 |
|
| L'hebdo |
LES ARCHIVES
LA REDACTION
AIDE ET CONSEILS
|
|
|
|
 |
n°146 - Jeudi 28 juin |
|
| Rubrique Sciences animée par Alexandre |
|
La fusion nucléaire
bien plus que la fission, l'énergie de fusion est époustouflante
L'énergie de fusion a un bel avenir. Si celle-ci n'est pas encore réellement utilisée, elle risque fort de supplanter l'énergie de fission, parce que bien plus puissante. Mais attention sa toute puissance fait des hommes, des être bien plus vulnérables qu'ils ne l'étaient déjà face à l'énergie de fission ; celle-ci doit donc être utilisée pour des causes pacifistes et pour servir le bien de tous.
I) Petit prologue à valeur historique
C'est à partir des années trente que les réactions de fusion sont étudiées en laboratoires, avec des accélérateurs en bombardant des cibles de noyaux légers.
En 1939, Berthe propose son cycle de fusion de l'hydrogène léger qui aboutit à l'hélium 4 (énergie solaire).
Le 16 Novembre 1952, à Eniwetok Atoll (dans le pacifique), explose la première bombe à hydrogène (dite bombe H) américaine.
De 1956 à 1961, de nombreuses équipes de chercheurs s'efforcent d'entretenir des réactions de fusion et tout d'abord d'en provoquer par simple agitation thermique.
II) Introduction sur la fusion
Fission et fusion sont, nous l'avons dit les deux grands types de réactions nucléaires exo-énergétiques. Les grands principes de l'utilisation de l'énergie de fission ont été dégagés, précisons maintenant le processus des réactions de fusion.
Les réactions de fusions sont des réactions nucléaires de noyaux légers qui s'assemblent et forment un noyau plus lourd, avec éjection quelques fois d'un unique rayon gamma et plus généralement d'un proton ou d'un neutron. Or, ces noyaux légers sont électriquement chargés : ils se repoussent et ne peuvent par conséquent fusionner que si une énergie suffisante vainc leur répulsion électrostatique : ce sera d'autant plus facile que leur charge est faible. D'où l'état privilégié, pour la fusion, des noyaux à plus faible charge, et en particulier des isotopes de l'hydrogène : hydrogène léger (H1 ou H), deutérium ou hydrogène lourd (H2 OU D), et tritium (H3 OU T), artificiellement fabriqué dans les réacteurs nucléaires.
Voici par exemple les deux réactions les plus faciles à provoquer : la première, la réaction D-D, fusion de deux noyaux de deutérium, à deux issues possibles (à une énergie donnée, les deux réactions ont la même probabilité de se produire). Elle conduit soit à un noyau d'hélium 3, soit à un noyau de tritium.
2He3 + 0n1 + 3.2 MeV
1D2 + 1D2
1T3 + 1H1 + 4.0 MeV
Citons aussi la réaction D-T, fusion d'un noyau de deutérium et d'un noyau de tritium, particulièrement exo-énergétique : elle conduit à un noyau d'hélium 4 très lié.
1D2 + 1T3 2He4 + 0n1 + 17.6 MeV
III) Les réactions thermonucléaires de fusion
Comment provoquer de telles réactions et les rendre utilisables ? Comment fournir l'énergie nécessaire pour vaincre la répulsion électrostatique des noyaux, assurer des réactions de fusion, puis entretenir une réaction en chaîne, c'est-à-dire utiliser les premiers résultats des premières fusions pour assurer les suivantes ?
Dans le cas de la fission, le problème était relativement simple ; chaque réaction se caractérisait par deux aspects presque indépendants : d'une part une grande énergie dégagée, celles des fragments de fission brusquement éjectés, d'autre part, la possibilité de réaction en chaîne, due à l'émission de neutrons prêt à provoquer de nouvelles fissions.
Mais ici, le processus est tout différent. Qu'obtient-on après réaction ? Deux noyaux ou particules animés d'une plus grande énergie mais qui ne peuvent pas entrer de nouveau en réaction. Que faudrait-il donc pour fabriquer de nouvelles fusions ? Communiquer une énergie suffisante aux noyaux aptes à fusionner pour qu?ils puissent entrer en réaction. On comprend la difficulté : si les nouveaux noyaux obtenus, brutalement éjectés pendant la réaction, pouvaient transmettre une partie de leur énergie cinétique aux noyaux qui en ont besoin pour fusionner, le problème serait résolu. C'est l'agitation thermique qui fournit la solution : en effet si un mélange dense des nuclides destinés à fusionner, est porté à très haute température, l?énergie des chocs due à la seule agitation thermique peut suffire à provoquer les premières fusions. L'énergie cinétique des noyaux éjectée, transmise à l'ensemble, accroissant l'agitation globale, augmente encore la température, c'est-à-dire l'agitation, donc les chances de nouvelles fusions : c'est donc grâce à l'agitation thermique que les réactions de fusions se trouvent naturellement entretenues, d'où le nom qu'on leur donne de réaction thermonucléaire.
Si la température du mélange continue à augmenter, la réaction s'emballe, le rythme des fusions croît de plus en plus jusqu'à épuisement des produits destinés à fusionner. C?est le cas, nous allons le voir, de la bombe H. Si l'énergie dégagée compense exactement les pertes de chaleur par l'extérieur, la température reste constante, de même que le rythme des réactions : c'est ce qui se passe dans le soleil.
