C)Les enjeux de la fusion thermonucléaire

1.Les enjeux politiques et économiques

La fusion thermonucléaire présente de nombreux avantages économiques et politiques :

En élargissant à l’avenir de l’énergie de la fusion nucléaire on constate deux choses : premièrement les futurs investissements industriels dans cette énergie seront de longues durées car les infrastructures sont très coûteuses, ils prendront alors du temps à être amortis. Investir dans la fusion nucléaire reviendrait à  payer en avance des KWh, ce qui pourra rebuter certains investisseurs à placer leur argent dans cette énergie.

La valeur marchande de la fusion sera supérieure à d’autres énergies du futur comme les énergies renouvelables en effet la production d’énergie de la fusion est adaptable à la demande contrairement aux énergies renouvelables dépendantes des éléments.

De plus la recherche effectuée en parallèle du développement des réacteurs à fusion thermonucléaires pourrait conduire des pays tels que la France ou les Etats-Unis à développer de nouvelles armes nucléaires utilisant la fusion.

Premièrement la fusion nucléaire présente un important intérêt énergétique. En effet une petite quantité de matière première permet de produire une grande quantité d’énergie en comparaison à la fission nucléaire par exemple. En effet 25 tonnes d’uranium sont requis pour produire 1000MW pendant un an avec la fission nucléaire alors que seulement 250 kg ( 100kg de Deutérium et 150kg de Tritium ), c'est-à-dire 100 fois moins, sont utilisés pour produire la même quantité d’énergie avec la fusion nucléaire. De plus 1L d’eau permettrait de produire autant d’énergie que 320 L de pétroles ou qu’une tonne de charbon grâce à la fusion des isotopes de l’eau

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Quantités de combustibles nécessaires pour produire 1000MW pendant 1 an

 

Ensuite, les combustibles utilisés dans la réaction de fusion sont le deutérium et le tritium. Le deutérium est un isotope de l’eau, donc quasiment inépuisable. De plus le deutérium peut être récupéré aussi bien dans l’eau douce que dans l’eau de mer. On peut le recueillir simplement via une distillation de l’eau. Les principales ressources de deutérium sont dans l’océan

On sait qu’il y a 33mg de deutérium par d’eau. De plus les réserves d’eau mondiale sont de . Nous pouvons maintenant calculer les réserves terrestres totales de deutérium :

calcul-reserves-d-1.png

 Les réserves de deutérium sont donc largement suffisantes pour utiliser les centrales à fusion pendant des centaines d’années.

Les réserves naturelles de tritium sont de 3 ou 4 kg seulement. Mais celui-ci est produit en quantité importantes suite à des activités nucléaires militaires et civiles. Ensuite les réacteurs à fusion thermonucléaire devraient s’autoalimenter en tritium. En effet les parois du Tokamak sont composées de Lithium. Les neutrons émis lors de la réaction de la fusion vont entrer en collision avec les parois, ce qui va engendrer une réaction de fission nucléaire entre le lithium et le neutron. Cette réaction va produire un atome d’hélium et un atome de tritium. Voici l’équation de cette réaction :

equation-lithium-1.png

Cet atome de tritium va retourner dans le plasma et réalimenter la réaction. Ainsi la quantité de tritium injectée pendant la réaction sera moindre.

En comparant l’énergie de la fusion nucléaire avec les énergies renouvelables souvent désignées comme énergies d’avenir, on remarque un avantage en faveur de la fusion non négligeable. Avec la fusion nucléaire l’énergie peut être produite à proximité de la demande, c'est-à-dire à proximité des zones urbaines, ce qui ne nécessite aucun stockage d’énergie. En opposition, les énergies renouvelables demandent de l’espace et des conditions bien particulières (un barrage demande un fleuve, un parc éolien une zone venteuse…) ; les infrastructures seront alors éloignées de la demande, ce qui demandera un stockage et un acheminement de l’énergie.

2.Les enjeux technologiques et environnementaux

La fusion nucléaire requiert des conditions de pression et de température extrêmes (très chaud et très froid), les matériaux utilisés doivent faire face à ces contraintes, c'est pourquoi les scientifiques cherchent de nouveaux matériaux beaucoup plus résistants comme par exemples des alliages niobium-étain et niobium-titane pour les supra- conducteurs.

De plus, ils doivent résister dans le temps car le remplacement de certaines pièces, comme le diverteur, est très difficile ce qui empêche la production de la centrale.

Les réparations au sein du réacteur se font uniquement par télé-manipulation ce qui entraine une durée plus longue de travaux.

