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Fusion nucléaire
Conclusion : Pourquoi recréer le soleil? A quoi est-ce censé être bon ?
Nous avons déjà un soleil, il nous suffit de capter et d’utiliser son énergie, nous ne dépendons pas de la construction d’un nouveau soleil sur terre.
La construction de réacteurs à fusion nucléaire et, surtout, les technologies qui y sont associées sont extrêmement coûteuses, complexes et compliquées ; les coûts ne peuvent être supportés par des entreprises naturelles sans aide de l'État. Les durées de fonctionnement de ces réacteurs sont relativement courtes et il ne reste au final qu'un gigantesque tas de ferraille partiellement contaminé par les radiations. La réutilisation du matériau n'est pratiquement possible que grâce à des mesures de décontamination, de fusion et de nouvelle production. La construction et la démolition ou le recyclage de tels systèmes libèrent d'énormes quantités de CO2 compte tenu du mix énergétique actuel. Une véritable avancée n'a pas encore été réalisée, jusqu'à présent tout ne fonctionne qu'en laboratoire. Il faudra encore au moins 35 à 75 ans pour construire des réacteurs réellement fonctionnels. Nous aurions alors besoin de milliers de ces machines géantes hyper coûteuses dans des zones habitées, pour lesquelles nous n’aurions toujours pas assez d’énergie verte et cette expansion exercerait une pression extrême sur l’environnement.
La production d'énergie via des centrales thermosolaires est plus facile, immédiatement disponible ici et maintenant, moins chère et les durées de fonctionnement sont non seulement extrêmement plus longues mais, grâce à la facilité d'entretien et au recyclage à 90 %, sont pratiquement infinies. Cette technologie simple peut être construite avec des émissions de CO2 relativement faibles.
Il est totalement déraisonnable, voire stupide et inutile, d'investir l'argent des travailleurs dans des technologies qui ne sont pas réellement nécessaires et qui produisent bien moins de performances et d'économies de CO2 que les centrales solaires.
La recherche est importante, mais pas seulement pour soutenir les entreprises technologiques dans leurs plans de croissance exponentielle, qui réchaufferaient encore plus la terre de manière significative, au point d'un succès lointain.
Le Wendelstein 7-X de Greifswald a été présenté comme une avancée majeure, mais même cette confusion technique ne permet pas d'obtenir de réelles performances.
Quand j'étais enfant, on m'a parlé de la fusion nucléaire, on m'a dit qu'elle remplacerait l'énergie nucléaire dans 30 ans. Alors, j'avais 35 ans et les gens me disent que ce sera bientôt le cas, dans 30 ans seulement, que nous aurons une énergie inépuisable grâce à la fusion nucléaire... Maintenant, j'ai 63 ans, maintenant on dit : "Dans 30 ans, ce moment viendra enfin". Mais on me le dira encore quand j’aurai 90 ans.
La fusion nucléaire en détail
Le soleil nous montre chaque jour comment il fonctionne, fusionnant constamment des atomes d'hydrogène en hélium et fournissant ainsi de l'énergie à pratiquement toute vie sur terre.
Des isotopes rares de l’hydrogène sont nécessaires pour faire fonctionner les futurs réacteurs à fusion nucléaire. Ils sont fabriqués à partir de la matière première des batteries, le lithium, ou à partir d’eau de mer.
La dernière expérience menée dans un laboratoire américain, dans laquelle pour la première fois plus d'énergie de fusion a été générée que ce qui était nécessaire pour démarrer la réaction, a fait naître l'espoir que la fin des problèmes énergétiques pourrait être proche. Un énorme laser a fusionné l’hydrogène en hélium de telle manière que plus d’énergie en sortait que l’énergie laser qui y était injectée. Une première mondiale pour la fusion nucléaire.
Neutrons manquants
Malheureusement, le noyau d’un atome d’hydrogène n’est constitué que d’un seul proton. Cependant, en plus de deux protons, l’hélium possède également deux neutrons dans son noyau. Le processus de création d’hélium à partir d’hydrogène comprend plusieurs étapes qui incluent la conversion des protons en neutrons.
Le deutérium ou « hydrogène lourd » est un isotope naturel de l’hydrogène. Son noyau est constitué d'un proton et d'un neutron. L'hydrogène naturel contient une teneur en deutérium d'environ 0,015 pour cent. L'eau contenant du deutérium au lieu de l'hydrogène d'origine est appelée eau lourde. Il peut être obtenu à partir de l’eau de mer à l’aide de centrifugeuses.