Il est intéressant de constater que le principe d'amorçage de ces réactions thermonucléaires est tout à fait analogue à celui d'une simple réaction chimique, telle qu'une simple combustion, où le carbone fusionne avec l'oxygène, à condition bien sûr que la température soit suffisamment élevée, c'est-à-dire que les molécules se heurtent avec une énergie suffisante. Mais il faut plusieurs millions de degrés pour amorcer une réaction thermonucléaire. L'entretien de la réaction D-T demande 50 000 000 de degrés, celui de la réaction D-D demande la fabuleuse température de 350 000 000 degrés. A cette température, les noyaux sont depuis longtemps libérés de leurs enveloppes électroniques, la matière est à l'état de plasma.
IV) La bombe H, ou bombe thermonucléaire
Ces températures énormes sont difficiles à réaliser. C'est pourquoi, jusqu'alors, la seule application importante de la fusion est la bombe H.
La température nécessaire y est brutalement atteinte grâce à l'explosion d'une bombe de fission, placée à l'intérieur de son réservoir ; ce réservoir contient les deux nuclides (par exemple le deutérium et le tritium) qui entreront en réaction de fusion sitôt la bombe à fission explosée. La bombe A est en quelque sorte l'allumette de la bombe H.
Les bombes H développent des énergies énormes : alors que la puissance des bombes A est limitée, celle des bombes de fusion ne l'est pas, car une fois la réaction amorcée, et l'énorme température atteinte, les divers noyaux continuent à entrer en réaction, même s'ils se dispersent. On chiffre les énergies libérées non plus en kilotonnes (TNT) comme celles des bombes A, mais en mégatonnes (millions de tonnes) ; certaines bombes thermonucléaires atteignent une énergie de plus de 20 mégatonnes (plus de 1000 fois celle de la bombe d'Hiroshima !)
Le pouvoir destructeur des bombes H ne doit pourtant pas masqué les possibilités de leur utilisation pacifique : elles peuvent constituer pour des percées géantes, l'éclatement de couches énormes de minerais, un moyen explosif de « premier ordre » ; déjà de très nombreux projets ont été étudiés. L'usage en est par exemple envisagé pour la création d'un port artificiel en Alaska. Elle pourrait en outre servir à emmagasiner dans les profondeurs de la Terre de grandes réserves de chaleur utilisables comme sources d'énergie ; projet d'autant plus rentable que malgré le coût élevé de bombes, le prix de revient de l'énergie dégagée est très faible. Resterait évidemment à surmonter le grand obstacle de la radioactivité.
V) La fusion contrôlée
Les physiciens s'efforcent à l'heure actuelle de parvenir à provoquer en laboratoire, ces réactions thermonucléaires et peuvent déjà réaliser des températures de plusieurs millions de degrés. A ces températures, la matière est à l'état de plasma, les noyaux légers ne peuvent être contenus dans un récipient quelconque : le plasma est maintenu en circuit fermé en forme d'anneau ou de huit à l'aide de champs magnétiques ; on créée l'énergie d'agitation, c'est-à-dire la très haute température, en faisant circuler dans l'anneau de plasma, un courant électrique intense et en comprimant ce plasma au maximum (effet de pincement). Jusqu'ici nul expérimentateur n'a pu affirmer de façon définitive avoir ainsi réussi à amorcer une réaction de fusion ; cette réalisation semble pourtant imminente.
De telles réactions pourront-elles être aisément provoquées ? Deviendront-elles utilisables ? les milliards de tonnes de deutérium contenus dans l'eau des océans deviendrait alors la plus formidable réserve d'énergie.
Quelques sites intéressants :
-le site du palais de la découverte
www.palais-decouverte.fr/feteint/physique/html/particules.htm
-voyage au coeur de la matière
http://marwww.in2p3.fr/voyage/frames.html
-fission et fusion nucléaire
wwwofe.er.doe.gov/Education.html
Antoine BOOTOINE
bootoine@aol.com
|
| |
|
|
|
|
|
|
4 commentaires :
Les commentaires sont la propriété de leurs auteurs.
Nous ne sommes pas responsables de leur contenu ! |
 Interressant - Par Médée le 01 juillet à 11:05
| Ton article m'a interessée, car je ne connaissais que la fission nucléaire.
Je dirais tout de même que ton article pouvait être difficile à comprendre pour ceux qui ne connaissait pas la structure de l'atome ou le magnétisme. |
 Répondre - Re: - par Antoine BOOTOINE le 03 juillet à 17:54
Fusion nucléaire - Par Jacques cheneau le 01 juillet à 10:55 | Très content d'avoir vu le point sur l'état actuel de la fusion nucléaire. Mes connaissances dataient d'une quarantaine d'années, époque où je préparais le certificat d'études spéciales d'électro radiologie. Nous faisions beaucoup de physique nucléaire.
Aujourd'hui, il semble qu'au plan pratique la fusion pacifique de l'atome en soit au même point qu'il y a quarante ans. Il semble qu'on puisse la réaliser, en laboratoire, mais pendant une toute petite fraction de seconde. L'avantage, si on pouvait contrôler la réaction pendant un temps exploitable industriellement, serait, si j'ai bien compris, que par rapport à l'énergie produite, la radioactivité, donc les déchets, seraient bien moindres qu'actuellement avec la fission. Dans l'article de l'auteur, il semble qu'il y ait une allusion à un procédé qui consisterait à faire exploser une bombe H sous terre et à utiliser la chaleur produite. Ceci était déjà proposé il y a quarante ans. Or, des bombes H, il y en a maintenant beau [...] Lire la suite |
Répondre - Re: - par Anonym le 23 août à 07:17
|
|
|
 |
