Fusion nucléaire : Avantages/Inconvénients
Les Avantages
Il existe plusieurs avantages à utiliser la fusion plutôt que la fission nucléaire.
Tout d'abord c'est une source d'énergie inépuisable et durable.
Les réactifs nécessaires à la fusion sont disposés en grande quantité un peu partout sur le globe terrestre.
En effet, elle utilise comme combustible le deutérium, un isotope naturel et stable de l'hydrogène que l'on peut extraire de l'eau courante. Ses ressources sont très abondantes : elle représentent plus de 10 milliards d'années de consommation annuelle mondiale.
Quand au tritium, deuxième combustible permettant la fusion nucléaire, celui-ci est fabriqué à partir de lithium dont sa teneur moyenne dans l'écorce terrestre est d'environ 50 ppm ( soit 10 fois plus abondant que l'uranium). Donc ses réserves sont estimées à 12 millions de tonnes (à titre de comparaison, les réserves en uranium naturel sont estimées à moins de 4 millions de tonnes).
De plus le lithium peut aussi être tiré de l'eau de mer (0.17g/m3) ce qui engendre une réserve potentielle de 230 000 millions de tonnes.
Pour conclure les ressources en combustibles, limitées par le lithium, sont estimées à plusieurs milliers d'années si le lithium est d'origine tellurique et à plusieurs millions d'années si le lithium est extrait de l'eau de mer.
Par ailleurs, quelques grammes de combustibles suffiront pour déclencher et entretenir les réactions de fusion. Une centrale à fusion aura ainsi besoin de 100 kg de deutérium et de 150 kg de tritium pour produire 1000MW pendant 1 an, ce qui est très raisonnable puisque par exemple il faut 25 tonnes d'Uranium enrichi à 4% pour produire 1000MW.
Ensuite c'est une source d'énergie plus propre.
La fusion ne produit pas de déchets nocifs donc pas de pollution.
Le seul déchet produit par la réaction de fusion est l'hélium, un gaz inoffensif pour l'environnement.
Le tritium, lui, est radioactif mais sur une période courte (12,3 ans) et il est le principal déchet des réacteurs à fission Kandoo au Canada, il va ainsi être recyclé par ITER.
Par contre, les neutrons libérés lors des réactions de fusion viennent percuter les parois du réacteur, avant d'être absorbés par celles-ci. La matière devient alors instable et radioactive. Les matériaux de construction des réacteurs deviendront ainsi des déchets radioactifs qu'il faudra stocker pendant une centaine d'années avant de pouvoir les réutiliser ( contrairement à des milliers d'années en moyenne pour les déchets issus des réactions de fission).
C'est aussi une source d'énergie plus sure.
Il n'y a pas de risque d'explosion ni de contamination à grande échelle. En effet, si jamais un problème de fonctionnement survient, le plasma adhérerait à la matière ambiante (air) et se refroidirait très rapidement évitant ainsi tout risque d'explosion.
Enfin, c'est une source d'énergie au fort dégagement énergétique
En théorie, si elle est maîtrisée, la fusion d'un gramme de mélange deutérium-tritium dégagerait 4 fois plus d'énergie que la fission d'un gramme d'Uranium.
De plus d'un point de vue militaire, les matériaux utilisés pour la fusion ne pourront pas être utilisés afin de fabriquer des armes nucléaires.
Les Inconvénients
La fusion comporte tout de même des inconvénients.
Son problème majeur étant, que la réaction de fusion n'est qu'un projet expérimental, pas encore au point. Il nécessitera au moins 50 ans avant l'apparition d'une centrale à fusion utilisable.
Les scientifiques doivent encore faire face aux :
Soucis de rentabilité.
