Le JT-60 Japonais a permis la réalisation d'avancées significatives sur l voie de la fusion : un chaffage record des ions (520 millions de degrés) mais surtout un rendement supérieur à 1 (1.05 dès 1996 soit 5 % d'énergie produite en plus de celle consommée par le fonctionnement du réacteur, valeur portée à 1.25 (énergie produite =1.25* énergie introduite) en 1998 pendant 1/100 de s.Ce réacteur supraconducteur est donc le premeir à avoir atteint le breakeven, point ay dela duquel l'énergie produite par fusion est supérieure à l'énergie consommée par le réacteur.



B) La fusion par confinement inertiel

Principe général : IL s'agit de porter à très haute pression et à haute température un petit volume de matière pendant un temps extrêmement cours.

On cherche ainsi à obtenir le plus grand nombre de réactions de fusion avant que le plasma ne se disperse pour cela on essaye de retrouver les conditions de température et de densité qui règnent dans une bombe H pendant un court instant et répéter l'opération n fois. Après tout, le moteur à explosion de nos voitures ne fait pas autre chose.
Les physiciens ont imaginé une petite sphère de deutérium et de tritium gelés, d'environ 3 mm de diamètre, et tenté de concentrer sur elles les faisceaux d'un grand nombre de lasers, voires de faisceaux de particules. On peut espérer que sous des chocs énergétiques aussi brutaux la surface de la bille atteindrait une température telle que la fusion puisse se déclencher.
On pourrait faire tomber ensuite tomber dans une chambre vide un chapelet de ces petites billes qui exploseraient l'une après l'autre fournissant ainsi l'énergie recherchée.

Malgré de remarquables prouesses technologiques menées dans différents laboratoires de la planète, et en particulier aux Etats-Unis, on n'a jamais pu à ce jour approcher, même de loin le critère de Lawson. Du moins dans les expériences qui nous sont connues, car beaucoup d'entre elles sont faites par des militaires très peu bavards ( cette méthode étant en effet très liée aux applications militaires).


Exemples :

 Les conditions de fusion ont été obtenues en mars 2006 dans une « Z machine » à confinement axial des laboratoires Sandia

II. Les avantages et les inconvénients

A) Les avantages

 Energie relativement propre.
 Pas de problème de déchets radioactifs à vie longue. Seules les structures du réacteur proches du plasma sont irradiées par les neutrons qu'elle ont absorbés. Cette radioactivité décroît en plus rapidement en quelques dizaines d'années. La production de deutérium n'est pas polluante .La fusion ne produit pas de déchets radioactifs ou presque pendant des milliers d'années. et les produits de la réaction de fusion (principalement l'Helium4) ne sont pas radioactifs
 Pas de dégagement de gaz carbonique (CO2) donc pas d'effet de serre, Alors que les effets liés à la combustion de combustibles fossiles (charbon et pétrole par exemple) risquent d'altérer à long terme nos conditions de vie, le développement d'une source d'énergie ne produisant aucun gaz à effet de serre rencontre évidemment un succès grandissant

 Pas de réaction en chaîne qui pourrait s'emballer contrairement à la fission. De plus, il y'a très peu de combustible en jeu (seulement quelques milligrammes) .Sécurité inhérente à ce phénomène. En effet, seule la quantité de combustible nécessaire au fonctionnement du réacteur ( à peine quelques grammes) est injectée dans l'enceinte du tokamak. Ainsi, si l'état du réacteur déviait trop des conditions normales d'exploitation, il est très simple de le mettre hors de service rapidement. De même l'injection accidentelle d'éléments indésirables (comme de l'air) stopperait immédiatement les réactions de fusion. En fait les quantités de plasma qui se trouveront au sein du réacteur seront si faibles qu'un accident, aussi improbable soit-il, ne pourrait jamais entraîner un événement catastrophique du type d'une explosion et limiterait ses effets à la mise hors service du réacteur.


 L'intérêt de la fusion est qu'elle pourrait potentiellement produire plus d'énergie, à masse de combustible égale, que la fission. La quantité d'énergie produite par un gramme de mélange deutérium-tritium serait équivalente à celle que dégage la combustion de 10 000 litres de pétrole. L'exploitation d'une centrale électrique de 1000MW basée sur la combustion du charbon nécessite de brûler pas moins de 3 millions de tonnes de charbon par an. A même puissance, une centrale fonctionnant sur le principe de la fusion nucléaire ne consommerait qu'un quart de tonne d'un mélange basé pour moitié de deutérium et pour moitié de tritium.


