L’industrie, le gouvernement et les universités doivent travailler ensemble pour rendre l’énergie de fusion plus viable.
Imaginez un monde où une électricité illimitée est produite par un processus non polluant, sans carbone, qui consomme à peine plus que de l’eau de mer et ne produit aucun déchet. Si cela semble trop beau pour être vrai, considérez les partisans de la fusion nucléaire.
EUROfusion. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Wikimedia Commons
La fusion nucléaire peut fournir de l’énergie sans émissions de carbone ni déchets radioactifs. Mais pour atteindre une fusion à l’échelle du réseau, les institutions privées, publiques et académiques doivent unir leurs efforts, selon un rapport récent.
Fusion Nucléaire : Comme le Soleil
La fusion nucléaire alimente le soleil et toutes les autres étoiles de l’univers. Lors de la fusion, deux noyaux atomiques légers se combinent pour former un noyau unique plus lourd. Cela produit non seulement un nouvel élément mais libère également une grande quantité d’énergie. Dans une étoile, les deux petits noyaux sont des atomes d’hydrogène, et l’élément plus lourd qui en résulte est l’hélium.
De retour sur Terre, les ingénieurs ont appris à utiliser les réactions nucléaires pour produire des armes et de l’énergie atomique. Cependant, l’énergie nucléaire utilise une réaction de fission avec de l’uranium, du plutonium et d’autres matériaux hautement radioactifs. En conséquence, les produits de déchets sont également hautement radioactifs et doivent être stockés en toute sécurité pendant 10 000 ans ou plus avant que leur niveau de radioactivité ne soit suffisamment bas pour être sûr pour les humains.
Les Réactions de Fusion Ne Sont Pas Faciles
Contrairement aux réactions de fission, les réactions de fusion ne produisent pas de déchets radioactifs. Mais même après plus de sept décennies de recherche, ce n’est que l’année dernière que des chercheurs du Lawrence Livermore National Laboratory ont atteint le point d’équilibre énergétique scientifique avec leurs expériences de fusion nucléaire. Le point d’équilibre énergétique signifie que la réaction de fusion produit plus d’énergie que l’énergie d’entrée nécessaire pour la déclencher.
La fusion nucléaire nécessite des températures et des pressions extrêmement élevées. Le plasma d’hydrogène doit être environ six fois plus chaud que la température du noyau solaire. Ce plasma d’hydrogène à haute température doit être confiné à l’aide d’un confinement magnétique suffisamment longtemps pour que la fusion se produise.
Comparaison de la fission et de la fusion nucléaires. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Department of Energy
Dans l’expérience de Lawrence Livermore, les scientifiques ont créé un plasma composé d’isotopes d’hydrogène, le deutérium et le tritium, à des températures atteignant 100 millions de degrés Kelvin. Lorsque les noyaux de ces deux isotopes d’hydrogène se combinent, ils forment un noyau unique d’hélium. Le noyau d’hélium résultant a une masse légèrement inférieure à celle des deux noyaux d’hydrogène d’origine. Selon la célèbre équation d’Einstein E=mc², la masse manquante se transforme en énergie.
Si l’énergie créée par une réaction de fusion nucléaire pouvait être capturée, elle pourrait être utilisée pour produire de la vapeur afin d’alimenter une turbine et un générateur capables de produire de l’électricité pour le réseau électrique, le tout sans les émissions de gaz à effet de serre produites par le charbon, le pétrole ou le gaz naturel, ni les déchets radioactifs provenant des réacteurs à fission de l’uranium.
Comment Atteindre l’Énergie de Fusion Nucléaire
Actuellement, l’industrie privée mène la plupart des recherches sur la fusion, financées en grande partie par des subventions gouvernementales. L’administration Biden vise à créer un établissement commercial de fusion nucléaire dans les 10 ans, et l’année dernière, le Département de l’Énergie a investi 46 millions de dollars dans huit entreprises de fusion pour développer des conceptions pour des centrales pilotes de fusion nucléaire. Pour accélérer le développement de la fusion, l’administration a proposé des augmentations importantes dans le programme des sciences de l’énergie de fusion au sein du Bureau des sciences.
Installation Nationale de Fusion DIII-D. Image utilisée avec l’aimable autorisation de Department of Energy
Dans le journal Physics of Plasmas, des experts ont exposé un cadre pour des partenariats public-privé soulignant l’importance du monde académique au développement de l’industrie. Des auteurs issus du milieu académique, du gouvernement et de l’industrie privée ont contribué à l’étude. Ils ont noté que la taille et l’échelle de la recherche sur la fusion dans les institutions académiques américaines sont insuffisantes pour soutenir la croissance nécessaire à la fusion pour atteindre une forme viable de production d’énergie.
L’Énergie de Fusion Retourne à l’Université
Historiquement, les institutions académiques ont travaillé en étroite collaboration avec l’industrie dans des domaines tels que la biotechnologie, l’informatique, la science des matériaux et l’aéronautique, et le nombre de professeurs titulaires dans les universités du pays représente ce partenariat. Actuellement, 57 universités aux États-Unis sont actives dans la recherche sur le plasma et la fusion. Cependant, en moyenne, seulement deux professeurs titulaires ou en voie de titularisation travaillant sur le plasma/ fusion se trouvent dans ces institutions.
Développer l’énergie de fusion nécessite les contributions de physiciens, d’ingénieurs en matériaux, de chimistes et d’informaticiens – des spécialités que l’on trouve dans de grandes universités. Les étudiants qui étudient dans un tel environnement collaboratif seront mieux préparés à rejoindre une main-d’œuvre capable de construire une industrie de fusion nucléaire. Gérer la croissance de l’énergie de fusion nucléaire nécessitera également une expertise spécifique dans des domaines tels que la sécurité, la finance et l’intégration au réseau. Développer des partenariats plus importants entre le gouvernement, l’industrie privée et les institutions académiques augmente le potentiel pour une énergie de fusion nucléaire viable.