De plus la fusion nucléaire ne présente pas les mêmes problèmes de radioactivités rencontrés dans les centrales à fission nucléaire. En effet le deutérium n’est pas radioactif. Le tritium quant à lui est radioactif. Sa période est 12,3 ans ; il devra être stocké pendant une petite durée, contrairement à certains déchets de la fission nucléaire qui ont une période de plusieurs millions d’années, ce qui pose des problèmes de stockages.

Un des derniers avantages de la fusion est l’amoindrissement des risques d’accidents en comparaison avec la fission nucléaire. Premièrement les réacteurs seront alimentés en combustible en quantité suffisante à faire fonctionner le réacteur pendant une minute, c'est-à-dire environ 1 gramme, ce qui limite la quantité d’énergie pouvant être libérée en cas de non contrôle de la réaction. Ensuite si de l’énergie était libérée, du gaz s’échapperait des parois ce qui refroidirait le plasma et mettrait un terme à la réaction. En imaginant une fracture des parois du réacteur et donc une fuite, l’impact sur la personne la plus exposée serait de 2,5 mSv ; c’est à dire le rayonnement naturel  reçu par chaque homme en un an, ce qui est négligeable.

Le tritium est un isotope de l'hydrogène mais radioactif, émetteur b, qu'il faut produire à partir de lithium par bombardement de neutrons. Le lithium est un métal disponible dans de nombreux gisements, mais en tout état de cause, non renouvelable. Les principaux inconvénients de cettefilière sont les suivants :

-Le lithium est un métal hautement réactif chimiquement, présentant les risques suivants : il est inflammable, explosif et toxique. Sa présence, dans une installation où des températures très élevées sont atteintes et où ont lieu des flux d'énergie considérables, constitue un risque majeur.

-De plus, le tritium, produit de base de la fusion, est particulièrement difficile à confiner (il diffuse à travers les parois métalliques ; seul l'acier inoxydable assure l'étanchéité). Il est pratiquement inévitable qu'ait lieu une contamination générale du bâtiment réacteur et de son environnement par le tritium.

Celui-ci, émetteur b de faible énergie, est un isotope de l'hydrogène. Or l'hydrogène joue un rôle essentiel dans les liaisons faibles qui soutiennent les systèmes enzymatiques et maintiennent l'hélice

de l'ADN dans les organismes vivants. Lorsque le tritium prend la place de l'hydrogène et se désintègre en hélium, inerte, celui-ci ne maintient pas les liaisons chimiques. Cet effet peut être catastrophique. Une contamination par le tritium des travailleurs ou des riverains du réacteur constitue donc un risque radioactif important.

-La fusion deutérium-tritium entraîne la production de neutrons de haute énergie qui frappent les parois les plus proches et entrainent la création d'isotopes radioactifs , certains à vie très courte mais d'autres à très longue durée de vie, comme le niobium 94 et le technétium 99. Il est donc nécessaire à la fois de remplacer régulièrement les parois internes activées du réacteur qui constituent des déchets radioactifs et de les gérer comme tels. Il est donc faux de dire qu'un réacteur de fusion ne produit pas de déchets. On doit d'ailleurs ajouter que les débits de dose et les puissances thermiques associées seront très élevés et nécessiteront une manipulation uniquement par robots.

Un autre facteur de risque préoccupant est lié à la mise en œuvre de champs magnétiques de haute intensité ; des quantités d'énergie énormes sont ainsi susceptibles d'entraîner des accidents graves. Le fait que la réaction de fusion s'arrête en cas d'accident (il n'y a pas de risque d'emballement de la réaction comme dans un réacteur de fission) ne signifie pas qu'un accident dû à une explosion de lithium, à une rupture des circuits d'évacuation de la chaleur ou à une rupture de plasma n'aurait pas de conséquences graves : la dispersion du stock de tritium et des produits d'activation pourrait provoquer outre les dégâts physiques classiques une contamination radioactive importante.

Par ailleurs, les champs magnétiques doivent être créés au moyen de bobines parcourues par des courants électriques très intenses. Pour éviter le dégagement de chaleur destructeur, il faut que les bobines soient en permanence refroidies à une température proche du zéro absolu (-273°), ce qui entraîne la cohabitation dans la même installation de températures extrêmement élevées et de températures extrêmement basses. On peut se demander ce que produirait une telle rencontre en cas d'accident ?

La corrosion et l'érosion des parois sont des phénomènes perturbateurs importants ; l'impact des ions D et T produira une érosion d'1mm par an avec dispersion de particules solides de diamètres se situant dans la gamme 0,01 à 10 mm.

Deux événements extérieurs doivent être pris en considération pour évaluer les risques d'accidents : le séisme et la chute d'avion. Rappelons ici que le site de Cadarache proposé par l'Union européenne pour accueillir ITER se trouve dans une zone sismique.

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