 Les ressources en combustible sont abondantes. :
- Le deutérium est abondant dans l'eau de Terre et peut alimenter la planète en énergie.
- Le lithium qui permet de produire le tritium est un métal dont les ressources sont très importantes.
 Résolution pour de nombreux millénaires, des problèmes liés à l'approvisionnement énergétique


B) Les inconvénients

 La réaction de fusion dégage quand même une petite quantité de déchets radioactifs telles que le sort des déchets tritiés qui n'est pas encore réglé et qui ne serait pas sans conséquence sur la santé contrairement aux discours traditionnels. En effet il ne s'agit pas ici d'uranium 238 (période de vie : 4.5 milliards d'année) et/ou de plutonium ( période de vie de 24 000 ans ) mais les déchets tritiés ont quand même une durée de vie de 12.4 années en moyenne.
De plus, le tritium peut se présenter sous trois formes : solide (dans les métaux), liquide (sous forme d'eau tritiée) et gazeuse (sous forme de tritium gazeux ou encore de vapeur d'eau tritiée d'autant que le traitement des déchets trités conduit à la production d'eau tritiée difficile à gérer et pose donc le problème de la décontamination des métaux. L'incinération de ces déchets n'est même pas envisageable car les effluents gazeux résultants de cette opération se répandraient automatiquement dans l'atmosphère en polluant toutes vies et matières voisines.
Actuellement plus de 6000 fûts de 100 l et 200 l et plus de 800 l d'eau tritiée sont entreposés en France. Certes moins qu'une réaction de fission, telle qu'elle se produit dans une centrale nucléaire, mais des déchets qu'il faudra traiter malgré tout.

 Reste la question de la distribution d'une telle énergie potentielle. La puissance de cette source énergétique nécessitera des réseaux électriques dimensionnés en conséquence. A priori, la fusion thermonucléaire reste donc une piste de recherche dont ne pourrait profiter que les pays les plus développés


 La réaction deutérium = tritium se traduit par une émission de neutrons rapides. Ces neutrons sont impossibles à confiner électromagnétiquement car ils ont une charge électrique neutre et ne peuvent être capturés à l'aide des champs électromagnétiques. Ils sont donc susceptibles d'être capturés par les noyaux d'atomes de la paroi de l'enceinte, qu'ils transmutent parfois en isotopes radioactifs (phénomène d'activation). Cela fait l'objet d'études avec différentes propositions expérimentales difficiles à mettre en place. Cependant les réactions générant des neutrons sont nettement moins génératrices de déchets que les réactions nucléaires de fission nucléaire.



 La complexité du réacteur due au maintien du combustible à l'état de plasma qui nécessite une machinerie lourde et spécifique prête à supporter des contraintes mécaniques dues aux variations de température. :

 L'effet de seuil : le volume du plasma doit être assez grand pour que celui-ci entre en ignition. La démonstration exige tout de suite de passer à la grande machine, d'où des budgets de recherche colossaux se chiffrant en milliards d'euros, d'où l'obligation d'avancer à pas comptes
et en concertation avec toutes les nations, ce qui n'accélère rien

 Un apport considérable d'énergie est indispensable pour que le mélange devienne plasma. A ce jour, aucune expérience n'a permis de libérer une puissance au moins égale à celle fournie parle chauffage du mélange
A de telles températures, se pose également le problème du confinement : aucun récipient matériel ne peut contenir un plasma aussi chaud. Dans le cas du soleil, le confinement est assuré par la gravitation. Chose impossible à recréer à l'échelle d'une machine à moins de construire une machine de la taille d'un astre. Il faut atteindre au moins cent millions de degrés Celsius. Or aucun matériau à la surface de la Terre ne reste solide à plus de 5000°C on sait constituer un plasma qui ne touche pas les parois mais il n'en sera jamais éloigné et rayonnera énormément

 Pour ne pas perdre leur énergie en chocs inutiles, les ions accélérés doivent circuler dans un vide aussi absolu que possible, difficile à obtenir et à maintenir

 La réaction deutérium = tritium se traduit par une émission de neutrons rapides. Ces neutrons sont impossibles à confiner électromagnétiquement car ils ont une charge électrique neutre et ne peuvent être capturés à l'aide des champs électromagnétiques. Ils sont donc susceptibles d'être capturés par les noyaux d'atomes de la paroi de l'enceinte, qu'ils transmutent parfois en isotopes radioactifs (phénomène d'activation). Cela fait l'objet d'études avec différentes propositions expérimentales difficiles à mettre en place. Cependant les réactions générant des neutrons sont nettement moins génératrices de déchets que les réactions nucléaires de fission nucléaire.