Le tritium ou « hydrogène super-lourd » est un isotope de l’hydrogène. Son noyau atomique est constitué d'un proton et de deux neutrons. Le tritium est la variante la plus lourde et la seule radioactive de l’hydrogène ; sa demi-vie est de 12,3 ans. Pour produire du tritium, une réaction nucléaire est nécessaire. La matière première utilisée est avant tout le lithium métallique. Si vous l'irradiez avec des neutrons, le précieux tritium est créé en plus de l'hélium. Cependant, cette solution est très insatisfaisante : elle serait coûteuse, encombrante et nécessiterait des matières nucléaires et des installations convenablement protégées qui produiraient des déchets nucléaires. Heureusement, le rayonnement neutronique est également produit dans les réacteurs à fusion pour produire du tritium à partir du lithium. L'idée est actuellement à l'étude de recouvrir l'intérieur des réacteurs à fusion de plaques en lithium. Actuellement, le carbone sous forme de graphite est souvent utilisé à cette fin, mais celui-ci est éliminé et contamine le gaz de fusion. Des boîtes réfrigérées contenant des matériaux contenant du lithium sont envisagées à l'avenir, ce qui permettra d'aspirer le tritium résultant. Cependant, le rayonnement neutronique n’est pas assez puissant pour produire suffisamment de tritium dans la pratique. Il faut donc également un matériau comme le béryllium, qui peut augmenter le rayonnement neutronique. Reste à savoir si cela fonctionnera comme prévu.
De plus, la fusion du deutérium et du tritium est la plus favorable à la technologie de fusion. Cela produit un excès de neutrons qui s’échappe du système sous forme de rayonnement.
Le bon isotope du lithium
Le fait que l’irradiation du lithium produise automatiquement du tritium n’est pas tout à fait exact. À proprement parler, cela nécessite un isotope spécifique du lithium, à savoir le 6Li. Heureusement, le lithium est présent naturellement sous forme d’un mélange d’isotopes 6 et 7, le 6Li représentant un peu plus de sept pour cent. En fait, le 7Li peut également être converti en tritium. Un fait qui s'est produit lors des premiers essais de bombes à hydrogène américaines sur l'atoll de Bikini où cet effet n'a pas été pris en compte et l'explosion de la bombe Bravo a donc été deux fois et demie plus violente que prévu.
Cependant, ce procédé de production de tritium n'est pas adapté aux réacteurs à fusion. Il faudrait donc augmenter la proportion de 6Li jusqu'à un pourcentage à deux chiffres, ce qui représente un défi technique qui fait actuellement encore l'objet de recherches. Le plus grand réacteur nucléaire expérimental au monde, Iter, actuellement en construction dans le sud de la France, est conçu pour atteindre un facteur de gain de dix. Sa mise en service n'est prévue qu'au plus tôt en 2035. Mais Iter ne produira aucune énergie.
Densité énergétique inégalée
La fusion produit de grandes quantités d’énergie à partir de petites quantités de combustible, ce qui a donné naissance à la rumeur d’une disponibilité énergétique infinie. Un gramme d'un mélange deutérium-tritium permettrait un rendement énergétique dans les réacteurs à fusion équivalent à la combustion de douze tonnes de charbon. Une centrale électrique de 1 gigawatt consomme plus de 2 200 tonnes de charbon par jour. Les besoins en mélange deutérium-tritium pour une centrale nucléaire à fusion seraient donc de 183 grammes par jour. Avec les quelque 5 000 centrales électriques mathématiquement nécessaires, nous aurions besoin d’utiliser environ une tonne de mélange deutérium-tritium chaque jour.
Même si rien au monde n’est infini, la disponibilité du combustible de fusion ne constitue pas le plus grand obstacle à la production d’énergie à partir de la fusion nucléaire, à condition que le tritium puisse être produit à partir du lithium dans des réacteurs à fusion. Les vrais obstacles sont ailleurs.
Les coûts d’investissement extrêmement élevés
Nous ne pouvons pas nous attendre à ce que les premiers réacteurs de démonstration fonctionnent avant 2060 au plus tôt. Mais ceux-ci ne produiraient rien au début, ils auraient simplement une belle apparence.
Si les réacteurs de démonstration s'avèrent efficaces, on estime qu'environ 20 ans plus tard, quelques réacteurs de première génération pourraient suivre, qui seraient construits par des particuliers dans le but de produire de l'énergie. Les réacteurs ultérieurs de deuxième génération seraient moins chers et plus efficaces, mais devraient alors être construits en milliers d’exemplaires, ce qui coûterait très cher.
