Centrale à fusion inertielle - Définition
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Introduction
Une centrale à fusion inertielle est destinée à produire industriellement de l'électricité à partir de l'énergie de fusion par des techniques de confinement inertiel. Ce type de centrale en est encore au stade de la recherche.
On considère souvent que le seul procédé de fusion qui ait des chances d'aboutir à moyen terme (d'ici quelques décennies) à la production civile d'énergie est la filière tokamak utilisant la technique du confinement magnétique, représentée par le projet ITER. Cependant, des études récentes permettent d'envisager, parallèlement à la filière tokamak, la mise en place d'une seconde filière de production utilisant de telles centrales à fusion inertielle.
Fission et fusion
Contrairement à la fission dans laquelle des noyaux d'atomes lourds se scindent de façon à former des noyaux plus légers, la fusion se produit lorsque deux noyaux d'atomes légers se réunissent pour former un noyau plus lourd. Dans les deux cas, la masse totale des noyaux produits étant inférieure à la masse d'origine, la différence est transformée en énergie selon la célèbre formule d'Einstein E=mc² (où E est l'énergie produite, m la masse disparue et c la vitesse de la lumière dans le vide).
La fission utilise comme combustible l'uranium ou le plutonium; l'uranium est un élément disponible naturellement (bien qu'en quantités limitées), et le plutonium est un élément artificiel produit grâce à des réactions nucléaires.
La fusion civile utilise des isotopes de l'hydrogène : le deutérium (constituant de l'eau lourde), en quantités quasi illimitées dans les océans, et le tritium, existant naturellement en petites quantités dans l'atmosphère, mais surtout produit artificiellement; d'autres éléments, comme le lithium, sont utilisés dans les bombes H.
Historique des énergies de fusion
La fission comme la fusion ont d'abord été utilisées dans le domaine militaire, pour la réalisation de bombes de très forte puissance : bombes A pour la fission et bombes H pour la fusion. C'est d'ailleurs une petite bombe A qui sert d'« allumette » à la bombe H en produisant l'énergie nécessaire à la détonation de celle-ci.
Les applications civiles, pour lesquelles la production d'énergie ne se fait plus de façon explosive, mais sous une forme contrôlée, ne sont apparues que par la suite. Si, pour la fission, il s'est écoulé moins de 10 ans entre les applications militaires et la production civile d'énergie, il n'en a pas été de même pour la fusion, plus de 50 ans s'étant déjà écoulés sans qu'aucune centrale de production n'ait encore été mise en service.
Le premier brevet de réacteur à fusion a été déposé en 1946 par l'Autorité de l'Énergie Atomique du Royaume Uni, l'invention étant due à Sir George Paget Thomson et Moses Blackman. On y trouve déjà certains principes de base utilisés dans le projet ITER : la chambre à vide en forme de tore, le confinement magnétique, et le chauffage du plasma par ondes radio-fréquence.
Dans le domaine du confinement magnétique, ce sont les travaux théoriques réalisés en 1950-1951 en Union soviétique par I.E. Tamm et A.D. Sakharov qui ont jeté les bases de ce qui deviendra le tokamak, les recherches et développements réalisés ensuite au sein de l'Institut Kurchatov de Moscou ayant conduit à la concrétisation de ces idées. Des équipements de recherche de ce type ont par la suite été développés dans de nombreux pays et, bien que le stellarator l'ait un moment concurrencé, c'est le principe du tokamak qui a été retenu pour le projet international ITER.
Le phénomène de la striction magnétique est connu depuis la fin du XVIIIe siècle. Son utilisation dans le domaine de la fusion est issue de recherches effectuées sur des dispositifs toroïdaux, d'abord au Laboratoire de Los Alamos dès 1952 (Perhapsatron), et en Grande-Bretagne à partir de 1954 (ZETA), mais les principes physiques restèrent longtemps mal compris et mal maitrisés. Cette technique ne fut efficacement mise en œuvre qu'avec l'apparition du principe de la « cage à fils » dans les années 1980.
Bien que l'utilisation de lasers pour déclencher des réactions de fusion ait été envisagée auparavant, les premières expériences sérieuses n'eurent lieu qu'après la conception de lasers d'une puissance suffisante, au milieu des années 1970. La technique d'implosion « ablative » d'une microcapsule irradiée par des faisceaux laser, base du confinement inertiel par laser, fut proposée en 1972 par le Lawrence Livermore National Laboratory.