 Chaque année une partie, une portion de l'enceinte devra être changée en raison de l'usure rapide de sa paroi intérieure par le plasma. Celle ci constituera un volume relativement de déchets de très haute activité, de durée de vie plus ou moins longue. En résumé, le réacteur à fusion présenté comme écologique, va produire une nuisance radiologique au moins égale à celle des réacteurs actuels.


 Bref, derrière un principe apparemment simple, la fusion exige de surmonter un ensemble de problèmes technologiques qui constitue un obstacle peut-être à jamais infranchissable. Certains pensent que la machine à fusion n'atteindra jamais le stade de la rentabilité économique. La fusion ne serait donc pas prête de contribuer au bilan énergétique de l'humanité.


 Problème de la prolifération du tritium car il suffira de prétexter le développement de la recherche sur la fusion pour avoir accès à des quantités importantes de tritium qui peuvent augmenter considérablement les effets d'une bombe atomique artisanale à la portée d'un groupe terroriste.

IV La fusion un enjeu mondial grâce au réacteur de nouvelle génération : ITER


Bref rappel historique : voila plusieurs année que l'Union soviétique travaille sur l'idée d'un Tokamak pouvant fonctionner selon un principe de fusion nucléaire. En novembre 1985, lors du Sommet de Genève, Monsieur Sergueïevitch Gorbatchev (dirigeant de l'Union soviétique entre 1985 et 1991 ) fit la proposition de réaliser un programme international permettant de construire la future génération de tokamak. Vers la fin de l'année 1986, plusieurs états tels que les Etats Unis, L'Europe ainsi que le Japon acceptent de rejoindre l'Union soviétique dans son idée. De là est né le projet ITER. Ce projet est placé sous l'autorité de l'Agence Internationale de L'Energie Atomique (AEIA).
Une fois les accords signés trois phases suivirent
 La phase de conception appelée Conceptuel design activities a démarré en Avril 1988 et s'est achevée en Décembre 1990
 En juillet 1992, démarre la deuxième phase qui est la phase d'ingénierie appelée Enginnering design activity qui s'achèvera six années plus tard CAD en 1998. Al a fin de cette deuxième phase, les Etats Unis décident de se retirer du projet Iter
 Cette sortie de course conduit les trois autres membres à relancer la phase d'ingénierie dans le but de revoir les objectifs d'ITER du fait du manque de financement apporté par le retrait des Etats-Unis. Cette phase prendra fin en juillet 2001
 La dernière phase qui est la phase de coordination, appelée Coordinated technical activities, prit fin en 2002. Cette phase avait pour but notamment de définir l'emplacement du site de construction et de déterminer le financement du projet ITER.
En Janvier 2003 puis en juin 2003, la Chine et respectivement la Corée du Sud ont décidé de rejoindre le projet ITER, tandis qu'en Février 2003 les Etats-Unis faisaient leur come-back.

Choix du site : Au départ, 4 sites ont proposé leur candidature pour la construction du prototype à réacteur à fusion nucléaire :
 Cadarache, en France
 Clarington, au Canada
 Rokkasho-Mura, au Japon
 Vandellos, en Espagne

- La proposition du site de Cadarache par l'Union européenne comme site réunissant toutes les conditions permettant d'accueillir un tel projet international était soutenue par l'Union européenne, la chine, la Russie et le Canada
- Le site de Rokkasho-Mura était soutenu par les Etats-Unis, le Japon et la Corée du Sud
- L'Espagne a décidé quant à elle de se retirer du projet, et ce suite à une querelle franco-espagnole
- La proposition canadienne de Clarington a disparu d'elle même, faute de véritable financement et de volonté politique des Canadiens.