Le professeur scientifique Niek Cardozo et son équipe estimaient en 2016 qu'environ deux à quatre mille milliards de dollars d'investissements seraient nécessaires rien que pour développer ce type d'énergie de fusion. Cela est très dangereux pour ces entreprises, car elles devraient payer des coûts de construction élevés, y compris les intérêts, pour cette technologie avant qu'elle puisse être testée à grande échelle.
Des milliers de réacteurs nécessaires
Il peut s'écouler beaucoup de temps entre les générations de réacteurs, pendant lequel il n'y a pas ou presque pas d'effets d'apprentissage. Par exemple, on suppose une période de construction d'au moins dix ans, ce qui correspond au temps qu'il faut aujourd'hui pour mettre en service une centrale électrique traditionnelle. Il y aura donc également des limites logistiques pendant la construction. Pour produire un tiers de l'énergie électrique issue de la fusion en 2100, il faudrait construire 250 réacteurs par an à partir de 2080, écrit le professeur Niek Lopes Cardozo dans un article scientifique. Un seul réacteur à fusion d’une puissance d’un gigawatt coûterait aujourd’hui environ 10 à 20 milliards d’euros et prendrait environ 10 à 20 ans.
A titre de comparaison : la construction de la centrale solaire de Noor n’a duré que trois ans et a fourni de l’énergie immédiatement. Deux de ces centrales électriques peuvent produire 1,2 gigawatts et ne coûtent alors qu'environ 4,5 milliards d'euros.
Une énergie infinie ?
Les réacteurs à fusion ne fournissent pas une « énergie infinie », comme on le prétend souvent. La production d’une centrale à fusion sera probablement d’environ un gigawatt. Un gigawatt est ce qui serait économiquement logique. Des réacteurs plus petits et modulaires ne seraient rentables que s'il y avait des progrès majeurs dans les disciplines voisines, comme la recherche sur les supraconducteurs à haute température, nécessaires aux aimants du réacteur tokamak.
Il y a suffisamment de carburant disponible
Les réacteurs à fusion nécessiteraient du deutérium et du tritium comme combustible. Les deux isotopes de l’hydrogène sont suffisamment présents sur Terre. Le deutérium est présent dans l’eau de mer et peut en être extrait à l’aide de centrifugeuses. Le tritium, quant à lui, pourrait être généré à partir du lithium dans le réacteur lui-même.
Les radiations ne sont pas un gros problème
Il y a moins lieu de s’inquiéter des déchets dangereux dans les centrales nucléaires à fusion. Au lieu de déchets nucléaires irradiant pendant des dizaines de milliers d’années, seul de l’hélium inoffensif est produit. Seules certaines parties du bâtiment, comme l’intérieur de la chambre de combustion, deviendraient radioactives. Cependant, ces radiations diminueraient au bout de quelques décennies seulement.
Des recherches sont actuellement en cours sur des matériaux qui absorbent moins les rayonnements. Le réacteur expérimental Iter utilise un acier spécial censé émettre relativement peu de rayonnements après seulement 50 ans, et le rayonnement pourrait être inférieur aux limites officielles après seulement cent à deux cents ans.
Une véritable utilisation économique est encore loin
Les 30 ans constamment évoqués avant que l’énergie de fusion soit utilisable sont encore loin. Le physicien Georg Harrer estime qu'il est réaliste que les réacteurs à fusion fournissent d'ici 2100 autant d'énergie que les centrales nucléaires d'aujourd'hui, soit environ dix pour cent des besoins en électricité, mais la majorité des chercheurs sérieux s'attendent à ce que ce soit plutôt dans 100 ans. On estime qu’il faudra attendre jusqu’à 200 ans avant de pouvoir l’utiliser de manière économiquement viable. Il y a tout simplement encore trop d’inconnues.
La nouvelle technologie laser
La fusion nécessite des machines volumineuses et complexes. Ils sont chers, leur construction prend des années et il a donc fallu beaucoup de temps à la fusion laser pour construire une machine suffisamment grande et puissante pour démontrer la fusion. National Ignition Facility, c'est comme ça qu'on l'appelle, ou NIF en abrégé. Le laser le plus puissant au monde coûte environ quatre milliards de dollars et a la taille d’un stade de football. Au printemps 2007, le NIF était presque terminé. Ses flashs laser sont extrêmement puissants, de l’ordre du térawatt, mais de très courte durée. Les 192 éclairs lumineux tirent de tous côtés sur une capsule contenant une bille d'environ 1,6 millimètre composée de deutérium et de tritium. Les faisceaux laser sont destinés à comprimer et à chauffer le carburant jusqu'à ce qu'il s'enflamme. Il a cependant fallu attendre le 5 décembre 2022 pour que cela se produise pour la première fois.
