Le Soleil est le siège de nombreuses réactions de fusion nucléaire au cours desquelles des noyaux légers se rapprochent les uns des autres pour former un noyau plus lourd. © macayran, Pixabay, CC0 Creative Commons

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Fusion nucléaire

DéfinitionClassé sous :physique , fusion nucléaire , noyaux atomiques
 

Il arrive que deux ou plusieurs noyaux atomiques légers s'unissent pour former un noyau plus lourd. On parle alors de fusion nucléaire. La fusion nucléaire est ainsi, en quelque sorte, l'opposée de la fission nucléaire - le phénomène physique exploiter au cœur des centrales nucléaires - qui consiste à briser un noyau lourd en deux noyaux plus légers.

Pour déclencher une réaction de fusion nucléaire, il est nécessaire d'apporter une grande quantité d'énergie. Jusqu'à quelque 200 millions de degrés ! Car un tel rapprochement de noyaux ne peut avoir lieu que si les intenses forces de répulsions qui existent entre ces entités chargées peuvent être vaincues.

Un phénomène naturel et artificiel

Le phénomène de fusion nucléaire intervient tout à fait naturellement au cœur des étoiles. Ainsi notre Soleil transforme-t-il à chaque instant et suivant des étapes, des quantités colossales d'hydrogène en hélium, par exemple. Le tout en dégageant, comme l'ordonne la célèbre formule d'Einstein, une importante quantité d'énergie. L'énergie des étoiles provient donc de cycles de réactions de fusion nucléaire. C'est celle-ci qui fait briller le Soleil.

Par ailleurs, le phénomène de fusion nucléaire - et l'énergie qu'il produit - est utilisé depuis les années 1950 pour la fabrication de bombes H, des bombes à hydrogène, comme elles sont encore appelées. Dans ce type de bombe thermonucléaire, les bombes A - qui exploitent le phénomène de fission nucléaire - servent d'allumettes. En effet, leur explosion permet d'atteindre les températures nécessaires au déclenchement de la fusion.

La fusion nucléaire est plus difficile à réaliser que la fission car ici, il faut rapprocher des atomes si près l’un de l’autre qu’ils vont se coller. Pour cela, il est nécessaire de porter la matière à une très haute température (environ 100 millions de degrés), sous une très forte pression. L’énergie libérée par ce phénomène est 10 fois supérieure à celle libérée lors de la fission. © futura-sciences.com

Fusion nucléaire et production d’énergie

Ce qui rend le phénomène de fusion nucléaire intéressant lorsqu'il s'agit de produire de l’énergie, c'est d'abord qu'il n'émet pas de gaz à effet de serre. Ensuite, qu'il permet intrinsèquement de produire de grandes quantités d'énergie à partir de petites quantités de matière première. Et que tout cela se fait potentiellement sans production de déchets radioactifs à longue durée de vie.

Encore faut-il parvenir à contrôler le processus. La principale difficulté vient du fait qu'il est nécessaire pour cela, de chauffer des noyaux à tes températures dépassant l'entendement tout en les maintenant confinés. Deux techniques - le confinement inertiel et le confinement magnétique - sont actuellement explorées, entre autres par le Laser Mégajoule et par Iter.

La fusion d’un cœur de réacteur nucléaire

Le terme de fusion nucléaire est parfois employé abusivement lors d'accidents nucléaires. Il faudrait alors plutôt parler de fusion du cœur du réacteur nucléaire. Car à ce moment-là, ce ne sont pas les noyaux atomiques qui fusionnent, mais les matériaux combustibles et les produits de fission à l'intérieur du réacteur qui surchauffent et fondent. Un accident qui peut se produire lorsque le réacteur n'est plus refroidi correctement.

Quels atomes notre Soleil fabrique­-t-­il ?  Stefano Panebianco, ingénieur de recherche au CEA, nous parle de l’astrophysique nucléaire des étoiles et dans cette vidéo en particulier, des réactions de fusions principales qui font briller le Soleil. Elles conduisent à la synthèse de noyaux.