Pour plus d’efficacité, les cuisiniers de la fusion nucléaire améliorent leur recette

En ajoutant de l'Hélium-3 au mélange de base composé de deux formes d'hydrogène, les scientifiques améliorent l'efficacité du chauffage du combustible nécessaire à la fusion nucléaire.

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Pour plus d’efficacité, les cuisiniers de la fusion nucléaire améliorent leur recette
L'expérience de fusion nucléaire a été en partie menée dans le tokamak Alcator C-Mod (Cambridge, Etats-Unis).

Le record date de 1997 : 16 MW produits pour 24 MW consommés. Jusqu’à maintenant et dans les réacteurs existants, une fusion nucléaire consomme plus d’énergie qu’elle n’en libère. Pour en améliorer l’efficacité, des chercheurs ont ajouté un ingrédient au mélange de combustibles : une pincée d’Hélium-3. En très faible quantité, il permet d’apporter plus facilement l’énergie nécessaire pour chauffer le mélange et fusionner les noyaux d’hydrogène.

Fusion d'hydrogène et de deutérium

La réaction de fusion nucléaire a lieu dans un réacteur en forme d’anneau : le tokamak. Comme le Joint European Torus (JET) de Culham au Royaume-Uni, ou encore l’Alcator C-Mod de Cambridge, aux Etats-Unis. Deux réacteurs utilisés pour valider expérimentalement les résultats de l’étude publiée le 19 juin dernier dans la revue Nature Physics et emmenée par une équipe de chercheurs des laboratoires de physique des plasmas (LLP/ERM-KMS) de Bruxelles et du Massachusetts Institute of Technology (MIT).

Dans leur expérience, les chercheurs ont mélangé dans le réacteur deux formes différentes d’hydrogène. Environ 75% du mélange étaient composé de sa forme la plus courante dont le noyau n’a qu’un unique proton. Les 25% restants étaient du deutérium : une forme d’hydrogène constituée d’un proton et un neutron.

Plus de 100 millions de degrés Celsius

Mais fusionner des noyaux est extrêmement énergivore au démarrage car le mélange doit être ionisé et chauffé à des températures extrêmes pendant une durée suffisante : plus de 100 millions de degrés Celsius. Pour cela, il est excité par un champ électromagnétique intense. Certains électrons qui gravitent autour des atomes sont arrachés. Amputés d’une partie de leurs électrons, les atomes deviennent des ions. Le mélange de gaz est dit “ionisé”. C’est un plasma.

L'Hélium-3 a été ajouté au mélange dans des quantités très faibles : moins de 0.5%. Visés par les ondes électromagnétiques, ceux-ci sont accélérés et atteignent des hauts niveaux d’énergie. Ils chauffent alors le plasma dans lequel ils baignent.

Bonne nouvelle pour ITER

En cours de construction dans le Sud de la France, le plus gros tokamak du monde pourrait tirer bénéfice de ces travaux. L'objectif du projet ITER est de constuire un réacteur capable de fournir dix fois plus d'énergie qu'il n'en consomme. Les conditions seront toutefois différentes. Le plasma sera composé d'autant de deutérium que de tritium, un autre isotope de l'hydrogène doté de deux neutrons. Pour chauffer un tel mélange, ITER pourrait utiliser des impuretés de béryllium présentes dans le réacteur à la place de l'Hélium-3.

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