 Sur les quatre sites candidats, il n'en restait plus que deux

Plusieurs séries de négociations ont alors lieu à partir de l'an 2000 et le mardi 3 mai 2005 finalement, la nouvelle était tombée : ITER pourrait emménager dans le sud de la France. Les constructions avaient en effet déjà commencer et c'est à Moscou le 28 Juin 2005 qu'a été signé la déclaration commune désignant Cadarache comme le site de construction du réacteur

Quelques chiffres : coût du projet estimé entre 10 et 30 milliards d'années
- Phase de construction devrait avoir lieu sur la période 2006-2015
- Phase de campagne d'essai s'étalera sur la période 2015-2030 (les premiers plasmas sont envisagés pour 2015)
Pour démarrer ITER, il faut disposer de 500 MW (soit la capacité d'une centrale nucléaire) fournis par l'ensemble du réseau pendant une dizaine de seconde. Pour chauffer le nuage chaud de deutérium et de tritium (plasma), il faut quelques dizaines de MW pendant 400 secondes. Enfin de façon permanente, l'installation a besoin de 120 MW
(Loin de produire de l'énergie électrique ITER serait un gouffre électrique)

Dans le confinement envisage par ITER, c'est à l'aidez de champs magnétiques intenses que le plasma sera piégé dans une zone torique (forme d'une chambre à air). Ces importants champs magnétiques demandent eux-mêmes une importante alimentation électrique et une technologie complexe (les aimants supraconducteurs refroidis à près de –270 °C !). ainsi, les rares succès de plasma ont seulement duré quelques dizaines de secondes

Caractéristiques annoncées :
 Petit rayon du plasma : 2 mètres
 Grand rayon du plasma : 6.20 mètres
 Hauteur du plasma : 6,80 mètres
 Volume plasma : 840 m3
 Courant plasma : 15 Manpères
 Puissance de fusion : 500 Mwatts
 Durée de maintien : de 6 à 16 min
 Bilan énergétique : Q=10 (Rapport entre l'énergie fournie par le plasma et l'extérieure fournie au plasma) Un réacteur économiquement viable doit posséder un bilan énergétique supérieur à 50.

Calcul de la variation de masse et de la variation d'énergie :
Delta m = mHelium+mneutron-mDeutérium-mTritium =4.00151+1.00866-30.1550-2.01355=-0.01888 u
Delta E = -0.01888*931.494=-17.59 MeV
Delta E<0 donc une énergie de 17.59 MeV est libérée

Objectifs techniques :
 Le premier est de générer une puissance de 500 mégawatts en n'en consommant que 50, durant 400 secondes (6 minutes 40 secondes). Le record mondial, est à ce jour, de 16 mégawatts générés pour une puissance fournie de 25 MWAtt, durant 1 seconde, réalisé par le tokamak anglais JET
 Le second objectif vise à maintenir les réactions de fusion dans le plasma pendant au moins 1000 secondes (16 minutes 40 secondes ). Dans ce cas, pour 50 mégawatts fournis, seuls 250 mégawatts seront produits. Le record mondial est, à ce jour, de 6 minutes et 30 secondes, réalisé par le tokamak français Tore Supra

Confinement avec ITER :Le mélange deutérium –tritium est injecté dans une chambre ou, grâce à un système de confinement, il passe à l'état de plasma et brûle. Ce faisant, le réacteur produit des cendres (les atomes d'hélium) et de l'énergie sous forme de particules rapides ou rayonnement. L'énergie produite sous forme de particules et de rayonnement s'absorbe dans un composant particulier, la première paroi, qui comme son nom l'indique, est le premier élément matériel rencontré au-delà du plasma. L'énergie qui apparaît sous forme d'énergie cinétique des neutrons est, quant à elle, convertie en chaleur dans la couverture tritigène, élément au-delà de la première paroi, mais néanmoins à l'intérieur de la chambre vide est le composant qui clôt l'espace ou à lieu la réaction de fusion. Première paroi, couverture et chambre à vide sont bien évidemment refroidis par un système d'extraction de la chaleur. La chaleur est utilisée pour produire de la vapeur et alimenter un ensemble classique turbine et alternateur producteur d'électricité


BILAN :

L'objectif d' ITER est de démontrer la possibilité scientifique et technologique de la production d'énergie par la fusion des atomes et donc de produire un plasma d'hydrogène ayant des caractéristiques proches de celles qui son requises pour que la fusion contrôlée soit possible. On pourra ainsi étudier à loisir les propriétés d'un plasma et en tirer des conséquences intéressantes. De la à penser qu' ITER serait le prototype d'un futur réacteur à fusion nucléaire pour produire de l'électricité dans des conditions industrielles et économiques acceptables, c'est une assertion que rien n'autorise à formuler aujourd'hui

