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BE Etats-Unis 282  >>  16/03/2012

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Sciences physiques et nanotechnologies
Développement de la fusion nucléaire par confinement inertiel : les académies américaines y sont favorables

http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69455.htm

A l'heure où l'avenir énergétique de la planète est au coeur des préoccupations, beaucoup d'études s'attachent à analyser les systèmes actuels de production et de consommation d'énergie. Aux Etats-Unis, les principales sources d'énergie pour la production d'électricité proviennent des combustibles fossiles (69%) et de la fission nucléaire (21%). Nous connaissons les désagréments de ces sources : les combustibles fossiles génèrent des gaz à effet de serre susceptibles de perturber le climat de la planète, tandis que l'énergie nucléaire par fission suscite de nombreuses inquiétudes : risques d'accidents, stockage à long terme des grosses quantités de déchets nucléaires, problèmes de sécurité et multiplication des risques associés à une distribution plus large de matériaux nucléaires hautement radioactifs.

La fusion nucléaire

Récemment, les Académies nationales des Etats-Unis se sont intéressées à la situation de la fusion nucléaire, un domaine dans lequel les progrès pourraient amener des solutions pour le futur énergétique de la planète [1]. Comme on le sait, les Académies sont composées de la "National Academies of Science and Engineering", de l'"Institute of Medecine" et du "National Research Council". Absent du paysage énergétique pour la production d'énergie à l'échelle industrielle, la fusion nucléaire n'avait pas été abordée dans les récents travaux des Académies.

Or si l'on arrivait à en maîtriser le processus, cette technologie ouvrirait la voie à des ressources en énergie quasiment illimitées. En effet, la fusion de deux noyaux légers, tels que le deutérium (abondamment présent dans les océans) et le tritium, libère une quantité d'énergie 3 à 4 fois plus importante que la fission d'un noyau lourd, à masse de "combustible" égale. 1 m3 d'eau pourrait ainsi fournir autant d'énergie que la combustion de 700 tonnes de pétrole [2] ! Par ailleurs, la fusion ne produit pas de carbone (donc pas de gaz à effet de serre) et le stockage au long terme et les déchets radioactifs sont bien plus faibles que pour les systèmes existants basés sur la fission nucléaire.

Cette grande quantité d'énergie provient de l'attraction entre les nucléons due à l'interaction forte. Cependant le rapprochement de deux noyaux qui ont tendance naturellement à se repousser, n'est pas simple à réaliser. Ainsi, les travaux de recherche menés intensivement depuis les années 1950, n'ont pas encore abouti à une application industrielle effective pour la production d'énergie.

Deux approches principales

Il existe deux approches principales pour réaliser une fusion nucléaire : la fusion par confinement magnétique et la fusion par confinement inertiel. Dans les deux cas, les réactions de fusion nucléaires se produisent grâce au fort confinement créé dans un milieu de réaction. La première méthode utilise les lignes de champ magnétique pour confiner efficacement les particules du plasma combustible. La deuxième utilise un faisceau laser ou un faisceau de particules chargées extrêmement énergétique pour frapper une cible (le plasma combustible) de quelques millimètres de diamètre. Ce dernier s'ionise et chauffe au niveau de la paroi externe, ce qui entraine une expansion du plasma avec apparition d'une onde de choc centripète, laquelle concentre le combustible (principe d'action et réaction) au centre de la cible. En l'espace de quelques picosecondes, de nombreuses réactions de fusion se produisent alors.

Historiquement, la méthode par confinement magnétique a été privilégiée d'un point de vue financier, ce qui explique qu'elle soit la plus développée aujourd'hui. Le projet international de machine expérimentale ITER ("International Thermonuclear Experimental Reactor"), actuellement en cours de construction à proximité de Cadarache (France), a pour but de démontrer la faisabilité d'un réacteur générateur d'électricité utilisant cette méthode de fusion par confinement magnétique.

Concernant la deuxième méthode de confinement inertiel, deux gros projets peuvent être cités. Aux Etats-Unis, il s'agit du projet NIF (National Ignition Facility) : un laser extrêmement énergétique, actuellement en construction en Californie, au "Lawrence Livermore National Laboratory". Ce dernier aura cependant un rôle principal militaire, qui sera de tester les armes nucléaires des Etats-Unis. La première ignition devrait être bientôt réalisée. En France, c'est le projet LM ( Laser Megajoule), destiné à assurer la pérennité de la dissuasion nucléaire de la France après l'arrêt définitif des essais nucléaires en conditions réelles [3]. L'entrée en service initialement prévue en octobre 2011 a été reportée à 2014 suite à des économies budgétaires. Dans les deux cas, les installations devraient permettre la réalisation d'expériences d'énergie de fusion nucléaire, bien que ce ne soit pas l'objectif principal.

Afin d'explorer davantage les capacités de la fusion par confinement inertiel pour la production d'énergie, les Académies ont choisi d'évaluer sa situation dans un rapport téléchargeable en ligne, et dont le but est d'établir un plan de recherche et développement coordonné à l'échelle nationale.

Les conclusions du rapport

Afin d'établir son bilan, le comité s'est basé sur l'expertise de ses membres ainsi que sur de nombreuses informations diverses : études passées, briefings sur la recherche actuelle dans le monde et visites de sites dédiés majoritairement à la technique de fusion par confinement inertiel. Le comité a ainsi reconnu que de nets progrès avaient été réalisés ces dix dernières années, particulièrement dans la réalisation et la compréhension des conditions de forte densité au sein du plasma compressé, dans le secteur des simulations numériques des procédés de fusion par confinement inertiel, et dans l'étude des technologies cruciales, nécessaires aux futures applications basées sur l'énergie par fusion inertielle.

Cependant, il reste encore beaucoup à faire avant de pouvoir penser à un système industriel effectif intégrant cette technique de fusion, pour la génération d'électricité. Il est en particulier trop tôt pour choisir quelle approche particulière, parmi celles existantes, serait la mieux adaptée. Ainsi le comité propose dans le rapport une liste de critères pertinents, qui pourront aider à la sélection, plus tard, des méthodes les plus prometteuses.

Enfin, il suggère fortement la mise en place d'un planning, afin d'intégrer le NIF parmi les éléments décisifs principaux, dans la démonstration de la faisabilité de la production d'énergie par fusion inertielle.

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Pour en savoir plus, contacts :

- Site officiel du NIF : https://lasers.llnl.gov/
- Site officiel du Laser Mégajoule : http://www-lmj.cea.fr/
- Site officiel d'ITER : http://www.iter.org/
- Informations générales sur la fusion : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/CmYyX

Code brève
ADIT :
69455

Sources :

- [1] Rapport des Académies américaines consultable et téléchargeable en ligne : http://www.nap.edu/catalog.php?record_id=13371
- [2] http://www.chimix.com/an9/bac9/ind91.htm
- [3] Blog de François Cornut-Gentille, sur la dissuasion nucléaire en France : http://redirectix.bulletins-electroniques.com/Xs50J

Rédacteurs :

Catherine Marais, Attaché scientifique adjoint
deputy-phys.mst@consulfrance-houston.org
Retrouvez toutes nos activités sur http://france-science.org.

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Origine :

BE Etats-Unis numéro 282 (16/03/2012) - Ambassade de France aux Etats-Unis / ADIT - http://www.bulletins-electroniques.com/actualites/69455.htm
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