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A la recherche d'un soleil sur Terre

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Fusion contrôlée : la Terre sur les traces du Soleil :

A la recherche d'un soleil sur Terre

, Chapitre 2

Pas de fusion sur terre sans un plasma sur mesure. Retour sur les fondamentaux d'une physique de l'extrême


	Du plasma près de chez vous
	Le plasma est le quatrième état de la matière, avec les qolides, les liquides et les gaz...

De la réaction solaire...

Le Soleil produit sa fabuleuse énergie au cours d’une réaction en trois étapes (voir schéma). La première, amorce du processus, consiste en la fusion de deux noyaux d’hydrogène. Réaction assez improbable puisque deux noyaux doivent attendre environ 8 milliards d’années avant de fusionner !
Une lenteur compensée par le nombre de ces noyaux en stock dans le Soleil, qui s’élève aujourd’hui à 1,96·10²⁷ tonnes (10²⁷ = 1 milliards de milliards de milliards). L’astre brûle ainsi près de 600 millions de tonnes d’hydrogène par seconde depuis sa naissance et, à ce rythme, continuera de rayonner pendant 5 milliards d’années.

LES ISOTOPES DE L'HYDROGÈNE
L'hydrogène, le deutérium et le tritium ont un noyau doté du même nombre de proton (un seul), et un nombre différent de neutrons (respectivement 0, 1 et 2 neutrons).

...à la fusion sur Terre

Le concept solaire de production d’énergie est basé sur une réaction dont la probabilité extrêmement faible la proscrit sur notre planète. Mais l’idée reste bonne !
Il “suffit” de remplacer l’hydrogène par des noyaux qui ont un maximum de chance de fusionner ici bas, en l’occurrence,ceux de deutérium et de tritium, deux isotopes de l’hydrogène.

La masse du noyau d’hélium est inférieure à celle des deux noyaux dont il est issu, deutérium et tritium. La différence de masse correspond à de la matière qui s’est transformée en énergie (selon E = mc²).

Des conditions extrêmes

Faire fusionner des noyaux de deutérium et de tritium n’est pas une mince affaire. Les noyaux, chargés positivement, se repoussent. Pour vaincre cette force de répulsion et les faire fusionner, il faut parvenir à les rapprocher à une distance de 10^-15 mètre (soit un millième de milliardième de millimètre), en leur communiquant une très grande vitesse. Ce qui revient à les chauffer à des températures très élevées, de l’ordre de 100 millions de degrés. Leur densité, elle, ne doit être ni trop faible, pour que les noyaux aient des chances de se rencontrer, ni trop élevée, afin d’éviter que le mélange deutérium/ tritium – le plasma (voir encadré “Du plasma près de chez vous”) – n’exerce une pression trop forte sur les machines. Ainsi, elle ne peut guère dépasser les 100 milliards de milliards de particules par mètre cube (200 000 fois moins que l’air ambiant !).

Des combustibles abondants

Le deutérium, élément stable, est abondant dans l’eau de mer (33 g/m³) d’où il peut être extrait. Il existe des réserves de tritium, radioactif avec une période de 12,3 ans (temps nécessaire à la disparition de la moitié de sa radioactivité), issues d’activités nucléaires civiles et militaires. À terme, il sera produit directement sur le site de fusion, à partir du lithium, un autre élément très abondant sur Terre (20 mg par kg dans la croûte terrestre et 0,18 mg par litre dans les océans).

La température d’un milieu correspond au degré d’agitation des particules qui le composent. Plus elle est élevée, plus les particules se déplacent à grande vitesse en tous sens, augmentant ainsi les probabilités de collision. À de tels niveaux de température, la matière est à l’état de plasma.