La fusion nucléaire, une source d’énergie propre pour le futur?

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Dispositifs en construction de l'International Thermonuclear Experimental Reactor (ITER). / Crédit ©ITER Organization, http://www.iter.org/.

En France, le nucléaire (du latin nucleus, qui signifie noyau) se dresse comme le premier secteur en matière de production d’électricité, avec près de 70% des parts de l’énergie produite dans l’hexagone en 2019, comme le rapporte EDF. Bien que ces chiffres soient nettement moins élevés à l’échelle de la planète, il n’empêche que le nucléaire est de nos jours à la 3ème place dans le classement des secteurs de la création d’énergie dans le monde, avec près de 10% de la production mondiale. Néanmoins, lorsque l’on parle de cette énergie nucléaire, on fait généralement référence au processus de la fission nucléaire, utilisé depuis des dizaines d’années dans nos centrales nucléaires et consistant à séparer un noyau d’un atome lourd (comme l’uranium) en plusieurs atomes, plus légers, dans le but de libérer une énergie assez importante. Pourtant, il existe une autre façon d’aborder ce secteur : la fusion nucléaire (aussi appelée thermonucléaire). Au cœur même de la recherche scientifique de ces dernières années, ce procédé, tout droit tiré du fonctionnement du Soleil, pourrait s’avérer être une source d’énergie efficace et responsable pour le futur. Retour sur son fonctionnement, sa possible utilisation dans le futur et les risques et enjeux entraînés par une telle énergie.

Fonctionnement de la fusion nucléaire

Comme indiqué précédemment, la fusion nucléaire se différencie de son homologue – la fission nucléaire – dans le sens où celle-ci ne consiste pas à envoyer un neutron – une particule subatomique de charge neutre – dans un noyau d’atome lourd (comme le plutonium ou l’uranium) dans le but de le rendre instable, qu’il se casse en atomes plus légers et plusieurs neutrons, qui pourront être envoyés sur d’autres atomes lourds, dans le but d’obtenir une réaction en chaîne capable de produire une énergie considérable.

Le procédé de la fusion nucléaire est différent. En effet, celle-ci n’a pas pour objectif de “casser” certains atomes mais de les fusionner, d’où son appellation. Pour simplifier, on pourrait admettre que la fusion est le processus inverse de la fission dans le domaine du nucléaire. Lors d’une réaction thermonucléaire, deux atomes légers s’assemblent pour former un atome lourd et stable, tout en libérant une quantité importante d’énergie, comme c’est le cas pour la fission. Cette façon de produire de l’énergie ne provient pas de nulle part, puisqu’on la retrouve naturellement au cœur même du Soleil, comme dans la plupart des étoiles de l’univers. Notre étoile utilise la fusion de noyaux d’hydrogène pour donner de l’hélium, tout en créant l’énergie – la chaleur et la lumière – que nous recevons sur Terre.

Ces transformations ne peuvent cependant se faire que si certaines conditions physiques particulières sont réunies. Pour qu’une réaction thermonucléaire se produise, il faut notamment une température extrêmement élevée, de l’ordre de plusieurs millions de degrés au cœur du Soleil par exemple, de même qu’une pression élevée, de 200 milliards de fois la pression atmosphérique terrestre pour l’exemple de notre étoile. Ainsi, recréer une fusion nucléaire sur Terre n’est pas sans difficultés, mais pourrait être une source d’énergie considérable si l’on parvient à exploiter son plein potentiel.

Représentation des deux phénomènes nucléaires, à savoir la fission (à gauche) et la fusion (à droite). / Photo via slideteam.net

Une source d'énergie pour le futur?