On peut raisonnablement estimer que les premiers kW électriques produits par un prototype de réacteur à fusion thermonucléaire pourraient voir le jour à l'horizon 2050
L'étape suivante consistera à construire un réacteur industriel produisant de l'électricité. Ainsi se réalisera à long terme, l'un des rêves des physiciens : la domestication sur Terre de l'énergie telle qu'elle est produite au sein des étoiles comme le soleil

Conclusion :

Cela fait depuis des décennies que la fusion nucléaire fait des progrès extraordinaires, mais tout en restant virtuelle, ce qui accentue le caractère utopiste de cette énergie notamment par les effets d'annonce jamais démontré et aboutissant souvent aux échéances politiques. On nous annonçait la fusion pour 50 ans maintenant c'est pour dans 100 ans, au mieux selon certaines sources.
Même si le projet ITER n'est pas aboutit, cela aura quand même contribué à « dynamiser la recherche » et à développer accessoirement la région PACA malgré le gaspillage énorme d'argent public.
Certains critiques portent sur l'intérêt pour la France d'investir un tel budget (735 M euros au total) dans un programme de recherches qui ne portera ses fruits que dans quelques dizaines d'années. De nombreux projets visant les énergies renouvelables ou des programmes d'économies d'énergie auraient pu être financés.

Si toute l'électricité était d'origine nucléaire, les déchets radioactifs issus de la production d'électricité utilisée par une personne au cours de sa vie, contiendrait dans un bloc de verre.

La capacité de maîtriser les techniques nucléaires ne se limite plus aux seuls pays du vieil occident, c'est pourquoi avec la lente progression auquel avance la fusion nucléaire, les vingt ans qui viennent pourront voir le réveil de la fusion mais peut-être pas dans nos vieux pays (La Chine et la corée du Sud ayant d'ailleurs rejoint ITER). La Chine en passant par l'Inde et Israël en plein boom économique pourrait très bien rivaliser avec les pays les plus riches, voires à les dépasser pour pouvoir donner de l'énergie à une population en constante augmentation. pour cela la fusion nucléaire pourrait bien être la solution au problème énergétique que va connaître ces pays dans les années à venir
Cette recherche sur la fusion nucléaire ne devra en aucun cas se faire au détriment de la sécurité car un accident est vite arrivé et les menaces terroristes plus grandes que jamais font craindre la prolifération nucléaire dans les prochaines années. Déjà dans l'actualité d'aujourd'hui, on peut citer l'Iran et la Corée du Nord qui ont recours à des essais nucléaires. L'apparition de la fusion nucléaire pourra donc faire craindre une menace encore plus grande qui pèse sur nos épaules chaque jour et c'est aux hommes de faire que cela n'arrive pas. Cependant, il appartient aussi à nous de ne pas bloquer la fantastique aventure qu'est la fusion nucléaire tout en faisant en sorte que sa face guerrière et destructrice soit éradiquée à temps pour que cet avenir puisse se réaliser.

La fusion contrôlée représente un défi scientifique et technologique majeur qui pourrait répondre au problème crucial de disposer, à plus ou moins long terme, de nouvelles ressources énergétiques. A coté de l'énergie de la fission, l'énergie de la fusion représente l'espoir d'avoir une source d'énergie propre et abondante au cours du XXIe siècle pour pouvoir léguer aux futures générations un outil formidable. A l'heure où la raréfaction des énergies fossiles est prévue d'ici 50 ans et où le prix du pétrole flambe, il est d'une importance vitale d'explorer le potentiel de toutes les autres sources d'énergie d'autant que la consommation d'énergie va doubler d'ici à 2020 et faire craindre des pénuries dont l'homme ne saura pas faire face. La fusion à elle seule elle permettrait de subvenir aux besoins mondiaux de l'humanité pendant environ, un milliard d'années. L'espoir naîtra, la fusion ne sera plus une utopie et l'homme saura alors mettre « le soleil en bouteille » pour pouvoir allumer enfin sur la Terre « son étoile domestique » d'autant que le 21 Novembre 2006 on venait d'apprendre dans l'actualité du jour que la signature pour le projet Iter avit été finalement conclus à l'Elysée en compagnie de tous les chefs d'etats, membres du projet ITER pour faire avancer concrètement l'aventure de la fusion nucléaire dans années futures dans un sujet pourtant assez méconnu mais qui risque d'être fatalement inévitable dans le dévelopement de l'humanité.