La seule chose dont on est sûr depuis 2022, c’est qu’il est fondamentalement possible de produire de l’énergie de cette manière, ce qui n’avait pas encore été clairement prouvé auparavant.
Ici aussi, le chemin vers le réacteur est encore long
L'euphorie initiale a été grande, mais les lasers du NIF ne peuvent cibler qu'une seule pastille de combustible par jour. L'entreprise germano-américaine Focused Energy souhaite le faire dix fois par seconde. Chaque sphère ne doit pas être tirée une seule fois, mais deux fois, avec deux volées de lumière successives. Le premier est destiné à comprimer les sphères de deutérium-tritium à moins du centième de leur volume. Ensuite, la deuxième volée devrait enflammer le carburant. Cependant, les sphères sont des structures complexes et ressemblent à une pyramide tronquée. Un réacteur devrait consommer près d’un million de pastilles de combustible par jour. Il faudrait construire de gigantesques réacteurs dans des zones en partie résidentielles, dotés d'immenses lasers. La production massive de millions et de millions de pastilles combustibles reste encore à développer. Il faudrait également une installation nucléaire pour produire du tritium, qui produirait alors également des déchets nucléaires. La gestion des pastilles de combustible sera probablement tout sauf facile. Si une cible dans une chambre est tirée dix fois par seconde, alors qu'un dixième de seconde auparavant une explosion thermonucléaire venait de se produire dans cette chambre, c'est un certain défi. Les lasers qui émettent des éclairs ultra-puissants dix fois par seconde restent également à développer. La dissipation et l’utilisation de l’énergie thermique qui en résulte restent également totalement floues. Il reste encore à développer des matériaux capables de résister à long terme à un plasma chaud à un million de degrés, de le dissiper et de le transmettre sans perte. Les coûts de développement de ces réacteurs et de la production auxiliaire sont gigantesques, ils devraient atteindre 10 000 milliards de dollars et d'autres gigatonnes de CO2 produites.
Objectifs climatiques et utilisation
En fin de compte, nous devrions construire toutes ces centrales électriques et installations de production aussi exemptes de CO2 que possible si nous voulons atteindre des objectifs de degré, pour lesquels nous aurions essentiellement besoin de suffisamment d'énergie verte pendant le développement.
Parce que ces réacteurs à fusion produiront dans un premier temps de la chaleur et non de l’énergie électrique, ils ne pourront être utilisés directement que dans un avenir très lointain.
Dans un premier temps, ils pourraient être utilisés pour dessaler l’eau de mer, pour le chauffage urbain, pour la production d’hydrogène ou même comme moteur pour la mission inutile prévue sur Mars. À mon avis, cela appartient également au domaine des fantasmes de science-fiction à la Starwars. Ils veulent y produire des matières premières et les transporter jusqu'à la terre. Mais comment? Fusion nucléaire ou pas, continuer avec les fusées pyrotechniques chinoises modernisées ? Et pour quoi? Nous avons tout ce dont nous avons besoin pour vivre ici sur terre et en quantité suffisante. Il ne reste plus qu’à développer enfin le recyclage, c’est-à-dire l’ingénierie inverse, des matières premières liées aux produits, avant de se perdre dans des rêves de voyages interplanétaires. Ce que nous ne pouvons de toute façon pas gérer sans cette étape de développement importante consistant à comprendre notre propre tableau périodique et à le gérer en production à des fins d'ingénierie inverse. Nous nous perdrions dans une boucle sans fin de déchets qui s'étendrait à travers la terre, les océans et l'espace, et il y aurait un grand risque de contaminer la terre encore plus avec les matériaux apportés qu'avec les matériaux produits artificiellement ici. Par ailleurs, il faudrait enfin s'éloigner des développements incessants des systèmes de poussée et rechercher un qui réponde réellement aux exigences du voyage spatial. Par exemple, nous devrions créer une gravité artificielle, via une masse comprimée tournant à très grande vitesse, avec laquelle nous pourrions plier l’espace.
