Fusion nucléaire - Définition

Source: Wikipédia sous licence CC-BY-SA 3.0.
La liste des auteurs de cet article est disponible ici.

Introduction

Le Soleil, siège de nombreuses réactions de fusion nucléaire.

La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des deux principaux types de réactions nucléaires appliquées. Il ne faut pas confondre la fusion nucléaire (La fusion nucléaire (dite parfois thermonucléaire) est, avec la fission, l’un des...) avec la fusion (En physique et en métallurgie, la fusion est le passage d'un corps de l'état solide vers l'état...) du cœur d’un réacteur nucléaire (Un réacteur nucléaire est un dispositif dans lequel une réaction en chaîne est...), qui est un accident nucléaire (Un accident nucléaire, ou accident radiologique, est un événement qui risque...) particulièrement redoutable.

La fusion nucléaire (Le terme d'énergie nucléaire recouvre deux sens selon le contexte :) est un processus où deux noyaux atomiques s’assemblent pour former un noyau plus lourd. La fusion de noyaux légers dégage d’énormes quantités d’énergie provenant de l’attraction entre les nucléons due à l’interaction forte (voir Énergie de liaison atomique).

Cette réaction est à l’œuvre de manière naturelle dans le Soleil (Le Soleil (Sol en latin, Helios ou Ήλιος en grec) est l'étoile...) et la plupart des étoiles de notre univers (L'Univers est l'ensemble de tout ce qui existe et les lois qui le régissent.). En dépit des travaux de recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue...) réalisés dans le monde (Le mot monde peut désigner :) entier depuis les années 1950, aucune application industrielle de la fusion à la production d’énergie n’a encore abouti, en dehors du domaine militaire avec la bombe H (La bombe H (aussi appelée bombe à hydrogène, bombe à fusion ou bombe...), étant donné que cette application ne vise aucunement à contenir et maîtriser la réaction produite. Il en existe cependant quelques autres usages moins médiatisés, comme les générateurs de neutrons utilisés notamment pour la détection des explosifs.

Un intérêt de la fusion nucléaire est de pouvoir produire théoriquement beaucoup plus d’énergie (de 3 à 4 fois plus), à masse (Le terme masse est utilisé pour désigner deux grandeurs attachées à un...) de « combustible » égale, que la fission. De plus, les océans (Océans stylisé Ωcéans est un documentaire français réalisé par...) contiennent naturellement suffisamment de deutérium (Le deutérium (symbole 2H ou D) est un isotope naturel de l'hydrogène. Son noyau atomique...) pour permettre d’alimenter en énergie (Dans le sens commun l'énergie désigne tout ce qui permet d'effectuer un travail, fabriquer de la...) la planète (Une planète est un corps céleste orbitant autour du Soleil ou d'une autre étoile de...) pendant quelques centaines de millénaires.

Contrairement à la fission nucléaire (La fission nucléaire est le phénomène par lequel le noyau d'un atome lourd (noyau...), les produits de la fusion eux-mêmes (principalement de l’hélium 4) ne sont pas radioactifs, mais lorsque la réaction utilisée émet des neutrons rapides, ces derniers peuvent en revanche transformer les noyaux qui les capturent en isotopes pouvant l’être.

Mécanisme de la fusion

Fusion nucléaire.

Une réaction de fusion nucléaire nécessite que deux noyaux atomiques s’interpénètrent. Il faut pour cela que les noyaux surmontent la répulsion due à leurs charges électriques toutes deux positives (phénomène dit de barrière coulombienne). Si l’on appliquait uniquement les lois de la mécanique (Dans le langage courant, la mécanique est le domaine des machines, moteurs, véhicules, organes...) classique, la probabilité (La probabilité (du latin probabilitas) est une évaluation du caractère probable d'un...) d’obtenir la fusion des noyaux serait très faible, en raison de l’énergie cinétique (Le mot cinétique fait référence à la vitesse.) (correspondant à l’agitation thermique) extrêmement élevée nécessaire au franchissement de la barrière. Cependant, la mécanique quantique (La mécanique quantique est la branche de la physique qui a pour but d'étudier et de...) prévoit, ce qui se vérifie en pratique, que la barrière coulombienne peut également être franchie par effet tunnel (L'effet tunnel désigne la propriété que possède un objet quantique de franchir...), à des énergies plus faibles.

Les énergies nécessaires à la fusion restent très élevées, correspondant à des températures de plusieurs dizaines ou même centaines de millions de degrés selon la nature des noyaux (voir plus bas : Plasmas de fusion). Au sein du Soleil par exemple, la fusion de l’hydrogène, qui aboutit, par étapes, à produire de l’hélium s’effectue à des températures de l’ordre de 15 millions de kelvins, mais suivant des schémas de réaction différents de ceux étudiés pour la production d’énergie de fusion sur Terre (La Terre est la troisième planète du Système solaire par ordre de distance...). Dans certaines étoiles plus massives, des températures plus élevées permettent la fusion de noyaux plus lourds.

Lorsque de petits noyaux fusionnent, le noyau résultant (En mathématiques, le résultant est une notion qui s'applique à deux polynômes....) se retrouve dans un état instable et doit revenir à un état stable d’énergie plus faible, en éjectant une ou plusieurs particules (photon, neutron (Le neutron est une particule subatomique de charge électrique totale nulle.), proton (Le proton est une particule subatomique portant une charge électrique élémentaire...), noyau d’hélium, selon le type de réaction), l’énergie excédentaire se répartit entre le noyau et les particules émises, sous forme d’énergie cinétique. Pour que la fusion soit énergétiquement rentable, il est nécessaire que l’énergie produite soit supérieure à l’énergie consommée pour l’entretien des réactions et par pertes thermiques vers le milieu extérieur. Dans les réacteurs à fusion, il faut ainsi éviter tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou...) contact entre le milieu de réaction et les matériaux (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en...) de l’environnement, ce que l’on réalise par un confinement immatériel.

Dans les cas où aucun état à peu près stable n’existe, il peut être impossible de provoquer la fusion de deux noyaux (exemple : 4He + 4He).

Les réactions de fusion qui dégagent le plus d’énergie sont celles qui impliquent les noyaux les plus légers. Ainsi les noyaux de deutérium (un proton et un neutron) et de tritium (Le tritium (T ou 3H) est - comme le deutérium - l'un des isotopes de l'hydrogène. Il...) (un proton et deux neutrons) sont impliqués dans les réactions suivantes :

  • deutérium + deutérium → (hélium 3 + 0,82 MeV) + (neutron + 2,45 MeV)
  • deutérium + deutérium → (tritium + 1,01 MeV) + (proton + 3,03 MeV)
  • deutérium + tritium → (hélium 4 + 3,52 MeV) + (neutron + 14,06 MeV)
  • deutérium + hélium (L'hélium est un gaz noble ou gaz rare, pratiquement inerte. De numéro atomique 2, il...) 3 → (hélium 4 + 3,67 MeV) + (proton + 14,67 MeV)

Ce sont ces réactions qui sont les plus étudiées en laboratoire lors d’expériences de fusion contrôlée.

Page générée en 0.116 seconde(s) - site hébergé chez Contabo
Ce site fait l'objet d'une déclaration à la CNIL sous le numéro de dossier 1037632
A propos - Informations légales | Partenaire: HD-Numérique
Version anglaise | Version allemande | Version espagnole | Version portugaise