Saint-Paul-lez-Durance, dans le sud de la France.

L'année dernière, un groupe de chercheurs du Laboratoire de physique des plasmas de Princeton a réussi à stabiliser le plasma dans les réacteurs à fusion, afin d'éviter les fluctuations de température et de densité. Cette percée aidera à empêcher l'arrêt des réactions nucléaires.

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Nous assistons également à la montée en puissance de nombreuses startups qui souhaitent rendre l'énergie de fusion opérationnelle avant 2035. Un tel exemple est Commonwealth Fusion Systems, une entreprise qui prévoit de disposer d'un réacteur à fusion opérationnel d'ici 2025.

Il est sûr de dire que des progrès sont certainement réalisés en ce qui concerne les technologies de fusion. Ce n’est certes pas à portée de main, mais il vaudra certainement la peine d’attendre.


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