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Introduction
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, 5)
1
- Diversifier les sources d'énergie
Le consommation d'énergie
pourrait atteindre, en 2050 , deux à trois fois la consommation actuelle (les
sources d'énergie). L'épuisement des combustibles fossiles et l'adaptation
difficile des énergies renouvelables à une production d'énergie centralisée
capable de subvenir aux besoins des régions ou des pays à forte densité de population rendent
indispensable le développement de nouvelles énergies. Ces
nouvelles formes d'énergie devront bien évidemment satisfaire des critères
économiques mais aussi prendre en compte des exigences en terme
d'environnement, de sûreté de fonctionnement, de disponibilité des
ressources. L'énergie de fusion répond à l'ensemble de ces exigences.
2
- Des renouvelables
au nucléaires
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L'évolution des
besoins énergétiques a conduit à l'utilisation de sources
énergétiques pouvant fournir une plus grande quantité d'énergie
pour une masse de matière donnée (on parle de densité
énergétique). Les réactions chimiques mettent en jeu des
phénomènes qui interviennent au niveau des électrons
 .
Les énergies concernées sont alors un million de fois plus faibles que
celles mises en jeu lors des réactions concernant le noyau de l'atome
(réactions
nucléaires
).
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Pour produire de
l'énergie, il faut réaliser une transformation dans laquelle, entre l'état
initial et l'état final, un peu de la masse des corps en jeu a disparu. Ce
défaut de masse se retrouve alors sous forme d'énergie par la formule bien
connue E=mc2 où E est l'énergie produite, m la masse disparue et c la vitesse
de la lumière. Deux grands types de réactions nucléaires faisant baisser la masse et
libérant donc de l'énergie sont
possibles :
-
A partir de
noyaux d'atomes très légers (exemple le deutérium et le tritium) pour construire des atomes plus lourds, c'est la fusion.
-
A partir du
noyau d'un atome suffisamment lourd (par exemple l'atome d'uranium) pour en faire des atomes plus légers, c'est la fission.
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Fusion de deux noyaux légers |
Fission d'un noyau lourd |
3
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Les
réactions de fusion
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Pour obtenir une
réaction de fusion, il faut rapprocher suffisamment deux noyaux qui, puisqu'ils
sont tous deux chargés positivement, se repoussent. Une certaine énergie est
donc indispensable pour franchir cette barrière et arriver dans la zone, très
proche du noyau, où se manifestent les forces nucléaires capables de
l'emporter sur la répulsion électrostatique. La probabilité de passage de cette
barrière peut être quantifiée par la "section efficace". La variation en
fonction de l'énergie d'interaction exprimée keV
des sections efficaces
de plusieurs réactions de fusion est indiquée sur la courbe ci-contre.
La
réaction de fusion la plus accessible est
la réaction impliquant le deutérium
et le tritium. C'est sur cette réaction que se concentrent les
recherches sur la fusion contrôlée.
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Les températures (qui
mesurent l'énergie d'interaction) requises pour la fusion
thermonucléaire dépassent la
centaine de millions de degrés ! A de telles températures, les électrons
se sont détachés complètement du noyau ; on dit que l'atome s'ionise et
l'on entre alors, dans le quatrième état de la matière, l'état de plasma. Le plasma existe dans l'univers sous des formes très diverses et
avec des caractéristiques très variables. Ainsi les températures vont d'un à dix mille électronvolts et les densités s'étagent
plus encore, allant de quelques particules par m³ dans les gaz
interstellaires, jusqu'à 1030 particules par m³ au centre de certaines
étoiles. Les plasmas constituent la forme la plus répandue de la
matière dans l'univers.
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