31/05/2022 Iter. A la recherche du deutérium

Plus efficace, moins dangereuse et moins polluante que la fission nucléaire que nous connaissons aujourd’hui, la fusion éveille beaucoup d’espoirs concernant la production électrique de demain. Le principe en est simple : deux isotopes de l’hydrogène différents, le deutérium et le tritium, sont envoyés dans un réacteur spécialisé appelé tokamak où ils fusionnent, créant un plasma aussi chaud que la surface du soleil ; Pour le moment cependant, personne ne maîtrise suffisamment cette technique pour produire de l’électricité en quantité suffisante pour être utilisée.

Pour le moment c’est la France qui pilote cette recherche internationale, dans le cadre du Programe Iter, à Cadarache

Rappel

Les isotopes sont des atomes qui possèdent le même nombre d’électrons – et donc de protons, pour rester neutre -, mais un nombre différent de neutrons. On connaît actuellement environ 325 isotopes naturels et 1200 isotopes créés artificiellement. Les isotopes d’un même élément ont des propriétés chimiques identiques mais des propriétés physiques différentes (stables ou radioactifs notamment).

Par exemple, l’hydrogène a trois isotopes : l’hydrogène classique noté H (1 proton, pas de neutron), le deutérium noté H2 (1 proton, 1 neutron) et le tritium noté H3 (1 proton,2 neutrons

Le plasma est un état de la matière (au même titre que liquide, solide ou gaz). C’est de la matière partiellement ou totalement ionisée. Les plasmas sont un milieu constitué d’un mélange de particules neutres, d’ions positifs (atomes ou molécules ayant perdu un ou plusieurs électrons) et d’électrons négatifs. Le terme « ionisation » se rapporte à l’action d’ajouter ou d’enlever des charges électriques à un atome ou à une molécule. La structure électronique de l’atome ou de la molécule est alors modifiée et, perdant ou gagnant un ou plusieurs électrons, l’entité prend le nom d’ion.

Grâce aux très importants moyens et efforts investis dans le secteur, il est toutefois possible que la fusion devienne à moyen terme une solution viable. Auquel cas elle fera face à un problème majeur: elle manquera de tritium.

Le deutérium est à la fois abondant et simple à obtenir puisque chaque mètre cube d’eau de mer contient 33 grammes de deutérium que l’on extrait de manière routinière à des fins scientifiques et industrielles.Ce n’est en revanche pas le cas du tritium. Il n’est présent dans la nature qu’à l’état de traces, et les réserves mondiales de l’isotope se limitent à 20 kilos.

Le stock de tritium disponible aujourd’hui est un sous-produit des réacteurs à fission, qui en rejettent environ 100 grammes par an. Mais il ne reste que trente de ces réacteurs en activité, et ils sont en fin de vie. De surcroît, l’objectif de la fusion est de remplacer le nucléaire existant, pas de dépendre de lui.

Le tritium n’a qu’une durée de vie d’un peu plus de douze ans. Lorsqu’Iter démarrera, normalement en 2035, la moitié du stock existant aura déjà disparu. Or, un réacteur devrait avoir besoin d’environ 200 kilos de tritium par an.

Cependant théoriquement, les réacteurs à fusion pourraient être autosuffisants en tritium. Si les neutrons rejetés par le réacteur entraient en contact avec du lithium-6, ils devraient produire du tritium, qui pourrait être extrait et réinjecté dans le réacteur. Un tokamak aurait ainsi simplement besoin d’une petite quantité de l’isotope pour démarrer, puis produire son propre carburant.

Tapisser le tokamak d’une couche de lithium pourrait donc suffire à le rendre autosuffisant en tritium, tout en produisant un petit surplus pour démarrer de nouvelles centrales. Mais ceci restera à démonter, notamment dans le cadre d’Iter.

Voir

https://www.wired.com/story/nuclear-fusion-is-already-facing-a-fuel-crisis/

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