En effet, ce n'est qu'un prototype qui pour l'instant produit moins d'énergie que celle utilisée pour que la réaction ait lieu. Le record actuel est détenu par le JET qui est parvenu à restituer seulement 16 MW d'énergie pour 25MW injectée ce qui n'est techniquement pas rentable. Même si ITER vise Q > 10, il faudrait Q > 40 pour qu'une centrale à fusion puisse être commercialisée. Le problème de la production d'énergie n'est pas encore résolu.
Après avoir démontré la faisabilité de la réaction de fusion sur Terre (but du projet ITER), le défi des chercheurs restera de prouver qu'une centrale à fusion est capable de subvenir pendant plusieurs décennies aux besoins énergétiques de l'humanité qui ne cessent d'augmenter.
Nous aurons la réponse, vers 2030, avec le réacteur DEMO qui prendra la suite d'ITER.
Forces électromagnétiques.
Les noyaux étant chargés positivement se repoussent, c'est inévitable. Il faut donc une très forte quantité d'énergie, donc une élévation importante de la température, pour les amener à fusionner et dépasser la barrière coulombienne (cette répulsion se présente comme une barrière). Les scientifiques essaient de trouver une solution pour que la demande d'énergie soit déjà un minimum diminuée.
Aux coûts faramineux.
Sur le plan économique, également, le projet ITER pose des problèmes.
Voici l'estimation budgétaire du projet :
- 10 milliards d'euros pour la phase de construction prévue sur 10 ans (Estimation de 2010, les coûts ne cessent d'augmenter : ils ont doublé en 10 ans); - 4.8 milliards d'euros pour la phase d'exploitation prévue sur 20 ans; - 0.5 milliards d'euros pour le démantèlement ( ce projet expérimental n'est pas prévu pour durer mais seulement pour apporter les informations nécessaires aux futurs réacteurs tels que DEMO) Ce qui fait pour l'instant un total de 14,3 milliards d'euro. Par conséquent, on peut se demander si cet investissement important de départ ne vas pas mettre un frein à l'avancée de la fusion contrôlée.
Au défi de la stabilisation du plasma.
Le plasma est un état particulier de la matière, qui se forme dans le réacteur à une température de 150 millions de degrés Celsius (soit 10 fois la température du coeur du soleil!)
Celui-ci lutte contre le champ magnétique qui le confine, ce qui le rend instable et à la moindre perturbation, il s'éteint.
C'est pourquoi les scientifiques ont pour objectif de stabiliser dans la durée le plasma, c'est à dire trouver son "Breakeven" ( C'est le point d'équilibre énergétique du plasma qui correspond au moment où un plasma libère au moins autant d'énergie qu'il en a reçu ). Cela permettrait de produire de l'électricité en continu et donc d'améliorer la rentabilité.
C'est le réacteur Tore Supra, à Cadarache qui détient le record de durée d'un plasma (6 min et 30 secondes)
A l'autre grand défi : la résistance des matériaux.
Paul-Henri Rebut, spécialiste mondial de ces réacteurs, aujourd'hui à la retraite affirme :« la question des matériaux est même l'une des clés de la fusion contrôlée. »
En effet, aucun matériau ne peut résister sur Terre à une température de 150 millions de degrés qui est celle du plasma. C'est grâce aux champs magnétiques que ce plasma ne touche pas les parois. Mais celles-ci vont tout de même se détériorer au fil du temps et cela très rapidement à raison de 5 cm par an. Notamment à cause des neutrons très énergétiques, de l'ordre de 14 MeV (contre 1 ou 2 MeV dans le cas d'une réaction de fission), qui provoquent des déplacements atomiques dans les matériaux de structure.
Il faudra donc changer les parois assez fréquemment ainsi que les circuits magnétiques, également endommagés, et il y aura ainsi un volume de déchets à haute activité radioactive pour une durée d'une centaine d'années environ. Par conséquent, les scientifiques ont pour objectif de trouver des matériaux moins réactifs aux réactions du plasma et donc au final moins radioactifs.
Autrement dit, la recherche se poursuit, prête à surmonter tous ces obstacles qui n'ont rien d'infranchissable.