La fusion nucléaire décrit la physique de deux ou plusieurs noyaux atomiques qui fusionnent pour créer des éléments plus grands – le type de processus qui se produit dans notre propre Soleil.
La raison pour laquelle il s’agit d’une perspective passionnante dans la production d’énergie est qu’une telle fusion atomique peut libérer de grandes quantités d’énergie. Si nous pouvons exploiter cette libération d’énergie, l’humanité pourrait potentiellement avoir accès à une source abondante et inépuisable d’énergie largement durable.
Pour l’instant, une telle réalisation est encore loin, mais les chercheurs du monde entier ne cessent de faire progresser le domaine, apportant des améliorations progressives qui nous rapprochent lentement de cet objectif.
Comment fonctionne la fusion nucléaire ?
Les atomes se développent lorsque les protons s’assemblent en groupes de plus en plus grands, liés par la force nucléaire forte. Cette attraction résulte des interactions entre leurs trois particules constitutives, appelées quarks.
Grâce à la force de Coulomb – la force d’attraction ou de répulsion entre les particules en raison de leur charge électrique – les protons ont tendance à rester à bonne distance les uns des autres – bien trop loin pour que la force nucléaire puisse s’exercer.
Les neutrons, en revanche, n’ont pas de charge et ne sont donc pas repoussés, ce qui leur permet de se rapprocher des autres particules nucléaires sans trop d’effort. Grâce à de subtiles différences dans une propriété appelée spin, les neutrons et les protons rapprochés peuvent se coller pour former un simple noyau atomique.
En théorie, un proton lié à un neutron peut se lier à un autre proton et à un autre neutron, les neutrons agissant comme une sorte de médiateur. Mais faire en sorte que plusieurs protons se rapprochent suffisamment pour que la force forte prenne le dessus n’est pas une mince affaire. Même les fusions relativement simples entre deux atomes de deutérium (hydrogène composé d’un proton et d’un neutron) pour fabriquer un atome d’hélium 3 nécessitent le type de pression que l’on trouve dans les noyaux d’objets comme notre Soleil.
Pour qu’émergent des éléments encore plus lourds, comme ceux de la taille du carbone, ces fours pressurisés devraient maintenir des températures d’au moins 100 millions de degrés Kelvin, soit six fois plus chaudes que le cœur du Soleil.
La fusion de noyaux en éléments encore plus lourds, à l’échelle de l’or et de l’uranium, requiert un degré de puissance cosmique. Pensez aux types de forces que l’on trouve dans les étoiles à neutrons qui entrent en collision, ou dans certaines supernovas.
Comment la fusion nucléaire produit-elle de l’énergie ?
La production d’énergie par fusion dépend des différences dans la quantité d’énergie nécessaire pour maintenir ensemble les particules nucléaires.
Si vous prenez une particule alpha – une paire de protons et une paire de neutrons agglutinés – et que vous la pesez, vous obtenez une masse de 4,00153 unités. Mais si vous pesez chaque atome individuellement, la somme totale sera de 4,03188 unités.
D’après l’équation “énergie = masse x carré de la vitesse de la lumière” (E=mc2), la différence de masse est également une différence d’énergie. Liés ensemble, les ensembles de particules ont moins d’énergie que lorsqu’ils sont séparés ; par conséquent, lorsqu’ils fusionnent, cette énergie excédentaire est libérée dans le monde.
Forgée dans les profondeurs du Soleil, cette énergie fait lentement son chemin jusqu’à la surface, où elle est émise en ondes sous forme de rayonnement électromagnétique, ou lumière solaire.
Ici, sur Terre, des physiciens et des ingénieurs ont mis au point divers dispositifs qui pourraient nous aider à capter et à utiliser l’énergie libérée par la fusion nucléaire. Lorsqu’ils y parviendront, vous ne manquerez pas d’en entendre parler.
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