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La fusion nucléaire est un processus par lequel deux noyaux atomiques légers, généralement des isotopes de l'hydrogène comme le deutérium et le tritium, fusionnent pour former un noyau plus lourd, libérant ainsi une énorme quantité d'énergie. Ce processus est similaire à ce qui se passe au cœur du Soleil, où les conditions de température et de pression extrêmes permettent aux noyaux d'hydrogène de fusionner en hélium.
L'un des principaux avantages de la fusion nucléaire est qu'elle utilise des combustibles abondants et accessibles. Le deutérium peut être extrait de l'eau de mer, tandis que le tritium peut être produit à partir du lithium, qui est également largement disponible. La fusion ne produit pas de gaz à effet de serre, ce qui en fait une source d'énergie beaucoup plus propre. Elle a le potentiel de fournir une quantité quasi illimitée d'énergie, de part la nature quasi illimitée de ses combustibles.
Un seul gramme de combustible de fusion peut produire autant d'énergie que plusieurs tonnes de charbon. Comparée à la fission nucléaire, la fusion produit beaucoup moins de déchets radioactifs, et ceux qui sont produits le sont sur une durée de vie beaucoup plus courte. Cela signifie que les défis liés au stockage et à la gestion des déchets nucléaires seraient considérablement réduits.
Pour que la fusion de deux atomes se produise, il est nécessaire de surmonter la répulsion des électrons situés à la périphérie des atomes puis que la répulsion des noyaux eux-mêmes, les charges de même signe se repoussant. Dans le cœur du Soleil, la gravité intense exerce une pression colossale qui permet de franchir ces barrières électrostatiques. Cette pression écrase les atomes ensemble malgré leurs répulsions, permettant ainsi aux noyaux de fusionner et de libérer par ce processus une énorme quantité d'énergie.
Dans le cas d'un réacteur à fusion, les noyaux doivent être suffisamment chauffés pour surmonter la répulsion électrostatique entre eux. Cela nécessite des températures de l'ordre de plusieurs millions de degrés Celsius. Deux techniques principales sont actuellement explorées pour confiner le plasma (le gaz chaud où se produit la fusion) et maintenir ces conditions extrêmes: le confinement magnétique et le confinement inertiel.
Fusion du deutérium et du tritium - Image Wikimedia
Le confinement magnétique est utilisé dans des dispositifs comme le tokamak, où de puissants champs magnétiques sont utilisés pour confiner le plasma en forme de tore (un anneau). Le confinement inertiel implique l'utilisation de lasers ou de faisceaux de particules pour comprimer une petite boule de combustible de fusion à des densités et des températures très élevées.
Malgré ses promesses, la fusion nucléaire reste techniquement complexe. Il est nécessaire de maintenir les conditions extrêmes nécessaires pour la fusion de manière stable et contrôlée, développer des matériaux capables de résister aux conditions intenses à l'intérieur d'un réacteur de fusion, et rendre le processus économiquement viable pour la production d'énergie à grande échelle. Plus simplement: que le réacteur libère plus d'énergie qu'il n'en consomme pour son fonctionnement.
Des projets comme ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) en France sont en cours pour démontrer la faisabilité de la fusion nucléaire à une échelle exploitable industriellement. Si ces efforts réussissent, ils pourraient révolutionner la manière dont nous produisons et consommons l'énergie, offrant une solution durable et propre à long terme.