Comme indiqué précédemment, la fusion nucléaire pourrait permettre de subvenir aux besoins énergétiques toujours plus croissants de nos sociétés. Le thermonucléaire est aujourd’hui un domaine de recherche prometteur, qui pourrait bien s’avérer être un atout majeur dans la crise globale actuelle que nous vivons, aussi bien sur le plan environnemental qu’économique. En effet, concernant l’impact écologique, la fusion génère peu de déchets radioactifs, qui sont généralement de courte durée de vie, et une quantité négligeable de gaz à effet de serre. Économiquement, celle-ci fait appel à certains combustibles (deutérium, lithium) présents en grande quantité sur Terre, de quoi alimenter les éventuels réacteurs pour plusieurs millénaires. Par ailleurs, quelques grammes de ces combustibles suffiraient pour déclencher et entretenir de telles réactions. À titre comparatif, une centrale à fusion de 1 000 mégawatts électriques aurait besoin de 125 kg de deutérium et de 3 tonnes de lithium, contre 2,7 millions de tonnes de charbon pour une centrale thermique de même puissance, pour fonctionner annuellement.

En terme d’avancée technologique pour parvenir à une telle production, et bien que des efforts de recherche soient menés depuis près de 50 ans par la communauté scientifique, la maîtrise d’un processus contrôlé de fusion nucléaire n’a pas encore été démontré et les technologies et matériaux adaptés à de telles conditions physiques extrêmes ne sont pas encore disponibles pour une utilisation industrielleToutefois, le projet ITER (de l’anglais International Thermonuclear Experimental Reactor), en construction dans le sud de la France,  semble vouloir prouver au monde entier que la fusion nucléaire est possible. Cette association des différents pays de l’UE, de l’Inde, du Japon, de la Russie, de la Suisse, du Royaume-Uni, de la Chine, de la Corée du Sud et des États-Unis s’inscrit dans une démarche à long terme visant à l’industrialisation de la fusion nucléaire. Pourtant, bien que ce projet international semble prometteur, il n’empêche que la mise en place d’un réacteur thermonucléaire doit faire face à de nombreuses limites et enjeux, au cœur de controverses et débats actuels.

 

État du site d'ITER, à Saint-Paul-lez-Durance (Bouches-du-Rhône, France) dans le Sud de la France en Novembre 2020. / Crédit ©ITER Organization, http://www.iter.org/.

Quels en sont les limites et enjeux?

Bien entendu, même si la fusion nucléaire semble posséder de nombreux aspects positifs et semble être un excellent candidat sur la scène des énergies propres et durables pour notre futur, il n’empêche qu’il existe certaines limites et enjeux en lien avec la mise en place d’un tel processus. D’abord, sur le plan technologique, avec l’inaptitude actuelle de contrôler un tel phénomène physique sur le long terme, puis sur le plan économique, le projet étant coûteux et nécessitant un investissement colossal pour fonctionner.

Premièrement, les connaissances scientifiques actuelles ne permettent pas d’extraire suffisamment d’énergie des réactions de fusion pour produire de l’électricité. De plus, on ne sait pas encore fabriquer de matériaux pouvant résister assez longtemps au rayonnement et au flux de neutrons libérés au cours de ces réactions. La plupart des scientifiques s’accordent par ailleurs sur le fait que les technologies nécessaires à la mise en œuvre d’un tel processus à des fins de production énergétique ne seront disponibles que dans plusieurs décennies, et qu’il ne faut donc pas imaginer que la fusion se démocratisera à grande échelle dans quelques années seulement.

Finalement, l’aspect économique se montre également être un frein au développement d’un tel projet à grande échelle, et est déjà critiqué par plusieurs activistes et scientifiques. Concernant le projet ITER, le coût financier des installations de recherche se chiffre en plusieurs milliards d’euros sur plusieurs décennies. Ce coût est donc très important pour des bénéfices potentiels éloignés dans le futur. L’investissement dans le programme ITER a par exemple été évalué à 5 milliards d’euros à ses débuts. Selon les dernières estimations du programme en 2016, le coût de construction de la machine avoisinerait 19 milliards d’euros, et ne cesse de s’accroître avec le temps, si bien que certaines associations la dénoncent comme un gouffre économique ; selon elles, l’argent pourrait être utilisé pour alimenter d’autres projets énergétiques, notamment ceux visant à développer les énergies renouvelables. Par ailleurs, on ne sait pas à l’heure actuelle quels seront les coûts de production d’un tel projet ; le prix du fonctionnement de l’énergie de fusion reste une inconnue tant que ce procédé n’aura pas atteint une certaine maturité scientifique et technologique.

Sources : edf.fr / connaissancedesenergies.org / www.futura-sciences.com