Arrêtez le réchauffement climatique
Compte tenu du niveau de développement actuel, nous devons absolument atteindre les objectifs climatiques actuels sans fusion nucléaire. Mais même dans 100 à 200 ans, il ne fera pas de mal de disposer d’une autre source d’énergie propre. C'est pourquoi nous devons absolument continuer à étudier la possibilité d'une fusion nucléaire. Il doit toutefois être clair que le développement de réacteurs à fusion nucléaire ne profitera qu’aux entreprises technologiques concernées. Ils sont extrêmement coûteux et leur durée de vie est limitée à 20 à 30 ans maximum en raison de l’utilisation intensive d’une technologie complexe et donc vulnérable. Il faut du carburant, qui doit également être produit à l’aide de mécanismes complexes. Dans l’ensemble, cela signifie de nombreuses opportunités de profit pour les entreprises technologiques. Cependant, il n’existe pratiquement aucune application que nous ne puissions exploiter différemment, à moindre coût et de manière plus efficace
Il ne faut pas accepter une charge supplémentaire sur l'atmosphère, que tout le monde sait que tous les peuples portent, pour l'individualité des États.
La taille est fondamentale
Le très gigantesque chantier de construction d'ITER à Cadarache (France) montre que l'UE veut vraiment participer à la recherche sur la fusion nucléaire etce que cela nous coûterait si cela devenait la normeMais, comme nous l’avons appris récemment, ces projets sont réalisés pour des raisons complètement différentes. À propos, le Japon est également à nouveau très intéressé par le projet de fusion nucléaire. Le réacteur à fusion nucléaire JT-60SA au Japon est le plus grand de ce type jamais construit, mais il ne fournira jamais d'électricité non plus.
Le gigantesque monstre ITER en construction montre les dimensions extrêmes du gaspillage d’argent dans des systèmes qui ne produiront jamais d’énergie.
Addenda:
Le « NIF 2009 » qui a coûté 3,5 milliards de dollars ne marche pas !
Cela a été rapporté par Deutschlandfunk le 29 février 2024. Les opérateurs affirment que le projet de fusion se heurte à de nombreuses difficultés et que les prévisions basées sur les premiers tests avec des lasers plus petits et des simulations informatiques étaient trop optimistes. « Le système atteint la température de 50 millions de degrés nécessaire à l’inflammation, et les noyaux d’hydrogène fusionnent déjà pour former de l’hélium. Mais comme les capsules de carburant se déchirent trop tôt, elles ne peuvent pas s'enflammer complètement. Et il n’est pas encore possible de prévoir si et quand cela se produira. Et même si cela réussissait, ce ne serait pas la percée finale pour une centrale électrique à fusion laser. Car il faudrait alors étudier si tout cela pourrait même être mis en œuvre dans une technologie économique.»
Une centrale à fusion laser est encore loin
Blick in die Zielkammer der National Ignition Facility NIF (Philip Saltonstall / Lawrence Livermore National Laboratory)
Les opérateurs dévoilent désormais un tout nouvel aspect :
Surtout, le NIF est essentiel au programme d’armement nucléaire américain. Enfin, il peut simuler les conditions qui existent lors de l’explosion d’une bombe à hydrogène. Le laser géant contribue ainsi à maintenir le fonctionnement de l’arsenal américain, sans les essais d’armes nucléaires désormais interdits. « Nous avons réalisé de nombreuses séries de tests avec le NIF pour clarifier des questions sur la physique des armes. Pour des raisons de confidentialité, je ne peux pas entrer dans les détails. Mais le NIF a certainement pu répondre à de nombreuses questions » .
L’aspect militaire était la principale raison de la construction de cette installation de 3,5 milliards de dollars, cela était clair dès le départ. Et à cet égard, NIF apparaît comme une réussite totale pour ses opérateurs.
Il ne s’agit donc pas du tout la provision, mais plutôt à propos de tuer. Cela prouve une fois de plus que nos chefs de gouvernement continuent de rechercher le conflit. Apparemment, les gens envisagent vraiment de faire la guerre avec des bombes à hydrogène, car elles n’irradieraient pas la Terre de manière permanente.
Les enfants qui obligent d'autres enfants de l'école à recourir à la violence les uns contre les autres afin de boucler des zones parce qu'ils veulent y gagner de l'argent seraient à juste titre considérés comme antisociaux. Et comme ils perturbent considérablement le fonctionnement de l’école, ils seraient retirés de l’école dans l’intérêt des enfants normaux.
Nous devrions donc réfléchir plus attentivement à la manière dont nous souhaitons gérer les choses à l’avenir.
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