Un stock mondial de 25 kg : pourquoi cette substance rare est essentielle pour faire fonctionner la fusion nucléaire

Les scientifiques voient dans les réacteurs à fusion nucléaire le Saint Graal de la production d’énergie des prochaines décennies. La fusion des noyaux d’hydrogène dans un réacteur libère une énorme quantité d’énergie et ne produit aucun déchet radioactif. Mais pour développer cette technologie, un certain nombre d’expériences doivent encore être menées. Et cela risque d’épuiser les réserves mondiales de tritium, un isotope rare de l’hydrogène qui est crucial pour la fusion nucléaire, avant que la technologie ne soit prête à être développée.

En février, les scientifiques européens ont annoncé une percée dans le développement de la fusion nucléaire lorsque le Joint European Torus (JET), un réacteur de fusion expérimental situé en Angleterre, a produit quelque 59 mégajoules d’énergie en cinq secondes de réaction. Ce chiffre a plus que doublé le précédent record de 22 mégajoules, établi en 1997.

Bien que cette expérience ait nécessité plus d’énergie qu’elle n’en a produit, les scientifiques impliqués dans le projet estiment qu’il s’agit néanmoins d’une avancée majeure. Selon Fernanda Rimini, l’une des chercheuses impliquées dans le projet, cette expérience réussie signifie que le prochain grand réacteur de fusion expérimental, l’ITER (International Experimental Reactor), sera très probablement capable de fonctionner au-delà du seuil de rentabilité, soit produire plus d’énergie qu’il n’en faut pour faire fonctionner la réaction.

ITER est un projet énorme. Le réacteur, qui est en construction dans le sud de la France depuis 2007, devrait commencer ses premières expériences en 2025. À terme, les scientifiques espèrent obtenir des réactions d’une puissance supérieure à 500 mégawatts, soit pas moins de 40 fois la puissance de la réaction du JET. En outre, ils espèrent produire jusqu’à dix fois la quantité d’énergie nécessaire pour déclencher la réaction. Toutefois, ITER ne fonctionnera à pleine puissance qu’en 2035, après quoi des années d’expériences devront être menées.

Pénurie mondiale de combustible

Même si ITER s’avère un succès, il pourrait s’agir d’une victoire à la Pyrrhus pour les partisans de la fusion nucléaire. Après tout, ITER, JET et les autres réacteurs de fusion nucléaire fonctionnent en fusionnant ensemble deux atomes de deux isotopes différents d’hydrogène, le deutérium et le tritium. Lorsque ces noyaux fusionnent, de l’hélium se forme, libérant de très grandes quantités d’énergie.

Le deutérium est en fait un atome d’hydrogène avec un neutron supplémentaire dans son noyau. Environ 1 noyau d’hydrogène sur 5000 dans les océans est constitué de deutérium, ce qui signifie qu’il en existe, en principe, une réserve presque infinie. De plus, la fusion nucléaire serait si efficace qu’un litre d’eau de l’océan pourrait produire autant d’énergie que 300 litres de pétrole.

Cependant, les choses se compliquent lorsque le tritium entre en jeu. Cet isotope beaucoup plus rare de l’hydrogène, qui contient deux neutrons dans son noyau, n’existe dans la nature qu’en très petites quantités dans la haute atmosphère. Certains réacteurs nucléaires produisent également du tritium comme sous-produit, mais la plupart ne le collectent pas.

La production commerciale de tritium se limite aux 19 réacteurs de CANDU (Canada Deutérium Uranium), qui produisent chacun environ 0,5 kilogramme de tritium par an. En outre, la moitié de ces réacteurs seraient fermés à la fin de cette décennie. En conséquence, le stock actuel de tritium – environ 25 kilogrammes – pourrait bientôt être épuisé.

En effet, ITER devrait utiliser environ un kilogramme de tritium chaque année dans ses réactions expérimentales. En outre, un certain nombre de start-ups ont également commencé à développer cette technologie. Il resterait donc très peu de tritium une fois que la technologie serait suffisamment mature pour être mise sur le marché.

La fusion nucléaire elle-même pourrait être la solution

Bien que l’approvisionnement soit loin d’être sûr à l’heure actuelle, les chercheurs espèrent que cela changera lorsque les réacteurs à fusion nucléaire seront mis en service. Par exemple, le projet ITER étudiera la manière dont le tritium peut être « cultivé » dans le réacteur lui-même. La réaction de fusion entre le tritium et le deutérium libère des neutrons, qui s’échappent parfois à grande vitesse du plasma dans la chambre du réacteur.

En recouvrant la paroi intérieure de la chambre du réacteur de lithium, les scientifiques espèrent que ces neutrons entreront en collision avec lui, produisant ainsi du tritium. Le lithium, qui est également utilisé dans les batteries, par exemple, est relativement abondant. Les scientifiques espèrent donc que les réacteurs à fusion nucléaire pourraient fournir une source quasi illimitée de tritium.

Il reste à voir si la production du tritium fonctionnera dans la pratique. Jusqu’à présent, le concept n’a jamais été testé en pratique, ce qui laisse l’avenir de la technologie de la fusion nucléaire incertain.

MB

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