La fusion nucléaire est un processus dans lequel deux noyaux atomiques légers se combinent pour former un noyau plus lourd, libérant ainsi de l'énergie. C’est le même processus qui alimente le soleil et d’autres étoiles, fournissant ainsi une vaste source d’énergie. Contrairement à la fission nucléaire, qui divise les atomes lourds pour libérer de l’énergie, la fusion unit ces atomes. La fusion a le potentiel de fournir une source presque illimitée d’énergie propre, si elle peut être contrôlée et durable ici sur Terre.
En termes simples, la fusion nucléaire implique la fusion des noyaux de deux atomes légers, comme l’hydrogène, pour former un seul atome plus lourd, comme l’hélium. Les masses de l’atome résultant et des matériaux restants sont inférieures aux masses des atomes d’origine. Selon l'équation d'Einstein, \(E = mc^2\) , cette perte de masse est convertie en une grande quantité d'énergie, où \(E\) est l'énergie produite, \(m\) est la masse perdue et \(c\) est la vitesse de la lumière.
Ce processus nécessite des températures et des pressions extrêmement élevées pour vaincre les forces électrostatiques de répulsion entre les noyaux chargés positivement. Au cœur du Soleil, où la fusion se produit naturellement, les températures dépassent les 15 millions de degrés Celsius et la pression est immense, fournissant les conditions idéales pour que les noyaux se rapprochent suffisamment pour subir une fusion.
Plusieurs types de réactions de fusion peuvent se produire, chacune avec des réactifs et des produits différents. Les réactions les plus connues et étudiées font intervenir les isotopes de l'hydrogène : le deutérium ( \(D\) ) et le tritium ( \(T\) ) :
Dans le contexte de la fusion nucléaire, la radioactivité joue un rôle crucial, notamment dans les réactions impliquant le tritium. Le tritium est un isotope radioactif de l'hydrogène, avec une demi-vie d'environ 12,3 ans, ce qui signifie qu'il se désintègre avec le temps, libérant des particules bêta (électrons) et se transformant en hélium-3 stable. La réaction de fusion DT est particulièrement intéressante car elle produit efficacement une grande quantité d’énergie et les neutrons libérés peuvent être utilisés pour générer davantage de tritium à partir du lithium grâce à un processus connu sous le nom d’activation neutronique :
\( \textrm{Lithium-6} + \textrm{neutron} \rightarrow \textrm{Tritium} + \textrm{Hélium-4} \)Réaliser une fusion nucléaire contrôlée sur Terre a été un défi en raison des conditions extrêmes requises pour le processus. Deux approches principales sont poursuivies :
La fusion nucléaire offre la promesse d’une source d’énergie propre et quasi illimitée. Contrairement aux combustibles fossiles, la fusion ne produit pas de gaz à effet de serre ni de déchets radioactifs à vie longue. Le combustible pour la fusion, le deutérium, peut être extrait de l’eau de mer, ce qui le rend pratiquement illimité, et le tritium peut être obtenu à partir du lithium, qui est relativement abondant. Une fois les défis techniques et scientifiques surmontés, la fusion pourrait avoir un impact significatif sur la production énergétique mondiale, contribuant ainsi à un avenir durable et neutre en carbone.
La fusion nucléaire représente l’apogée de la réussite humaine dans la recherche de solutions énergétiques durables. Alors que le Soleil réalise sans effort la fusion en son sein, la reproduction de ce processus sur Terre dans des conditions contrôlées reste l’un des plus grands défis scientifiques et techniques de notre époque. Le développement réussi de l’énergie de fusion marquerait une étape importante dans notre quête d’une source d’énergie propre, sûre et inépuisable, révolutionnant la façon dont nous alimentons notre monde.
